粉塵爆炸的預(yù)防和火災(zāi)撲救措施

被粉碎成細(xì)小顆粒的固體物質(zhì)稱為粉塵。粉塵中有很大部分遇火源或其他能量源易發(fā)生燃燒爆炸。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1900-1956年共發(fā)生粉塵爆炸事故 1000余起，英國(guó)近10年發(fā)生240余起。日本1952-1979年也發(fā)生此類事故200余起。在我國(guó)，1942年發(fā)生的本溪煤礦煤粉爆炸事故、 1987年哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸事故等，損失和教訓(xùn)都十分慘重。特別是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，粉塵種類的數(shù)量急驟增加，粉塵火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生，因此，對(duì) 粉塵的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性應(yīng)該高度重視。本文就粉塵特性及其危害作簡(jiǎn)要介紹。 

一、粉塵爆炸的內(nèi)在原因

處于粉塵狀態(tài)的物質(zhì)較之固體狀態(tài)物質(zhì)有所不同，尤其是在燃燒特性方面，原來(lái)非燃物質(zhì)可能變?yōu)榭扇嘉镔|(zhì)，原來(lái)是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì)，可燃、易燃物可能變?yōu)橐妆�炸物質(zhì)，而這一變化是由粉塵的特性所決定的。

粉塵的表面自由能：

對(duì)于任何粉塵粒子來(lái)講，其表面分子與內(nèi)部分子所處的能量狀態(tài)是不同的(如圖所示，小圓圈代表分子引力范圍)。在粉塵粒子內(nèi)部的分子1，因四面八 方均具有同類分子包圍著，所受周圍分子的引力是對(duì)稱的，可以相互抵消而受力總和為零，它做分子運(yùn)動(dòng)(震動(dòng))時(shí)不需要消耗功，而靠近粒子表面的分子2、3， 由于內(nèi)部密集的同類分子的引力遠(yuǎn)大于外部其他分子(念氣體分子)對(duì)它的引力，所以不能相互抵消，這些力的總和垂直于粉塵表面而指向粉塵內(nèi)部，亦即表面分子 受到內(nèi)向的拉力，表面上的分子總比內(nèi)部分子具有更高的能量，這種能量叫做表面自由能。

粉塵的分散度和表面積：

所謂粉塵的分散度就是粉塵按不同粒徑(直徑)分布的一種形式。其中小粒徑粉塵越多，我們就稱其分散度大，而分散度的大小又決定著粉塵的表面積，其分散度越大，則表面積越大，表面分子越多，導(dǎo)致表面自由能越大。

粉塵的吸附性：

其他物質(zhì)分子在粉塵表面上相對(duì)聚集的現(xiàn)象稱為粉塵的吸附現(xiàn)象。由于粉塵具有較大的表面及自由能，而物質(zhì)又具有由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。能態(tài)越低越穩(wěn)定，所以，它對(duì)周圍分子尤其是快速移動(dòng)的氣體分子具有吸附性。通過(guò)吸附其他分子來(lái)降低部分表面自由能。

綜上所述，由于粉塵的分散度較大，具有較大的表面積，從而具有較高的表面自由能，使粉塵的狀態(tài)不穩(wěn)定，活性增高，在理化性質(zhì)上表現(xiàn)為粉塵較之原 物質(zhì)具有較小的點(diǎn)火能量和自燃點(diǎn)。(如塊狀時(shí)不能燃燒的鐵塊，在粉碎成粉塵時(shí)，最小點(diǎn)火能量小于100mJ，自燃點(diǎn)小于300℃;煤粉的點(diǎn)火能量小于 40mJ)。表面積的增大和吸附特性的存在，使得粉塵與空氣中氧分子的接觸面增大，增加了反應(yīng)速度;表面積的增大，還使固體原有的導(dǎo)熱能力下降，易使局部 溫度上升，也有利于反應(yīng)進(jìn)行。

同時(shí)，粉塵在擴(kuò)散作用大于重力作用時(shí)具有懸浮狀態(tài)的穩(wěn)定性，易與空氣形成粉塵云。當(dāng)各種條件具備時(shí)，粉塵就會(huì)發(fā)生爆炸。

二、粉塵爆炸的條件

粉塵的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加工廠及糧庫(kù)等廠礦企業(yè)。這與粉塵爆炸所需條件有關(guān)。粉塵爆炸本身是一類特殊的燃燒現(xiàn)象，它也需要可燃物、助燃物和點(diǎn)火源三個(gè)條件：

粉塵本身是可燃粉塵�？扇挤蹓m分有機(jī)粉塵和無(wú)機(jī)粉塵兩類。有機(jī)粉塵如面粉、木粉、化學(xué)纖維粉塵等，基本是可燃的。而無(wú)機(jī)粉塵包括金屬粉塵和一部分礦物性粉塵(如煤、硫等)，也都是可燃粉塵。黃沙和塵土的粉塵也很微小，但由于它們本身不能夠燃燒，因此不具危險(xiǎn)性。

粉塵必須懸浮在助燃?xì)怏w(如空氣中)，并混合達(dá)到粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃?xì)怏w中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風(fēng)等機(jī)械作用造成的。大 粒徑的粉塵一般沉降為只有燃燒能力的沉積粉塵，只有小粒徑的粉塵才能在助燃?xì)怏w中懸浮。同時(shí)，爆炸粉塵的危險(xiǎn)性也用濃度爆炸極限下限來(lái)表示，一般是 20-60g/m3，低于這個(gè)濃度，難以形成持續(xù)燃燒，更談不上爆炸。

有足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源。粉塵具有較小的自燃點(diǎn)和最小點(diǎn)火能量，只要外界的能量超過(guò)最小點(diǎn)火能量(多數(shù)在10mJ-100mJ)或溫度超過(guò)其自燃點(diǎn)(多數(shù)在400℃-500℃)，就會(huì)爆炸。

當(dāng)上述三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，就可能發(fā)生粉塵火災(zāi)爆炸事故。

需指出的是，粉塵極有可能發(fā)生破壞性更大的二次爆炸。當(dāng)粉塵懸浮于含有足以維持燃燒的氧氣環(huán)境中，并有合適的點(diǎn)火源時(shí)，可能發(fā)生初次爆炸，并引 起周圍環(huán)境的擾動(dòng)，使那些沉積在地面、設(shè)備上的粉塵彌散而形成粉塵云，遇火源形成災(zāi)難性的第二次爆炸;另外第一次爆炸后，在粉塵的爆炸點(diǎn)，由于空氣受熱膨 脹，密度變小，迅速形成爆炸點(diǎn)逆流(俗稱“返回風(fēng)”)，遇粉塵云和熱能源，也會(huì)發(fā)生第二次爆炸。

三、粉塵爆炸的預(yù)防和火災(zāi)撲救措施

由于粉塵爆炸事故撲救極為困難，因此做好預(yù)防工作是尤為重要的。主要預(yù)防措施有以下幾條：

消除粉塵源。采用良好的除塵設(shè)施來(lái)控制廠房?jī)?nèi)的粉塵是首要的，可用的措施有封閉設(shè)備，通風(fēng)排塵、抽風(fēng)排塵或潤(rùn)濕降塵等。除塵設(shè)備的風(fēng)機(jī)應(yīng)裝在清 潔空氣一側(cè)。應(yīng)注意易燃粉塵不能用電除塵設(shè)備，金屬粉塵不能用濕式除塵設(shè)備。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先開(kāi)除塵設(shè)備，后開(kāi)主機(jī);停機(jī)時(shí)則正好相反，防止粉塵飛揚(yáng)。粉塵 車間各部位應(yīng)平滑，盡量避免設(shè)置一些其他無(wú)關(guān)設(shè)施(如窗幕、門(mén)簾等)。管線等盡量不要穿越粉塵車間，宜在墻內(nèi)敷設(shè)，防止粉塵積聚，另外，在條件允許下，在 粉塵車間噴霧狀水，在被粉碎的物質(zhì)中增加水分也能促使粉塵沉降，防止形成粉塵云。在車間內(nèi)做好清潔工作，及時(shí)人工清掃，也是消除粉塵源的好方法。

嚴(yán)格控制點(diǎn)火源。消除點(diǎn)火源是預(yù)防粉塵爆炸的最實(shí)用、最有效的措施。在常見(jiàn)點(diǎn)火源中，電火花、靜電、摩擦火花、明火、高溫物體表面、焊接切割火 花等是引起粉塵爆炸的主要原因。因此，應(yīng)對(duì)此高度重視。此類場(chǎng)所的電氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝，達(dá)到整體防 爆要求，盡量不安裝或少安裝不易產(chǎn)生靜電，撞擊不產(chǎn)生火花的材料制作，并采取靜電接地保護(hù)措施。被粉碎的物質(zhì)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選、去石和吸鐵修理，以免雜質(zhì) 進(jìn)入粉碎機(jī)內(nèi)產(chǎn)生火花。需要指出的是，近幾年因集塵設(shè)施粉塵清理不及時(shí)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)積熱引起的火災(zāi)事故屢有發(fā)生，這也應(yīng)引起人們的重視。

采取可靠有效的防護(hù)措施。對(duì)于較小的粉碎裝置，可以增加其強(qiáng)度，并要考慮防止爆炸火焰通過(guò)連接處向外傳播;為減小爆炸的破壞性可設(shè)置泄壓裝置， 如對(duì)車間采用輕質(zhì)屋頂、墻體或增開(kāi)門(mén)窗等。但應(yīng)注意，泄壓裝置宜靠近易發(fā)生爆炸的部位，不要面向人員集中的場(chǎng)所和主要交通要道;為減少助燃?xì)怏w含量，在粉 塵與助燃?xì)怏w混合氣中添加惰性氣體(如N2)，減少氧含量，也是可行方法之一。(但對(duì)有些場(chǎng)所不可能實(shí)現(xiàn)，且造價(jià)亦高，目前實(shí)用價(jià)值較小)。也可以采用先 進(jìn)的粉塵爆炸抑制裝置，避免事故的發(fā)生。另外加強(qiáng)工作人員的安全教育，加大管理力度，及時(shí)清掃、檢修設(shè)備也是必不可少的防護(hù)措施。

撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒，又可濕潤(rùn)未燃粉塵，驅(qū)散和消除懸浮粉塵，降低空氣濃度，但忌用直流噴射的水和泡沫，也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。

對(duì)一些金屬粉塵(忌水物質(zhì))如鋁、鎂粉等，遇水反應(yīng)，會(huì)使燃燒更劇烈，因此禁止用水撲救。可以用干沙、石灰等(不可沖擊);堆積的粉塵如面粉、 棉麻粉等，明火熄滅后內(nèi)部可能還陰燃，也因引起足夠重視;對(duì)于面積大、距離長(zhǎng)的車間的粉塵火災(zāi)，要注意采取有效的分割措施，防止火勢(shì)沿沉積粉塵蔓延或引發(fā) 連鎖爆炸。

總之，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塑料、有機(jī)合成、粉末冶金及糧食加工等工業(yè)也不斷發(fā)展。粉塵的種類和用量急驟增加，加之操作工藝的自動(dòng)化、連續(xù)性，粉塵 爆炸的潛在危險(xiǎn)性大大增加，預(yù)防粉塵爆炸有較高的現(xiàn)實(shí)意義。因此在生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程，落實(shí)各項(xiàng)安全規(guī)章制度，避免粉塵爆炸事 故的發(fā)生。

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