粉塵爆炸的預防和火災撲救措施

被粉碎成細小顆粒的固體物質稱為粉塵。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。據有關資料統(tǒng)計，美國1900-1956年共發(fā)生粉塵爆炸事故 1000余起，英國近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，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，損失和教訓都十分慘重。特別是隨著我國經濟的發(fā)展，粉塵種類的數量急驟增加，粉塵火災爆炸事故時有發(fā)生，因此，對 粉塵的火災爆炸危險性應該高度重視。本文就粉塵特性及其危害作簡要介紹。 

一、粉塵爆炸的內在原因

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

粉塵的表面自由能：

對于任何粉塵粒子來講，其表面分子與內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稱的，可以相互抵消而受力總和為零，它做分子運動(震動)時不需要消耗功，而靠近粒子表面的分子2、3， 由于內部密集的同類分子的引力遠大于外部其他分子(念氣體分子)對它的引力，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部，亦即表面分子 受到內向的拉力，表面上的分子總比內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，導致表面自由能越大。

粉塵的吸附性：

其他物質分子在粉塵表面上相對聚集的現象稱為粉塵的吸附現象。由于粉塵具有較大的表面及自由能，而物質又具有由高能態(tài)向低能態(tài)轉化的趨勢。能態(tài)越低越穩(wěn)定，所以，它對周圍分子尤其是快速移動的氣體分子具有吸附性。通過吸附其他分子來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，在理化性質上表現為粉塵較之原 物質具有較小的點火能量和自燃點。(如塊狀時不能燃燒的鐵塊，在粉碎成粉塵時，最小點火能量小于100mJ，自燃點小于300℃;煤粉的點火能量小于 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，增加了反應速度;表面積的增大，還使固體原有的導熱能力下降，易使局部 溫度上升，也有利于反應進行。

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

二、粉塵爆炸的條件

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

粉塵本身是可燃粉塵�？扇挤蹓m分有機粉塵和無機粉塵兩類。有機粉塵如面粉、木粉、化學纖維粉塵等，基本是可燃的。而無機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，因此不具危險性。

粉塵必須懸浮在助燃氣體(如空氣中)，并混合達到粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃氣體中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風等機械作用造成的。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氣體中懸浮。同時，爆炸粉塵的危險性也用濃度爆炸極限下限來表示，一般是 20-60g/m3，低于這個濃度，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火源。粉塵具有較小的自燃點和最小點火能量，只要外界的能量超過最小點火能量(多數在10mJ-100mJ)或溫度超過其自燃點(多數在400℃-500℃)，就會爆炸。

當上述三個條件同時滿足時，就可能發(fā)生粉塵火災爆炸事故。

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，并有合適的點火源時，可能發(fā)生初次爆炸，并引 起周圍環(huán)境的擾動，使那些沉積在地面、設備上的粉塵彌散而形成粉塵云，遇火源形成災難性的第二次爆炸;另外第一次爆炸后，在粉塵的爆炸點，由于空氣受熱膨 脹，密度變小，迅速形成爆炸點逆流(俗稱“返回風”)，遇粉塵云和熱能源，也會發(fā)生第二次爆炸。

三、粉塵爆炸的預防和火災撲救措施

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

消除粉塵源。采用良好的除塵設施來控制廠房內的粉塵是首要的，可用的措施有封閉設備，通風排塵、抽風排塵或潤濕降塵等。除塵設備的風機應裝在清 潔空氣一側。應注意易燃粉塵不能用電除塵設備，金屬粉塵不能用濕式除塵設備。設備啟動時應先開除塵設備，后開主機;停機時則正好相反，防止粉塵飛揚。粉塵 車間各部位應平滑，盡量避免設置一些其他無關設施(如窗幕、門簾等)。管線等盡量不要穿越粉塵車間，宜在墻內敷設，防止粉塵積聚，另外，在條件允許下，在 粉塵車間噴霧狀水，在被粉碎的物質中增加水分也能促使粉塵沉降，防止形成粉塵云。在車間內做好清潔工作，及時人工清掃，也是消除粉塵源的好方法。

嚴格控制點火源。消除點火源是預防粉塵爆炸的最實用、最有效的措施。在常見點火源中，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，應對此高度重視。此類場所的電氣設備應嚴格按照《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》進行設計、安裝，達到整體防 爆要求，盡量不安裝或少安裝不易產生靜電，撞擊不產生火花的材料制作，并采取靜電接地保護措施。被粉碎的物質必須經過嚴格篩選、去石和吸鐵修理，以免雜質 進入粉碎機內產生火花。需要指出的是，近幾年因集塵設施粉塵清理不及時，長期運轉積熱引起的火災事故屢有發(fā)生，這也應引起人們的重視。

采取可靠有效的防護措施。對于較小的粉碎裝置，可以增加其強度，并要考慮防止爆炸火焰通過連接處向外傳播;為減小爆炸的破壞性可設置泄壓裝置， 如對車間采用輕質屋頂、墻體或增開門窗等。但應注意，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所和主要交通要道;為減少助燃氣體含量，在粉 塵與助燃氣體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。(但對有些場所不可能實現，且造價亦高，目前實用價值較小)。也可以采用先 進的粉塵爆炸抑制裝置，避免事故的發(fā)生。另外加強工作人員的安全教育，加大管理力度，及時清掃、檢修設備也是必不可少的防護措施。

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，又可濕潤未燃粉塵，驅散和消除懸浮粉塵，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。

對一些金屬粉塵(忌水物質)如鋁、鎂粉等，遇水反應，會使燃燒更劇烈，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，明火熄滅后內部可能還陰燃，也因引起足夠重視;對于面積大、距離長的車間的粉塵火災，要注意采取有效的分割措施，防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發(fā) 連鎖爆炸。

總之，隨著經濟的發(fā)展，塑料、有機合成、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化、連續(xù)性，粉塵 爆炸的潛在危險性大大增加，預防粉塵爆炸有較高的現實意義。因此在生產過程中要嚴格執(zhí)行國家的技術規(guī)范和操作規(guī)程，落實各項安全規(guī)章制度，避免粉塵爆炸事 故的發(fā)生。

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