什么灰尘会爆炸?
生产加工场所常伴有铝粉、锌粉、铝研磨粉、各种塑料粉、有机合成药物中间体、小麦粉、糖、锯末、染料、电木灰、奶粉、茶粉、烟草粉、煤粉、植物纤维粉尘等发生粉尘爆炸。
粉尘爆炸一般有四种情况:
(1)粉尘本身易燃或易爆;
(2)粉尘必须悬浮在空气中,与空气或氧气混合,达到爆炸极限;
(3)有足够的热能引起粉尘爆炸,即点火源;
(4)粉尘具有一定的扩散性;
(5)粉尘在密闭空间会发生爆炸,如制粒炉、沸腾干燥机中的乙醇、水尘爆炸。
爆炸原理
表1-4爆炸性粉尘的分类和分组
一般容易发生爆炸事故的粉尘有铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、铝加工研磨粉、各种塑料粉、有机合成药物中间体、小麦粉、糖、锯末、染料、电木灰、奶粉、茶粉、烟草粉、煤粉、植物纤维粉尘等。这些物料的粉尘之所以容易发生爆炸燃烧,是因为存在H、C、N、S等强还原剂。当它们与过氧化物和爆炸性粉尘存在时,会通过氧化反应分解产生大量气体,或者气体量很小,但放出大量燃烧热。比如铝粉,只要在二氧化碳气氛中,就有爆炸的危险。?[2]?
粉尘爆炸的难易程度与粉尘的理化性质和环境条件有关。一般认为燃烧热较高的物质更容易爆炸,如煤尘、碳、硫等。氧化速度快的物质容易爆炸,如镁粉、铝粉、氧化亚铁、染料等。容易带电的粉尘也容易引起爆炸,如合成树脂粉、纤维粉尘、淀粉等。这些导电性差的物质由于与机器或空气摩擦产生静电而积聚,达到一定量时就会放电产生电火花,构成爆炸的火源。
通常,不易引起爆炸的粉尘包括土壤、沙子、氧化铁、研磨材料、水泥、应时粉尘和类似燃烧后的粉尘。这类物质的粉尘化学性质比较稳定,不容易燃烧。但这种粉尘如果产生在油雾和CO、CH4、煤气等可燃气体中,也容易发生爆炸。
粉尘的爆炸可以认为是由以下三个步骤形成的:第一步是悬浮的粉尘在热源的作用下迅速干馏或气化产生可燃气体;第二步,可燃气体与空气混合燃烧;第三步,粉尘燃烧释放的热量以热传导和火焰辐射的方式传递给附近悬浮或吹起的粉尘,这些粉尘被加热汽化,使燃烧循环继续进行。随着每个循环的逐次推进,反应速度逐渐加快,通过剧烈燃烧,最终形成爆炸。这种爆炸反应,以及爆炸火焰速度、爆炸波速和爆炸压力,会不断加速和增大,突飞猛进地发展。
典型危险:
影响因素
物理化学性质
粉尘爆炸的影响因素
物质的燃烧热越大,其粉尘的爆炸危险性越大,如煤、碳、硫粉尘;越容易氧化的物质,其粉尘越容易爆炸,如镁、氧化亚铁、染料等。尘埃带电越多,越有可能引发爆炸。在生产过程中,由于粉尘的冲击和摩擦,产生的静电不易消散,造成静电积聚。当达到一定值时,就会发生静电放电。静电放电火花会导致火灾和爆炸事故。粉尘爆炸也与其含有的挥发物有关。比如煤粉中的挥发分低于10%就不会爆炸,所以焦粉没有爆炸危险。
粉尘爆炸浓度限值-表1
晶粒尺寸
灰尘的表面吸附空气中的氧气。颗粒越细,吸附的氧气越多,所以更容易爆炸。而且,燃点越低,爆炸极限越低。随着尘粒直径的减小,不仅化学活性增加,而且容易带静电。
粉尘浓度
和可燃气体类似,粉尘爆炸也有一定的浓度范围,也有上下限。但一般资料大多只列出粉尘爆炸下限,因为粉尘爆炸上限高。表1(右)列出了一些粉尘爆炸的特征。
爆炸特性
(1)多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点。
当气浪第一次爆炸时,它会吹起沉积在设备或地面上的灰尘。爆炸后的短时间内,爆炸中心会形成负压,周围的新鲜空气会从外部灌进来,与扬起的粉尘混合,从而引发二次爆炸。第二次爆炸时,粉尘浓度会更高。
(2)粉尘爆炸所需的最小点火能量比较高,一般在几十毫焦耳以上。
(3)与可燃气体爆炸相比,粉尘爆炸压力上升缓慢,较高压力持续时间长,释放的能量大,破坏力强。