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可燃性粉塵的基礎(chǔ)知識(shí)和粉塵爆炸的控制

文章出處：艾伊科技人氣：-發(fā)表時(shí)間：2016-11-11 10:46:00

2016年5月31日5時(shí)左右，河南省安陽(yáng)縣水冶鎮(zhèn)盛鑫鐵合金經(jīng)銷(xiāo)處發(fā)生一起疑似雷蒙磨粉塵爆炸，造成7人受傷。其中3人在送往醫(yī)院過(guò)程中因傷勢(shì)較重不治身亡，其他4人正在積極救治中。2014年8月2日，江蘇昆山市開(kāi)發(fā)區(qū)中榮金屬制品有限公司發(fā)生惡性粉塵爆炸事故引起了社會(huì)各界的震驚。據(jù)報(bào)道已導(dǎo)致75人死亡，逾185人受傷。在我國(guó)，由可燃性粉塵引發(fā)的燃燒、爆炸事故曾多次發(fā)生。2010年2月24日16時(shí)許，河北省秦皇島驪驊淀粉股份有限公司淀粉四車(chē)間發(fā)生一起粉塵爆炸事故，造成19人死亡，49人受傷。2011年5月20日，富士康集團(tuán)鴻富錦成都公司拋光車(chē)間在生產(chǎn)中發(fā)生爆炸事故，造成3人死亡，15人受傷，其中多人重傷。我國(guó)隨著工業(yè)化生產(chǎn)的擴(kuò)大，粉塵爆炸的機(jī)會(huì)會(huì)越來(lái)越大。粉塵爆炸的危險(xiǎn)不只是中國(guó)面臨的。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，例如在美國(guó)粉塵爆炸造成重大傷亡、死亡事故也時(shí)有發(fā)生。

這篇文章旨在介紹粉塵爆炸的基本知識(shí)，并從工程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)備、及粉塵控制等方面探討預(yù)防粉塵爆炸的方法。

可燃性粉塵的基本知識(shí)

粉塵爆炸是由于懸在空氣中的可燃粉塵燃燒而形成的高氣壓所造成的。粉塵是固體物質(zhì)的微小顆粒，它的表面積與相同重量的塊狀物質(zhì)相比要大得多，故容易著火。很多本來(lái)不易燃燒的固體塊狀物質(zhì)如鐵塊、塑料，如果是小到粉塵狀，它懸浮在空氣中，并達(dá)到一定的濃度，便形成爆炸性混合物。

什么是可燃性粉塵可燃性粉塵是非常小的固體顆粒，小到420微米或更小。當(dāng)分散在空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)，能引起火災(zāi)或爆炸。

爆炸濃度下限懸浮在空氣中的粉塵能引起爆炸的最低濃度。什么時(shí)候粉塵層的厚度引起警戒？如果一個(gè)房間的地板或房頂有超過(guò)5%的面積有粉塵積累，并且粉塵層的厚度超過(guò)1/32英寸（大約0.8毫米，一分硬幣的厚度），這個(gè)房間就面臨著粉塵爆炸的危險(xiǎn)。

可燃性粉塵的物質(zhì) 金屬粉塵，如鋁和鎂；木屑；煤和碳?jí)m；塑料；有機(jī)粉塵如糖、面粉、紙、肥皂和干血；生物固體（如污水廠的處理淤泥）；某些紡織材料。

美國(guó)過(guò)去25年的中發(fā)生的粉塵爆炸事故，近四分之一涉及的金屬粉塵。其中鋁合金金屬占絕大多數(shù)。（事故主要發(fā)生在灰塵收集系統(tǒng)，例如如工業(yè)布袋除塵器）。

可燃性粉塵的工業(yè)：金屬加工、農(nóng)業(yè)、化學(xué)、煤、食品行業(yè)、森林和家具、紙張、制藥、回收、紡織品、輪胎和橡膠、廢水處理。

基本詞匯

爆燃爆燃就是燃燒反應(yīng)的前沿通過(guò)未燃燒的介質(zhì)的擴(kuò)展速度小于聲速（340米/秒）。它需要兩個(gè)條件：封閉空間和燃料在這個(gè)空間的分散。

爆震燃燒燃燒反應(yīng)產(chǎn)生超音速?zèng)_擊波，極具破壞性的。

一次爆炸由工作區(qū)域和加工設(shè)備中積累的灰塵引起的最初爆炸

二次爆炸一次爆炸搖動(dòng)或松動(dòng)累積的灰塵引發(fā)更大的，更具破壞性的連鎖性爆炸。一旦開(kāi)始，難以控制。大部分造成的災(zāi)難性的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失都是由二次爆炸引起的。

著火的三要素著火的三個(gè)必須條件是，可燃材料、氧氣和點(diǎn)火源（溫度）。當(dāng)這三種要素都存在，并以合適的比例存在時(shí)，火情就會(huì)發(fā)生。沒(méi)有點(diǎn)火源時(shí)，如果溫度足夠高，有些材料也會(huì)自燃。

粉塵爆炸五要素可燃性粉塵要產(chǎn)生爆炸，需要以下五個(gè)因素的同時(shí)存在。

可燃粉塵2. 點(diǎn)火源 3. 氧氣 4. 分散（粉塵懸浮在空氣中） 5. 封閉空間

我們從四個(gè)方面探討預(yù)防粉塵的爆炸：

粉塵的控制

粉塵爆炸的災(zāi)難性的傷亡大部分是由二次爆炸引起的。二次爆炸就是一次爆炸松動(dòng)了積累在車(chē)間的表面和隱蔽處的粉塵層引起的爆炸。預(yù)防二次爆炸的最好措施就是預(yù)防粉塵的積累。以下從幾個(gè)方面來(lái)探討粉塵的控制：

1. 首先是查明你們工廠使用的材料是否有可燃性粉塵。一般這些信息可以在材料數(shù)據(jù)表（MSDS）或原材料供應(yīng)商提供的技術(shù)文件中找到。

2. 設(shè)備的封閉

所有產(chǎn)生和運(yùn)輸可燃性粉塵相關(guān)的設(shè)備，除了進(jìn)口和出口，都應(yīng)該全封閉無(wú)粉塵泄露。這些設(shè)備包括傳送帶、干燥機(jī)、過(guò)濾器、磨床、攪拌機(jī)、磨等。

3. 廠房和設(shè)備設(shè)計(jì)

用光滑而非毛糙的材料做房頂，不但會(huì)減少灰塵的聚集，并且利于打掃。積累灰塵的隱蔽地帶應(yīng)該允許工人進(jìn)去清理，特別是設(shè)備的后面和高處。如果一些積累粉塵的地方無(wú)法打掃，應(yīng)該將這些地方封閉起來(lái)，讓灰塵無(wú)法進(jìn)入。

4. 灰塵清理方法

清理灰塵時(shí)，避免使用產(chǎn)生塵云的方法如，掃帚掃、氣槍吹。建議使用濕法除塵，或使用防爆工業(yè)真空吸塵器吸塵。

5. 最后一步，也是非常重要的一步，建立一個(gè)廠區(qū)清潔的制度。這個(gè)制度應(yīng)該以書(shū)面形式寫(xiě)下來(lái)，建立檢查和清理的時(shí)間間隔和清理粉塵的方法。

工程預(yù)防粉塵爆炸

工程預(yù)防粉塵爆炸就是利用機(jī)械設(shè)備、儀器、或廠房設(shè)計(jì)方面來(lái)預(yù)防粉塵爆炸或減少粉塵爆炸的威力。

危害分家

危害分家就是將有可燃性粉塵操作的車(chē)間和其他的生產(chǎn)車(chē)間相隔一定的距離。這個(gè)方案最好在設(shè)計(jì)廠房和廠房改建時(shí)使用。粉塵性爆炸發(fā)生時(shí)，不會(huì)禍及不必要的人和車(chē)間。

危害隔離

如果粉塵車(chē)間和其他車(chē)間在同一大樓里，也可采用危害隔離。就是把同一大樓內(nèi)粉塵車(chē)間與其他車(chē)間用墻隔開(kāi)。隔離墻要用防火材料，能夠承受燃燒和承擔(dān)爆炸的沖擊力。

粉塵的儲(chǔ)藏

較大型的可燃性粉塵的儲(chǔ)藏罐應(yīng)該放置于室外。

通風(fēng)管道

所有運(yùn)輸可燃性粉塵的通風(fēng)管道應(yīng)該用金屬和不可燃性材料鑄造，并且要導(dǎo)電，避免靜電的堆積。管道應(yīng)該保持一定的空氣流速而不至于粉塵在管道內(nèi)積累。例如對(duì)于一般重量的工業(yè)粉塵（如石灰粉塵、泥塵），管道內(nèi)的空氣流速應(yīng)該是在1050 到1200 米/分鐘。較重的金屬粉塵（如鉛塵、鑄鐵粉塵），管道內(nèi)的空氣流速應(yīng)該在 1200 到14000 米/分鐘.與可燃性粉塵操作連接的通風(fēng)管道應(yīng)該避免和與火花的操作的連接的通風(fēng)管道連接。

泄壓排氣閥

泄壓排氣閥一般裝在儲(chǔ)罐和低壓容器上排出氣體，減低容器內(nèi)的壓力，以避免容器爆炸。

爆燃排氣

超過(guò)50%的粉塵爆炸都是起始與粉塵收集設(shè)備。爆燃排氣就是安裝在粉塵收集設(shè)備上的一個(gè)排氣門(mén), 在爆燃時(shí)會(huì)打開(kāi)讓熱氣流排出。

排氣門(mén)在正常時(shí)是封閉的。但在爆燃時(shí)當(dāng)壓力達(dá)到一定的壓力時(shí)會(huì)破裂或打開(kāi)，熱氣流排出。爆燃排氣裝置的設(shè)計(jì)是保證排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)壓力是小于粉塵收集設(shè)備的破裂壓力。它通常用在粉塵收集設(shè)備、霧化干燥機(jī)、和斗式提升機(jī)等（見(jiàn)圖）。

優(yōu)點(diǎn)：安裝成本低、維護(hù)成本低

缺點(diǎn)：1）只能減低爆炸的危害，不消除爆炸危害。

2）排氣口排出的帶火氣流可能是嚴(yán)重的火災(zāi)隱患

3）排出的氣體可能是有毒或有腐蝕性。

【爆料】可燃性粉塵的基礎(chǔ)知識(shí)和粉塵爆炸的控制

爆燃抑制

爆燃抑制就是當(dāng)燃燒產(chǎn)生時(shí)在爆燃破壞性的壓力產(chǎn)生前，檢測(cè)到燃燒并撲滅火焰。爆炸不是在瞬間發(fā)生的?；鹧嫘枰欢螘r(shí)間來(lái)積累它破壞性的壓力?；鹎驍U(kuò)展的速度一般是9米/秒。火焰前鋒的氣流的擴(kuò)展速度是335米/秒。最起始的燃燒由壓力檢測(cè)器或火焰檢測(cè)器檢測(cè)到，將信號(hào)傳遞到控制室。控制室會(huì)啟動(dòng)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)對(duì)系統(tǒng)，例如高速滅火器，報(bào)警系統(tǒng)，和自動(dòng)關(guān)掉設(shè)備。整個(gè)過(guò)程大約需要幾毫秒。因?yàn)槿紵幌麥缭诿妊侩A段，最大化的避免了財(cái)產(chǎn)損失。

應(yīng)用裝置多數(shù)用在粉塵收集設(shè)備和氣力輸送系統(tǒng)內(nèi)（見(jiàn)圖）。

優(yōu)點(diǎn)：1）消滅爆燃在萌芽階段

缺點(diǎn)：1）比爆燃通風(fēng)成本高

2）需要定期檢測(cè)和維護(hù)

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爆燃隔離

粉塵收集設(shè)備可以用爆燃排氣和爆燃抑制裝置來(lái)保護(hù)?？墒侨紵幕鹧嫒匀豢梢酝ㄟ^(guò)與收集設(shè)備連接的管道蔓延到工廠的其他地方，導(dǎo)致毀滅性的二次爆炸。

機(jī)械隔離

機(jī)械隔離就是在空氣管道內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)氣鎖閥，在檢測(cè)到爆燃時(shí)旋轉(zhuǎn)式氣鎖閥就停止，封閉管道。要真正的發(fā)揮作用，旋轉(zhuǎn)式氣鎖閥應(yīng)該與爆炸檢測(cè)系統(tǒng)連接。這樣在檢測(cè)到爆炸的一霎那關(guān)閉鎖閥。旋轉(zhuǎn)式氣鎖閥應(yīng)該鑄造的非常堅(jiān)固，能夠承受很大的壓力。當(dāng)粉塵收集設(shè)備是用爆燃排氣來(lái)保護(hù)時(shí)，爆燃時(shí)沖進(jìn)連接管道的壓力是較大的。見(jiàn)機(jī)械隔離裝置示意圖。

機(jī)械隔離另一個(gè)例子是高速刀閥。高速刀閥可以承受很大的壓力并且應(yīng)當(dāng)能夠快速閉合。

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化學(xué)隔離

如果粉塵收集設(shè)備是用爆燃抑制來(lái)保護(hù)的。爆燃時(shí)沖進(jìn)連接管道的壓力不大。這時(shí)就可以用化學(xué)隔離隔離火焰。化學(xué)隔離就是在檢測(cè)到火焰時(shí)，管道內(nèi)快速釋放的化學(xué)滅火物質(zhì)充滿(mǎn)管道，阻止火焰在管道內(nèi)的蔓延。見(jiàn)化學(xué)隔離裝置示意圖。

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高速中止門(mén)

高速中止門(mén)一般被安裝在粉塵收集裝置的出口管道上。當(dāng)火花檢測(cè)器檢測(cè)到火花時(shí)，中止門(mén)打開(kāi)，火焰、火花、和其他燃燒物質(zhì)會(huì)排到大氣中。下圖顯示了高速中止門(mén)和典型粉塵收集設(shè)備的防爆檢測(cè)系統(tǒng)。

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點(diǎn)火源的控制

點(diǎn)火源點(diǎn)火源是任何能夠以熱的形式提供足夠的能量來(lái)點(diǎn)燃的物質(zhì)。實(shí)例包括以下：靜電、熱表面、明火或余燼、電弧和火花、工業(yè)卡車(chē)、火藥致動(dòng)的工具、悶燒、機(jī)械生熱。

靜電兩個(gè)物體摩擦?xí)a(chǎn)生靜電。如果積累的靜電不被接地，就會(huì)產(chǎn)生靜電火花放電，成為點(diǎn)火源。所有收集粉塵的設(shè)備和運(yùn)輸粉塵的管道都應(yīng)該用導(dǎo)電材料，并且接地，避免靜電的積累產(chǎn)生火花。

熱表面當(dāng)熱表面溫度超過(guò)可燃性粉塵的自燃點(diǎn)，可燃性粉塵落上來(lái)就會(huì)著火。可燃性液體和可燃性粉塵混合落在熱表面上，也會(huì)著火。可燃液體可以是用來(lái)維護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行所需要的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑油。

明火或灼熱的灰燼

來(lái)源包括：蠟燭、吸煙、天然氣火焰、熔爐。所以有可燃性粉塵存在區(qū)域要禁止吸煙和一切的明火

電弧放電和火花

電弧放電是形成的電流連續(xù)放電?；鸹ㄊ且环N隨機(jī)的瞬間放電。產(chǎn)生電弧放電和電火花的操作有焊接、等離子切割、放電加工和電弧爐。這些操作都要禁止在有可燃性粉塵的區(qū)域操作。

工業(yè)卡車(chē)

機(jī)動(dòng)車(chē)，例如如工業(yè)卡車(chē)可以產(chǎn)生火花時(shí)。當(dāng)工業(yè)卡車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)、燃燒、逆火時(shí)，都有可能產(chǎn)生火花。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更危險(xiǎn)。氣體會(huì)被吸到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，而無(wú)法關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)。

火藥致動(dòng)的工具

這些類(lèi)型的工具當(dāng)子彈發(fā)射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火花。此外發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的空氣震動(dòng)能搖動(dòng)和松散粉塵層。

悶燃

一些化學(xué)或生物反應(yīng)可以產(chǎn)生悶燃（無(wú)火焰生熱）。一個(gè)例子是有機(jī)污泥會(huì)產(chǎn)生熱量和燜燃。當(dāng)附近的可燃性粉塵吹落在悶燃物質(zhì)上，就會(huì)起火。

動(dòng)火作業(yè)許可證

動(dòng)火操作的10米內(nèi)應(yīng)該無(wú)可燃性粉塵存在。在動(dòng)火作業(yè)前應(yīng)該先獲得動(dòng)火許可證。所有有可燃性粉塵的地方，要用阻燃防水布覆蓋。墻壁和地板的縫隙和管道的開(kāi)口都要覆蓋，以免火星飛到其他地方。動(dòng)火操作包括：焊接、釬焊、切割、磨。

上鎖/掛牌

一些設(shè)備在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)和斷路時(shí)產(chǎn)生火花。在這些設(shè)備上上鎖和掛牌是為了避免在無(wú)意中啟動(dòng)這些設(shè)備，產(chǎn)生火源。

本質(zhì)安全設(shè)備

在有可燃性粉塵存在的危險(xiǎn)區(qū)，應(yīng)盡量使用本質(zhì)安全的設(shè)備。這些儀器和布線(xiàn)在不管是正常或有故障的情況下釋放的電能或熱能也不夠點(diǎn)燃大氣混合物。例如，采礦作業(yè)用本質(zhì)安全型冷氣設(shè)備供應(yīng)空氣，但釋放的能量不夠引起火災(zāi)。

本質(zhì)安全設(shè)備包括：紅外溫度傳感器、LED指示燈、磁感應(yīng)流量計(jì)、壓力、流量和液位開(kāi)關(guān)、電位計(jì)、接近開(kāi)關(guān)、電磁閥、應(yīng)變計(jì)、電話(huà)和收音機(jī)、熱電偶。

防爆設(shè)備

在無(wú)條件使用本質(zhì)安全的設(shè)備時(shí)，應(yīng)該用防爆設(shè)備。防爆設(shè)備應(yīng)該用在以下設(shè)備上：光燈具、發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)、泵、電機(jī)、和其他在危險(xiǎn)區(qū)使用的設(shè)備。

粉塵爆炸的緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃

粉塵爆炸的緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃就是在粉塵爆炸時(shí)，工人的應(yīng)對(duì)和逃生計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃應(yīng)該在平時(shí)就完善好并且經(jīng)常演習(xí)。準(zhǔn)備充分且詳盡的緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃能夠在爆炸時(shí)最大程度的減少人員傷亡。

緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃的硬件

緊急逃生路徑

緊急逃生路徑應(yīng)該時(shí)工廠建立廠房的固定建筑，而不時(shí)臨時(shí)搭建的。根據(jù)工廠的工人人數(shù)，設(shè)立足夠數(shù)量的緊急出口，使工人能夠不必踐踏而逃生。緊急逃生路徑應(yīng)該用防火材料和工廠建筑隔開(kāi)。緊急逃生路徑的進(jìn)口應(yīng)該有可自動(dòng)關(guān)閉的防火門(mén)。緊急逃生路徑應(yīng)該保持通暢無(wú)雜物堆積。

警報(bào)系統(tǒng) 廠房?jī)?nèi)應(yīng)該有警報(bào)系統(tǒng)，在爆炸時(shí)拉響警報(bào)，通知工人離開(kāi)。

緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃

緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃應(yīng)該包括：計(jì)劃實(shí)施的負(fù)責(zé)人；在何種情況下工人用手提式滅火器滅火，何種情況下應(yīng)該放棄滅火而撤離（在粉塵車(chē)間，一個(gè)剛剛開(kāi)始的小火也能點(diǎn)燃遠(yuǎn)處的粉塵引發(fā)粉塵爆炸）；在緊急情況下，誰(shuí)負(fù)責(zé)關(guān)閉重要設(shè)備；撤離路徑；撤離后清點(diǎn)人頭數(shù)的方法；受傷的工人如何處置。

工人的培訓(xùn) 培訓(xùn)、培訓(xùn)、再培訓(xùn)！緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃的成功實(shí)施取決于工人的培訓(xùn)。

粉塵爆炸是一種非常危險(xiǎn)的危害，應(yīng)該由經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練有專(zhuān)業(yè)的滅火工具的消防人員來(lái)急救。工廠應(yīng)該在平時(shí)和當(dāng)?shù)氐南廊藛T溝通，介紹工廠的爆炸危害和爆炸物質(zhì)的存放點(diǎn)。