三、粉塵爆炸的特點(diǎn)
三、粉塵爆炸的特點(diǎn)
(一)粉塵爆炸的機(jī)理和特點(diǎn)
當(dāng)可燃性固體呈粉體狀態(tài)，粒度足夠細(xì)，飛揚(yáng)懸浮于空氣中，并達(dá)到一定濃度，在相對密閉的空間內(nèi)，遇到足夠的點(diǎn)火能量，就能發(fā)生粉塵爆炸。具有粉塵爆炸危險(xiǎn)性的物質(zhì)較多，常見的有金屬粉塵(如鎂粉、鋁粉等)、煤粉、糧食粉塵、飼料粉塵、棉麻粉塵、煙草粉塵、紙粉、木粉、火炸藥粉塵及大多數(shù)含有C，H元素、與空氣中氧反應(yīng)能放熱的有機(jī)合成材料粉塵等。
粉塵爆炸是一個瞬間的連鎖反應(yīng)，屬于不定的氣固二相流反應(yīng)，其爆炸過程比較復(fù)雜，它將受諸多因素的制約。所以，有關(guān)粉塵爆炸的機(jī)理至今尚在不斷研究和不斷完善之中。日本安全工學(xué)協(xié)會編的《爆炸》一書闡述了一種比較典型的粉塵爆炸機(jī)理。這種觀點(diǎn)認(rèn)為從最初的粉塵粒子形成到發(fā)生爆炸的過程，如圖2—9所示。粉塵粒子表面通過熱傳導(dǎo)和熱輻射，從火源獲得能量，使表面溫度急劇升高，達(dá)到粉塵粒子加速分解的溫度和蒸發(fā)溫度，形成粉塵蒸氣或分解氣體，這種氣體與空氣混合后就容易引起點(diǎn)火(氣相點(diǎn)火)。另外，粉塵粒子本身相繼發(fā)生熔融氣化，進(jìn)發(fā)出微小火花，成為周圍未燃燒粉塵的點(diǎn)火源，使之著火，從而擴(kuò)大了爆炸范圍，這一過程與氣體爆炸相比就復(fù)雜得多。
從粉塵爆炸過程可以看出粉塵爆炸有如下特點(diǎn)：
(1)粉塵爆炸速度或爆炸壓力上升速度比爆炸氣體小，但燃燒時間長，產(chǎn)生的能量大，破壞程度大。
(2)爆炸感應(yīng)期較長，粉塵的爆炸過程比氣體的爆炸過程復(fù)雜，要經(jīng)過塵粒的表面分解或蒸發(fā)階段及由表面向中心延燒的過程，所以感應(yīng)期比氣體長得多。
(3)有產(chǎn)生二次爆炸的可能性。因?yàn)榉蹓m初次爆炸產(chǎn)生的沖擊波會將堆積的粉塵揚(yáng)起，懸浮在空氣中，在新的空間形成達(dá)到爆炸極限濃度范圍內(nèi)的混合物，而飛散的火花和輻射熱成為點(diǎn)火源，引起第二次爆炸，這種連續(xù)爆炸會造成嚴(yán)重的破壞。粉塵有不完全燃燒現(xiàn)象，在燃燒后的氣體中含有大量的CO及粉塵(如塑料粉)自身分解的有毒氣體，會伴隨中毒死亡的事故。
(二)粉塵爆炸的特性及影響因素
評價(jià)粉塵爆炸危險(xiǎn)性的主要特征參數(shù)是爆炸極限、最小點(diǎn)火能量、最低著火溫度、粉塵爆炸壓力及壓力上升速率。
粉塵爆炸極限不是固定不變的，它的影響因素主要有粉塵粒度、分散度、濕度、點(diǎn)火源的性質(zhì)、可燃?xì)夂?、氧含量、惰性粉塵和灰分溫度等。一般來說，粉塵粒度越細(xì)，分散度越高，可燃?xì)怏w和氧的含量越大，火源強(qiáng)度、初始溫度越高，濕度越低，惰性粉塵及灰分越少，爆炸極限范圍越大，粉塵爆炸危險(xiǎn)性也就越大。
粉塵爆炸壓力及壓力上升速率(dP／dt)主要受粉塵粒度、初始壓力、粉塵爆炸容器、湍流度等因素的影響。粒度對粉塵爆炸壓力上升速率的影響比粉塵爆炸壓力大得多。
當(dāng)粉塵粒度越細(xì)，比表面越大，反應(yīng)速度越快，爆炸上升速率就越大。隨初始壓力的增大對密閉容器的粉塵爆炸壓力及壓力上升速率也增大，當(dāng)初始壓力低于壓力極(如數(shù)十毫巴)，粉塵則不再可能發(fā)生爆炸。與可燃?xì)獗ㄒ粯?，容器尺寸會對粉塵爆炸壓力及壓力上升速率有很大的影響，大量可燃粉塵的試驗(yàn)研究證明，當(dāng)容積≥O.04m3時，粉塵爆炸強(qiáng)度遵循如下規(guī)律：
粉塵爆炸在管道中傳播時碰到障礙片時，因湍流度的影響，使粉塵呈漩渦狀態(tài)，使爆炸波陣面不斷加速。當(dāng)管道長度足夠長時，甚至?xí)D(zhuǎn)化為爆轟。主要粉塵爆炸特性參數(shù)見表2—7。
圖2-8 粉塵爆炸過程示意圖
表2—7 粉塵的自燃點(diǎn)、爆炸下限及爆炸壓力
粉塵類別
云狀粉塵的自燃點(diǎn)／℃
爆炸下限／(g·m-3)
爆炸壓力／MPa
金屬；鉛
鐵
鎂
鋅
塑料：醋酸纖維
a一甲基丙烯酸酯
六次甲基四胺
石炭酸樹脂
鄰苯二甲酸酐
聚乙烯塑料
聚苯乙烯
合成硬皮
其他：棉纖維
玉蜀淀粉
煙煤
煤焦油瀝青
硫
木粉
645
315
520
680
320
440
410
460
650
——
490
320
530
470
670
——
190
430
35
120
20
500
25
20
15
25
15
25
20
30
100
45
35
80
35
40
0.603
0.197
0.441
0.088
0.557
0.388
0.428
0.415
0.333
0.564
0.299
0.401
0.499
0.49
0.312
0.333
0.279
0.421
(三)控制產(chǎn)生粉塵爆炸的技術(shù)措施
控制產(chǎn)生粉塵爆炸的主要技術(shù)措施是縮小粉塵擴(kuò)散范圍，消除粉塵，控制火源，適當(dāng)增濕。對于產(chǎn)生可燃粉塵的生產(chǎn)裝置(如Al粉的粉碎等)，則可以進(jìn)行惰化防護(hù)，即在生產(chǎn)裝置中通入惰性氣體，使實(shí)際氧含量比臨界氧含量低20％。在通入惰性氣體時，必須注意把裝置里的氣體完全混合均勻。在生產(chǎn)過程中，要對惰性氣體的氣流、壓力或?qū)ρ鯕鉂舛冗M(jìn)行測試，應(yīng)保證不超過臨界氧含量。
還可以采用抑爆裝置等技術(shù)措施。抑爆裝置由爆炸壓力探測器、信號放大器和抑爆劑發(fā)射器組成，如圖2—9所示，其抑爆效果如圖2—10所示。
圖2-9 爆炸抑制裝置 圖2-10 爆炸抑制裝置效果圖
【例題】．粉塵爆炸危險(xiǎn)性的主要特征參數(shù)是____ 。
A．爆炸極限
B．最小點(diǎn)火能量
C．最低著火溫度
D. 粉塵分散度
E. 粉塵爆炸壓力及壓力上升速率
【答案】：ABCE
三、粉塵爆炸的特點(diǎn)
(一)粉塵爆炸的機(jī)理和特點(diǎn)
當(dāng)可燃性固體呈粉體狀態(tài)，粒度足夠細(xì)，飛揚(yáng)懸浮于空氣中，并達(dá)到一定濃度，在相對密閉的空間內(nèi)，遇到足夠的點(diǎn)火能量，就能發(fā)生粉塵爆炸。具有粉塵爆炸危險(xiǎn)性的物質(zhì)較多，常見的有金屬粉塵(如鎂粉、鋁粉等)、煤粉、糧食粉塵、飼料粉塵、棉麻粉塵、煙草粉塵、紙粉、木粉、火炸藥粉塵及大多數(shù)含有C，H元素、與空氣中氧反應(yīng)能放熱的有機(jī)合成材料粉塵等。
粉塵爆炸是一個瞬間的連鎖反應(yīng)，屬于不定的氣固二相流反應(yīng)，其爆炸過程比較復(fù)雜，它將受諸多因素的制約。所以，有關(guān)粉塵爆炸的機(jī)理至今尚在不斷研究和不斷完善之中。日本安全工學(xué)協(xié)會編的《爆炸》一書闡述了一種比較典型的粉塵爆炸機(jī)理。這種觀點(diǎn)認(rèn)為從最初的粉塵粒子形成到發(fā)生爆炸的過程，如圖2—9所示。粉塵粒子表面通過熱傳導(dǎo)和熱輻射，從火源獲得能量，使表面溫度急劇升高，達(dá)到粉塵粒子加速分解的溫度和蒸發(fā)溫度，形成粉塵蒸氣或分解氣體，這種氣體與空氣混合后就容易引起點(diǎn)火(氣相點(diǎn)火)。另外，粉塵粒子本身相繼發(fā)生熔融氣化，進(jìn)發(fā)出微小火花，成為周圍未燃燒粉塵的點(diǎn)火源，使之著火，從而擴(kuò)大了爆炸范圍，這一過程與氣體爆炸相比就復(fù)雜得多。
從粉塵爆炸過程可以看出粉塵爆炸有如下特點(diǎn)：
(1)粉塵爆炸速度或爆炸壓力上升速度比爆炸氣體小，但燃燒時間長，產(chǎn)生的能量大，破壞程度大。
(2)爆炸感應(yīng)期較長，粉塵的爆炸過程比氣體的爆炸過程復(fù)雜，要經(jīng)過塵粒的表面分解或蒸發(fā)階段及由表面向中心延燒的過程，所以感應(yīng)期比氣體長得多。
(3)有產(chǎn)生二次爆炸的可能性。因?yàn)榉蹓m初次爆炸產(chǎn)生的沖擊波會將堆積的粉塵揚(yáng)起，懸浮在空氣中，在新的空間形成達(dá)到爆炸極限濃度范圍內(nèi)的混合物，而飛散的火花和輻射熱成為點(diǎn)火源，引起第二次爆炸，這種連續(xù)爆炸會造成嚴(yán)重的破壞。粉塵有不完全燃燒現(xiàn)象，在燃燒后的氣體中含有大量的CO及粉塵(如塑料粉)自身分解的有毒氣體，會伴隨中毒死亡的事故。
(二)粉塵爆炸的特性及影響因素
評價(jià)粉塵爆炸危險(xiǎn)性的主要特征參數(shù)是爆炸極限、最小點(diǎn)火能量、最低著火溫度、粉塵爆炸壓力及壓力上升速率。
粉塵爆炸極限不是固定不變的，它的影響因素主要有粉塵粒度、分散度、濕度、點(diǎn)火源的性質(zhì)、可燃?xì)夂?、氧含量、惰性粉塵和灰分溫度等。一般來說，粉塵粒度越細(xì)，分散度越高，可燃?xì)怏w和氧的含量越大，火源強(qiáng)度、初始溫度越高，濕度越低，惰性粉塵及灰分越少，爆炸極限范圍越大，粉塵爆炸危險(xiǎn)性也就越大。
粉塵爆炸壓力及壓力上升速率(dP／dt)主要受粉塵粒度、初始壓力、粉塵爆炸容器、湍流度等因素的影響。粒度對粉塵爆炸壓力上升速率的影響比粉塵爆炸壓力大得多。
當(dāng)粉塵粒度越細(xì)，比表面越大，反應(yīng)速度越快，爆炸上升速率就越大。隨初始壓力的增大對密閉容器的粉塵爆炸壓力及壓力上升速率也增大，當(dāng)初始壓力低于壓力極(如數(shù)十毫巴)，粉塵則不再可能發(fā)生爆炸。與可燃?xì)獗ㄒ粯?，容器尺寸會對粉塵爆炸壓力及壓力上升速率有很大的影響，大量可燃粉塵的試驗(yàn)研究證明，當(dāng)容積≥O.04m3時，粉塵爆炸強(qiáng)度遵循如下規(guī)律：
粉塵爆炸在管道中傳播時碰到障礙片時，因湍流度的影響，使粉塵呈漩渦狀態(tài)，使爆炸波陣面不斷加速。當(dāng)管道長度足夠長時，甚至?xí)D(zhuǎn)化為爆轟。主要粉塵爆炸特性參數(shù)見表2—7。
圖2-8 粉塵爆炸過程示意圖
表2—7 粉塵的自燃點(diǎn)、爆炸下限及爆炸壓力
粉塵類別
云狀粉塵的自燃點(diǎn)／℃
爆炸下限／(g·m-3)
爆炸壓力／MPa
金屬；鉛
鐵
鎂
鋅
塑料：醋酸纖維
a一甲基丙烯酸酯
六次甲基四胺
石炭酸樹脂
鄰苯二甲酸酐
聚乙烯塑料
聚苯乙烯
合成硬皮
其他：棉纖維
玉蜀淀粉
煙煤
煤焦油瀝青
硫
木粉
645
315
520
680
320
440
410
460
650
——
490
320
530
470
670
——
190
430
35
120
20
500
25
20
15
25
15
25
20
30
100
45
35
80
35
40
0.603
0.197
0.441
0.088
0.557
0.388
0.428
0.415
0.333
0.564
0.299
0.401
0.499
0.49
0.312
0.333
0.279
0.421
(三)控制產(chǎn)生粉塵爆炸的技術(shù)措施
控制產(chǎn)生粉塵爆炸的主要技術(shù)措施是縮小粉塵擴(kuò)散范圍，消除粉塵，控制火源，適當(dāng)增濕。對于產(chǎn)生可燃粉塵的生產(chǎn)裝置(如Al粉的粉碎等)，則可以進(jìn)行惰化防護(hù)，即在生產(chǎn)裝置中通入惰性氣體，使實(shí)際氧含量比臨界氧含量低20％。在通入惰性氣體時，必須注意把裝置里的氣體完全混合均勻。在生產(chǎn)過程中，要對惰性氣體的氣流、壓力或?qū)ρ鯕鉂舛冗M(jìn)行測試，應(yīng)保證不超過臨界氧含量。
還可以采用抑爆裝置等技術(shù)措施。抑爆裝置由爆炸壓力探測器、信號放大器和抑爆劑發(fā)射器組成，如圖2—9所示，其抑爆效果如圖2—10所示。
圖2-9 爆炸抑制裝置 圖2-10 爆炸抑制裝置效果圖
【例題】．粉塵爆炸危險(xiǎn)性的主要特征參數(shù)是____ 。
A．爆炸極限
B．最小點(diǎn)火能量
C．最低著火溫度
D. 粉塵分散度
E. 粉塵爆炸壓力及壓力上升速率
【答案】：ABCE