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粉尘爆炸现象及其条件

分散在空气(或可燃气)中的某些粉尘，在一定浓度状态下，如遇火源，就会燃烧、爆炸。
　　粉尘的爆炸在瞬间产生，伴随着高温、高压。热空气膨胀形成的冲击波具有很大的摧毁力和破坏性。这方面的伤亡事故，及随之带来的庞大经济损失，引起人们对粉尘爆炸问题的高度重视。
　　(1)粉尘爆炸机理和特点
　　粉尘爆炸与气体爆炸相似，也是一种连锁反应，即尘云在火源或其他诱发条件作用下，局部化学反应所释放能量，迅速诱发较大区域粉尘产生反应并释放能量，这种能量使空气提升温度，急剧膨胀，形成摧毁力很大的冲击波。
　　与气体爆炸相比，粉尘爆炸有3个特点：
　　1)必须有足够数量的尘粒飞扬在空中才能发生粉粉尘爆炸。尘粒飞扬与颗粒的大小和气体的扰动速度有关。
　　2)粉尘燃烧过程比气体燃烧过程复杂，感应期长。有的粉尘要经过粒子表面的分解或蒸发阶段，即便是直接氧化，这样的粒子也有由表面向中心燃烧的过程。感应时间可达几十秒，为气体的几十倍。
　　3)粉尘点爆的起始能量大，几乎是气体的百倍。
　　(2)影响粉尘爆炸的因素
　　影响粉尘爆炸的因素有粉尘自身形成的与外部条件形成的两方面因素。就粉尘自身形成的因素来说，又有化学因素和物理因素两类，详见表21.5。一般常见的粉尘爆炸形成的三个要素是：粉尘的可燃性、空气的存在和点火源。
  影响粉尘爆炸的物理化学因素
粉尘自身
　　外部条件
化学因素
物理因素
　　燃烧热
　　燃烧速度
　　与水汽进行二氧化碳的反应性
　　粉尘浓度
　　粒径分布
　　粒子形状
　　比热及热传导率
　　表面状态
　　带电性
　　粒子凝集特性
　　气流运动状态
　　氧气运动状态
　　可燃气体浓度
　　温度
　　窒息气浓度
　　阻燃性粉尘浓度及灰分
　　点火源状态与能

　主要影响粉尘爆炸的因素有：
　　1)爆炸浓度上、下限各种可燃粉尘都有一定的爆炸浓度范围，在此范围以内才能爆炸。爆炸浓度的下限一般为几十g/m3至几百g/m3，上限可达2～6kg/m3。由于粉尘具有一定的粒度和沉降性，其爆炸浓度的上限很少能达到，故从安全方面合计，重点是要求不达到爆炸浓度的下限。
　　2)燃烧热 燃烧热高的粉尘，其爆炸浓度下限低，爆炸威力也大。
　　3)燃烧速度 燃烧速度高的粉尘，爆炸压力较大。
　　4)粒径 多数爆炸性粉尘的粒径在1μm和150μm范围内，粒径越细越易飞扬。粒径小的粉尘的比表面积大，表面能大，所需点燃能量小，所以容易点燃。因此，限制小颗粒粉尘的产生，或设法使小粒子凝集成大尘粒，对防止爆炸是有作用的。
　　5)氧含量随着空气中氧含量的增加，爆炸浓度范围也扩展。
　　6)惰性粉尘和灰分 惰性粉尘和灰分的吸热作用会影响爆炸。例如：粉尘中含11%的灰分时还能爆炸，但当灰分达到15～30%时，就很难爆炸了。
　　7)气中含水量 气中含水量对粉尘爆炸的最小点燃能量有影响。水分能使粉尘凝集沉降，使爆炸不易达到爆炸浓度范围。水分的蒸发要汲取大量热能使温度不易达到燃点而破坏化学反应链，产生的水蒸气占据空间，稀释了氧含量而降低粉尘的燃烧速度。所以在生产条件许可时，喷水是有效的防爆措施。
　　8)可燃气含量 当粉尘与可燃气共存时，爆炸浓度下限相应下降。最小点燃能量也有一定程度的降低，可燃气的存在能大大增加粉尘的爆炸危险性。
　　9)温度和压力 温度升高和压力增加，均能使爆炸浓度范围扩展，所需着火能量下降，所以输送易燃粉尘的管道要避免日光爆晒。
　　10)最小着火能量 粉尘着火能量一般为十毫焦耳至数百毫焦耳，相当于气体着火能量的一百倍左右。粉尘的着火能量除与粉尘种类有关外，还与粉尘的浓度、粒径、含水量、含氧量、可燃气含量等许多因素相关。