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可燃性粉尘爆炸事故分析

粉尘是指在空气中依靠自身重量可沉淀下来，但也可继续悬浮在空气中一段时间〔包括ISO4225中定义的粉尘和颗粒的固体微小颗粒。 粉尘有多种多样的性质，按不同的物性可分 为：吸湿性粉尘、不吸湿性粉尘；不粘尘、微粘尘、中粘尘、高粘尘；可燃尘、不燃尘；高比电阻尘、一般比电阻尘、导电性尘；可溶性粉尘、不溶性粉尘。 与空气混合后可能燃烧或闷燃的是可燃性粉尘，可燃性粉尘又分为导电性粉尘和非导电性粉尘。以下所讲的均为可燃性粉尘。
　　一、可燃性粉尘的行业分布
　　在矿山开采、粉末冶金、粮食加工、食品生产、高分子塑料工业、合成染料和涂料，新型洗涤剂、漂白粉、农药和药品制造业以及植物纤维纺织工艺等普遍存在着粉尘爆炸的危险。
　　随着生产技术向均质化、流态化发展，出现可燃性粉尘的行业越来越多。如：金属：镁粉、铝粉、锌粉；碳素：活性炭、电炭、煤；粮食：面粉、淀粉、玉米面； 饲料：鱼粉； 农产品：棉花、亚麻、烟草、糖；林产品：木粉、纸粉；合成材料：塑料、染料；火药、炸药：黑火药、TNT。
　　二、可燃性粉尘爆炸概念和原理
　　〔一〕粉尘爆炸。悬浮在空气中的可燃性粉尘〔又称之为爆炸性粉尘〕，当达到爆炸下限以上，遇点火源瞬间发生燃烧，产生高温致使有限空间内燃烧后产生的混合气体迅速膨胀、压力增大，产生声响的过程。
　　〔二〕粉尘爆炸的化学反应原理。细小的、悬浮在空气中的可燃性粉尘，是反应〔迅速燃烧〕的还原剂、而空气中的氧气是反应中的氧化剂，爆炸过程释扩大量热量，产生热波、产生破坏力。粉尘爆炸实际上是一种特别的氧化还原化学反应。
　　爆炸发生后，有机化合物生成了稳定的二氧化碳和水；金属粉尘爆炸后则生成了高化合价的氧化物，如铝粉〔Al〕爆炸后，生成三氧化二铝并释放出大量的热量
　　三、粉尘爆炸的条件
　　粉尘的火灾爆炸事故多发生在煤矿、面粉厂、糖厂、纺织厂、硫磺厂、饲料、塑料、金属加工厂及粮库等厂矿企业。这与粉尘爆炸所需条件有关。粉尘爆炸本身是一类特别的燃烧现象，它也需要可燃物、助燃物和点火源三个条件。
　　〔一〕粉尘本身是可燃粉尘。可燃粉尘分有机粉尘和无机粉尘两类。有机粉尘如面粉、木粉、化学纤维粉尘等，基本是可燃的。而无机粉尘包括金属粉尘和一部分矿物性粉尘〔如煤、硫等〕，也都是可燃粉尘。黄沙和尘土的粉尘也很微小，但由于它们本身不能够燃烧，因此不具危险性。
　　〔二〕粉尘必须悬浮在助燃气体〔如空气中〕，并混合达到粉尘的浓度爆炸极限。粉尘在助燃气体中悬浮是由于粉碎、研磨、输送、通风等机械作用造成的。大粒径的粉尘一般沉降为只有燃烧能力的沉积粉尘，只有小粒径的粉尘才能在助燃气体中悬浮。同时，爆炸粉尘的危险性也用浓度爆炸极限下限来表示，一般是20-60g／m3，低于这个浓度，难以形成继续燃烧，更谈不上爆炸。
　　〔三〕有足以引起粉尘爆炸的点火源。粉尘具有较小的自燃点和最小点火能量，只要外界的能量超过最小点火能量〔多数在10mJ-100mJ〕或温度超过其自燃点〔多数在400℃-500℃〕，就会爆炸。
　　当上述三个条件同时满足时，就可能发生粉尘火灾爆炸事故
　　四、可燃性粉尘爆炸的危害性
　　〔1〕粉尘爆炸有产生二次爆炸的可能性。由于粉尘的初始爆炸气浪会将沉积粉尘扬起，在新 的空间达到爆炸浓度而产生二次爆炸。这种连续爆炸会造成极大的破坏。
　　〔2〕粉尘爆炸会产生有毒气体。产生的有毒气体是一氧化碳和爆炸物〔如塑料〕自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的众多人畜中毒伤亡，必须充分重视。
　　五、预防可燃性粉尘爆炸的安全对策措施
　　〔一〕技术预防措施
　　〔1〕厂房位置和朝向的选择
　　① 产尘车间在工厂总平面图上的位置，关于 集中采暖地区应位于其它建筑物的非采暖季节主 导风向的下风侧，在非集中采暖地区，应位于全年 主导风向的下风侧。
　　②厂房主要进风面应与夏季风向频率最多的 两个象限的中心线垂直或接近垂直。
　　③ 对 I、Ⅱ、Ⅲ形平面的厂房，开口部分应朝向夏季主导风向，并在 0 ～ 45之间。
　　④ 在合计风向的同时，应尽量使厂房的纵墙 朝南北向或接近南北向，以减少西晒，在太阳辐射 热较强及低纬度地区尤须特别注意。
　　〔2〕工艺方法和工艺布置合理化
　　①采纳新工艺、新设备、新材料做到机械化、 自动化、消灭尘源或减少粉尘飞扬。
　　②工艺布置必须合理，在工艺流程和工艺设 备布局时，应使主要操作点位于车间内通风优良 和空气较为清洁的地方。
　　〔3〕粉尘扩散的控制
　　①密闭控制。对产尘点的设备进行密闭，防止粉尘外逸的措施。
　　②消除正压。粉尘从生产设备中外逸的原因之一是由于物料下落时诱导了大量空气，在密闭 罩内形成正压，为了减弱和消除这种影响，应该降 低落料高差，适当减少溜槽倾斜角，隔绝气流，减 少诱导空气量，降低下部正压等。
　　〔4〕静电消尘与湿法消尘
　　①静电消尘。静电消尘装置是建立在电除尘 和尘源控制方法的基础上。它主要包括高压供电 设备和电收尘装置〔 包括密闭罩和排风管〕两部 分。直接利用生产设备的密闭罩和排风管作为阳 极，在其空间中装设电晕线，并接上高压电源，构 成简易的电除尘器。
　　② 湿法消尘。在工艺同意的条件下，可以采 用湿法消尘的措施来达到防尘的目的。
　　〔5〕通风除尘。采纳通风除尘系统来使工作 地点的粉尘浓度达到国家卫生标准是工厂防尘工 作的又一重要措施。这常采纳局部排风的除尘系 统，对其排气进行净化处理后排入大气。有时也 辅以机械的全面排风〔 如屋顶通风器或轴流通风 机〕或自然排风〔如利用通风天窗排气〕。
　　〔6〕采用可靠有效的防护措施。关于较小的粉碎装置，可以增加其强度，并要合计防止爆炸火焰通过连接处向外传播；为减小爆炸的破坏性可设置泄压装置，如对车间采纳轻质屋顶、墙体或增开门窗等。但应注意，泄压装置宜靠近易发生爆炸的部位，不要面向人员集中的场所和主要交通要道；为减少助燃气体含量，在粉尘与助燃气体混合气中添加惰性气体〔如N2〕，减少氧含量，也是可行方法之一。〔但对有些场所不可能实现，且造价亦高，目前有用价值较小〕。也可以采纳先进的粉尘爆炸抑制装置，避免事故的发生。另外强化工作人员的安全教育，加大管理力度，及时清扫、检修设备也是必不可少的防护措施。
　　〔二〕组织措施
　　组织管理措施在大多数状况下是有效的，甚至在特定场合能替代技术预防措施，包括：
　　〔1〕对员工的训练；
　　〔2〕制定具体的操作说明及工作程序；
　　〔3〕对危险场所的工作实施充分的监督和管理。
　　此外各有关职能部门必须加大对粉尘爆炸高危场所的排查力度，将其纳进我市的隐患排查体系，对有可燃性粉尘存在的场所的实施充分、有效的监管措施。
　　总之，随着经济的发展，塑料、有机合成、粉末冶金及粮食加工等工业也不断发展。粉尘的种类和用量急骤增加，加之操作工艺的自动化、连续性，粉尘爆炸的潜在危险性大大增加，预防粉尘爆炸有较高的现实意义。因此在生产过程中要严格执行国家的技术规范和操作规程，落实各项安全规章制度，避免粉尘爆炸事故的发生。
　　为有效防止粉尘爆炸事故的发生，凡是有可燃性粉尘存的工厂或车间的建设和管理及操作，要严格按照国家标准GB 15577-2007《粉尘防爆安全规程》执行。