粉塵爆炸原理及影響因素

1、1.粉塵爆炸粉塵爆炸2.鋁粉塵爆炸特點(diǎn)鋁粉塵爆炸特點(diǎn)3.簡(jiǎn)析昆山爆炸事故簡(jiǎn)析昆山爆炸事故4.整改整改措施措施 不同國(guó)家對(duì)粉塵的定義并不相同。不同國(guó)家對(duì)粉塵的定義并不相同。根據(jù)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS2955:1958，將粒徑，將粒徑D1000um的粒子叫做的粒子叫做粉末粉末，將粒徑，將粒徑D76um的粒子叫做的粒子叫做粉塵粉塵;而而NFPA68標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)將粉塵定義為粒徑小于準(zhǔn)將粉塵定義為粒徑小于420um的粒子。的粒子。由此可見兩者對(duì)于粉塵尺寸的定義相由此可見兩者對(duì)于粉塵尺寸的定義相差了大約差了大約6倍。倍。粉塵定義粉塵定義National Fire Protection Association美

2、國(guó)消防協(xié)會(huì)美國(guó)消防協(xié)會(huì) 系指大氣中粒徑小于10m的固體微粒，它能較長(zhǎng)期地在大氣中漂浮，有時(shí)也稱為浮游粉塵。英文縮寫為PM10。飄塵 系指大氣中粒徑大于10m的固體微粒，在重力作用下，它可在較短的時(shí)間內(nèi)沉降到地面。降塵 系指大氣中粒徑小于100m的所有固體微粒。也被稱為總懸浮顆粒物，英文縮寫為TSP?？倯腋∥⒘otal suspended particulate 將物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)由一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)將物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)由一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài),而且在瞬間放出大量而且在瞬間放出大量能量的現(xiàn)象稱為能量的現(xiàn)象稱為爆炸爆炸。爆炸是發(fā)生在一定容積中并產(chǎn)生突然、顯著壓力。爆炸是發(fā)生在一定容積中并產(chǎn)生突然、

3、顯著壓力上升的化學(xué)放熱過(guò)程。上升的化學(xué)放熱過(guò)程。粉塵爆炸粉塵爆炸是指懸浮在空氣中的可燃粉塵接觸明火、是指懸浮在空氣中的可燃粉塵接觸明火、電火花等點(diǎn)火源時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。電火花等點(diǎn)火源時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。反應(yīng)方程式可用下式概括：反應(yīng)方程式可用下式概括：Fuel + Oxygen Oxide + Heat 粉塵必須可燃粉塵必須在可燃界限內(nèi)存在點(diǎn)火源且能量高于最小點(diǎn)火能量氧化劑在有限的空間內(nèi)粉塵爆炸需滿足條件粉塵爆炸需滿足條件u ，主要用于衡量粉塵爆炸的強(qiáng)度，如最大爆炸壓力 和最大壓力上升速率u ，主要用于衡量粉塵爆炸發(fā)生的敏感性，如爆炸極限、最小點(diǎn)火能、著火溫度等。maxPmax）（dtdp 烈度參

4、數(shù) 感度參數(shù) 粉塵爆炸特性參數(shù)主要存在兩種粉塵爆炸特性參數(shù)主要存在兩種:鋁粉遇潮濕、水蒸氣能自燃；鋁粉遇潮濕、水蒸氣能自燃；與氧化劑混合能形成爆炸性混合物；與氧化劑混合能形成爆炸性混合物；與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)；應(yīng)；與酸類或與強(qiáng)堿接觸，也能產(chǎn)生氫氣，與酸類或與強(qiáng)堿接觸，也能產(chǎn)生氫氣，引起燃燒爆炸。引起燃燒爆炸。 因此，鋁粉被列為遇濕易燃危險(xiǎn)貨因此，鋁粉被列為遇濕易燃危險(xiǎn)貨物，在國(guó)家建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范當(dāng)中，鋁物，在國(guó)家建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范當(dāng)中，鋁粉的火災(zāi)危險(xiǎn)性屬于粉的火災(zāi)危險(xiǎn)性屬于乙類可燃性粉末乙類可燃性粉末。鋁粉本身屬于遇濕易燃的危險(xiǎn)化學(xué)品：鋁粉本身屬于遇

5、濕易燃的危險(xiǎn)化學(xué)品： u 另一種是將干燥的粉塵分散到有濕度另一種是將干燥的粉塵分散到有濕度控制的容器內(nèi)進(jìn)行爆炸控制的容器內(nèi)進(jìn)行爆炸。u 一種是事先將粉塵存儲(chǔ)在有固定濕度的一種是事先將粉塵存儲(chǔ)在有固定濕度的容器內(nèi)，直到達(dá)到容器內(nèi)，直到達(dá)到 吸附平衡，然后在干燥吸附平衡，然后在干燥的密閉空間內(nèi)起爆的密閉空間內(nèi)起爆。! 第一種情況時(shí)濕度增加了爆炸的嚴(yán)重度第一種情況時(shí)濕度增加了爆炸的嚴(yán)重度。 ! 后一種情況則抑制了爆炸的發(fā)生。后一種情況則抑制了爆炸的發(fā)生。 在工業(yè)實(shí)際中，鋁粉爆炸并不僅僅是在在工業(yè)實(shí)際中，鋁粉爆炸并不僅僅是在上面兩種情況下發(fā)生，也可能是達(dá)到吸附平上面兩種情況下發(fā)生，也可能是達(dá)到吸附平衡

6、的鋁粉在高濕度環(huán)境中的爆炸。衡的鋁粉在高濕度環(huán)境中的爆炸。有科學(xué)家做過(guò)這樣實(shí)驗(yàn)有科學(xué)家做過(guò)這樣實(shí)驗(yàn) 在吸附的同時(shí)發(fā)生脫附，吸附速度和脫在吸附的同時(shí)發(fā)生脫附，吸附速度和脫附速度相等表觀吸附速度為零，吸附質(zhì)在溶附速度相等表觀吸附速度為零，吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不再發(fā)液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不再發(fā)生改變時(shí)的狀態(tài)稱之為吸附平衡。生改變時(shí)的狀態(tài)稱之為吸附平衡。 鋁粉粉塵粒子表面通過(guò)鋁粉粉塵粒子表面通過(guò)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)和和熱熱輻射輻射，從火源獲得能量從火源獲得能量,使表面溫度急使表面溫度急劇升高，達(dá)到粉塵粒子加速分解的溫劇升高，達(dá)到粉塵粒子加速分解的溫度和蒸發(fā)溫度度和蒸發(fā)溫度,形成

7、形成粉塵蒸氣粉塵蒸氣或或分解氣分解氣體體，這種氣體與空氣混合后就容易引這種氣體與空氣混合后就容易引起點(diǎn)火起點(diǎn)火（氣相點(diǎn)火氣相點(diǎn)火）。另外，粉塵粒。另外，粉塵粒子本身相繼發(fā)生熔融汽化子本身相繼發(fā)生熔融汽化，迸發(fā)出微迸發(fā)出微小火花，成為周圍未燃燒粉塵的點(diǎn)火小火花，成為周圍未燃燒粉塵的點(diǎn)火源，使之著火源，使之著火，從而擴(kuò)大了爆炸范圍，從而擴(kuò)大了爆炸范圍，這一過(guò)程與氣體爆炸相比復(fù)雜得多。這一過(guò)程與氣體爆炸相比復(fù)雜得多。物質(zhì)的燃燒熱越大，如煤、碳、硫越易帶電的粉塵，如聚乙烯、聚丙烯粉塵爆炸下線越低，如鋁粉37顆粒越小，如鋁，鎂3/ mg什么因素會(huì)影響爆炸烈什么因素會(huì)影響爆炸烈度呢？度呢？ 鋁粉顆粒由一個(gè)

8、鋁核和外面一層鋁粉顆粒由一個(gè)鋁核和外面一層 保護(hù)層保護(hù)層 組成。當(dāng)環(huán)境溫度組成。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到鋁的熔點(diǎn)時(shí)，由于鋁的熔化，氧化鋁保護(hù)層受到熱機(jī)械力的拉伸，達(dá)到鋁的熔點(diǎn)時(shí)，由于鋁的熔化，氧化鋁保護(hù)層受到熱機(jī)械力的拉伸，薄的氧化層可能發(fā)生破裂，這樣鋁就直接暴露于空氣和水蒸汽的氧化環(huán)薄的氧化層可能發(fā)生破裂，這樣鋁就直接暴露于空氣和水蒸汽的氧化環(huán)境中。此時(shí)，如果顆粒表面含有吸附水的鋁粉吹入爆炸罐內(nèi)點(diǎn)火起爆，境中。此時(shí)，如果顆粒表面含有吸附水的鋁粉吹入爆炸罐內(nèi)點(diǎn)火起爆，很可能發(fā)生鋁粉與水生成氫氣的反應(yīng)。很可能發(fā)生鋁粉與水生成氫氣的反應(yīng)。32l OA在高濕度環(huán)境下，爆炸罐內(nèi)的鋁粉可能發(fā)生如下的爆炸反應(yīng)：在高

9、濕度環(huán)境下，爆炸罐內(nèi)的鋁粉可能發(fā)生如下的爆炸反應(yīng)： 由上面的反應(yīng)方程式可以知道，環(huán)境內(nèi)適量水分的增加可以促進(jìn)鋁由上面的反應(yīng)方程式可以知道，環(huán)境內(nèi)適量水分的增加可以促進(jìn)鋁粉爆炸反應(yīng)的發(fā)生，氫氣的產(chǎn)生也增強(qiáng)了爆炸的猛烈程度粉爆炸反應(yīng)的發(fā)生，氫氣的產(chǎn)生也增強(qiáng)了爆炸的猛烈程度。 在高濃度時(shí)，鋁粉的量足以與爆炸罐中的氧氣和水蒸汽發(fā)生完全反應(yīng)，在高濃度時(shí)，鋁粉的量足以與爆炸罐中的氧氣和水蒸汽發(fā)生完全反應(yīng)，因此隨著濕度的增加，參與反應(yīng)的鋁粉量會(huì)逐漸增加，放熱量也必然增因此隨著濕度的增加，參與反應(yīng)的鋁粉量會(huì)逐漸增加，放熱量也必然增大，因此最大爆炸壓力和最大壓力上升速率值大，因此最大爆炸壓力和最大壓力上升速率值

10、 都隨著環(huán)境濕度的增加而都隨著環(huán)境濕度的增加而明顯增加。明顯增加。如系列如系列2 在低濃度時(shí)，隨著環(huán)境濕度的增加，最大爆炸壓力和最大壓力上升速在低濃度時(shí)，隨著環(huán)境濕度的增加，最大爆炸壓力和最大壓力上升速率出現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)；率出現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)；如系列如系列1環(huán)境濕度最最大大爆爆炸炸壓壓力力系列 2系列 1MJOAlOAl3 .3234322 鋁粉、鎂粉、鋁鎂合金粉屬易燃易爆物質(zhì)，在制粉和保存過(guò)程中可發(fā)生鋁粉、鎂粉、鋁鎂合金粉屬易燃易爆物質(zhì)，在制粉和保存過(guò)程中可發(fā)生遇明火爆炸，也可以發(fā)生自燃，通常前者占多數(shù)，而昆山這一次爆炸顯然是明遇明火爆炸，也可以發(fā)生自燃，通常前者占多數(shù)，而

11、昆山這一次爆炸顯然是明火引發(fā)的。粉塵爆炸是懸浮在空氣中的粉塵急劇氧化燃燒，產(chǎn)生大量的熱和形火引發(fā)的。粉塵爆炸是懸浮在空氣中的粉塵急劇氧化燃燒，產(chǎn)生大量的熱和形成高壓的現(xiàn)象。成高壓的現(xiàn)象。爆炸過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)：爆炸過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)： 對(duì)于一定的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，被粉碎的程度對(duì)于一定的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，被粉碎的程度越大，即顆粒越小，則比表面積越大，那越大，即顆粒越小，則比表面積越大，那么表面能也越大。例如，一塊么表面能也越大。例如，一塊 1 公斤重的公斤重的二氧化硅的表面能為二氧化硅的表面能為 0.2 焦耳，這是很小焦耳，這是很小的，它只相當(dāng)于把的，它只相當(dāng)于把 1 公斤的物體舉高公斤的物體舉高 0.02 米

12、所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一米所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一樣細(xì)小的粉塵后，其表面能可達(dá)樣細(xì)小的粉塵后，其表面能可達(dá) 焦耳，即相當(dāng)于把同樣重的物體舉高焦耳，即相當(dāng)于把同樣重的物體舉高 2700 米所做的功，表面能竟增大了米所做的功，表面能竟增大了 倍倍。6107 . 2710 分析其原因分析其原因，當(dāng)顆粒直徑較大時(shí)當(dāng)顆粒直徑較大時(shí),隨著燃燒的快速傳播隨著燃燒的快速傳播，顆粒內(nèi)部顆粒內(nèi)部因缺氧而不能完全燃燒因缺氧而不能完全燃燒，從而減慢了燃燒熱的釋放和傳遞從而減慢了燃燒熱的釋放和傳遞，隨著粒徑隨著粒徑的減小的減小，顆粒比表面積隨之增大顆粒比表面積隨之增大，氧氣向顆粒表面擴(kuò)散的時(shí)間縮短氧

13、氣向顆粒表面擴(kuò)散的時(shí)間縮短，顆粒因缺氧而不能完全燃燒的現(xiàn)象隨之減弱顆粒因缺氧而不能完全燃燒的現(xiàn)象隨之減弱，燃燒熱的釋放也加快。燃燒熱的釋放也加快。 從粉塵爆炸機(jī)理方面分析鋁粉的爆炸特性可知，鋁粉的粒度從粉塵爆炸機(jī)理方面分析鋁粉的爆炸特性可知，鋁粉的粒度 ，與空氣接觸與空氣接觸的表面積的表面積 ，其化學(xué)活性，其化學(xué)活性 ，越容易燃燒爆炸，并且燃燒速度也越快。對(duì)相同鋁，越容易燃燒爆炸，并且燃燒速度也越快。對(duì)相同鋁粉來(lái)說(shuō)，單位體積的表面積粉來(lái)說(shuō)，單位體積的表面積 ，其危險(xiǎn)性就，其危險(xiǎn)性就 。 存在鋁鎂粉塵爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)所不得設(shè)存在鋁鎂粉塵爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)所不得設(shè)置在危房或違章建筑內(nèi)；廠房應(yīng)為置在危

14、房或違章建筑內(nèi)；廠房應(yīng)為單層建單層建筑筑，屋頂應(yīng)采用，屋頂應(yīng)采用輕型結(jié)構(gòu)輕型結(jié)構(gòu)。如廠房為多層。如廠房為多層建筑的結(jié)構(gòu)，則應(yīng)采用建筑的結(jié)構(gòu)，則應(yīng)采用框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，并保證，并保證其有足夠面積的泄爆口在爆炸時(shí)能有效地其有足夠面積的泄爆口在爆炸時(shí)能有效地進(jìn)行泄爆。進(jìn)行泄爆。 存在鋁鎂粉塵爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)所所有存在鋁鎂粉塵爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)所所有電氣設(shè)備必須采用電氣設(shè)備必須采用防爆電氣設(shè)備防爆電氣設(shè)備。 應(yīng)按工藝分片（區(qū)域）設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的收應(yīng)按工藝分片（區(qū)域）設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的收塵系統(tǒng)，塵系統(tǒng)，收塵器設(shè)置在建筑物外收塵器設(shè)置在建筑物外，并設(shè)有，并設(shè)有泄爆裝置和防雨措施，回收的鋁鎂粉塵應(yīng)泄爆裝置和防雨措施，回收的鋁鎂粉塵應(yīng)當(dāng)儲(chǔ)存在當(dāng)儲(chǔ)存在獨(dú)立干燥的堆放獨(dú)立干燥的堆放場(chǎng)所。場(chǎng)所。 所有產(chǎn)塵點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)吸塵罩，所有產(chǎn)塵點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)吸塵罩，風(fēng)管中風(fēng)管中不應(yīng)有粉塵沉降不應(yīng)有粉塵沉降。 建立嚴(yán)格的清潔制度，對(duì)所有可能積累建立嚴(yán)格的清潔制度，對(duì)所有可能積累粉塵的生產(chǎn)車間和貯存室，每班都應(yīng)及時(shí)粉塵的生產(chǎn)車間和貯存室，每班都應(yīng)及時(shí)清掃。在貯存能自燃的散裝鋁鎂粉料時(shí)，清掃。在貯存