堆積粉塵的自燃及其防控措施

堆積粉塵的自燃及其防控措施一、可燃粉塵定義可燃粉塵會發(fā)生自燃火災(zāi)以及爆炸事故與粉塵的性質(zhì)密不可分，對于可燃粉塵的定義，國標(biāo)15577《粉塵防爆安全規(guī)程》將其定義為一定條件下能與氣態(tài)氧化劑（主要是空氣）發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)的粉塵，一般我們認(rèn)為可燃粉塵：指與空氣中氧反應(yīng)能放熱的粉塵，例如有機(jī)物粉塵煤粉、木粉，與氧氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)會產(chǎn)生C02和H20o可燃性粉塵還存在著粉塵爆炸的危險(xiǎn)，在國標(biāo)/T15604《粉塵防爆術(shù)語》中指細(xì)微的固體顆粒，而美國NFPA654和歐盟1127-1又分別規(guī)定了可爆粉塵的粒徑，分為粒徑小于420um和粒徑為1mm以內(nèi)的粉塵。例如鋁粉、鎂粉、鈦粉和鐵粉等金屬粉塵，硫礦粉、煤粉等化學(xué)物質(zhì)的粉塵，食品和木材等物質(zhì)顆粒的粉塵都是可爆粉塵。二、粉塵陰燃條件堆積粉塵陰燃是指堆積可燃物質(zhì)體系內(nèi)局部溫度升高，且會發(fā)生持續(xù)、有煙、無氣相火焰的緩慢燃燒現(xiàn)象。可燃物質(zhì)堆積引發(fā)陰燃是所有自燃事故的始端，能否有陰燃，取決于堆積可燃粉塵自身的物理化學(xué)性質(zhì)和外部環(huán)境。堆積可燃粉塵能夠發(fā)生陰燃的自身物理化學(xué)性質(zhì)是該堆積粉塵內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)熱后能夠蓄熱且可以繼續(xù)燃燒。這些堆積可燃粉塵包括紙張碎屑、鋸末、纖維織物產(chǎn)生的粉塵。堆積可燃粉塵能夠發(fā)生陰燃的外部條件包括環(huán)境內(nèi)空氣不流通和適宜的熱源?？諝饬魉倌軌虼偈棺匀俭w系內(nèi)部與外界的對流傳熱，體系內(nèi)部散熱快于蓄熱，使蓄熱條件變差，則自燃反應(yīng)速率變慢，因此堆積可燃物質(zhì)體系周圍的低空氣流速給了其內(nèi)部良好的蓄熱條件，產(chǎn)生陰燃。適宜的熱源給堆積可燃物質(zhì)體系提供了穩(wěn)定的熱量供給，蓄熱能力增強(qiáng)，它包括著自燃熱源（堆積可燃物質(zhì)體系內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)放熱）、一種陰燃引起另一種陰燃的熱源以及有焰燃燒熄滅后的熱源。堆積可燃物質(zhì)周圍的氧氣作為助燃物質(zhì)加快了陰燃的蔓延，若周圍一直存在著穩(wěn)定的氧氣濃度，極易發(fā)生陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變。三、粉塵爆炸條件涉粉工藝眾多，極易發(fā)生粉塵火災(zāi)爆炸事故，而事故調(diào)查原因顯示發(fā)生粉塵爆炸事故時(shí)滿足以下條件。（1）粉塵具有可燃性或可爆性。這與粉塵自身的理化性質(zhì)有關(guān)。（2）粉塵與助燃?xì)怏w混合且達(dá)到其濃度爆炸極限?？扇挤蹓m堆積狀態(tài)下只能發(fā)生自燃，不能發(fā)生爆炸，而堆積的粉塵在研磨、粉碎、運(yùn)輸?shù)裙に囘^程中一旦被揚(yáng)起，形成預(yù)混氣，極易發(fā)生爆炸事故。這與粉塵的粒徑、密度、環(huán)境濕度等條件有關(guān)。（3）存在點(diǎn)火源。粉塵的自燃點(diǎn)和最小點(diǎn)火能量與粉塵的性質(zhì)有關(guān)，多數(shù)有10mJ-100mJ的最小點(diǎn)火能量或400℃-500℃的自燃溫度。而自燃火災(zāi)爆炸事故通常由可燃粉塵在認(rèn)為難以成為點(diǎn)火源的較低溫度的加熱表面上堆積時(shí)間過長、面積過大時(shí)，內(nèi)部不斷積熱，達(dá)到該粉塵的自燃點(diǎn)，發(fā)生自燃，自燃的粉塵飛揚(yáng)后，落到堆積的粉塵上引發(fā)爆炸。（4）粉塵具有擴(kuò)散性。粉塵擴(kuò)散是與助燃?xì)怏w混合，從而具有爆炸能力。（5）粉塵爆炸空間是封閉受限空間。四、堆積粉塵事故影響因素綜合由堆積可燃粉塵自燃引發(fā)陰燃、著火、爆炸事故案例分析，可以得到堆積粉塵事故的影響因素分別為其自身的性質(zhì)原因和外部的環(huán)境原因，如下圖所示。:燃燒熱化學(xué)因素 ?燃燒速度與水汽等的反應(yīng)性揚(yáng)塵濃度和粒度物理因素--粉塵堆積形狀、比熱、熱傳導(dǎo)率吩塵表面狀態(tài)、帶電性及粉塵攝聚性等通風(fēng)條件（氧氣濃度）阻燃性粉塵濃度點(diǎn)火源覆度和點(diǎn)火方式可崎粉塵環(huán)境中的水分、窒息性氣體濃度其他因素由圖可知，發(fā)生事故的可燃粉塵自身原因?yàn)槠湮锢砘瘜W(xué)性質(zhì)，物理性質(zhì)包括粉塵的濃度和粒度、堆積形狀、比熱、熱傳導(dǎo)率、粉塵表面狀態(tài)、帶電性及粉塵凝聚性等性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)包括粉塵燃燒熱、燃燒速度、與水汽或二氧化碳等的反應(yīng)性等。這些自身的物理性質(zhì)是不能改變的，其中燃燒熱高的粉塵易發(fā)生爆炸，且爆炸的威力較大；氧化速度快的粉塵，如鎂、氧化亞鐵、染料等粉塵，容易發(fā)生爆炸，容易帶電的粉塵同樣容易發(fā)生事故；可燃粉塵濃度處于爆炸濃度極限范圍內(nèi)會發(fā)生粉塵爆炸,粉塵的爆炸下限濃度和粉塵的粒度密切相關(guān);粒度越小的粉塵,比表面積越大，在空氣中的分散度也就越大，吸附氧的活性越強(qiáng)，氧化反應(yīng)速度也就越快，就越容易發(fā)生事故。不同可燃粉塵的物理化學(xué)性質(zhì)不同，其造成的事故危害也不相同。另一方面，發(fā)生事故的可燃粉塵外部原因包括堆積粉塵所處環(huán)境中的通風(fēng)條件（氧氣濃度）、阻燃性粉塵的濃度和灰度、點(diǎn)火源強(qiáng)度或點(diǎn)火方式、可燃粉塵環(huán)境中的水分、室息氣濃度以及其他因素等。這些外部條件可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，其中通風(fēng)條件（氧濃度）對陰燃和和爆炸事故影響最大，氧氣有助于堆積粉塵陰燃事故發(fā)生蔓延，當(dāng)氧氣濃度達(dá)到某一值時(shí)，就可發(fā)生向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變。環(huán)境中的窒息氣可以減少粉塵爆炸發(fā)生，可通入一定量的惰性氣體增加窒息氣的濃度，從而降低氧含量，使粉塵爆炸的濃度范圍降低，進(jìn)而減少事故發(fā)生;阻燃性粉塵的濃度和灰度可以一定程度起到對可燃粉塵的冷卻、抑制懸浮、負(fù)催化作用，使其可燃性、爆炸性降低；點(diǎn)火源強(qiáng)度或點(diǎn)火方式給堆積粉塵所處環(huán)境提供穩(wěn)定熱源，火源溫度越高越易發(fā)生自燃，從而引發(fā)火災(zāi)爆炸事故；可燃粉塵環(huán)境中的水分根據(jù)可燃粉塵的種類可起到催化或抑制兩種不同作用，如煤粉、拋光鋁粉、硝化棉在濕潤環(huán)境中更易發(fā)生自燃，而對于淀粉類粉塵，通過加入水分來增加了其不燃成分；窒息氣濃度以及其他因素包括著壓力環(huán)境、多種物質(zhì)混合堆積、堆積時(shí)間等因素，我們可以改變堆積可燃粉塵的外部條件來減少事故發(fā)生。五、堆積粉塵自燃防控措施(1)減少堆積粉塵的堆積體積量①降低粉塵泄漏。生產(chǎn)場所的工藝設(shè)備應(yīng)密封防止粉塵逸出，保證環(huán)境內(nèi)的設(shè)備、管道的密閉性，避免因設(shè)備、管道密封不良而出現(xiàn)粉塵外泄堆積問題，比如，加強(qiáng)對破煤設(shè)備、運(yùn)輸管道的密閉性檢測。②及時(shí)清理或轉(zhuǎn)移堆積粉塵。對于不可避免產(chǎn)生粉塵的場所，如煤粉制備系統(tǒng)的煤粉倉、除塵系統(tǒng)的灰斗等易堆積粉塵的場所，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室測定堆積粉塵的自燃溫度，可以推測大體積量堆放粉塵的自燃溫度和臨界儲存時(shí)間，也可以根據(jù)環(huán)境溫度和儲存條件推測堆積粉塵的臨界體積量，如lm3的褐煤常溫下最多儲存七天，確保在可儲存的時(shí)間內(nèi)，把工藝中生產(chǎn)、儲存和使用環(huán)節(jié)及時(shí)清理和轉(zhuǎn)移堆積粉塵。③加強(qiáng)粉塵擴(kuò)散的控制。防止粉塵擴(kuò)散是為了避免形成爆炸性環(huán)境，堆積粉塵產(chǎn)熱引爆粉塵云，尤其是防止粉塵飛揚(yáng)，粉塵外逸的措施。④多種方式除塵。根據(jù)不同性質(zhì)的粉塵選擇不同的除塵方式，例如粉料裝卸設(shè)備處可采用干霧抑塵裝置；以煤為燃料的工廠、電站，可以采用靜電除塵方式去除煙氣中的煤灰和粉，在工藝允許的條件下，可以采用濕法消塵，采用局部排風(fēng)的除塵系統(tǒng)，采用全面排風(fēng)或自然排風(fēng)多種方式抑塵除塵。（2）嚴(yán)格控制環(huán)境溫度①堆積粉塵自燃探測技術(shù)。對于堆積粉塵的場所增加溫度監(jiān)控，在線探測其溫度、揮發(fā)氣體和氧含量等，可采用直接溫度探測法、氣體探測法、遙感探測法和紅外熱像儀監(jiān)測預(yù)測等方式確保環(huán)境溫度低于其自燃溫度，及時(shí)降溫，防止堆積粉塵的自燃。②防止出現(xiàn)點(diǎn)火源。點(diǎn)火源強(qiáng)度或點(diǎn)火方式給堆積粉塵所處環(huán)境提供穩(wěn)定熱源，火源溫度越高越易發(fā)生自燃，從而引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。對于大量堆積粉塵的生產(chǎn)工藝場所，常見的點(diǎn)火源有高溫?zé)岜砻婧兔骰穑瑑深慄c(diǎn)火源會導(dǎo)致環(huán)境內(nèi)的溫度短時(shí)間上升，所以防止明火與熱表面引燃以及采取防止發(fā)生摩擦、碰撞的措施，防止摩擦、碰撞火花的產(chǎn)生。（3）減少粉塵的堆積時(shí)間。一般粉塵在短時(shí)間內(nèi)堆積沒有自燃現(xiàn)象，但可能在很長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生自燃著火,所以，當(dāng)粉塵從工藝設(shè)備中泄漏到車間的過程設(shè)置有效的除塵系統(tǒng)控制工藝設(shè)備中的粉塵濃度，減少粉塵的堆積時(shí)間。對于大量堆積粉塵的場所如筒倉，長時(shí)間不能清理，可以根據(jù)不同體積量堆積粉塵發(fā)生自燃的誘導(dǎo)時(shí)間對數(shù)與體積表面積比率對數(shù)的關(guān)系式，在其誘導(dǎo)時(shí)間內(nèi)及時(shí)轉(zhuǎn)移或清理堆積粉塵。（4）其他方面。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，通風(fēng)條件、水分以及是否存在催化劑等都是影響堆積粉塵自燃的因素。①水分對于不同的自燃物質(zhì)有不同作用。對于植物纖維、金屬粉末以及堆放的煤，適量的水分能使自燃反應(yīng)速率加快，所以其環(huán)境要保持干燥。而對于與水分不反應(yīng)的物質(zhì)，由于水的熱容量和導(dǎo)熱率比較大，不利于保溫和蓄熱，不利于自燃的發(fā)生，所以該環(huán)境要適當(dāng)保持水分。②通風(fēng)條件可以起到加快可燃物質(zhì)堆積體系內(nèi)與外的傳熱速率的作用，降低其蓄熱條件，防止其自燃。所以，在可產(chǎn)生堆積粉塵的場所要保持通風(fēng)，避免形成密閉性的爆炸環(huán)境。③對堆積粉塵進(jìn)行惰化。堆積粉塵環(huán)境中若是存在對可燃粉塵有催化作用的物質(zhì),極快地加大發(fā)生自燃的概率，比如酸中微量重金屬及脂肪皂，對油酸的自燃發(fā)熱起到促進(jìn)作用，所以粉塵場所減少多種粉塵混合存放堆積，另外