淺議粉塵爆炸事故及防范措施

王麗

（濟南市公安消防支隊，山東 濟南 250031）

淺議粉塵爆炸事故及防范措施

王麗

（濟南市公安消防支隊，山東 濟南 250031）

為有效預(yù)防粉塵爆炸事故的發(fā)生，從粉塵的概念、分類、可燃粉塵爆炸的條件、過程、特點等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，并從建筑物的建設(shè)和企業(yè)管理兩方面提出相關(guān)防范措施。

粉塵爆炸；條件；過程；特點；防范措施

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，各種生產(chǎn)加工類企業(yè)大量出現(xiàn)，生產(chǎn)安全工作日益繁重，但企業(yè)主重效益輕安全的現(xiàn)象極其普遍，為各類安全事故的發(fā)生埋下了隱患。2014年8月2日發(fā)生在江蘇省昆山市江蘇中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間的金屬粉塵爆炸就是一起典型的安全生產(chǎn)事故，教訓(xùn)極其慘痛。但粉塵類爆炸為什么會造成大面積的建筑物破壞，為什么會導(dǎo)致事故中心的人員大面積甚至全身燒傷呢？這與粉塵爆炸自身的特點密切相關(guān)?，F(xiàn)筆者就粉塵爆炸事故發(fā)生的條件、過程、特點及防范措施進(jìn)行分析。

1 粉塵分類及粉塵爆炸的概念

粉塵是固體物質(zhì)的微小顆粒，是一種極細(xì)微的粉末。粉塵的直徑以微米為單位，一般小于100 μm的固體顆粒稱為粉塵。如糧食加工生產(chǎn)中小麥磨粉工序，小麥清理時產(chǎn)生的谷物粉塵顆粒度在1～150 μm之間，小麥磨成的面粉顆粒度在1～100 μm之間，多數(shù)都在粉塵直徑范圍內(nèi)。在木材加工、家具生產(chǎn)的砂光工序中，汽車生產(chǎn)車身、零配件的研磨拋光工序中等也都會產(chǎn)生大量細(xì)微粉塵。

粉塵爆炸都是由可燃粉塵引起的。可燃粉塵分為有機粉塵和無機粉塵兩大類。常見的可燃爆粉塵主要有：一是金屬粉塵，如鎂粉、鋁粉、鐵粉、鈦粉等；二是化學(xué)物質(zhì)粉塵，如聚苯乙烯、醋酸纖維素、酚醛樹脂、煤粉、硫礦粉等；三是食品、木材等物質(zhì)的顆粒粉塵，如淀粉、各類糧食面粉、奶粉、鋸末等。

粉塵爆炸是指由可燃粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源（明火或高溫），火焰瞬間傳播于整個混合粉塵的密閉空間，化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機械功以及光和熱的輻射，具有很強的破壞力。

2 粉塵爆炸的條件

2.1 粉塵應(yīng)為可燃物質(zhì)

上述粉塵分類中提到的幾類粉塵均為可燃物質(zhì)。

2.2 應(yīng)懸浮在空氣中，與空氣形成的混合物在其爆炸下限和上限之間

懸浮在空氣中的粉塵其周圍環(huán)境溫度、濕度以及自身的粒徑大小等決定了它的動力穩(wěn)定性，當(dāng)達(dá)到爆炸濃度，也就是爆炸極限時就會發(fā)生爆炸。不過當(dāng)爆炸濃度太小，遇火源燃燒產(chǎn)生的能量就小，無法形成持續(xù)穩(wěn)定的燃燒，也就無法發(fā)生爆炸；濃度太高，空氣中的氧含量就低，也不會發(fā)生爆炸。如常見的幾類爆炸極限有：木材加工中木粉塵的爆炸極限為12.6～25 g/m3，面粉的爆炸極限為9.7～60 g/m3，多聚甲醛的爆炸下限為60 g/m3，鋁粉的爆炸下限為30 g/m3等。

2.3 要有足夠的點火能量

粉塵爆炸的最小點火能量大致在10～100 MJ，如乙酸纖維素的最小點火能量為20 MJ，奶粉的最小點火能量根據(jù)粒徑不同而不同，粒徑為165 μm的，為75 MJ，粒徑為235 μm的，為80 MJ；大豆粉根據(jù)粗細(xì)程度，其細(xì)粉的最小點火能量為100 MJ，而大豆粗粉的最小點火能量為330 MJ。

引發(fā)粉塵爆炸的點火源形式各不相同，有明火、引火物、發(fā)煙物、電弧、熱燈絲、摩擦火花、靜電火花或電火花、熱表面、焊接或切割火焰等。這些點火源多產(chǎn)生在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如在粉碎、輸送、分選等食品加工過程中產(chǎn)生的粉塵，濃度一般高于爆炸濃度下限。機械的運轉(zhuǎn)部位缺乏潤滑摩擦生熱，破碎物料、硬性雜質(zhì)或者脫落的零部件與設(shè)備撞擊會打出火花，都能引起粉塵爆炸。粉料與管壁、設(shè)備壁摩擦和碰撞，粉料的顆粒之間的摩擦，產(chǎn)生的靜電電壓可高達(dá)數(shù)千至萬伏，極易產(chǎn)生靜電火花引燃粉塵。沉積或積聚在加熱表面如照明裝置、電動機、機械設(shè)備熱表面的可燃粉塵，受熱經(jīng)過一段時間會陰燃，繼而可引發(fā)粉塵爆炸。

如糧食儲存環(huán)節(jié)，在糧食筒倉儲滿糧食后，爆炸的危險性降低，但當(dāng)筒倉內(nèi)糧食卸空或處于未儲滿狀態(tài)時，筒內(nèi)具備可燃粉塵懸浮與空氣混合的條件一般都可能達(dá)到爆炸極限濃度，在裝卸、提升過程中，機械設(shè)備的摩擦、撞擊，電氣設(shè)備選型不當(dāng)或電氣故障、短路、過熱，維修焊接動火不慎以及雷擊等，都可能成為糧食粉塵爆炸的點火源。

再如，鎂合金材料生產(chǎn)在壓鑄行業(yè)中發(fā)生的燃燒、爆炸事故也多是在生產(chǎn)過程中由鎂的粉塵、碎屑、輕薄料引起的。這些材料導(dǎo)熱好、熱積聚快，彼此間不能充分散熱，另外表面積大，與氧接觸充分，有利于鎂與氧發(fā)生反應(yīng)。一旦鎂粉塵遇到火星、火花、火焰就會導(dǎo)致迅猛燃燒和爆炸。因此鎂和鎂合金生產(chǎn)的中心任務(wù)就是對鎂粉塵、鎂粉、鎂屑等進(jìn)行有效的管理和控制，防止發(fā)生燃燒和爆炸。

3 粉塵爆炸的過程、特點

3.1 爆炸過程

粉塵爆炸的過程按是否釋放可燃?xì)怏w分為兩類。

對于能釋放可燃?xì)怏w的粉塵，如木材粉塵、紙張粉塵，樟腦粉塵等，其爆炸過程主要為三步：一是接受火源能量的粉塵粒子表面溫度迅速升高，迅速的分解或干餾，產(chǎn)生可燃?xì)怏w釋放到粒子的周圍氣相中；二是產(chǎn)生的可燃?xì)怏w與空氣的混合物被火源引燃而發(fā)生有焰燃燒，這種燃燒通常先局部燃燒，通過熱輻射、熱對流等傳播擴散出去；三是火焰在傳播過程中產(chǎn)生的熱量使越來越多的粉塵被分解或干餾，釋放出可燃?xì)怏w，使燃燒循環(huán)逐次的加快進(jìn)行下去，最終導(dǎo)致粉塵爆炸。

對于不釋放可燃?xì)怏w的粉塵，如一些金屬、木炭、焦炭等，它們在受熱后能直接與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)并著火，產(chǎn)生的反應(yīng)熱使火焰迅速傳播，熾熱的粉塵或其氧化物加熱周圍的粉塵和空氣，使高溫空氣迅速膨脹，導(dǎo)致粉塵爆炸。此次昆山生產(chǎn)車間粉塵爆炸事故就屬于這類情況。

3.2 爆炸特點

粉塵爆炸威力大，破壞性強，易產(chǎn)生二次爆炸和多次爆炸，其主要特點有三方面。

3.2.1 易發(fā)生二次或多次爆炸

當(dāng)?shù)谝淮伪òl(fā)生后，會將沉積在地面、設(shè)備上、縫隙內(nèi)的粉塵揚起，與空氣混合再次形成可燃混合物，在其爆炸極限范圍內(nèi)時，就會再次引起爆炸，如此反復(fù)，形成多次長時間爆炸，造成極大的損失和傷亡。

3.2.2 最小點火能量高

因為可燃粉塵粒徑較大，大多數(shù)可肉眼進(jìn)行分辨，所以初起爆炸所需要的點火能量多在幾十毫焦耳以上。這也麻痹了很多生產(chǎn)廠商和生產(chǎn)工人，認(rèn)為其發(fā)生火災(zāi)或爆炸的可能性微乎其微，在生產(chǎn)管理中對粉塵爆炸的危害性認(rèn)識不足，防范措施不到位，一旦發(fā)生爆炸，后果不堪設(shè)想。

3.2.3 粉塵爆炸持續(xù)時間長，破壞力大

因為粉塵自身顆粒較大，最小點火能量又高，因此其在爆炸過程中能量傳遞速度較慢，壓力上升和下降的速度也就較慢，爆炸不像氣體等爆炸一樣瞬間發(fā)生并結(jié)束，而是持續(xù)時間較長。另外，由于粉塵多是長時間積累起來的，初起爆炸只能燃爆懸浮在空氣中的部分可燃粉塵，還有大量的粉塵沉積于地面、墻面、設(shè)備夾縫等部位，一旦被初起爆炸的能量激起懸浮于空氣中，形成的二次或多次爆炸會使爆炸時間持續(xù)更長，破壞更大。

4 消防安全防范措施

在工業(yè)生產(chǎn)、儲存過程中，應(yīng)在生產(chǎn)車間、倉庫、內(nèi)部相關(guān)除塵、通風(fēng)、抑爆設(shè)施等的建設(shè)安裝和日常管理上采取有效措施，最大限度地避免粉塵爆炸事故的發(fā)生。

4.1 建筑物建設(shè)方面

（1）可能散發(fā)可燃粉塵的車間、裝置等，宜布置在明火或散發(fā)火花地點的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。

（2）安裝有粉塵爆炸危險的工藝設(shè)備或存在可燃粉塵的建(構(gòu))筑物，應(yīng)根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定與其它建(構(gòu))筑物分離，滿足防火間距要求。有爆炸危險的工藝設(shè)備宜設(shè)置在建筑物外的露天場所，但其露天安裝也應(yīng)滿足相關(guān)消防設(shè)計規(guī)范要求。

建筑物宜為單層建筑，屋頂、墻體宜用輕型結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)屋頂和墻體的單位質(zhì)量不宜超過60 kg/m2。多層建筑的結(jié)構(gòu)宜采用框架結(jié)構(gòu)，不能使用框架結(jié)構(gòu)的建筑物應(yīng)在墻上設(shè)置符合要求的泄爆口，泄爆口可以利用建筑物外窗、通風(fēng)口、輕質(zhì)屋頂?shù)仍O(shè)置，根據(jù)規(guī)范要求計算有效的泄爆面積。有粉塵爆炸危險的筒倉，應(yīng)在其頂部蓋板設(shè)置必要的泄壓設(shè)施。

建筑物內(nèi)的梁柱、屋頂桁架、墻體內(nèi)側(cè)及生產(chǎn)設(shè)備等，其表面結(jié)構(gòu)應(yīng)便于清掃，防止粉塵堆積。

（3）乙類生產(chǎn)廠房中有粉塵、纖維爆炸危險的，地面應(yīng)采用不發(fā)生火花地面，且地面下不宜設(shè)置地溝。當(dāng)采用絕緣材料作地面面層時，還應(yīng)采取防靜電措施。

（4）安全、通風(fēng)、除塵、粉塵爆炸預(yù)防、粉塵爆炸控制等設(shè)備設(shè)施應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝。

此類場所的排風(fēng)、除塵設(shè)施應(yīng)單獨設(shè)置，與其他場所不應(yīng)合用，且管道應(yīng)明敷，并采用金屬管道。排風(fēng)、除塵設(shè)備不應(yīng)布置在建筑物的地下室、半地下室中。

4.2 日常管理方面

（1）企業(yè)應(yīng)對自身生產(chǎn)、儲存場所是否具有粉塵爆炸危害性進(jìn)行安全評估，做到心中有數(shù)。對存在粉塵爆炸危險的，應(yīng)在車間、倉庫建設(shè)過程中，日常生產(chǎn)管理過程中根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求采取有效的防范措施。

（2）企業(yè)應(yīng)開展日常安全檢查、巡查。對車間、倉庫以及生產(chǎn)工段定期進(jìn)行嚴(yán)格的內(nèi)部檢查，定期測試排風(fēng)、除塵設(shè)施的運行狀況，防止粉塵大量堆積。

（3）企業(yè)應(yīng)積極開展安全培訓(xùn)教育工作。尤其是有粉塵作業(yè)場所，應(yīng)進(jìn)行崗前培訓(xùn)，普及粉塵爆炸的相關(guān)知識和逃生自救常識，嚴(yán)格安全生產(chǎn)操作規(guī)程，嚴(yán)防不規(guī)范生產(chǎn)引發(fā)的爆炸等災(zāi)害事故的發(fā)生。

（4）粉塵爆炸的車間、倉庫等場所應(yīng)杜絕各種非生產(chǎn)性明火存在。

參考資料

[1]郭鐵男.中國消防手冊（第四卷）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[2]GB15577-2007，粉塵防爆安全規(guī)程[S].

作者：王麗（1976-），女，本科，工程師，研究方向為消防監(jiān)督管理、建設(shè)工程防火等。

For the effective prevention of dust explosion accidents,this article makes a detailed analysis from the concept,classification of the dust and the condition,process,characteristics of combustible dust explosion.At the same time,it puts forward related preventive measures in terms of the construction of buildings and the enterprise management.

dust explosion；classification；process；characteristics；preventive measures

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2014-8-26)