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粉尘爆炸的预防和火灾扑救措施

来源:职业卫生网2014-3-27 15:40:34

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  • 摘要
  • 被粉碎成细小颗粒的固体物质称为粉尘。粉尘中有很大部分遇火源或其他能量源易发生燃烧爆炸。据有关资料统计,美国1900-1956年共发生粉尘爆炸事故 1000余起,英国近10年发生240余起。日本1952-1979年也发生此类事故200余起。在我国,1942年发生的本溪煤矿煤粉爆炸事故、 1987年…

    被粉碎成细小颗粒的固体物质称为粉尘。粉尘中有很大部分遇火源或其他能量源易发生燃烧爆炸。据有关资料统计,美国1900-1956年共发生粉尘爆炸事故 1000余起,英国近10年发生240余起。日本1952-1979年也发生此类事故200余起。在我国,1942年发生的本溪煤矿煤粉爆炸事故、 1987年哈尔滨亚麻厂粉尘爆炸事故等,损失和教训都十分惨重。特别是随着我国经济的发展,粉尘种类的数量急骤增加,粉尘火灾爆炸事故时有发生,因此,对 粉尘的火灾爆炸危险性应该高度重视。本文就粉尘特性及其危害作简要介绍。 

    一、粉尘爆炸的内在原因

    处于粉尘状态的物质较之固体状态物质有所不同,尤其是在燃烧特性方面,原来非燃物质可能变为可燃物质,原来是难燃物质可能变成易燃物质,可燃、易燃物可能变为易爆炸物质,而这一变化是由粉尘的特性所决定的。

    粉尘的表面自由能:

    对于任何粉尘粒子来讲,其表面分子与内部分子所处的能量状态是不同的(如图所示,小圆圈代表分子引力范围)。在粉尘粒子内部的分子1,因四面八 方均具有同类分子包围着,所受周围分子的引力是对称的,可以相互抵消而受力总和为零,它做分子运动(震动)时不需要消耗功,而靠近粒子表面的分子23, 由于内部密集的同类分子的引力远大于外部其他分子(念气体分子)对它的引力,所以不能相互抵消,这些力的总和垂直于粉尘表面而指向粉尘内部,亦即表面分子 受到内向的拉力,表面上的分子总比内部分子具有更高的能量,这种能量叫做表面自由能。

    粉尘的分散度和表面积:

    所谓粉尘的分散度就是粉尘按不同粒径(直径)分布的一种形式。其中小粒径粉尘越多,我们就称其分散度大,而分散度的大小又决定着粉尘的表面积,其分散度越大,则表面积越大,表面分子越多,导致表面自由能越大。

    粉尘的吸附性:

    其他物质分子在粉尘表面上相对聚集的现象称为粉尘的吸附现象。由于粉尘具有较大的表面及自由能,而物质又具有由高能态向低能态转化的趋势。能态越低越稳定,所以,它对周围分子尤其是快速移动的气体分子具有吸附性。通过吸附其他分子来降低部分表面自由能。

    综上所述,由于粉尘的分散度较大,具有较大的表面积,从而具有较高的表面自由能,使粉尘的状态不稳定,活性增高,在理化性质上表现为粉尘较之原 物质具有较小的点火能量和自燃点。(如块状时不能燃烧的铁块,在粉碎成粉尘时,最小点火能量小于100mJ,自燃点小于300℃;煤粉的点火能量小于 40mJ)。表面积的增大和吸附特性的存在,使得粉尘与空气中氧分子的接触面增大,增加了反应速度;表面积的增大,还使固体原有的导热能力下降,易使局部 温度上升,也有利于反应进行。

    同时,粉尘在扩散作用大于重力作用时具有悬浮状态的稳定性,易与空气形成粉尘云。当各种条件具备时,粉尘就会发生爆炸。

    二、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殊的燃烧现象,它也需要可燃物、助燃物和点火源三个条件:

    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。

    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,难以形成持续燃烧,更谈不上爆炸。

    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。

    需指出的是,粉尘极有可能发生破坏性更大的二次爆炸。当粉尘悬浮于含有足以维持燃烧的氧气环境中,并有合适的点火源时,可能发生初次爆炸,并引 起周围环境的扰动,使那些沉积在地面、设备上的粉尘弥散而形成粉尘云,遇火源形成灾难性的第二次爆炸;另外第一次爆炸后,在粉尘的爆炸点,由于空气受热膨 胀,密度变小,迅速形成爆炸点逆流(俗称返回风”),遇粉尘云和热能源,也会发生第二次爆炸。

    三、粉尘爆炸的预防和火灾扑救措施

    由于粉尘爆炸事故扑救极为困难,因此做好预防工作是尤为重要的。主要预防措施有以下几条:

    消除粉尘源。采用良好的除尘设施来控制厂房内的粉尘是首要的,可用的措施有封闭设备,通风排尘、抽风排尘或润湿降尘等。除尘设备的风机应装在清 洁空气一侧。应注意易燃粉尘不能用电除尘设备,金属粉尘不能用湿式除尘设备。设备启动时应先开除尘设备,后开主机;停机时则正好相反,防止粉尘飞扬。粉尘 车间各部位应平滑,尽量避免设置一些其他无关设施(如窗幕、门帘等)。管线等尽量不要穿越粉尘车间,宜在墙内敷设,防止粉尘积聚,另外,在条件允许下,在 粉尘车间喷雾状水,在被粉碎的物质中增加水分也能促使粉尘沉降,防止形成粉尘云。在车间内做好清洁工作,及时人工清扫,也是消除粉尘源的好方法。

    严格控制点火源。消除点火源是预防粉尘爆炸的最实用、最有效的措施。在常见点火源中,电火花、静电、摩擦火花、明火、高温物体表面、焊接切割火 花等是引起粉尘爆炸的主要原因。因此,应对此高度重视。此类场所的电气设备应严格按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》进行设计、安装,达到整体防 爆要求,尽量不安装或少安装不易产生静电,撞击不产生火花的材料制作,并采取静电接地保护措施。被粉碎的物质必须经过严格筛选、去石和吸铁修理,以免杂质 进入粉碎机内产生火花。需要指出的是,近几年因集尘设施粉尘清理不及时,长期运转积热引起的火灾事故屡有发生,这也应引起人们的重视。

    采取可靠有效的防护措施。对于较小的粉碎装置,可以增加其强度,并要考虑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, 如对车间采用轻质屋顶、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(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,目前实用价值较小)。也可以采用先 进的粉尘爆炸抑制装置,避免事故的发生。另外加强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。

    扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水,尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧,又可湿润未燃粉尘,驱散和消除悬浮粉尘,降低空气浓度,但忌用直流喷射的水和泡沫,也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂,防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸。

    对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等,遇水反应,会使燃烧更剧烈,因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(不可冲击);堆积的粉尘如面粉、 棉麻粉等,明火熄灭后内部可能还阴燃,也因引起足够重视;对于面积大、距离长的车间的粉尘火灾,要注意采取有效的分割措施,防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发 连锁爆炸。

    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。

     

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