４.１粉塵爆炸概述在粉體的制造、處理及有粉塵產(chǎn)生的工程中,如果粉體或粉塵是可燃物質(zhì),當(dāng)它們分散懸浮在空氣中并有點(diǎn)火源存在時,就有可能發(fā)生爆炸。第一次有記載的粉塵爆炸發(fā)生在1785年意大利的一個面粉廠,至今已有200多年。但是,長期以來粉塵爆炸災(zāi)害并沒有被人們所認(rèn)識。這大概是因?yàn)?粉塵爆炸在數(shù)量和規(guī)模上不像新聞媒體報(bào)道的氣體爆炸或石油罐著火那樣大;人們一般對粉塵爆炸的危險性沒有足夠認(rèn)識;粉塵危險場所比較有限,在一般的家庭或商業(yè)界不大可能有粉塵爆炸的危險。然而,隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,新材料不斷涌現(xiàn),如塑料、有機(jī)合成、粉末金屬等的生產(chǎn),多采用粉體為原料。工業(yè)粉塵種類的擴(kuò)大、使用量的增加、工藝的連續(xù)化等大大增加了粉塵爆炸的潛在危險。另外,粉塵爆炸源也逐漸增多,這些都使得粉塵爆炸事故的危害性和頻率逐漸增大。下一頁返回４.１粉塵爆炸概述圖4-1給出了我國2002—2010年粉塵爆炸事故發(fā)生的概況。從表4-2可以看出,可能發(fā)生粉塵爆炸的工業(yè)范圍是很廣的。能導(dǎo)致爆炸的粉塵,首推金屬粉塵,特別是鋁粉,其次是農(nóng)產(chǎn)品之類的粉塵。對有機(jī)化學(xué)工業(yè)中的高分子及塑料類進(jìn)行加工處理所產(chǎn)生的粉塵,造成的災(zāi)害也很多。這類粉塵主要是在干燥和粉碎過程中產(chǎn)生的,其次是集塵裝置中發(fā)生的火災(zāi),或粉體裝機(jī)發(fā)生噴射火焰而造成的事故。特別是現(xiàn)在大規(guī)模采用粉體涂裝的傾向越來越多,所以更應(yīng)該采取安全有效的防護(hù)措施。上一頁下一頁返回４.１粉塵爆炸概述在無機(jī)物的粉塵中,硫黃粉自古以來已為人們所熟悉,最近又將其看作爆炸品。以煤粉作為燃料的需要量曾逐漸減少,但是將其代替石油能源的問題又被日益重視,所以,煤塵爆炸災(zāi)害的發(fā)生今后也應(yīng)予以重視。最近,活性炭被廣泛用作惡臭的吸附劑,以控制對環(huán)境的污染?；钚蕴勘旧黼y以爆炸,但堆積時有的會產(chǎn)生高溫,且含有有機(jī)成分及揮發(fā)成分,因此也可能發(fā)生與煤塵相同的爆炸。這與引起油煙吸塵器的爆炸是一個道理,應(yīng)采取必要的措施。另外,木粉、紙粉、纖維粉等纖維性粉塵的爆炸災(zāi)害每年也都有發(fā)生,甚至有時發(fā)展為意外的大型災(zāi)害。這些有害的物質(zhì)需要引起注意。上一頁下一頁返回４.１粉塵爆炸概述從按爆炸場所分類的表4-3可以得知,發(fā)生爆炸最多的為粉碎、制粉工程與集塵、分離工程。其他工程中的粉塵爆炸也主要發(fā)生在集塵、分離工程。因此,可以說粉塵爆炸大部分發(fā)生在集塵、分離工程處。其次就是輸送及儲藏工程,其自由空間雖然很大,但是由于粉塵云大量集聚,在流速較低的場所,可能產(chǎn)生大的粉塵爆炸。在其他局部空間最初產(chǎn)生爆炸及發(fā)火而引起火災(zāi)的場所,也屬于上述地點(diǎn),并且與表4-4統(tǒng)計(jì)的點(diǎn)火源有關(guān)。從表4-4中可以看到,點(diǎn)火源的1/3是由沖擊、摩擦引起的,其他是由電火花引起的,所以,在粉碎、制粉及輸送過程中發(fā)火爆炸的比例較大。粉塵的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫黃廠、飼料加工廠、塑料加工廠、金屬加工廠及糧庫等企業(yè)。上一頁返回４.２粉塵爆炸機(jī)理粉塵爆炸是由粉塵粒子表面與氧發(fā)生反應(yīng)所引起的。與氣體爆炸不同,它是可燃物與氧化劑均勻混合后的反應(yīng),是在某種凝固的可燃物與周圍存在著的氧化劑所形成的這一不均勻狀態(tài)中進(jìn)行的反應(yīng)。因此,我們認(rèn)為粉塵爆炸是介于氣體爆炸與炸藥爆炸之間的一種狀態(tài)。這種爆炸所放出的能量,若以最大值進(jìn)行比較,可達(dá)氣體爆炸的數(shù)倍。但粉塵爆炸與氣體爆炸或炸藥爆炸是不相同的,前者所需要的發(fā)火能比后兩者要大得多。這可以從粉塵爆炸的過程看出:①供給粒子表面熱能,使其溫度上升;②粒子表面的分子由于熱分解或干餾作用,變?yōu)闅怏w分布在粒子周圍;③這種氣體與空氣混合而生成爆炸性混合氣體,進(jìn)而發(fā)火產(chǎn)生火焰;④這些火焰產(chǎn)生熱,加速了粉塵的分解。如此循環(huán)往復(fù),放出氣相的可燃性物質(zhì)與空氣混合,繼續(xù)發(fā)火傳播。下一頁返回４.２粉塵爆炸機(jī)理由此可見,粉塵爆炸實(shí)質(zhì)上是氣體爆炸。因此,可以認(rèn)為粉塵本身包含有可燃性氣體。由上述的①可知,促使粒子表面溫度上升的原因不只是熱傳導(dǎo),熱輻射起的作用更大,這是與氣體爆炸的不同之處。與氣體爆炸相比,粉塵爆炸有以下特點(diǎn):①必須有足夠數(shù)量的塵粒飛揚(yáng)在空氣中才有可能發(fā)生粉塵爆炸。而塵粒飛揚(yáng)與顆粒大小及氣體擾動速度有關(guān)。只有直徑小于10μm的顆粒才能在運(yùn)動氣流中長時間懸浮,形成爆炸塵云。更大的顆粒揚(yáng)起后,只能在空中短暫停留,隨后很快沉降。②粉塵燃燒過程比氣體燃燒過程復(fù)雜,有的粉塵要經(jīng)過粒子表面的分解或蒸發(fā)階段。上一頁下一頁返回４.２粉塵爆炸機(jī)理即便是直接氧化的顆粒,也只有一個表面向中心延燒的過程。因而感應(yīng)期(即接觸火源到完成化學(xué)反應(yīng)的時間)長,可達(dá)數(shù)十秒,是氣體的數(shù)十倍,這樣就有可能用裝置快速探測爆炸的苗頭,進(jìn)而抑制爆炸的發(fā)生。③粉塵爆炸的起始能量大,達(dá)10mJ的量級,為氣體爆炸的近百倍。④粉塵的燃燒速度和爆炸壓力雖然比氣體的小,但因燃燒的時間長,產(chǎn)生的能量大,其產(chǎn)生破壞和燒毀的程度要大得多。⑤發(fā)生爆炸的時候,會有燃燒的顆粒飛散,如果飛到可燃物或人體上,會使可燃物局部嚴(yán)重碳化或使人體嚴(yán)重?zé)齻?。⑥粉塵爆炸有產(chǎn)生二次爆炸的可能性,如圖4-3所示。靜止堆積的粉塵被風(fēng)吹起,懸浮在空氣中,如果遇點(diǎn)火源就會發(fā)生爆炸。上一頁下一頁返回４.２粉塵爆炸機(jī)理爆炸產(chǎn)生的沖擊波又使其他堆積的粉塵懸浮在空氣中,而飛散的火花和輻射熱成為點(diǎn)火源,引起第二次爆炸,最后整個粉塵存放場受到爆炸災(zāi)害。這種連續(xù)爆炸會造成極其嚴(yán)重的破壞。⑦與氣體相比,粉塵容易引起不完全燃燒,因而在生成氣體過程中有大量的一氧化碳存在。此外,有些爆炸性粉塵(如塑料)自身分解出毒性氣體。所以,在粉塵燃燒后,容易使人中毒傷亡。以往在煤礦場因煤粉爆炸而死亡的人中,有一大半是因?yàn)橐谎趸贾卸舅廊サ摹Ｉ弦豁摲祷兀?３影響粉塵爆炸的因素影響粉塵爆炸的因素有粉塵自身形成的和外部條件形成的兩方面。就粉塵自身的因素來說,又有化學(xué)因素和物理因素兩類?；瘜W(xué)因素主要指燃燒熱和燃燒速度,此外還有與水汽及二氧化碳的反應(yīng)等。物理因素主要指粉塵濃度和粒度分布,還有顆粒形狀、顆粒的比熱、熱傳導(dǎo)率、表面狀態(tài)、帶電性和顆粒凝聚特性等。外部條件形成的因素則有氣流運(yùn)動狀態(tài)、氧氣濃度、可燃性氣體濃度、濕度、窒息氣體濃度、阻燃性粉塵濃度和灰分、點(diǎn)火源狀態(tài)等。下面分述其要點(diǎn)。點(diǎn)火源:各種可燃粉塵都有一定的爆炸濃度范圍,在此范圍以內(nèi)才能爆炸。爆炸濃度范圍的下限一般為每立方米幾十至幾百克,上限可達(dá)2~6kg/m3。下一頁返回４.３影響粉塵爆炸的因素由于粉塵具有一定的粒度和沉降性,其爆炸濃度的上限很少能達(dá)到,故從安全方面考慮,重點(diǎn)是要求不達(dá)到爆炸濃度的下限。粉塵爆炸濃度下限是點(diǎn)火源參數(shù)的函數(shù),隨點(diǎn)火源的強(qiáng)弱差異,爆炸濃度下限有2~3倍的變化?；鹪磸?qiáng)時,爆炸濃度下限較低,即容易形成達(dá)到爆炸的濃度條件。燃燒熱:燃燒熱高的粉塵,其爆炸濃度下限低,爆炸威力也大。燃燒速度:燃燒速度高的粉塵,最大爆炸壓力較大。粒度:多數(shù)爆炸性粉塵的粒度在1~150μm范圍內(nèi),粒度越細(xì),越易飛揚(yáng),而且粒度細(xì)的比表面積大,反應(yīng)容易,所需點(diǎn)燃能量小,所以容易點(diǎn)燃,因此,限制小顆粒粉塵的產(chǎn)生,或設(shè)法使小顆粒凝聚成大顆粒,對防止爆炸是有一定作用的。否則,要對細(xì)粒爆炸粉塵的浮游空間采用灌沖抑爆氣體等防爆措施。上一頁下一頁返回４.３影響粉塵爆炸的因素含氧量:在粉塵爆炸方面,氧含量是個敏感的因素。隨著空氣中氧含量的增加,爆炸濃度范圍也擴(kuò)大。純氧中的爆炸濃度下限下降到只有空氣中的1/3~1/4,而能夠發(fā)生爆炸的最大顆粒尺寸則增大到空氣中相應(yīng)值的5倍。惰性粉塵和灰分:惰性粉塵和灰分的吸熱作用會影響爆炸。例如煤粉中含11%的灰分時還能爆炸,但當(dāng)灰分達(dá)到15%~30%時,就很難爆炸了。根據(jù)這個原理,可在煤巷頂部設(shè)巖粉斗(又稱巖粉棚)。一旦發(fā)生爆炸,巖粉斗受爆炸波作用而翻轉(zhuǎn),將巖粉撒出,可以抑制煤塵的二次爆炸?？諝庵泻?空氣中含水量越高或含水量越高的粉塵(金屬粉塵除外)不容易發(fā)生爆炸和火災(zāi)?？諝庵泻繉γ簤m爆炸的最小點(diǎn)燃能量的影響如圖4-4所示。上一頁下一頁返回４.３影響粉塵爆炸的因素這是因?yàn)?第一,水分增加了粉塵的凝聚沉降,使爆炸濃度不易出現(xiàn);第二,水分的蒸發(fā)要吸收大量的熱能,使溫度不易達(dá)到燃點(diǎn)而破壞化學(xué)反應(yīng)鏈;第三,所產(chǎn)生的水蒸氣占據(jù)空間,稀釋了氧含量,從而降低了粉塵的燃燒速度。所以,在生產(chǎn)條件許可時,灑水是有效的防爆措施,如煤礦噴水降塵?？扇夹詺怏w含量:當(dāng)塵云與可燃性氣體共存時,爆炸濃度下限相應(yīng)下降,且最小點(diǎn)燃能量也有一定程度的降低,所以說,可燃性氣體的出現(xiàn)大大增加了粉塵爆炸危險性。必須警惕粉塵生產(chǎn)設(shè)備被可燃性氣體意外(如溶劑揮發(fā)氣體)污染。以圖4-5所示為例,當(dāng)煤塵與甲烷共存時,煤塵的爆炸濃度下限服從如下關(guān)系:含甲烷煤塵的爆炸濃度下限=單純煤塵的爆炸濃度下限×1-甲烷體積分?jǐn)?shù)上一頁返回４.４粉塵的爆炸特性4.4.1爆炸極限粉塵爆炸雖然是粉塵在空氣中飛散時產(chǎn)生的,可是飛揚(yáng)于空氣中的顆粒由于其本身大小不一、形狀不同,其中大的很快就沉降,較小的沉降較慢,都難以在空氣中保持穩(wěn)定的狀態(tài)。另外,在爆炸時,小直徑的顆粒很容易反應(yīng),而直徑大的顆粒在反應(yīng)過程中只不過表面被燒灼而已,隨后便隕落而熄滅。因此,很難確定一定條件下的爆炸極限。即使在其下限濃度時,它也是不完全燃燒的。所以,粉塵爆炸的臨界濃度,都是以某一種方法,在某些條件的約束下獲得的數(shù)據(jù)。至于粉塵爆炸的濃度上限,因在試驗(yàn)時很難創(chuàng)造所需的分散條件,所以一般是難以獲得的。由于粉塵的分散方式不同,以及判斷爆炸與否的方法也各異,所以不能夠得到準(zhǔn)確值。下一頁返回４.４粉塵的爆炸特性而所謂臨界濃度,則指其爆炸概率為百分之幾情況下的濃度。爆炸極限隨著粉塵種類的不同而有著很大的差別。氧化反應(yīng)時急劇釋放大量氣體物質(zhì),其極限濃度也就較低。如果物質(zhì)中含有鹵族元素,則其燃燒就比較困難。圖4-6是根據(jù)各種粉塵爆炸下限來表示的爆炸概率與粉塵濃度的關(guān)系。由于顆粒大小、粒度分布情況、氧氣濃度、水分含量、可燃性氣體的混入程度等因素的影響,即使是同一物質(zhì),其爆炸極限也不會完全一樣。4.4.2最小發(fā)火能大多數(shù)粉塵都帶有靜電,尤其是許多工廠在工藝操作過程中產(chǎn)生了大量粉塵云,這些積蓄的靜電一旦放出,便會產(chǎn)生火花。上一頁下一頁返回４.４粉塵的爆炸特性雖然這些火花具有足夠引起氣體爆炸的能量,但是它們能否引起粉塵著火還不太清楚。粉塵的著火能量,雖可利用火花放電的方法來測定,但因試驗(yàn)條件和測試方法的不同,很難取得絕對準(zhǔn)確的數(shù)值,因而大多數(shù)僅為相對值,雖然也可以用它來對物質(zhì)的危險性做相對評價,但并不能由此得出它與靜電關(guān)系方面的結(jié)論。進(jìn)行粉塵云的最小發(fā)火能試驗(yàn)時,由于粉塵云的生成和測試比較困難,因此所得到的數(shù)據(jù)的置信度就成為一個問題。但判斷堆積粉塵能否發(fā)火,還是比較容易的,故常用層狀粉塵的測定來代替粉塵云的測定。在采取防電措施時,希望確定集塵器上的濾布能否發(fā)火,可以通過粉塵層的最小發(fā)火能的測定結(jié)果來判斷。上一頁下一頁返回４.４粉塵的爆炸特性4.4.3發(fā)火溫度云狀與層狀粉塵的最小發(fā)火溫度有很大的不同,并且隨著測試方法的不同而存在著很大的差異。因此,和最小發(fā)火能一樣,發(fā)火溫度也難以得出絕對準(zhǔn)確的值,這是我們考慮問題的前提。發(fā)火溫度也受到揮發(fā)成分的含量、環(huán)境氧氣濃度等因素的很大制約。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,通?？梢哉J(rèn)為,粉塵云的發(fā)火溫度為粉塵層的兩倍左右。如層狀粉塵在250℃發(fā)火,則粉塵云的發(fā)火溫度大約為500℃。所以測定層狀粉塵的發(fā)火溫度是很有意義的。但是隨著層厚的不同,溫度的差值也很大,從表4-5也可以看出這種關(guān)系。作為參考的數(shù)據(jù),通常以5mm的厚度為標(biāo)準(zhǔn)。碳化升華的物質(zhì),則應(yīng)采用云狀的發(fā)火溫度。上一頁下一頁返回４.４粉塵的爆炸特性4.4.4爆炸壓力與壓力上升速度為了防止粉塵爆炸災(zāi)害,首先要知道其爆炸的激烈程度。與控制氣體不同,想要使粉塵濃度控制在爆炸下限以下是較難辦到的,加上點(diǎn)火源又無法排除,使周圍環(huán)境的氧濃度也很難降低到不能助燃的程度,但是根據(jù)爆炸的激烈程度而采取相應(yīng)的對策卻是可能的?；谶@個觀點(diǎn),廣泛采用的保護(hù)性對策是防止爆炸危險性的擴(kuò)大。如難以避免在裝置及管道內(nèi)產(chǎn)生爆炸時,為了防止災(zāi)害擴(kuò)大,可設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)谋▔毫︶尫叛b置,對事故進(jìn)行妥善的處理及管理。所以,掌握爆炸壓力上升速度是很有意義的。上一頁下一頁返回４.４粉塵的爆炸特性爆炸壓力及壓力上升和其他的特性一樣,會受到很多因素的影響,如粉塵的種類、粒度、濃度、點(diǎn)火源的種類、試驗(yàn)容器的大小、送風(fēng)壓力、初壓、氣流的干擾、氧氣濃度、揮發(fā)成分以及可燃性氣體的濃度、惰性粉塵及灰分的含量等。分別考慮以上因素,確定爆炸的激烈程度是很有必要的。此外,由于粉塵的燃燒往往是不均一的,因而不可能完全燃燒,其中一部分還會附著在容器壁上,因此,所顯示出的最高爆炸壓力的濃度要比化學(xué)計(jì)量的高許多。圖4-7和圖4-8是表示不同性質(zhì)的粉塵混合后的混合比例與爆炸壓力及壓力上升速度的關(guān)系。從圖4-7和圖4-8中可知,壓力與混合比大致呈線性關(guān)系。上一頁下一頁返回４.４粉塵的爆炸特性此外,即使只混入少量的弱爆炸性粉塵,壓力上升速度也會急劇下降,當(dāng)混入惰性粉塵達(dá)60%時,完全喪失爆炸性,當(dāng)混入的惰性粉塵量較小時,雖然爆炸壓力不會下降多少,但壓力上升速度卻急劇下降。如果用氮?dú)鈦硐♂屩車諝庵醒鯕獾臐舛?使氧含量稍有降低,也能對壓力上升速度以很大的影響。特別是在粉塵濃度很大時更是如此。根據(jù)壓力與時間的關(guān)系得知,它使達(dá)到最大壓力時的時間有所加長而成為緩慢燃燒。所以,在設(shè)計(jì)泄壓裝置時,若能利用這一關(guān)系,則能控制住壓力上升的速度?；钚蕴糠鄣任镔|(zhì)常被用來吸收有機(jī)氣體?；钚蕴勘旧黼m不會爆炸,但當(dāng)其吸收的有機(jī)氣體達(dá)到某種程度時,則就有可能引起急劇的爆炸。圖4-9表示當(dāng)活性炭吸附量達(dá)到其質(zhì)量的百分之十幾以后便具有爆炸性。上一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價4.5.1概述可燃性粉體不像火炸藥,本身并沒有爆炸性,但當(dāng)它懸浮分散在空氣中時,有時會發(fā)生爆炸。通常把這種爆炸叫作粉塵爆炸。粉塵爆炸帶來的災(zāi)害最初發(fā)生在煤礦上,在礦井里懸浮的煤粉著火引起粉塵爆炸。通常把這種爆炸稱為煤塵爆炸。由于這種爆炸發(fā)生在四周封閉的礦井內(nèi),所以往往會造成很大的災(zāi)害。為此,人們從很早以前就開始了對粉塵爆炸及其預(yù)防手段的研究,并取得了很大的進(jìn)展。人們發(fā)現(xiàn),即使在一般的工廠,也會遇到大量的可燃粉塵,在處理這些粉塵的時候,有時會發(fā)生粉塵爆炸,造成災(zāi)害。于是人們就開始了預(yù)防粉塵爆炸的研究,并制定出安全規(guī)則和指南。下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價現(xiàn)在在工業(yè)上經(jīng)常要大量處理種類繁多的粉體,所以評價粉塵爆炸危險性的方法就成了一個重要的研究課題。與氣體爆炸相比,影響粉塵爆炸危險性的因素很多,必須從多方面來加以研究。一般在評價爆炸災(zāi)害危險性時,首先要確定有沒有爆炸的可能性。如有可能爆炸,就要進(jìn)行爆炸感度與爆炸威力的評價試驗(yàn)。4.5.2粉塵爆炸可能性的評價所謂有爆炸的可能性,就是說有爆炸性物質(zhì)存在。在粉塵爆炸的情況下,可燃性粉體處于懸浮(在空氣一類的助燃性氣體中)狀態(tài)。但是,可燃性粉體懸浮在助燃性氣體中未必就有爆炸的可能性,例如粉塵的濃度太大或太小都不能成為爆炸性物質(zhì)。通常把能夠引起爆炸的濃度范圍稱為爆炸極限。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價其中,能發(fā)生爆炸的最高濃度稱為爆炸上限,最低濃度稱為爆炸下限。爆炸極限是評價粉塵爆炸危險性的重要因素之一。要想測定粉塵的爆炸極限,首先要使粉塵懸浮在空氣中形成粉塵云,其方法有多種,但使用最廣的主要有兩種:一種是靠空氣將粉塵吹起;另一種是讓粉體自然落下。這兩種方法都是在粉塵處于分散狀態(tài)時用電火花點(diǎn)火,并觀察粉塵云是否著火及著火后火焰的傳播情況。改變粉塵的濃度,反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)就能求得火焰能夠傳播的最低濃度,把它作為爆炸下限?？靠諝鈴南旅鎸⒎蹓m吹起從而形成粉塵云的方式稱為吹上式。其代表性的方法是由美國礦山研究局研制的哈特曼法,裝置如圖4-10所示。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價這種方法已由ASTM(美國材料試驗(yàn)協(xié)會)規(guī)范化,是一種現(xiàn)在世界各國使用最廣泛的方法。美國礦山局使用這種裝置測定了許多種粉體的爆炸下限,并已公開發(fā)表。這種方法已作為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法得到使用。讓粉體在空氣中自然落下從而形成粉塵云的方式稱為自然落下式,是一種用篩子等使粉體分散產(chǎn)生粉塵云的方法。粉塵的爆炸極限因粉體的粒徑、含水量、測定裝置特性等不同會相差很大。表4-6列出了由哈特曼式的吹上式裝置和自然落下式裝置測得的粉塵爆炸下限。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價比較后可發(fā)現(xiàn)它們的差別:盡管試料完全一樣,但由吹上式裝置測得的數(shù)據(jù)要大得多。這是由裝置特性的不同產(chǎn)生的,但主要原因是粉塵云的流動速度不同,由于能夠?qū)⒎蹓m強(qiáng)有力地吹起,所以粉塵云在流經(jīng)點(diǎn)火源電火花部分時極快,與粉塵云緩慢地流經(jīng)點(diǎn)火源的自然落下式相比不易著火,從而產(chǎn)生了表4-6中所示的差別。4.5.3粉塵爆炸感度的評價爆炸感度可以用爆炸性物質(zhì)起爆所必需的能量的大小來評價。所謂起爆,從表面現(xiàn)象來看就是爆炸性物質(zhì)著火引起爆炸,而從化學(xué)反應(yīng)的角度來看,是平衡狀態(tài)被破壞導(dǎo)致反應(yīng)失控。對粉塵云來說,即使在沒有發(fā)生爆炸的時候,在粉體表面也有氧化反應(yīng)發(fā)生,并有熱量放出,但它能通過熱傳導(dǎo)被散發(fā)出去。在這種情況下,反應(yīng)速度很小,放熱和散熱處于平衡狀態(tài),基本上看不到溫度上升,不會發(fā)生爆炸。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價但如果通過電火花或加熱源有能量供給的時候,物質(zhì)被活化,放熱反應(yīng)速度加快。當(dāng)放熱速度太快導(dǎo)致熱平衡被破壞時,溫度會急劇上升引起粉塵爆炸?？梢姺艧崤c散熱的平衡是決定可燃性粉塵云爆炸的關(guān)鍵因素。決定放熱速度的主要因素是反應(yīng)速度與反應(yīng)熱,其中反應(yīng)熱當(dāng)反應(yīng)條件給定后即可確定,而反應(yīng)速度的大小是由物質(zhì)的活化程度決定的,它與物質(zhì)本身的活化難易程度、溫度、點(diǎn)火源使物質(zhì)活化的效率等因素有關(guān)。散熱速度因粉塵云的熱傳導(dǎo)率等傳熱特性及粉塵云所占據(jù)的容器的構(gòu)造、大小、材料、溫度等邊界條件而異?？傊?起爆粉塵云所必需的能量大小除由粉塵云本身的特性決定外,還與許多條件有關(guān)。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價4.5.4爆炸威力的評價如果能夠防止粉塵云的形成或者使點(diǎn)火源不存在,那么就可以防止粉塵爆炸。但有時由于某些原因使得防爆措施沒有充分發(fā)揮作用,結(jié)果造成爆炸事故。所以,在大量處理可燃粉塵的時候,除了采用防爆措施外,還要考慮即使發(fā)生了爆炸也不至于給設(shè)備和人員帶來損傷的裝置、結(jié)構(gòu)和工廠的布置。為此,對于粉塵爆炸的威力,必須做出正確的評價。一般使用最大爆炸壓力與最大升壓速度來評價粉塵爆炸的威力。在耐壓容器(即使發(fā)生了爆炸也不會被破壞)與卸壓孔的設(shè)計(jì)中,它們是不可缺少的重要參數(shù)。其值的大小大多用安裝在哈特曼型吹上式裝置(做成密封耐壓的)中的壓力計(jì)來測定。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價當(dāng)然,這時必須考慮到容器的大小和形狀的影響,例如,最大升壓速度就與容器體積的立方根成正比關(guān)系。最后需指出的是,各種爆炸物性質(zhì)除了受粉體本身的條件影響外,還在很大程度上受測定裝置的大小和結(jié)構(gòu)、點(diǎn)火條件等裝置方面條件的影響。不管是文獻(xiàn)上報(bào)道的測定值,還是自己做試驗(yàn)測到的值,都是在特定條件下得到的,這一點(diǎn)一定要注意。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,要用這些數(shù)據(jù)的時候,一定要看到測定條件與實(shí)際情況的差別。4.5.5粉塵處理工程的危險性評價關(guān)于粉塵本身發(fā)火與爆炸的危險性,雖然各國都進(jìn)行了各種研究和試驗(yàn),但像表4-7所列的那樣,對建筑物和設(shè)備等進(jìn)行危險性評價的例子還是不多的。上一頁下一頁返回４.５粉塵爆炸危險性的評價表中所列的是以試驗(yàn)室條件下所得數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),考慮到粉塵處理?xiàng)l件及設(shè)備規(guī)格等因素的各種危險程度參數(shù),用加權(quán)數(shù)求和的方法進(jìn)行的評價,并且采取的是和評價的內(nèi)容相對應(yīng)的對策,最后將其匯總于一個表中。上一頁返回４.６粉塵火災(zāi)以上介紹了粉塵爆炸的情況,它是在粉塵懸浮于空氣中并有點(diǎn)火源的情況下發(fā)生的?？墒?在粉塵處理過程中,也經(jīng)常遇到各種粉塵以層狀堆積在地板、梁、管道表面及容器內(nèi)部的情況,此時,如果可燃性粉塵被加熱或遇到火花,就會發(fā)生氧化反應(yīng)而放熱或燃燒,甚至釀成火災(zāi)。這種現(xiàn)象是比較多的。因此,我們不僅要防止粉塵爆炸,也要防止粉塵火災(zāi)。能造成粉塵火災(zāi)的不只是爆炸性粉塵,例如活性炭或焦炭等非爆炸性粉塵,也是非?？赡墚a(chǎn)生爆炸或火災(zāi)的。粉塵火災(zāi)與粉塵爆炸的不同之處,在于它們二者之間的燃燒形式截然不同。粉塵火災(zāi)的燃燒形式是暗燃———冒煙燃燒,而粉塵爆炸則是發(fā)生帶有火焰的明火燃燒。下一頁返回４.６粉塵火災(zāi)至于究竟是暗燃還是明火,主要取決于粉塵堆積層的情況以及與空氣的接觸情況,即使是同一種粉塵,也可能兩種情況都會發(fā)生。還有一種粉塵,燃燒時它既不產(chǎn)生暗燃,也不產(chǎn)生明火,而只是呈現(xiàn)出熾熱的狀態(tài)。4.6.1發(fā)火條件通常由所謂的點(diǎn)火源,即沖擊、摩擦、火花、火焰、電火花、電弧、熔斷熔接火花與粉塵接觸時;暗燃的粉塵飛揚(yáng)后,落到堆積的粉塵上;粉塵在難以成為點(diǎn)火源的較低溫度的加