粉尘为什么会爆炸

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        1987年,黑龙江省哈尔滨市亚麻厂发生了特大粉尘爆炸事故,造成58人死亡、65人重伤、112人轻伤。
        这起事故引起了全国震动,原劳动部等部委直接组织专家进行了事故调查。此后,国家设立了粉尘爆炸科研项目,建立防爆示范工程,按国家标准建立粉尘爆炸性实验室;成立了“全国粉尘防爆标准化技术委员会”,使我国粉尘防爆工作进入法制轨道。
此后10余年时间内,全国粉爆标委会共颁布了11项国家标准。2005年,国家标准化管理委员会对国家标准进行了清理工作,粉尘防爆的11项标准经清理评价后,有8项标准列入国家标准修订计划。由此我国粉尘管理法规逐步得到完善。
什么是粉尘?
粉尘,是指悬浮在空气中的固体微粒。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。
在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一,大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。不仅如此,在生活和工作中,生产性粉尘是人类健康的天敌。
粉尘会有什么危害?
对人体健康的影响:
1.长时间吸入粉尘,能引起肺部组织纤维化病变,硬化,丧失正常的呼吸功能,导致尘肺病;
2.其他疾病,如造成刺激性皮炎(沥青烟尘、石灰、皮毛),急性中毒(如铅烟、锰尘等),致癌率增高(如石棉、放射性物质粉尘)。
对生产的影响:
1.对产品的质量、精度的影响;
2 对设备的影响,增加转动部件的磨损。
对环境的影响:
造成环境污染、破坏生态环境等。
除了上述由粉尘带来的多方面的影响,粉尘燃爆后破坏力、杀伤力极大,足以造成重大的人身危害及财产损失。粉尘燃烧和爆炸的事故也在近几年频频登上新闻头条。
今天,我们就来跟大家详细说说——粉尘燃烧与爆炸的原理以及防范粉尘事故的管理思路,避免更多的悲剧再次发生。
什么样的粉尘会爆炸?
粉尘爆炸,是指可燃粉尘在受限空间内与空气混合形成的粉尘云,在点火源作用下,形成的粉尘空气混合物快速燃烧,并引起温度压力急骤升高的化学反应。那我们有哪些方法可以判断一个粉尘是否可爆的呢?
1、物质安全数据表 (MSDS 或 SDS)
物质安全数据表应包含以下数据:物理化学特性,例如熔点、沸点、稳定性、蒸气压、氧化性、爆炸性以及易燃性。
2、化学结构和分子式评估
爆炸特性(关于形成爆燃或爆轰的潜在可能)通常取决于一些特定的官能团组(例如叠氮化物、硝基化合物、过氧化物等),因此可以采用分子结构筛选,特别是对特定的官能团组(例如硝基、过氧基、氯基、叠氮基等)进行识别。存在这样的官能团组意味着该物质存在很强的热不稳定性。对于这些物质的粉尘爆炸危害,认为产生的有机粉尘是可燃的。
其次可以根据热力学计算及预测(例如氧平衡、CHETAH [化学动力学及能量释放评估的计算机程序])来判断该粉尘是否可爆。
3、查找文献资料
可以借助上海海樊科技有限公司粉尘数据库进行查询。
4、少量物料筛分测试(Go-No Go Test)
通常只需要测试很少量的物质。将少量物质放到热的管道上进行点火,以此来定性分析物质的燃烧性。
注意:
1)一般来说,不可爆的粉尘主要有:不能被继续氧化的氧化物、不能被继续氧化的碳酸盐、卤化物、化合物含 [Cl, F, Br],无机化合物、盐类化合物。
可爆的粉尘主要有:碳氢化合物,碳水化合物,食品,谷物和其他有机物,金属包括铝、钛、镁、钨、钽、钛、锂、锌、铬、锆、金、铂、钠、钢等。
2)该粉尘可能出现的环境中,是否存在其他可燃性气体氛围,如果有,则可能形成粉尘-可燃气体混合物,导致出现爆炸性危险环境。
3)不要仅用粉体的平均粒径判断整体粉体的可爆性,即便平均粒径较大,但其中往往也含有较细的粉体,这少部分的粉体也具备爆炸性。
4)在以上方法均不能确定粉尘是否可爆时,应转交给专业的测试机构进行检测。
注:根据美国消防协会标准NFPA 652 《可燃性粉尘基本标准》,可燃物粉体颗粒大于500μm时,所形成的粉尘云不再具有可爆性。但对于粉体当其粒度在10μm以下时则具有较大的危险性。
什么条件下粉尘可能会爆炸?
我们在上部分已经谈到了粉尘的可爆性,那么我们怎么判断粉尘在什么情况下会爆炸呢?
与气体爆炸一样,粉尘必须到达一定的浓度才有可能被点燃爆炸。
粉尘爆炸需要满足以下几个条件:
粉尘必须能悬浮在空气中。当粉尘不会悬浮在空气中,而是存在于设备表面或地面,则即使被点燃也只是燃烧,而不会出现爆炸的情况。
当空气中分散粉尘云浓度低于某一特定值-最小爆炸浓度(MEC)时,爆炸不会传播。说明该环境中缺少足够的燃料(燃烧大部分是链式反应) 。
最高爆炸浓度(UEC)- 高于此浓度时爆炸也不会传播。该环境为富燃料环境,所需的助燃剂不足。
注意:
1.最低可爆浓度MEC对与同一种物质不是定值,与(1)粉尘粒径、环境中氧浓度、环境中可燃气体含量等有直接关系。相互关系为粉尘粒径越小,爆炸下限越低。氧浓度越高,爆炸下限越低。可燃挥发分含量越高,粉尘爆炸下限越低。
2.粉尘云的爆炸威力随粉尘的浓度增加而增加直到达到最佳浓度,提供最大的爆炸威力。在较高的浓度下,爆炸威力下降或保持基本不变。
以玉米淀粉为例:在正常温度和大气压下,粉尘最低爆炸浓度范围与可能造成人员健康影响的最大粉尘浓度对比,相差4个数量级。
煤粉的最低爆炸浓度是40g/m3,这个密度相当于一个25瓦灯泡所发出的光都无法透过2米厚的粉尘云浓度。
各类粉尘的最低爆炸浓度,最准确的获取办法是通过测试,或查找粉尘数据库。
需要注意的几点:
粉尘云发生一次爆炸的条件比较苛刻,但如果地面或设备管线上有沉积的粉尘层,当这些粉尘被其他因素如一次爆炸产生的气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来,同时在爆炸后的短时间内爆炸中心区形成的负压,周围的新鲜空气便由外向内填补进来,形成所谓的“返回风”,与扬起的粉尘混合,被第一次爆炸的余火引燃而导致二次爆炸。
二次爆炸时,粉尘总量和扬尘范围一般比一次爆炸时大得多,故二次爆炸威力比第一次要大,破坏范围也更广。
粉尘爆炸是企业安全重点关注的高风险点之一。相关人员需要正确地识别粉尘危害、评估及管控粉尘风险,才能合理有效控制风险爆炸风险。