（安全技术及工程专业论文）粉尘燃爆危险性评估及MIT测试装置的研制.pdf

最后，通过对系统进行安装与调试，并基于硫磺、面粉、米粉、玉米粉等 粉尘m i t 测试结果与其他装置对比表明，该系统喷尘均匀，温度控制精确，测 试结果重复性良好，可以用于粉尘m i t 的最低点火温度的测试。 关键词：粉尘爆炸事故模式故障树分析事故预防技术模糊综合评价温度采集 i i a b s t r a c t t h e r ea r el o t so fd u s te x p l o s i o na c c i d e n t si n p r o c e s si n d u s t r y t h es t a t i s t i c s a b o u tt h e mc a l ld e c l a r ew h i c hk i n do fd u s ti sm o r ed a n g e r o u s ，a n dm a k ei n f l u e n t i a l f a c t o r sc l e a r , a n de s t a b l i s ht h em o d eo fd u s te x p l o s i o na n ds u m u ps o m es t e p st ot u r n t h e ma w a yo rl o w e rt h eb r e a k a g e a c c o r d i n gt ot h ef r e q u e n c yo fa c c i d e n t sa n dt h en u m b e ro fp e o p l ek i l l e do r 叫u r e d ，t h ef o l l o w i n gs h o u l db ec o n t r o l l e df i r s t l y ：m e t a l ，g r i s t ，o r g a n i cs u b s t a n c e ， c o m p l e x ，f i b e r ，i n o r g a n i cs u b s t a n c e ，c o a lp o w d e re t c i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h er i s ko fd u s tm o r ee x a c t l y , s o m eu s e f u ie v a l u a t i o n m e t h o d ss h o u l db eb u i l t i nt h i st h e s i st w ow a y sh a v eb e e ni n t r o d u c e d o n eo ft h e m i st oa n a l y z et h ec a u s e so fd u s te x p l o s i o nb yf a u l tt r e ea n a l y s i s ( f t a ) ，t h eo t h e ri s t oc l a s s i f yd u s tr i s kb yf u z z ys e t u n d e rs p e c i a ld u s tc i r c u m s t a n c e ，t h et w ol o g i c a lo p e r a t i o n si e t h em i n i m u m c u ts e ta n dm i n i m u md i a m e t r i cs e ta r eu s e dt oa n a l y z et h ec a u s e so fd u s te x p l o s i o n ， m a n si n f l u e n c et o g e t h e rw i t ho t h e rc o n n o t a t i v ef a c t o r s t h ec o n c l u s i o ni st h a tm o r e t h a n10w a y sc a nl e a dt od u s te x p l o s i o n ：d u s tg r a n u l e ，d e s i g nf l a w , d u s ts t a c k ， o p e r a t i o ng a r b l e ，e q u i p m e n tf a i l u r e ，o x i d a n tl e a k i n g ，s h o r t a g eo fm o n i t o ra n d w a r n i n gd e v i c e k n o w l e d g el a c k ，i n a c t i v ep r o t e c t i o nl a c ka n di n a c t i v eg a sl e a k a g e f o rt h es a k eo fm a k i n gd u s tc o m b u s t i b i l i t yc l e a rb ym i c r o c o s m ，s o m e p a r a m e t e r ss h o u l db ec o n s i d e r e d f o re x a m p l e ，m a j o rg r a i ns i z e ，e x p l o s i o nl i m i t f l a s h i n gt e m p e r a t u r e ( c l o u da n dl a y e r ) ，m i n i m a c o m b u s t i o ne n e r g y , m a x i m u mb l a s t p r e s s u r ea n di t sv e l o c i t y b a s eo n7p a r a m e t e r s ，d i f f e r e n td u s t sc o m b u s t i b i l i t yc a nb e c o m p a r e dt of i n do u tt h e i rb u r n i n gs i m i l a r i t yu n d e rd i s t i n g u i s h i n gc o n f i d e n c eb y f u z z ym a t h e m a t i c sp r i n c i p l e m o r e o v e r ，l i k e n e s sd e g r e eo fd u s t sc o m b u s t i b i l i t yc a l l b ea c c o u n t e df o rt h em o s td a n g e r o u s ( a l u m i n u mp o w d e r ) i nt h es a m ew a yt h e w e i g h t so f7p a r a m e t e r sc a nb ec a l c u l a t e db ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) t h e o u t c o m ep r e c i s i o nm a yb ee n s u r e db ye n g i n e e r i n gm a t h e m a t i c sm e t h o dt h e e v a l u m i o nc a r lp r o v i d ec r e d i b l es a f ee x p l a n a t i o nf o rd u s tu s i n g d u s t sc o m b u s t i b i l i t yp a r a m e t e r sa r eu s e f a ie s p e c i a l l yw h e nm a n u f a c t u r i n g ， u s i n g a n d d e p o s i t i n g t h e r e f o r e ，s o m e s e t so fm e a s u r i n gd u s * c o m b u s t i b i l i t y p a r a m e t e r s a r em e a n i n g f u l b a s eo ng b & i n t e r n a t i o n a le l e c t r i c i a nc o m m i s s i o n ( i e c ) s k e t c h ，g o d b e r t g r e e n w a l d ( g g ) o v e ni si m p r o v e d t e m p e r a t u r ec a nb e c o n t r o l l e dm o r es c i e n t i f i c a l l yb yd e s c r i b e r , a n d b er e c o r d e d b yc o m p u t e r a u t o m a t i c a l l yi ng go v e n t w oa s b e s t o sb o a r d sk e e ph e a t i n ge n e r g yt h e r ei s a n a l u n d u mm b ew i t ha l la r kb e t w e e nt h eq u a r t za m p o u l ea n dt h eh e a t e rw i n d i n g m a k i n gh o tp l a t ei sd i f f i c u l t ，b u tac e r t a i nw a y c a na c h i e v et h i sg o a l t h ei m p r o v e d g go v e ni sm o r ee c o n o m i c a la n dc o n v e n i e n t t h r o u g he x p e r i m e n t s ，m 1 to fs u l f u r , w h e a t c o r da n dr i c ee t ce a nb ed e t e r m i n e do nt w os e t s c o m p a r e dw i t ht h ev a t u e si n l i t e r a t u r e s t h er e s u l t sa r ev a l u a b l e k e y w o r d s ：d u s te x p l o s i o n ；a c c i d e n tm o d e ；f a u l tt r e ea n a l y s i s ；a c c i d e n t p r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；t e m p e r a t u r ec o l l e c t i o n 硕士学位论文 1 1 引言 第一章概述 随着现代工业的发展，粉末技术得到广泛应用，使得粉末产物日益增多， 加上工艺操作连续化程度增大；社会上对粉尘爆炸危害及预防的资料偏少，对 粉体加工、运输、储存的安全管理比较混乱，现阶段对粉尘工业缺乏必要的防 火防爆设施【l j ，这都导致了粉尘爆炸发生的危险性越来越大。世界范围内发生 在化工、煤、冶金、木器加工等行业的恶性粉尘爆炸事故举不胜举。例如，1 9 8 3 年7 月英国a n g l e s e yg w y e d d 铝粉公司的p e n h r o s 工厂发生了一起严重的铝粉 爆炸事故。p e n h r o s 工厂生产的铝粉主要用于油漆、烟火等，有两条平行设置的 生产线。事故发生前，第一条生产线正在工作，第二条生产线因定期检修正处 于停工状态。爆炸事故中共发生了两次爆炸，第一次爆炸发生在第一条生产线 的集尘器内，火源并未彻底查清，初次爆炸引燃了生产线上的铝粉，同时加剧 了铝粉的飞扬，使筛粉车间和第二条生产线的集尘器内的粉尘量达到了爆炸浓 度下限。于是引发了第二次爆炸，第二条生产线被彻底摧毁。第二次爆炸的威 力大大超过了第一次爆炸，直接经济损失超过1 0 0 万英镑”。1 9 6 3 年6 月，国 内某铝品厂磨光车间，当日早晨7 时，早班工人听到风机出现异常声音后，切 断了风机电源，找来维修工，经他在风机各处敲打一阵后，再合上电闸，己无 明显响声。但在该维修工尚未走出车间时，风机又嘶叫起来。随即，靠近风机 处一亮，冒出一个火球，一声巨响，整个磨光车间和包装车间顷刻化为平地， 造成死亡1 9 人、重伤2 4 人的惨重事故，直接经济损失3 0 0 万元以上【2 。另外， 我国哈尔滨亚麻厂的爆炸事故也是粉尘爆炸的最典型实例。此类事件已经发生 很多，给生产带来巨大的损失，也给人们的心理带来了巨大的恐慌。 事故表明：展开关于工业粉尘燃爆机理、特点、条件的研究，探讨粉尘爆 炸发生的规律，对影响粉尘爆炸发生的诸如：粉尘自身的可燃性、粉尘所处的 状态、粉尘所处的外部环境等因素进行归纳总结，提炼粉尘爆炸事故模式，并 对各种模式下粉尘爆炸发生的条件、机理进行分析，提出相应的事故预防措施 就显得十分必要，对企业的防灾减灾以及安全立产具有重要意义。 一一堑= 兰垫生 自1 9 世纪末有粉尘爆炸的报道以来，关于粉尘爆炸的研究进行地如火如 荼，关于粉尘的生产及管理也趋于科学化、严格化。世界上一些组织也制定了 一些规章制度来防止粉尘爆炸的发生。同时为了研究粉尘爆炸的潜在危险性， 人们利用标准方法做了大量的实验工作，试验结果以安全特征参数的形式表示： 爆炸下限( l e l ) 、最大爆炸压力( p 。) 、最大爆炸常数( k m 。) 、最大允许氧 含量( l o c ) 、最小点火能( m i e ) 、最低点火温度( m i t ) 纠等等，然后再对粉 尘的燃爆危险性做出评估，以便人们认识它的危险性。 1 2 国内外研究进展 对粉尘燃爆厦防爆方面的研究国外是从2 0 世纪五六十年代开始的：国内的 研究起步较晚，但是目前国内的研究规模也基本形成。如在粉尘防爆基础试验 方面国内成立了：东大防爆所、重庆分院、中科院力学所、安环院、天津消防 研究所等研究机构f 4 】。 1 2 1 粉尘基本燃烧特征参数测试装置的研究现状 121 1 国外研究进展 本世纪初就知道了有机粉尘、金属粉尘是可燃的，当时仅仅使用小型设备 试验，如b a r t k n e c h t 5 1 推出的已被作为标准装置在国标上广泛使用的l m 3 实验装 置：1 9 8 0 年，由库纳( k u l m e r ) 、斯考尔( s c h o l l ) 等人公布了8 0 0 多种关于粉 尘燃烧与爆炸的试验数据6 】；近年来，s i w e k 又在2 0 升球形装置中对可燃粉尘 进行了系统研究”，后被i e c 定为标准装置阎。但是，方面小型设备的试验 记录压力不能解释粉尘爆炸造成损坏的原因，另方面以热化学分析为基础的 最大极限压力理论计算值比试验值大得多，因此大型试验设备应用而生。1 9 9 6 年编制出了新的粉尘试验程序【9 】o 近年来相关政府部门又提供大量经费资助粉尘爆炸研究，资助重点是研究 成果在工业规模水平上的实用性考核。i e c 、 s o 、a s t m 、c e n 已相继建立了 许多标准测试方法。目前实验室小型实验一般采用瑞士a d , 3 l f _ k u t l h n e r 公司的 2 0 l 球形爆炸装置。为了克服小型设备的缺点，现在已经设计建造了不少大型 爆炸试验装置。诸如挪威c m r 的5 0 0 m 3 与2 3 6 m 3 爆炸装置，瑞士c i b a g e i g y 硕士学位论文 的2 5 0 m 3 爆炸装置，德国b g n 的2 0 m 3 与1 2m 3 及管道爆炸装置。较大爆炸装 置的建造，为测量出和实际爆炸情况相似的特征参数提供了设备基础。 1 2 12 国内研究进展 5 0 年代初，东北工学院( 东北大学前身) 和煤炭科学研究总院抚顺分院进 行了煤矿粉尘爆炸研究工怍。1 9 6 5 年，煤炭科学研究总院重庆分院( 简称重庆 分院) 成豆，重点致力于煤矿瓦斯煤尘的爆炸研究，使这方面的工作得到加强。 在我国大型试验巷道( 重庆分院) 与大型工厂爆炸漏天试验场( 东大防爆所 6 m 3 、9 44 m 3 的爆炸装置、天津消防研究所3 0m 3 的爆炸装置) 也相继建成。这 些设施给我国粉尘爆炸研究和工厂、煤矿粉尘防爆工作提供了科学研究基地。 爆炸灾害预防、控制国家重点实验室经过多年建设于1 9 9 6 年9 月己在北京理工 大学建成验收，这对我国粉尘研究也提供了很好的条件【4 。 南京理工大学的耿继辉、汤明均等人利用新型两相激波管成功地研究了中 等强度入射激波诱导的均匀悬浮粉尘间断面点火现象。结果表明：颗粒浓度对 点火延迟时间影响不大，空气中的玉米粉点火延迟大于氧气中的值，低马赫数 激波条件下尤为明显 1 1 。 北京理工大学在测定粉尘云点火能量时自行设计了计算机辅助测试的原理 及系统的硬件、软件：讨论了新点火装置的优点，对点火电路模型进行了分析， 最后给出了测试结果。 在试剂的使用上，实际测定粉尘的特征参数时一般使用石松子粉来标定， 这是因为它的分散性比较好，受其他条件的影响比较好 1 2 。 该类装置的研制和开发及其现代化的测量方法为粉尘最低点火温度测定装 置提供了借鉴。 1 2 。2 粉尘最低点火温度( m i t ) 测定装置的研究现状 1 2 2 1 国外研究进展 粉尘层最低点火温度的测试大多采用了美国国家矿务局的烘箱实验和德国 的热板实验，其中热板实验作为种标准方法已被国际电工委员会( i e c ) 所采 纳。 第一章概迷 粉尘云最低点火温度测试装置和测试方法，国外己研究了很多年，美国一 直采用高德伯尔格格瑞瓦尔德( g o d b e r t - g r e e n w a l d ，简称g g 炉) 高温炉测定 粉尘云的最低点火温度；德国采用的是水平结构的b a m 炉来测定。 l222 国内研究进展 东北大学目前建有气体粉尘爆炸测试实验室，并设计出了粉尘点火温度 测试装置。中科院力学研究所陈力、丁雁生、杨业敏等4 人研制出了用于炸药 点火点温度测试的装置。 国内制定了相应的国家测定标准，即g b t 1 6 4 2 9 1 9 9 6 、g b t 1 6 4 3 0 1 9 9 6 h ”j 。国标上规定的测定方法为基本测试原理，它规定了。粉尘最低着火温度测定 用试样、测定装置、测定步骤、着火的判别和最低着火温度的确定方法等。 l2 2 _ 3 点火温度装置构成 粉尘云最低点火温度测定装置的基本构成为：加热炉、储尘器、电磁阎、 储气罐( 5 0 0 m i ) 、u 型管、稳压电源、温度控制仪及温度记录仪等。 粉尘层最低点火温度测定装置的基本构成为：加热器底座、热表面记录 控制热电偶、热表面、加热器、金属环、裙边、粉尘层热电偶及一些调节设施。 ( 1 ) 加热炉 加热炉是粉尘点火的空间，粉尘在可控空间内被弥散开并被点燃，在加热 炉的中部实现温度数据记录，中下韶安置热电偶以实现温度控制。从装置上看， 美国、英国等一直采用垂直管g o d b e r t g r e e n w a l d ( g g ) 恒温炉进行测试f j 6m ， 德国则发展了水平炉管b a m 恒温炉【l ”。对于b a m 恒温炉，由于炉管水平放 置，试验中未燃粉尘颗粒在炉管底部沉积，沉积粉尘被水平管道加热，受热后 会产生比粉尘云更易着火的发烟气体，因此b a m 炉测得结果在理论上应比g g 炉测得结果小。目前，g g 炉已被国际电工委员会( i e c ) 确认为粉尘云m i t 标准测试装置 i 。华北工学院的张包民等人又称g g 恒温炉为加热器。该加热 器是用电热丝加热，可实现24 c m i n 的速度升温 2 0 l 。南京理工大学的徐志良、 张永、陈建勋等人提出了由a t 8 9 c 5 1 构成的恒温炉控制器的设计思路，采用 1 0 倍低功耗数字温度传感器进行温度测控，可大大简化设计方案，控制稳定可 靠【2 l 】。在炉管材料选择上一般选用内壁光滑耐热石英管，在电热丝的缠绕上强 硕士学位论丈 调了出中间同两端逐渐加密，使炉管内纵向温差尽可能小。 ( 2 ) 热电偶 热电偶是感应温度的一种传感器。在国家标准中规定使用两只热电偶，其 中。个安置于加热炉中部，与石英管内壁接触，用来测定粉尘点火瞬间的加热 炉内的温度，与温度记录仪连接；另一个安置于加热炉中下部，用来控制加热 炉的加热温度，与温度控制仪连接。考虑到粉尘点火瞬间之后加热炉的温度会 有很大的升高，所以测量用的热电偶的热响应时间ros 2 2 应足够小，同时还要 采用裸露的测量接点 2 3 】。华北工学院的张包民、张景林、李运芝等人在对火炸 药热自燃点测试( 即数据自动记录的探讨) 时使用镍铬壕铜热电偶，认为该热 电偶虽然测温范围虽不大( 一2 0 0 + 9 0 0 。| c ) ，上限不高，但是该类热电偶完全满足 需要。同时该自动记录仪解决了匀速升温下，一次进行多个试样自燃点的正确 测取问题，确保了数据的准确性和完整性，也减轻了实验者工作量口州。 ( 3 ) 压力喷尘系统 压力喷尘系统一般由小型空气压缩机、储气罐( 容积为5 0 0 m i ) 、u 型管、 电磁阀、储尘器组成。当电磁阀打开时，储气罐中的压缩空气将储尘器中的粉 尘喷入加热炉中，形成粉尘云。电磁阀出口到储尘器的距离不得超过5 0 0 m m 。 压力喷尘系统可以作为一个系统来整体考虑，足见测定系统内相关组件的 联系，所以在选置各个配件时要注意它们之间的协调性。储气罐的工作压力约 为l o k p a ，国标中使用了u 型管，为了保证精确度，也可以使用压力表或者压 力控制仪。但是系统压力控制使用粗略控制即可，没有必要使用相对昂贵的压 力控制仪。 另外该系统还应配有物料粉碎加工设备、物料称量和粉尘干燥设备。 l22 4 测试结果处理 同一类粉尘国内外的测试结果都有很大的不同，这是由多种因素造成的。 国家标准对最低点火温度的判定做了如下规定：加热炉的最低温度，若高于 3 0 0 。c ，则应减去2 0 ，若等于或低于3 0 0 ，则应减去1 0 。c ，即为粉尘云最 低着火温度i 粉尘层的最高为着火温度低于最低着火温度，其差值不应超过 l o 。c ，试验次数至少进行3 次。如果在加热炉的温度达到1 0 0 0 。c 时粉尘仍未着 火，则应加以说明【“ 。从理论上讲，粉尘云的点火温度应该是测试系统内部化 第一幸概述 学反应放热率和失热率相等时的临界温度，由于时间很短，所以这个温度值很 难测得。目前通常以粉尘着火时对应的石英管内壁的温度( 死) 作为粉尘云的 最低点火温度。测得结果后通过数理统计方法对粉尘的感度作出判断和评估 2 5 1 。 b a r t k n e c h t ”刘曾经用纤维粉尘和大豆粉尘讨论了实验次数对着火概率的影响，得 出实验次数大于或等于1 0 次时着火概率基本不依赖于实验次数的变化而变化 的结论。可见并非实验量越大判断的结果越可靠。 1 2 3 粉尘燃爆危险性评估的进展 物质燃爆危险性评估是人们认识消防安全状况的一种有效手段，近年来获 得了迅速发展。现在人们已经提出了不少评估方法，有的已发展成较完善的模 型【2 6 。2 72 ”。但是，由于粉尘爆炸现象比较复杂，目前还没有查到专门可用于粉 尘爆炸危险性评价的方法和模型方面的文献，有的只是对粉尘燃爆特性参数进 行考察的基础上进行评估的报道。这方面的危险性分级方法包括：按爆炸特性 指数值魅f 分级、按原苏联标准进行分级、按美国矿山局标准分级。 郑州工程学院依据有关标准对国产及进e l 谷物粉尘样品进行了物理化学特 性、爆炸特性参数及影响因素的测定，同时对国产谷物粉尘研磨后与筛分后的 爆炸特性参数进行测定，对国产谷物粉尘与进口加拿大小麦粉尘的爆炸特性进 行了比较。通过测定，得到了国产谷物粉尘理化特性参数，依据测定结果对国 产谷物粉尘的爆炸危险性进行了评估，并对其各项特性参数在实际生产中的应 用进行了分析。 武汉安全环保研究院、北京鑫利华镁粉研究所通过获得镁粉爆炸特性参数 对高速涡流镁粉机组粉尘爆炸危险性进行评估，他们所做的评估工作的落脚点 是考察机组是否有着火源，正常工作条件下，粉尘浓度是否达到粉尘最低爆炸 下限浓度2 创。 东北大学的李刚利用系统的观点和方法对粉尘爆炸危险性评价进行了研 究。他认为系统危险性评价是对系统危险程度的客观评价，可以通过对系统中 存在的危险源及控制措旆进行评价，客观地描述系统的危险程度【3 0 。东北大学 也做了面粉及煤粉的爆炸危险性评估方面的工作。在定量评价上一般采用和借 鉴化工行业非常流行的美国d o w 化学公司开发的“火灾爆炸危险指数评价法”， 硕士学住论文 如果最后评价结果的实际损失超过了可接受的水平，可通过改进系统的安全措 施，降低补偿系数，从而减低实际损失，但是在用到粉尘系统上时存在一些问 题 3 1 。 对于火灾危险评估模型的基本结构问题，中国科技大学及山东建筑材料工 业学院的霍然等在其他人研究的基础上，提出目前应当根据对火灾危险评估的 不同层次需要，着重发展与完善几种评估模型。对于定性评估宣采用火灾事故 树模型；对于定量评估，建议选用模糊综合判断模型和加权平均评估模型口铂。 1 2 4 存在的不足 ( 1 ) 现有的粉尘最低点火温度装置 计算机处理，数字的可加工性差； 温度的采集基本采用数显记录器，不方便 ( 2 ) 对于粉尘工作场所粉尘爆炸的各事故原因，缺乏彼此的轻重比较，以致防 爆时抓不住重点； ( 3 ) 仅仅通过单一的安全特征参数对粉尘的危险性进行评估，缺乏对粉尘危险 性认识上的统一性、参照性。 因此，全面认识引起粉尘爆炸的诸多原因，同时研发更准确、更方便使用 的粉尘燃爆测定装置，对今后更全面评价粉尘的燃爆危害性将大有裨益。 1 3 研究目的及主要研究内容 在标准的原理、国外经验及其它相关设备的基础上，研制粉尘点火温度测 定装置，并对国标中的部分部件作了技术改进。 通过可燃物质点火、爆炸原理的学习，研究粉尘点火、爆炸的机理，重点 分析粉尘的初始压力、初始温度、粉尘浓度、外界点火源、高温表面及混合物 的杂化等影响粉尘着火因素；用故障树定性研究粉尘工作系统的燃爆危险影响 因素；用模糊数学基本原理结合层次分析法对粉尘的燃爆危险度进行量化分级， 以从宏观和微观两个角度来解释粉尘的危险特性。 本文拟解决的关键技术： ( 1 ) 定做粉尘最低点火温度测定装置，力图实现基于a d 数据采集器的计算 机温度记录； 第一章概述 ( 2 ) 用故障树评价法对粉尘爆炸原因进行分析，着重用模糊综合评价法对粉尘 燃爆危险性进行综合定量评估。 参考文献 【1 1 王东岩我国粉尘爆炸事故原因及预防对策中国安全科学学报 j 1 9 9 5 ， 5 f 3 11 4 2 李凤生，等编著超细粉体技术 m 北京：国防工业出版社，2 0 0 0 ，7 3 理查德西威克粉尘爆炸技术的最新研究中国安全科学学报 j 】1 9 9 5 ， 5 r 3 、：1 1 2 1 ， 4 邓煦帆粉尘爆炸专栏序粉体技术 j t 1 9 9 7 ，3 ( 1 ) ：2 - 3 5 b a r t k n e e h t ，wd u s t ，c o u r s e ，p r e v e n t i o n ，p r o t e c t i o n s p r i n g e rv e r l a g j 1 9 8 9 6 李志义，丁信伟，等编译德国关于粉尘爆炸及防护的研究与实践劳动保 护 j 1 9 9 6 ，5 ：4 2 4 4 5 7 s i w e k ，r ，c e s a n a ，c h m e t h o d sf o r d e t e r m i n a t i o no ft h ee x p l o s i o n c h a r a c t e r i s t i c sa c c o r d i n gt oi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s a 】s e e ；p r o c e e d i n g so ft h e “f i r s ti n t e r n a t i o n a ls e m i n a ro nf i r ea n de x p l o s i o nh a z a r do f s u b n a n c e s ，v e n t i n g o f d e f l a g r a t i o n s ”【c ，r u s s i a ：m o s k a u 1 9 9 5 ：j u l y1 7 - 2 1 8 】周从章，张瑞萍，于永芳关于粉尘云下限浓度的讨论中国安全科学学报 【j 】1 9 9 5 ，5 ( 3 ) ：3 9 - 4 2 。 9 罗宏昌粉尘爆炸及“杂混合物”对其特性的影响交通部上海船舶运输科 学研究所学报 j 2 0 0 0 ，2 3 ( 】) ：2 1 - 2 7 1 0 邓煦帆，赫冀成粉尘爆炸反应工程学简要综述中国安全科学学报 j 1 9 9 5 f 3 ：2 l 2 9 1 1 耿继辉，汤明均粉尘云激波点火现象实验研究爆炸与冲击【j 】9 9 3 ， 6 ( 2 ) ： 1 4 3 - 1 5 8 ， 1 2 】尹燕鸣，曾象志，汪佩兰，等含能材料粉尘爆炸下限浓度的试验研究北 京理工大学学报 j 1 9 9 6 ，1 6 ( 1 ) ：1 0 6 1 1 0 一 翌主主堡笙墨 13 1 张瑞萍对粉尘云最低点火温度概念的几点认识火工品 j 1 9 9 8 ，1 ： 3 4 - 3 8 1 4 g b t 1 6 4 2 9 1 9 9 6 ，粉尘云最低着火温度测定方法f s l 1 5 g b t 1 6 4 3 0 1 9 9 6r 粉尘层最低着火温度测定方法 s 16 d o r s e t t ，hg ，j a c o s o n ，m ，n a g y , j ，w i l l i a m s ，r e l a b o r a t o r ye q u i p m e n ta n d t e s tp r o c e d u r e sf o re v a l u a t i n ge x p l o s i b i l i t yo f d u s t si s u sb u r e a uo f m i n e s r e d i n v ，1 9 3 0 17 i e c ，31 h 3 ，m e t h o df o rd e t e r m i n a t i o nt h em i m m u r ni g n i t i o nt e m p e r a t u r eo f d u s t ，p a r t 2 ：d u s tc l o u d si naf u r n a c ea tac o n s t a n tt e m p e r a t u r ei s a u g u s t ，19 8 4 18 1t o mh o p p e ，n o r b e r tj a e g e r , j o h nt e r r y s a f eh a n d l i n go fc o m b u s d b i ep o w d e r d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n ，c h a r g i n g ，d i s c h a r g i n ga n ds h o r t a g e j o u r n a lo fl o s s p r e v e n t i o ni nt h ep r o c e s s i n d u s t r i e s j 】2 0 0 0 ，1 3 ：2 5 3 - 2 6 3 1 9 】王海福，郑珊，冯顺山，等粉尘云晟小点火温度测试试验系统设计中 国安全科学学报 j ，2 0 0 1 ，1 】( 6 ) ：5 2 5 4 2 0 b a r t k n e c h t ，w d u s te x p l o s i o n m b e r l i n ：s p r i n g e r - v e r l a y , 1 9 8 9 2 1 徐志良，张永，陈建勋由8 9 c 5 1 构成的恒温炉控制器仪表技术与传感器 j j 2 0 0 l ，1 2 ：1 2 m 3 2 2 王魁汉，吴玉锋，王楠，等谈谈热电偶的测温误差计量与技术【j 2 0 0 4 ， ( 3 ) ：6 0 - 6 2 2 3 王少纯，主编自动检测技术【m 】北京：冶金国内工业出版社，1 9 8 5 2 4 1 张包民，张景林，李运芝火炸药热自燃点测试及数据自动记录的探讨中 国安全科学学报 j 1 9 9 6 ，6 ( 增) ：1 7 9 。1 8 2 2 5 刘宝光，吴祈宗，贾富臣感度数据的种新型分析方法兵工技术( j 1 9 9 5 ，2 ：6 1 6 7 2 6 b u k o w s k i ，r f i r er i s ka s s e s s m e n tm e t h o d ：d e s c r i p t i o no fm e t h o d o l o g y ” n i s t i t j 1 9 9 0 m d 2 7 】c l a r k ef , b “t h en a t i o n a lf i r er i s ka s s e s s m e n tr e s e a r c hp r o j e c tf i n a l r e p o r t ”，n f p r f j q u i n c ym a ，1 9 9 0 ( 2 8 】h a l l ，j t i r er i s ka n a l y s i s ：g e n e r a lc o n c e p t u a lf r a m e w o r kf o rd e s c r i b i n g m o d e l s ”f i r et e c h n o l o g yf j ，f e b 1 9 9 1 日 第一章概述 2 9 周豪，吴长海高速涡流镁粉机组粉尘爆炸危险性评估工业安全与环保 j 2 0 0 3 ，2 9 ( 2 ) 3 3 3 5 3 0 陈宝智危险源辨识控制及评价 m 成都：四川科学技术出版社，1 9 9 6 【3 l 】李刚过程工业粉尘爆炸及其危险性评价城市与工业安全 a 】见：城市与 工业安全c 南京：东南大学出版社，2 0 0 3 ：2 7 6 2 7 9 3 2 】霍然，程晓舫火灾危险评估模型的基本结构消防技术与产品信息 j 1 9 9 4 6 ：2 8 - 一3 2 硕士学位论文 第二章粉尘爆炸事故统计及事故模式建立 本章研究了粉尘爆炸发生的规律，粉尘爆炸的危害性及粉尘的燃爆机理。这 将指导今后的安全生产，并对深入研究粉尘爆炸灾害防治具有重要的参考意义。 2 1 粉尘事故统计分析 2 1 1 基本数据统计分析 据不完全统计 ”，我国粉尘爆炸事故按年代的发生趋势如图2 - 1 示 图2 - 1 粉尘爆炸事故发生次数随年代的变化 f i g 2 - 1a m o u n to f a c c i d e n t a b o u td u s te x p l o s i o nv s t i m e s 从图2 1 可以看出，从6 0 年代至7 0 年代末粉尘爆炸事故所占爆炸事故比例 呈略减趋势( 受“文革”影响) ，8 0 年代起粉尘爆炸案件所占爆炸事故比例猛 然多了起来( 粉体需求量变大) 。 粉尘爆炸事故涉及的物质有多种，如：煤、无机物、金属、农产品、有机化 学药品、合成物及纤维类等，将统计的粉尘爆炸发生次数及造成的人员伤亡情况 整理如表2 1 1 2 】。 第二章粉尘爆炸事故统计及事故模式建立 表2 - 1 粉尘爆炸事故发生频率及伤亡人数 t a b l e2 - 】f r e q u e n c yo f a c c i d e n ta b o u td u s te x p l o s i o na n dt h en u m b e ro f t h el o s s 从表2 1 可以看出，不论是从发生次数还是从造成的人员伤亡数来看，需要 优先考虑及严密控制的粉体物料依次为：金属粉末、农产品加工粉体、有机化学 药品、合成物粉体、纤维类粉体、无机物粉体、煤粉等。 粉尘点火是粉尘爆炸发生的必要条件，研究粉尘点火的火源形式对了解并控 制粉尘爆炸具有重要的意义。经统计分析1 2 1 ，粉尘爆炸的点火方式按发生频率依 次为：冲击或摩擦、静电火花、熔接或熔断火花、自燃火花、原因不明、明火、 金属过热、电气设备及其他( 见表2 2 ) 。 表2 - 2 各类点火源引发的粉尘爆炸事故统计 t a b l e2 - 2s t a r o f f i r et h a tc a l lc a u s ed u s te x p l o s i o n 2 1 2 事故原因统计分析 对上述统计的事故原因进行分类，可以分为物质原因、人为原因及管理失误 三大类，见表2 3 。 硕士学位论文 表2 - 3 事故原因统计 t a b l e2 - 3s t a t o f t h er e a s o n so f d u s te x p l o s i o na c c i d e n t s 从表2 3 可以看出三个方面的因素甲人为原因是引起事故的主要原因，物质 原因次之，说明遵守操作规程及劳动纪律和定期检修及维护设备和防护用品是非 常重要的，同时也要注意人员的安全教育培训及管理上的强化。 2 2 粉尘爆炸的模式 2 2 1 粉尘爆炸的机理及条件 凡是能破氧化的粉尘，在一定条件下都会发生爆炸【4 】。粉尘受热，表面粉尘 颗粒分子就会分解或干馏出可燃气体分布在周围，然后这些可燃气体与空气混合 形成可燃性混合气体，进而产生燃烧现象 5 6 1 。由于粉尘颗粒的比表面积很大， 初始的燃烧热大部分被颗粒本身吸收，这就加速了上述的于馏( 分解) 、混合、 点燃的进程，继而发生粉尘的爆炸现象f 7 】。粉尘的燃烧分类列于表2 - 4 。 表2 4 粉尘燃烧分类 t a b l e2 - 4t y p e so f d u s tc o m b u s t i o n 粉体的爆炸是由粉体的着火引起的，不论哪类燃烧，粉体着火后都能产生大 第二章粉尘爆炸事故统计及事故模式建立 量的能量，在有限体积和极短时间内释放出的大量能量就导致了粉尘爆炸。 如果环境内粉尘满足下述一定条件 8 ，粉尘爆炸将不可避免，即： ( 1 ) 扩散粉尘的浓度必须高于最稀可燃极限浓度( 最低爆炸浓度) ； ( 2 ) 装在容积内的可燃粉料必须扩散到空气( 助燃剂氧) 中； ( 3 ) 引燃源必须具有足够的使燃烧波引燃的释能密度和总能量，而该燃烧 波的传播能引起爆炸。 2 2 2 粉尘爆炸的特点 22 2 1 发生频率高，破坏性强 9 1 粉尘爆炸机理相对气体爆炸机理复杂，所以粉尘爆炸过程相对于气体爆炸过 程也就复杂得多，具体表现为粉尘的点火温度、点火能普遍比气体的点火温度、 点火能都要大，这决定了粉尘不如气体容易点燃。在现有工业生产状况下，粉尘 爆炸的频率低于气体爆炸的频率。另方面，随着大生产机械化程度的提高，粉 体产品增多，加工深度增大，特别是粉体生产、干燥、运输、储存等工艺的连续 化和生产过程中收尘系统的出现，使得粉尘爆炸事故发生在世界各国的频率增大 了 1 0 l 。以我国为例，1 9 8 0 年以后，我国的粉尘爆炸事故急剧上升，在1 9 8 0 1 9 8 9 年间粉尘爆炸事故占统计总数的8 7 5 。 粉尘的燃烧速度虽比气体燃烧速度慢，但因单位体积固体的质量一般比单位 体积气体的质量大得多，单位体积中所含的可燃物的量一般也较多，一旦发生爆 炸，产生的能量就多，爆炸威力也就大。爆炸时温度普遍高达2 0 0 0 。c - 3 0 0 0 ， 最大爆炸压力可达近7 0 0 k p a “】。 2 2 2 2 粉尘爆炸的感应期长 由粉尘着火的机理可以看出，粉尘爆炸首先要使粉尘颗粒受热，然后分解、 蒸发出可燃气体，粉尘从点火到被点着之间的时间间隔称为感应期，它的长短是 由粉尘的可燃性及点火源的能量大小”1 决定的。一般粉尘的感应期大约有l o s ， 利用这个时段即可探测出粉体将要发生粉尘爆炸。 2 2 2 3 易造成“二次爆炸” 粉尘爆炸发生时很容易扬起沉积的或堆积的粉尘，其浓度往往比第一次爆炸 i 4 硕士学位论文 时的粉尘浓度还要大；粉尘爆炸中心，有可能形成瞬时的负压区，新鲜空气向爆 炸中心逆流与新扬起的粉尘重新组成爆炸性粉尘而发生第二次爆炸、第三次爆 炸。由于粉尘浓度大，所以随后的爆炸压力比第一次还大，破坏性就更强。 2 224 爆炸产物容易是不完全燃烧产物 与一般气体的爆炸相比，由于粉尘中可燃物的量