粉尘爆炸原理及影响因素

1、1.粉尘爆炸粉尘爆炸2.铝粉尘爆炸特点铝粉尘爆炸特点3.简析昆山爆炸事故简析昆山爆炸事故4.整改整改措施措施 不同国家对粉尘的定义并不相同。不同国家对粉尘的定义并不相同。根据英国标准根据英国标准BS2955:1958，将粒径，将粒径D1000um的粒子叫做的粒子叫做粉末粉末，将粒径，将粒径D76um的粒子叫做的粒子叫做粉尘粉尘;而而NFPA68标标准将粉尘定义为粒径小于准将粉尘定义为粒径小于420um的粒子。的粒子。由此可见两者对于粉尘尺寸的定义相由此可见两者对于粉尘尺寸的定义相差了大约差了大约6倍。倍。粉尘定义粉尘定义National Fire Protection Association美

2、国消防协会美国消防协会 系指大气中粒径小于10m的固体微粒，它能较长期地在大气中漂浮，有时也称为浮游粉尘。英文缩写为PM10。飘尘 系指大气中粒径大于10m的固体微粒，在重力作用下，它可在较短的时间内沉降到地面。降尘 系指大气中粒径小于100m的所有固体微粒。也被称为总悬浮颗粒物，英文缩写为TSP。总悬浮微粒total suspended particulate 将物质在短时间内由一种状态变为另一种状态将物质在短时间内由一种状态变为另一种状态,而且在瞬间放出大量而且在瞬间放出大量能量的现象称为能量的现象称为爆炸爆炸。爆炸是发生在一定容积中并产生突然、显著压力。爆炸是发生在一定容积中并产生突然、

3、显著压力上升的化学放热过程。上升的化学放热过程。粉尘爆炸粉尘爆炸是指悬浮在空气中的可燃粉尘接触明火、是指悬浮在空气中的可燃粉尘接触明火、电火花等点火源时发生的爆炸现象。电火花等点火源时发生的爆炸现象。反应方程式可用下式概括：反应方程式可用下式概括：Fuel + Oxygen Oxide + Heat 粉尘必须可燃粉尘必须在可燃界限内存在点火源且能量高于最小点火能量氧化剂在有限的空间内粉尘爆炸需满足条件粉尘爆炸需满足条件u ，主要用于衡量粉尘爆炸的强度，如最大爆炸压力 和最大压力上升速率u ，主要用于衡量粉尘爆炸发生的敏感性，如爆炸极限、最小点火能、着火温度等。maxPmax）（dtdp 烈度参

4、数 感度参数 粉尘爆炸特性参数主要存在两种粉尘爆炸特性参数主要存在两种:铝粉遇潮湿、水蒸气能自燃；铝粉遇潮湿、水蒸气能自燃；与氧化剂混合能形成爆炸性混合物；与氧化剂混合能形成爆炸性混合物；与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应；应；与酸类或与强碱接触，也能产生氢气，与酸类或与强碱接触，也能产生氢气，引起燃烧爆炸。引起燃烧爆炸。 因此，铝粉被列为遇湿易燃危险货因此，铝粉被列为遇湿易燃危险货物，在国家建筑设计防火规范当中，铝物，在国家建筑设计防火规范当中，铝粉的火灾危险性属于粉的火灾危险性属于乙类可燃性粉末乙类可燃性粉末。铝粉本身属于遇湿易燃的危险化学品：铝粉本身属于遇

5、湿易燃的危险化学品： u 另一种是将干燥的粉尘分散到有湿度另一种是将干燥的粉尘分散到有湿度控制的容器内进行爆炸控制的容器内进行爆炸。u 一种是事先将粉尘存储在有固定湿度的一种是事先将粉尘存储在有固定湿度的容器内，直到达到容器内，直到达到 吸附平衡，然后在干燥吸附平衡，然后在干燥的密闭空间内起爆的密闭空间内起爆。! 第一种情况时湿度增加了爆炸的严重度第一种情况时湿度增加了爆炸的严重度。 ! 后一种情况则抑制了爆炸的发生。后一种情况则抑制了爆炸的发生。 在工业实际中，铝粉爆炸并不仅仅是在在工业实际中，铝粉爆炸并不仅仅是在上面两种情况下发生，也可能是达到吸附平上面两种情况下发生，也可能是达到吸附平衡

6、的铝粉在高湿度环境中的爆炸。衡的铝粉在高湿度环境中的爆炸。有科学家做过这样实验有科学家做过这样实验 在吸附的同时发生脱附，吸附速度和脱在吸附的同时发生脱附，吸附速度和脱附速度相等表观吸附速度为零，吸附质在溶附速度相等表观吸附速度为零，吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再发液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再发生改变时的状态称之为吸附平衡。生改变时的状态称之为吸附平衡。 铝粉粉尘粒子表面通过铝粉粉尘粒子表面通过热传导热传导和和热热辐射辐射，从火源获得能量从火源获得能量,使表面温度急使表面温度急剧升高，达到粉尘粒子加速分解的温剧升高，达到粉尘粒子加速分解的温度和蒸发温度度和蒸发温度,形成

7、形成粉尘蒸气粉尘蒸气或或分解气分解气体体，这种气体与空气混合后就容易引这种气体与空气混合后就容易引起点火起点火（气相点火气相点火）。另外，粉尘粒。另外，粉尘粒子本身相继发生熔融汽化子本身相继发生熔融汽化，迸发出微迸发出微小火花，成为周围未燃烧粉尘的点火小火花，成为周围未燃烧粉尘的点火源，使之着火源，使之着火，从而扩大了爆炸范围，从而扩大了爆炸范围，这一过程与气体爆炸相比复杂得多。这一过程与气体爆炸相比复杂得多。物质的燃烧热越大，如煤、碳、硫越易带电的粉尘，如聚乙烯、聚丙烯粉尘爆炸下线越低，如铝粉37颗粒越小，如铝，镁3/ mg什么因素会影响爆炸烈什么因素会影响爆炸烈度呢？度呢？ 铝粉颗粒由一个

8、铝核和外面一层铝粉颗粒由一个铝核和外面一层 保护层保护层 组成。当环境温度组成。当环境温度达到铝的熔点时，由于铝的熔化，氧化铝保护层受到热机械力的拉伸，达到铝的熔点时，由于铝的熔化，氧化铝保护层受到热机械力的拉伸，薄的氧化层可能发生破裂，这样铝就直接暴露于空气和水蒸汽的氧化环薄的氧化层可能发生破裂，这样铝就直接暴露于空气和水蒸汽的氧化环境中。此时，如果颗粒表面含有吸附水的铝粉吹入爆炸罐内点火起爆，境中。此时，如果颗粒表面含有吸附水的铝粉吹入爆炸罐内点火起爆，很可能发生铝粉与水生成氢气的反应。很可能发生铝粉与水生成氢气的反应。32l OA在高湿度环境下，爆炸罐内的铝粉可能发生如下的爆炸反应：在高

9、湿度环境下，爆炸罐内的铝粉可能发生如下的爆炸反应： 由上面的反应方程式可以知道，环境内适量水分的增加可以促进铝由上面的反应方程式可以知道，环境内适量水分的增加可以促进铝粉爆炸反应的发生，氢气的产生也增强了爆炸的猛烈程度粉爆炸反应的发生，氢气的产生也增强了爆炸的猛烈程度。 在高浓度时，铝粉的量足以与爆炸罐中的氧气和水蒸汽发生完全反应，在高浓度时，铝粉的量足以与爆炸罐中的氧气和水蒸汽发生完全反应，因此随着湿度的增加，参与反应的铝粉量会逐渐增加，放热量也必然增因此随着湿度的增加，参与反应的铝粉量会逐渐增加，放热量也必然增大，因此最大爆炸压力和最大压力上升速率值大，因此最大爆炸压力和最大压力上升速率值

10、 都随着环境湿度的增加而都随着环境湿度的增加而明显增加。明显增加。如系列如系列2 在低浓度时，随着环境湿度的增加，最大爆炸压力和最大压力上升速在低浓度时，随着环境湿度的增加，最大爆炸压力和最大压力上升速率出现先增加后减小的变化趋势；率出现先增加后减小的变化趋势；如系列如系列1环境湿度最最大大爆爆炸炸压压力力系列 2系列 1MJOAlOAl3 .3234322 铝粉、镁粉、铝镁合金粉属易燃易爆物质，在制粉和保存过程中可发生铝粉、镁粉、铝镁合金粉属易燃易爆物质，在制粉和保存过程中可发生遇明火爆炸，也可以发生自燃，通常前者占多数，而昆山这一次爆炸显然是明遇明火爆炸，也可以发生自燃，通常前者占多数，而

11、昆山这一次爆炸显然是明火引发的。粉尘爆炸是悬浮在空气中的粉尘急剧氧化燃烧，产生大量的热和形火引发的。粉尘爆炸是悬浮在空气中的粉尘急剧氧化燃烧，产生大量的热和形成高压的现象。成高压的现象。爆炸过程发生的主要反应：爆炸过程发生的主要反应： 对于一定的物质来说，被粉碎的程度对于一定的物质来说，被粉碎的程度越大，即颗粒越小，则比表面积越大，那越大，即颗粒越小，则比表面积越大，那么表面能也越大。例如，一块么表面能也越大。例如，一块 1 公斤重的公斤重的二氧化硅的表面能为二氧化硅的表面能为 0.2 焦耳，这是很小焦耳，这是很小的，它只相当于把的，它只相当于把 1 公斤的物体举高公斤的物体举高 0.02 米

12、所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一米所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一样细小的粉尘后，其表面能可达样细小的粉尘后，其表面能可达 焦耳，即相当于把同样重的物体举高焦耳，即相当于把同样重的物体举高 2700 米所做的功，表面能竟增大了米所做的功，表面能竟增大了 倍倍。6107 . 2710 分析其原因分析其原因，当颗粒直径较大时当颗粒直径较大时,随着燃烧的快速传播随着燃烧的快速传播，颗粒内部颗粒内部因缺氧而不能完全燃烧因缺氧而不能完全燃烧，从而减慢了燃烧热的释放和传递从而减慢了燃烧热的释放和传递，随着粒径随着粒径的减小的减小，颗粒比表面积随之增大颗粒比表面积随之增大，氧气向颗粒表面扩散的时间缩短氧

13、气向颗粒表面扩散的时间缩短，颗粒因缺氧而不能完全燃烧的现象随之减弱颗粒因缺氧而不能完全燃烧的现象随之减弱，燃烧热的释放也加快。燃烧热的释放也加快。 从粉尘爆炸机理方面分析铝粉的爆炸特性可知，铝粉的粒度从粉尘爆炸机理方面分析铝粉的爆炸特性可知，铝粉的粒度 ，与空气接触与空气接触的表面积的表面积 ，其化学活性，其化学活性 ，越容易燃烧爆炸，并且燃烧速度也越快。对相同铝，越容易燃烧爆炸，并且燃烧速度也越快。对相同铝粉来说，单位体积的表面积粉来说，单位体积的表面积 ，其危险性就，其危险性就 。 存在铝镁粉尘爆炸危险的生产场所不得设存在铝镁粉尘爆炸危险的生产场所不得设置在危房或违章建筑内；厂房应为置在危

14、房或违章建筑内；厂房应为单层建单层建筑筑，屋顶应采用，屋顶应采用轻型结构轻型结构。如厂房为多层。如厂房为多层建筑的结构，则应采用建筑的结构，则应采用框架结构框架结构，并保证，并保证其有足够面积的泄爆口在爆炸时能有效地其有足够面积的泄爆口在爆炸时能有效地进行泄爆。进行泄爆。 存在铝镁粉尘爆炸危险的生产场所所有存在铝镁粉尘爆炸危险的生产场所所有电气设备必须采用电气设备必须采用防爆电气设备防爆电气设备。 应按工艺分片（区域）设置相对独立的收应按工艺分片（区域）设置相对独立的收尘系统，尘系统，收尘器设置在建筑物外收尘器设置在建筑物外，并设有，并设有泄爆装置和防雨措施，回收的铝镁粉尘应泄爆装置和防雨措施，回收的铝镁粉尘应当储存在当储存在独立干燥的堆放独立干燥的堆放场所。场所。 所有产尘点均应装设吸尘罩，所有产尘点均应装设吸尘罩，风管中风管中不应有粉尘沉降不应有粉尘沉降。 建立严格的清洁制度，对所有可能积累建立严格的清洁制度，对所有可能积累粉尘的生产车间和贮存室，每班都应及时粉尘的生产车间和贮存室，每班都应及时清扫。在贮存能自燃的散装铝镁粉料时，清扫。在贮存