第四章----粉尘爆炸与粉尘火灾.ppt

1、第四章 粉尘爆炸与粉尘火灾,第一节 粉尘爆炸的基础知识 一、粉尘爆炸危险性 粉尘爆炸危险性几乎涉及到所有的工业部门。 第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785年意大利的一个面粉厂。 200多年来，粉尘爆炸事故不断发生。 近二十年来，我国粉尘爆炸事故也屡有发生。 如1981年12月10日，黄埔港粮食筒仓发生大爆炸，7人受伤，并造成重大的经济损失； 1987年3月15日，哈尔滨亚麻厂粉尘大爆炸，死伤230多人，直接经济损失上千万元。,随着现代工业的发展，如塑料、有机合成、金属粉末等生产，多采用粉体为原料，粉尘种类的扩大、使用量的增加、工艺的连续化等原因，粉尘爆炸的危险性和事故数量也有所增加。 特别是现

2、在大规模采用粉体涂装技术的倾向越来越多，更应该采取安全有效的防护措施。,二、可爆粉尘种类,能导致爆炸的粉尘，首推金属粉尘（如铝粉、镁粉）； 其次是农副产品（如棉花、烟草）、林产品（如纸粉、木粉）、食品等的粉尘。 在无机物的粉尘中，硫磺粉、煤粉的爆炸灾害更为多见。 活性炭本身难以爆炸。但堆积时有的会产生高温，且含有有机成分的蒸气及挥发成分，因此也可能发生与煤尘相同的爆炸。 另外，木粉、纸粉、纤维粉等纤维性粉尘的爆炸灾害也每年都有发生，且发展到意外的大型灾害。,常见可爆炸粉尘材料包括：,(1)农林：粮食（如面粉、淀粉）、饲料（如血粉、鱼粉）、食品、农药、肥料、木材、糖、咖啡等。 (2)矿冶：煤炭、

3、钢铁、金属、活性炭、硫磺等。 (3)纺织：棉、麻、丝绸、化纤等。 (4)轻工：塑料、纸张、橡胶、染料、药物等。 (5)化工：多种化合物粉体。,三、粉尘爆炸的场所,在粉碎，制粉及输送过程中发生粉尘爆炸的比例较大。粉碎、制粉工程与集尘、分离工程等处的粉尘浓度较大，很容易达到爆炸下限浓度。输送及贮藏粉尘时，自由空间虽然很大，但是由于粉尘云大量集聚，在流速较低的场所，将产生大的粉尘爆炸。 室内：通道、地沟、厂房、仓库等。 设备内部：集尘器、除尘器、混合机、输送机、筛选机、料斗、高炉、打包机等。,四、粉尘的基础知识,粉尘是粉碎到一定细度的固体粒子的集合体。 在美国，通常把通过40#美国标准筛的细颗粒固体

4、物质叫做粉尘。若为球形颗粒，则粒子直径应为425m以下。 一般认为，只有粒径低于此值的粉尘才能参与爆炸快速反应。但在煤矿中的实际研究表明，粒径850m的煤粒子还可参与爆炸快速反应。,（一）粉尘层和粉尘云,粉尘层(或层状粉尘)：指堆积在物体表面上的静止状态的粉尘 粉尘云(或云状粉尘)：指悬浮在空间中的、呈运动状态的粉尘。,（二）可燃粉尘和不可燃粉尘,可燃粉尘和不可燃粉尘 可燃粉尘：是指与空气中氧反应能放热的粉尘。一般有机物都含有C、H元素，它们与空气中的氧反应都能燃烧，生成CO2、CO和H2O。许多金属粉可与空气中氧反应生成氧化物，并放出大量的热，这些都是可燃粉尘。 不可燃粉尘或称惰性粉尘：与氧

5、不发生反应或不发生放热反应的粉尘,（三）粉尘粒度,粉尘的粒度一般用筛号来衡量。 粉尘粒度是粉尘爆炸中一个很重要的参数。 粉尘的表面积比同质量的整块固体的表面积大好几个数量级。表面积的增加，意味着材料与空气的接触面积增大，这就加速了固体与氧的反应，增加了粉尘的化学活性，使粉尘点火后燃烧更快。 粉尘粒度是一个统计的概念，因为粉尘是无数个粒子的集合体，是由不同尺寸的粒子级配而成。若不考虑粒子的形状，也无法确定粒子尺寸。 对不规则形状粒子的粒度，可以通过试验来确定粒度数据。 先测定单位体积中的粉尘粒子数，再称量其质量，就可以确定平均粒子尺寸。,悬浮在空间的粉尘云是一个不断运动的集合体。 粉尘受重力的影

6、响，会发生沉降，沉降的速度与粒度有一定的关系。 对425m以上的粒子，由于比表面积很小，加上沉降速度很快，一般不会发生粉尘爆炸。 粉尘粒子的形状和表面状态对爆炸反应也有较大的影响。 即使粉尘粒子的平均直径相同，但若其形状和表面状态不同，其爆炸性能也不同。,五、粉尘爆炸的条件,（1）粉尘本身可燃。 常见具有爆炸性的粉尘种类如下：,（2）粉尘以一定浓度悬浮在空气中 沉积（气凝胶状态）粉尘不能爆炸，只有悬浮（气溶胶状态）的粉尘才能发生爆炸。 爆炸极限（爆炸界限）可爆浓度（范围） 气体爆炸采用体积百分数()表示，即燃料气体在混合气总体积中所占的体积百分数； 粉尘爆炸中，粉尘粒子的体积在总体积中所占的比

7、例极小，几乎可以忽略，所以一般都用单位体积中所含粉尘粒子的质量来表示，常用单位是gm3或mgL。 在计算化学计量浓度时，只要考虑单位体积空气中的氧能完全燃烧(氧化)的粉尘粒子量即可。,实际发生粉尘爆炸时，爆炸源往往并不处于人的呼吸范围之内。 在许多情况下，它是发生在设备内部或局部点，随后这局部爆炸(一次爆炸)将地面粉尘层扬起，使空间达到极限浓度而形成所谓的“二次爆炸”。 这种二次爆炸所形成的破坏程度和范围往往比一次爆炸更严重。,（3）存在足以引起粉尘爆炸的火源 粉尘爆炸所需的最小点火能量比气体爆炸大一、二个数量级，大多数粉尘云最小点火能量在10100mJ量级范围。,一些典型电火花能及典型场合,

8、第二节 粉尘爆炸的机理,粉尘爆炸的威力很大。 但粉尘爆炸是一个非常复杂的过程，受很多物理、化学因素影响，对粉尘爆炸机理至今尚不十分清楚。 一般认为：,图42粉尘爆炸过程,1、粉尘粒子表面通过热传导和热 辐射，从点火源获得点火能量， 使表面温度急剧上升；达到粉 尘粒子的加速分解温度或蒸发 温度，形成粉尘蒸气或分解气体；,2、这种气体与空气混合而生成爆 炸性混合气体，就能引起点火,3、粉尘粒子本身从表面一直到内 部（直到粒子中心点），相继 发生熔融和气化，迸发出微小 的火花，成为周围未燃烧粉尘 的点火源，使粉尘着火，从而 扩大了爆炸火焰范围。,上述着火过程是在微小的粉尘粒子处于悬浮状态的短时间内完

9、成的。 而较大的粉尘粒子因为重力沉降，其悬浮时间短，不能够着火，或只是粒子表面被烧焦或根本没有被烧过。,不被重视的原因：不频繁,粉尘云中粒子的大小和形状不可能是完全一样的，粉尘的悬浮时间因粒子的大小与形状而异，能保持一定浓度的时间和范围是极有限的。 若条件都能够满足，则粉尘爆炸的威力是相当大的； 但如果条件不成立，则爆炸威力就很小，甚至不引爆。,粉尘爆炸有以下特点：与气体爆炸相比,第一：必须有足够数量的尘粒飞扬在空气中才有可能发生粉尘爆炸。 尘粒飞扬与颗粒大小及气体扰动速度有关。 直径小于10m的颗粒才能在运动气流中长时间悬浮，形成爆炸尘云。 更大的颗粒扬起后，只能在空间短暂停留，随后很快沉降

10、。,第二：粉尘燃烧过程比气体燃烧过程复杂，有的粉尘要经过粒子表面的分解或蒸发阶段。 即便是直接氧化的颗粒，也有一个由表面向中心延续燃烧的过程。因而感应期长（即从接触火源到完成化学反应的时间长）；可达数十秒，为气体的数十倍。 这就使得用快速装置探测粉尘爆炸的苗头和抑制粉尘爆炸的发展成为可能。,第三：粉尘爆炸的起始能量大，达10mJ的量级，为气体的近百倍。 第四：粉尘的燃烧速度和爆炸压力虽然比气体小，但因燃烧的时间长，产生的能量大，所以产生破坏和烧毁的程度要大得多。 第五：发生粉尘爆炸的时候，会有燃烧的粒子飞散，如果飞到可燃物或人体上，会使可燃物局部严重碳化或人体严重烧伤。,第六：粉尘爆炸有产生二

11、次爆炸的可能性，如图43所示。 静止堆积的粉尘被风吹起，悬浮在空气中，如果遇点火源就会发生爆炸。 爆炸产生的冲击波又使其它堆积的粉尘悬浮在空气中，而飞散的火花和辐射热成为点火源，引起第二次爆炸。 最后整个粉尘存放场所都受到爆炸破坏。 这种连续爆炸会造成极严重的破坏,图43 粉尘爆炸的扩展,第七：与气体相比，粉尘爆炸容易引起不完全燃烧，因而在生成气体中有大量的一氧化碳存在。 此外，有些爆炸性粉尘（如塑料）自身分解出毒性气体。所以在粉尘燃烧、爆炸后，容易产生中毒身亡。 煤矿因煤粉爆炸而死亡的人员中，有一大半是因为CO中毒死去的。,第三节 粉尘的爆炸特性,粉尘的爆炸过程比气体的燃烧爆炸复杂得多，具

12、有许多爆炸特性，并且受多种因素的影响。 下面概要介绍几个爆炸特性 一、爆炸极限 粉尘和空气混合物遇火源能发生爆炸的粉尘最低浓度（下限）或最高浓度（上限），一般用单位体积空间内所含的粉尘质量表示。 通过理论计算或仪器确定,飞扬于空气中的粒子由于其本身大小不一、形状不同，其中大的很快就沉降，较小的沉降较慢，都难以在空气中保持稳定的状态，实际情况下很难达到爆炸上限值。故上限值一般没有实用价值。 爆炸下限具有非常重要的意义 粉尘的爆炸下限越低，发生爆炸的危险性越大。,二、最小发火能,大多数粉尘带有静电， 积蓄的静电一旦放电便会产生火花。虽然这些火花具有足够的引起气体爆炸的能量，但是它们是否能引起粉尘着

13、火还不确定。 虽可利用火花放电的方法来进行测定粉尘的着火能量，但因试验条件和测试方法的不同，很难取得绝对准确的数值，因而大多数的数据为相对值， 但也可以用它来对物质的危险性作相对的比较,三、发火温度,云状与层状粉尘的最小发火温度有很大的不同 并且随着测试方法的不同而存在着很大的差异 通常可以认为，粉尘云的发火温度为粉尘层的两倍左右。如层状粉尘在250发火，则粉尘云的发火温度大约为500。但是随着层厚的不同，温度的差值也很大。 发火温度受到挥发成分的含量、环境氧气浓度等因素的影响。,粉尘层的厚度与着火温度（）（冒烟时的温度）的关系,四、爆炸压力与压力上升速度,是表征粉尘爆炸威力的重要指标 在实际

14、的安全工作中，控制粉尘爆炸困难： 1、想要使粉尘浓度控制在爆炸下限以下，是较难办到的， 2、点火源无法排除， 3、周围环境的氧浓度也很难降低到不能助燃的程度。 广泛采用的保护性对策，是防止爆炸危险性的扩大。 如难以避免在装置及管道内产生爆炸时，为了防止灾害的扩大化，可设计适当的爆炸压力的泄压装置，进行妥善地处理及管理。,影响爆炸压力及压力上升的因素很多：,如粉尘的种类、粒度、浓度、着火源的种类、试验容器的大小，送风压力、初压、气流的干扰、氧气浓度、挥发成分以及可燃气体的浓度、惰性粉尘及灰份的含量等，都会使其产生很大的变化。,粉尘防爆措施：,1、加入惰性粉尘，只混入少量的弱爆炸性粉尘，压力上升速

15、度也会急剧下降，混入惰性粉尘达60%时，则完全丧失爆炸性。 矿井中的岩粉棚的作用 2、加入惰性气体，稀释环境氧浓度，降低压力上升速度,第四节 粉尘爆炸和气体爆炸的比较,粉尘爆炸与气体爆炸的基本数学方程、影响因素等几乎都是相同的，从数学的观点看，它们是两种类似的现象。 两者的最大区别在燃料上。 气体爆炸的燃料是气态，燃料在爆炸混合物中占有的体积部分是必须考虑的。 而粉尘爆炸的燃料是固态，燃料所占的体积极小，基本上可以忽略不计。,(一)混合物的均匀性 对气体混合物来说，一旦混合均匀，就不易分离，也不易分层；它的分散均匀性不受湍流程度影响，即使在静止状态，仍可以很好地分散均匀。 粉尘不如气体容易混合

16、均匀，必须保持湍流状态,(二)颗粒度 粉尘的粒度、形状及表面条件都是变量，都是影响爆炸的参数。 粉尘越细（粒度越小），越易发生爆炸，而最大爆炸压力和最大压力上升速率则明显增大。 粉尘粒度对点火能量也有很大影响，一般当可燃粉尘的粒度大于400 后，即使采用强点火源，也不能使粉尘发生爆炸。但如果在这类粗粉中混入510%的细粉，就足以变成可爆混合物。,(三)燃料对大气的稀释 可燃气体明显 可燃粉尘的稀释作用微小,(四)初始湍流和初始压力,对大多数研究设备和工业现场，爆炸都是发生在空气运动的情况下，或者是以空气爆发来分散粉尘，然后遇火源点火爆炸，因此最终的粉尘/空气混合物都呈湍流。 工业上的气体/空气

17、混合物也可能是湍流的； 但在实验室里，大多数气体爆炸都是发生在非湍流混合物中。,在大体相同的试验条件下，甲烷爆炸压力大约比粉尘爆炸压力约高50%，而前者的压力上升速率约为后者的610倍。,（五）爆炸浓度,可燃气和可燃粉尘在空气中的爆炸浓度范围明显不同。 粉尘爆炸的上下限浓度范围极宽。,（六）爆炸后大气组分,甲烷和通过200#筛的匹茨堡煤粉在Hartmarm管中爆炸后的大气组分。甲烷实验是在初始压力为0.96105和无湍流情况下进行的。,(七)点火温度,一般粉尘有两种点火温度，一种是粉尘云点火温度，一种是粉尘层点火温度。 粉尘层的点火温度可用312mm厚的粉尘测得。 经验和研究都表明，粉尘层的点

18、火温度随粉尘层厚度增加而减小。 如果厚度足够大且有氧存在，而空气循环又受限制，则粉尘有可能在环境温度下着火(自燃)。 比如煤堆或垃圾堆经常出现自燃着火的事故。,一些层状粉尘和气体的点火温度。 除了，因为有防潮的氧化膜不易点火外，一般粉尘层的点火温度比低分子量的气体的点火温度低得多。,第五节 粉尘的点火,气体和粉尘爆炸的点火敏感度是爆炸安全技术中最受关注的问题之一，也是爆炸的三大要素(可燃剂、氧化剂和点火源)之一。 气体和粉尘的点火机理存在很大差别。 气体热点火理论比较成熟， 而粉尘的点火机理相对要复杂得多，目前还不够完善。,粉尘云和粉尘层的点火机理也有很大的不同。,粉尘云的点火主要决定于粉尘粒

19、子表面的氧化反应，即气、固两相界面反应。在界面处由于高温，粒子表面熔化、蒸发、扩散，点火过程乃得以维持自动传播。 对层状粉尘来说，燃烧过程是一个化学反应放热的过程，其燃烧过程可以是火焰，也可以是阴燃(暗燃)或发烟的传播过程。,一、粉尘层的点火,一、粉尘层的点火 （一）层状粉尘的点火原因很多，大致可以归纳成以下几种： 1、自燃着火； 2、热表面加热； 3、电器加热； 4、静电火花放电； 5、机械冲击和摩擦； 6、爆炸波的引发。 其中，粉尘的自燃着火往往容易被人们忽视。,自燃着火的条件：,(1) 热积累， 这类物质必须是多孔性的，且具有良好的绝热性和保温效果。因此发生自燃着火的物质多是那些纤维状，

20、粉末状或重叠堆积的片状物质。 (2) 放热反应且产生反应热。 例如：化学上不稳定、容易分解而产生反应热的或吸收空间 中的氧而产生氧化热的； 或吸收湿气而产生水合热的； 或由于混合接触而产生反应热的； 以及由于发酵而产生发酵热的物质。 (3)化学反应热的产生速率超过散热速率。 自燃着火一般需要相当长的诱导时间。,硝化棉及其加工制品赛璐珞也比较容易自然着火，尤其在夏季高温、高湿度情况下和散热不利且储存量大、堆积层较厚、通风不良时，更易引起热积累和发生自然着火。 大量自由堆积的粉尘，如煤山、面粉和玉米粉等粮食仓库，聚集金属粉尘等经常会发生自然着火。 吸水会引起某些堆积粉尘自然着火，如粮食粉尘遭水浸后

21、会发热，铁粉或铁切削屑在船舶运输过程中，因船舱内浸入雨水或海水而引起自然着火的事故时有发生。 由于某些植物或动物材料(如饲料、天然纤维等)具有生物活性，能够激发起自加热，特别在堆放体积量很大、湿度较高、储存时间很长的情况下更容易发生生化加热效应；,测定：,从理论上讲，粉尘层不存在绝对的点火温度，但在给定条件下，可得某一特定的点火温度。安全工程师必须使用特定点火温度来设计工厂的安全性。 在工业作业中，粉尘往往是产品或副产品，它们可能积累在受热的暴露表面上，比如电机轴承。 粉尘层被点火可引起火灾，若粉尘在一定条件下被卷扬起来时，就可能引起爆炸。,（二）影响粉尘层点火温度的因素,粉尘层点火温度受多种

22、因素的影响。比如最小点火温度随粉尘层厚度增加而降低，也随粉尘粒度减小而下降。粉尘层上空气的流动条件对最小点火温度影响很大。还有一些因素影响如下： 1、挥发份质量， 碳素材料粉尘层的点火温度 随挥发物量的增加而降低；,混合粉尘层点火温度,2、掺入可燃粉尘混合粉尘层点火温度范围介于两种粉尘点火温度之间,3、惰性物，对大多数可燃粉尘，掺入惰性物后点火温度增高 在匹茨堡煤中分别加石灰石粉或粉。当惰性物含量为0时，点火温度为170，若含20%，40%，60%，80%惰性粉尘，点火温度分别为180，190，210和230。 4、氧化剂 ，在可燃粉尘中加入氧化剂、对粉尘层点火温度究竟有什么影响，目前还没有定

23、论。但可降低粉尘的稳定性甚至使其变成炸药。 这些混入氧化剂的可燃粉尘可以因低热、冲击、摩擦、静电火花等引起瞬时点火。,5、大气氧浓度 用匹茨堡煤的粉尘层试验表明，在大气氧浓度低于16.5%时，粉尘层的点火温度随氧含量增加而减小，当氧含量由16.5100%时，粉尘层的点火温度几乎不变。 6、粒度的影响 当粒度增大时，粉尘层的点火温度也升高。,二、粉尘云的点火,1、火花放电点火 火花放电点火已成为测量粉尘爆炸的标准试验方法。 2、机械作用下的点火 （包括摩擦、碰撞、射流、震动、击波等）；工业粉尘爆炸事故中，许多事故是由机械作用点火引起的。Echhoff曾经作过调查统计，发现物体间摩擦火花点火引起的

24、事故在全部的粉尘爆炸事故中占有相当大的比例。,工业生产中因机械作用产生的火源大致可分三类： 第一类摩擦起火，发热，火星； 第二类由于碰撞引起发热和火星。 第三类摩擦引起静电火星。 3、静电火花点火,（二）影响粉尘云点火的因素,许多因素对粉尘云的点火 温度、最小点火能量、爆炸 极限等都具有显著的影响。 1、影响点火温度的因素 (1)粉尘浓度的影响。 粉尘云的浓度对点火温度 有很大的影响 当粉尘浓度从爆炸下限增 加到最佳浓度时，点火温度 降低。,图49 玉米粉浓度对点火温度的影响,（2）氧浓度的影响 粉尘云的点火温度随氧浓度的减小而增高。右图表示匹茨堡煤、玉米粉和有机废料三种粉尘在不同氧浓度下的点

25、火温度，显然，氧浓度的增加，点火温度下降。,图410 氧浓度对点火温度的影响,(3)水分(湿度)的影响 粉尘云的点火温度随粉尘湿度增大而增高。湿度对木粉点火温度的影响特别大，右图表示湿度对木粉和玉米粉点火温度的影响。,湿度对点火温度的影响,(4)挥发物含量的影响。 一般来说，粉尘云的 点火温度随碳化物中挥 发物含量的增加而降低。,挥发物含量对粉尘云 点火温度的影响,(5)惰性粉尘的影响。 当可燃粉尘混有惰性材料(如土、石灰石等)时，点火温度增高。 因为在燃烧过程中这种惰性粉尘会吸收热量。 右图为匹茨堡煤，有机废料和玉米粉掺入惰性粉后点火温度的变化。,图413 加入惰性粉尘对粉尘 点火温度的影响

26、,(6)颗粒度的影响 粒度愈小，点火温度 愈低，也越逼近于极限 点火温度值。 粉尘颗粒愈细，比表 面积愈大，氧化反应速 率愈高，且反应较完全。 右图表示烟煤粉尘在 空气中和氧中点火时， 粒度对点火温度的影响。,图414 烟煤粉粒度对点火温度的影响,2、最小点火能量的影响因素,(1)粉尘浓度的影响。 右图表示几种不同类型 粉尘的浓度对最小点火能 的影响。,粉尘浓度对点火能量的影响,(2)氧浓度的影响。 氧浓度减小，粉尘引爆较难， 也就是所需点火能量增加。当 逼近极限氧浓度时，点火能量 增加速率很快。,氧浓度对最小点火能量的影响,(3)湿度影响。 粉尘含水量增加，点火能量增大。 加水增湿实际上和加

27、入惰性粉尘的影响是类似的。 当逼近湿度极值时，点火能量快速增加。,湿度对最小点火能量的影响,(4)挥发物含量。 挥发物含量增大，电火花点火能量降低，并接近于一个极限值。,挥发物含量对最小点火能量的影响,(5)惰性粉尘的影响。 往可爆粉尘中掺入惰性粉尘(如漂白粉土)时，点火能量增加。当逼近极限惰性物浓度时，点火能量增加很快。,惰性粉尘对最小点火能量的影响,(6)颗粒度的影响。,煤粉粒度对最小点火能量的影响,当煤粉平均粒径最大于100m时，在空气中用电火花不可能使其点火， 但随着粒径减小，最小电火花点火能量很快下降。,3爆炸下限的影响因素,(1)氧浓度的影响。 随大气中氧浓度的减小 (用CO2或水

28、蒸汽来稀释)， 爆炸下限增高。 此影响与对点火温度 和点火能量的影响是类似 的。当逼近极限氧浓度时， 爆炸下限增加速度加快。,氧浓度对爆炸下限的影响,(2)含水量的影响。 随可燃粉尘含水量的增加，爆炸下限浓度增高。下图为粉尘含水量对爆炸下限的影响。,湿度对爆炸下限的影响,(3)挥发物含量的影响。 随挥发物含量增高，爆炸下限降低，挥发物含量对爆炸下 限的影响与对最小点火能量影响类似。下图为煤粉(过200# 筛)的试验结果。,挥发物含量对煤粉爆炸下限的影响,(4)惰性粉尘的影响。 可燃粉尘中掺入惰性粉尘时，随掺入量的增加而使爆炸下限升高。下图表示几种粉尘掺加漂白土和石灰石时，爆炸下限的变化。,惰性

29、粉尘对爆炸下限的影响,(5)粒度影响。 随粉尘粒度减小，爆炸下限浓度值逼近一个极限值。下图是玉米粉筛成不同的粒度。,粒径对爆炸下限的影响,4. 惰性物参数比较,(1)惰性物类型。 惰性气体可作为大气的稀释剂。惰性效应与其热容有关，其惰化效应次序为氟氯烷(二氟二氯甲烷)，CO2，N2，He，Ar。以这五种惰性气体稀释大气时，玉米粉点火所需的氧浓度分别为17%、14%、12%、12%和8%。 CO2和N2有较好的稀释作用。用CO2稀释时，极限氧浓度比以N2稀释时高2.4%。对小麦粉，水蒸汽和CO2的稀释作用大致相同。当大气温度为77，相对湿度为67%时，极限氧浓度为17%；用CO2 稀释时，也是1

30、7%。,对金属粉尘，Ar和He作为阻止点火的惰性稀释剂是最有效的；其中，对钍、钛、锌的氢化物， CO2稀释最有效。对铝粉， N2和CO2更有效。 一些矿物粉尘(如石灰石和Fuller土)对点火有抑制作用,(2)惰性粉尘对氧浓度的影响。 该图表示加入惰性粉尘对点 火所需氧浓度的影响。玉米粉和 纸粉的初始粉尘浓度分别0.8g/L 和0.5g/L。 随着加入惰性物量的增加,粉 尘点火所需氧浓度也线性增加。,加入惰性物和氧的相对效率,(3)惰性粉尘的粒度。 惰性粉尘对可燃粉尘的阻燃和阻爆作用随惰性粉尘粒度减 小而增加。结果阻爆所需的细粉百分数小于粗粉百分数。 结果表明茨堡煤粉的最低 爆炸浓度(下限)随

31、加入惰化 物量的增加而增加，且细粉 最小爆炸浓度(下限)增加得 比粗粉快。,惰性物粒度对火花点燃煤粉的影响,第六节 粉尘爆炸基本参数的实验测量方法,一、点火温度 粉尘云的点火温度都可在GodbertGreenwald炉中测定的，该装置如图所示。 大多数粉尘层在空气中加热到足够高温度时会着火。着火时，粉尘层内温度会升高到高于炉温，并发出红光，或火焰扩展。所以点火温度可定义为粉尘层能发光或扩展火焰时的层内最低温度。,GG炉示意图,炉核是一根直径36.5、长229的管子，管子用电加热。 测定粉尘云点火温度时，将室温的粉尘喷入加热后的炉核，炉核温度用热电偶测定，温度可任意调节。 测定粉尘层点火温度时，

32、粉尘放在直径25.4、深12.7的容器中，再将其置于炉中段。从数控温度时间记录中可以定出爆炸点温度。,粉尘层的点火温度也可用热板试验测定。,图3 粉尘层着火温度测试装置 A热表面；B加热炉壁；C电热丝；D电热炉基座；E金属药盘；F试样,图4 粉尘层最低着火温度测试装置示意图 1盛粉环；2热板：3加热器；4加热器控温用热电偶； 5热板温度记录用电偶；6粉尘层温度记录用电偶,该测试依据标准为国际电工委员会标准“IEC 6124121可燃性粉尘环境用电气设备第2部分：试验方法第1节：粉尘的最低着火温度的测定方法”。对应的国家标准为“GB/T 164301996粉尘层最低着火温度测定方法”。 测试用装

33、置为热板(图3、4)。盛粉环高度为5mm或12.5mm，放置在热板上方。在热板内部靠近中心处有两支热电偶分别用于热板的温度控制和记录，粉尘层的温度用埋在粉尘层中的热电偶来记录。,判断着火的标志为以下两种现象之一： 发生明显阴燃，即粉尘层中有红热闷烧粉团； 粉尘层的温度超过热板温度20。 粉尘层最低着火温度的实测结果采用粉尘层没有点燃的最高温度。,二、点火能量,粉尘云的最小点火能量是用已知能量的电容器放电来测定的。以放电火花击穿Hartmarm(哈特曼)管中的粉尘云，确定最小点火能量的方法是依次降低火花能量，如在连续10次相同实验中无一次发火，则此时的火花能量定为该粉尘云的最小点火能量。Hart

34、marm管测试装置见下图,Hartmarm管测试装置,Hartmarm管测试原理,Hartmarm管试验装置示意图,最小点火能量常用的计算方法有两种： 一是比较粗糙的方法，即按 计算。此法忽略了电路中某些因素所造成的能量损失。 另一种比较精确的方法是直接测出电极两端的电压和电流波形，然后以功率曲线对时间积分，求得放电火花的能量为,三、最低爆炸浓度(粉尘爆炸下限),在Hartmarm管中进行测定的。测定时，将一定量的试验粉尘用蘑菇头喷咀喷出的压缩空气将其吹起，使其均匀悬浮在整个管中，在喷粉后延迟零点几秒后由连续的电火花放电点火。 点火与否的判据与上述点火温度测量相同，一般是根据火焰是否充满容器来

35、判定，也可以封在顶部的纸膜突然破裂来判别。,四、爆炸压力和压力上升速率,不同的空气压力，有不同的氧浓度，形成的爆炸压力和压力上升速率也不同。当湍流度不同时，燃烧速度不同，压力和压力上升速率(特点是压力上升速率)也不同。因此，测量中应当保持完全一致的条件，结果才能互相比较。 相互比较压力上升速率数据时，必须说明试验容器的体积，未说明容器体积的压力上升速率数据是没有意义的。,目前，国际上普遍使用20容器来测定粉尘爆炸基本参数。,20粉尘爆炸试验设备见下图。,1操作手柄；2夹套外层；3夹套内层；4真空表；5循环水入口；6机械两相阀（进口）； 7底座；8观察口；9抽真空口；10分散阀；11高压储粉罐；

36、12电接点空气压力表； 13压力传感器；14循环水出口；15安全机构,Hartmarm管不适于用来测量爆炸威力参数（最大压力和最大压力上升速率），因为它的爆炸室为管状结构，火焰很快接触冷管壁，会损失部分燃烧反应热。,第七节 影响粉尘爆炸的因素,影响因素,自身因素,化学因素,燃烧热 燃烧速度 此外还有与水汽及二氧化碳的反应性等,物理因素,粉尘浓度和粒度分布 粒子形状、粒子的比热、热传导率 表面状态、带电性和粒子凝聚特性等,外部条件,气流运动状态 氧气浓度 可燃气浓度 湿度、窒息气浓度 阻燃性粉尘浓度和灰分 点火源状态等,一、点火源： 由于粉尘具有一定的粒度和沉降性，其爆炸浓度的上限很少能达到，故

37、从安全方面考虑，重点是要求不达到爆炸浓度的下限。 而粉尘爆炸浓度下限是点火源参数的函数，随着火源的强弱差异，爆炸浓度下限有23倍的变化，火源强时，爆炸浓度下限较低，即容易形成达到爆炸的浓度条件。,二、燃烧热 燃烧热高的粉尘，其爆炸浓度下限低。爆炸威力也大。 三、燃烧速度 燃烧速度高的粉尘，最大爆炸压力较大。,四、粒度 多数爆炸性粉尘的粒度在1m至150m范围内，粒度越细越易飞扬，而且粒度细的比表面积大，反应容易，所需点燃能量小，所以容易点爆； 因此，限制小颗粒粉尘的产生，或设法使小颗粒凝聚成大颗粒，对防止爆炸是有作用的。否则要对细粒爆炸粉尘的浮游空间采用罐充抑爆气等防爆措施。,五、氧含量： 在

38、粉尘爆炸方面，氧含量是个敏感的因素。随着空气中氧含量的增加，爆炸浓度范围也扩大。在纯氧中的爆炸浓度下限下降到只有空气的1/31/4。 六、惰性粉尘和灰分： 惰性粉尘和灰分的吸热作用会影响爆炸。 例如煤粉中含11%的灰分时还能爆炸，但当灰分达1530%时，就很难爆炸了。根据这个原理，可在煤巷顶部设岩粉斗(又称岩粉棚)。一旦发生爆炸，岩粉斗受爆炸波作用而自动翻转，将岩粉撒出，可以抑制煤尘二次爆炸。,七、空气中含水量 空气中含水量越高或含水量越高的粉尘(金属粉除外)越不容易发生爆炸火灾。如煤矿采用喷水降尘来防止煤尘爆炸。 八、可燃气含量 当尘云与可燃气共存时，爆炸浓度下限相应下降，且最小点燃能量也有

39、一定程度的降低，所以可燃气的出现大大增加了粉尘的爆炸危险性。,九、温度和压力 当温度升高或压力增加时，爆炸浓度范围扩大，所需点燃能量下降。所以输送易燃粉尘的管道要避免日光暴晒。,第八节 粉尘爆炸危险性的评价,可燃性粉体不像火炸药，本身并没有爆炸性，但当它悬浮分散在空气中时有时会发生爆炸。粉尘爆炸带来的灾害最初发生在煤矿上，在矿井里悬浮的煤粉着火引起粉尘爆炸。 把这种爆炸称为煤尘爆炸。 一般在评价爆炸灾害危险性的时候，首先要看有没有爆炸的可能性。假如可能的话，就要进行评价爆炸感度与爆炸威力的试验。,一、粉尘爆炸可能性的评价法,如粉尘的浓度太大或太小都不能成为爆炸性物质。把能够引起爆炸的浓度范围称

40、为爆炸极限。能发生爆炸的最高浓度称为爆炸上限，最低浓度称为爆炸下限。 爆炸极限是评价粉尘爆炸危险性的因素之一。 要想测定粉尘的爆炸极限，首先要使粉尘悬浮在空气中形成粉尘云，其方法有好多种，但使用最广的方法有两种：,一种是靠空气将粉尘吹起的方法； 另一种是让粉体自然落下的方法。 这两种方法都是在粉尘处于分散状态时用电火花点火，来观察粉尘云是否着火及火焰的传播情况。 改变粉尘的浓度，反复进行试验以求得火焰能够传播的最低浓度，把它作为爆炸下限。,靠空气从下面将粉尘吹起从而形成粉尘云的方式称为吹上式。,其代表性的方法是由美国矿山研究局研制的哈特曼法，其装置如图433所示。 这种方法已由ASTM（美国材料实验协会）规范化，是现在世界各国使用最广的方法之一。 美国矿山局使用这种装置测定了许多种粉体的爆炸下限，并已公开发表。此法已作为标准实验方法得到使用。,使粉体在空气中自然落下从而形成粉尘云的方式称为自然落下式。它利