粉塵爆炸事故的預防和處置
一、粉塵爆炸形成的條件
可燃氣體爆炸是因可燃氣體在助燃氣體中達到一定濃度,即達到爆炸濃度極限,在一定能量作用下,即會(huì )發(fā)生爆炸??扇挤蹓m爆炸成因也基本相似,空氣中有一定濃度的可燃粉塵,在能量源作用下,即會(huì )發(fā)生爆炸。通常認為,粉塵爆炸應具備以下四個(gè)基本條件:
1.粉塵具有可燃性
粉塵具有可燃性是粉塵爆炸形成的基礎,這從粉塵爆炸的反應歷程可以看出。絕大部分粉塵爆炸要經(jīng)歷以下四個(gè)階段:
(1)懸浮在空氣中的可燃粉塵表面接受點(diǎn)火源的能量,迅速提高了表面溫度;
(2)粉塵粒子表面的分子發(fā)生熱分解或干餾作用,產(chǎn)生可燃氣體從粉塵離子表面釋放到氣相中;
(3)釋放出的可燃氣體與空氣(或氧氣等助燃氣體)混合形成爆炸性混合氣體,隨后被點(diǎn)火源點(diǎn)燃產(chǎn)生了火焰;
(4)依靠這種火焰產(chǎn)生的熱量,又促使周?chē)姆蹓m發(fā)生分解,持續不斷地在氣相中釋放出可燃氣體,又與空氣混合,使火焰不斷傳播,從而導致粉塵爆炸。
從某種程度上講,可燃粉塵—空氣混合物的爆炸是一種氣固非均相燃燒現象,從燃燒本質(zhì)上看,也可以認為是可燃氣體在空氣中的爆炸,只是這種可燃氣體“儲存"在粉塵中,受熱后釋放出來(lái)參加了爆炸反應。但應引起注意的是,某些發(fā)生表面燃燒的物質(zhì)如鐵粉、鈦粉、鋁粉等粉塵發(fā)生爆炸過(guò)程中,不發(fā)生分解或干餾過(guò)程,這些粉塵接受點(diǎn)火源的作用,直接與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的氧化放熱反應,熾熱的粉塵或粉塵的氧化物加熱周?chē)姆蹓m和空氣,使高溫的空氣迅速膨脹,從而導致粉塵爆炸的形成。但無(wú)論是哪種爆炸反應歷程,粉塵具備可燃性都是爆炸形成的基礎,不具備可燃性的粉塵不可能發(fā)生化學(xué)爆炸。
2.粉塵必須懸浮在助燃氣體中
從粉塵爆炸的反應歷程看,若可燃粉塵沒(méi)有懸浮在空氣中,則形成沉聚粉塵,即使與助燃物混合均勻,有點(diǎn)火源的作用,但由于可燃粉塵和助燃物充分混合的數量有限,其受熱分解或干餾分解的可燃氣體量(或直接與助燃氣體發(fā)生劇烈氧化還原反應的粉塵量)有限,反應產(chǎn)生的能量會(huì )被快速釋放到空氣中,能量難以聚集,則持續反應的能量不足,不會(huì )發(fā)生爆炸。
3.可燃粉塵在助燃氣體中的濃度處在爆炸濃度極限范圍內
可燃粉塵在助燃氣體中的濃度處在爆炸濃度極限范圍內,這是粉塵爆炸形成的另一重要條件。當粉塵懸浮在助燃物中濃度過(guò)高時(shí),可燃物的數量過(guò)大,助燃物的數量過(guò)小,兩者反應的劇烈程度小,反應產(chǎn)生的能量會(huì )被很快釋放到空氣中,難以聚集,不會(huì )發(fā)生爆炸,反之也一樣。只有當可燃物和助燃物的數量混合較為均勻,反應比例恰當時(shí),兩者反應最為劇烈,放出的能量最大,大量的能量聚集在一起瞬間釋放,形成化學(xué)爆炸。因此可燃粉塵能爆炸必須在其爆炸濃度極限范圍內,一般常見(jiàn)粉塵的爆炸濃度極限在20—6000 g/m3之間,但在實(shí)際生產(chǎn)、加工場(chǎng)所,由于粉塵具有沉降性,可燃粉塵很難達到爆炸濃度極限上限,因此研究可燃粉塵爆炸濃度極限的上限沒(méi)有實(shí)際意義,而應關(guān)注可燃粉塵的爆炸濃度極限下限。
4.存在足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源
從粉塵爆炸形成過(guò)程可以看出,可燃粉塵爆炸是點(diǎn)火源導致可燃粉塵受熱分解或干餾分解出可燃氣體,或點(diǎn)火源導致可燃粉塵與助燃物發(fā)生劇烈的氧化還原反應,使高溫空氣迅速膨脹,從而導致粉塵爆炸的發(fā)生。因此,足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源是粉塵爆炸形成的因素。
二、粉塵爆炸事故預防措施
從可燃粉塵爆炸反應歷程可以看出,粉塵爆炸是可燃粉塵、助燃物(主要是空氣中的氧氣)、點(diǎn)火源三者互相作用的結果,三個(gè)條件缺一不可。因此控制粉塵爆炸產(chǎn)生的原理就是控制可燃粉塵、助燃物、點(diǎn)火源三者相互作用,預防粉塵爆炸事故安全措施有以下三類(lèi):
1.控制可燃粉塵在助燃物中的濃度
控制可燃粉塵在助燃物中的濃度,在生產(chǎn)、加工、儲存場(chǎng)所可以采用密閉性能良好的設備,盡量減少或避免粉塵飛散;對難以在密閉場(chǎng)所完成的作業(yè),如有發(fā)生粉塵爆炸危險性,應安裝有效的通風(fēng)除塵設備,加強清掃工作,及時(shí)消除懸浮在空氣中的可燃粉塵,降低了可燃粉塵在助燃物中的濃度,確??扇挤蹓m不在爆炸濃度極限范圍內,從根本上預防可燃粉塵爆炸事故的發(fā)生。
2.控制作業(yè)場(chǎng)所空氣相對濕度
提高作業(yè)場(chǎng)所的空氣相對濕度,也是預防粉塵爆炸形成的有效舉措。當空氣相對濕度增加時(shí),一方面可減小粉塵飛揚,降低粉塵的分散度,提高粉塵的沉降速度,避免粉塵達到爆炸濃度極限;同時(shí)空氣相對濕度增高會(huì )消除部分靜電,相當于消除了部分點(diǎn)火源,并且空氣相對濕度的提高會(huì )導致可燃粉塵爆炸的最小點(diǎn)火能量相應提高;此外空氣相對濕度增加后會(huì )占據一定空間,從而降低氧氣濃度,降低了粉塵燃燒速度,抑制粉塵爆炸的發(fā)生。
3.消除作業(yè)現場(chǎng)的點(diǎn)火源
作業(yè)現場(chǎng)常見(jiàn)的能引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源有明火、焊接火弧、電氣火花、吸煙、撞擊明火、靜電火花、高溫設備等,對這些點(diǎn)火源,相關(guān)企業(yè)應采取相應處理措施,能消除的給予消除,確應生產(chǎn)作業(yè)需要不能消除的應采取一定的保護措施,避免點(diǎn)火源與可燃粉塵、助燃氣體相互作用形成爆炸。
4,可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備選型
據粉塵環(huán)境區域和粉塵類(lèi)型選型
可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備根據粉塵環(huán)境區域和粉塵類(lèi)型選型見(jiàn)表。
設備選型時(shí),對于20區使用粉塵層厚度可能超過(guò)5mm的A型設備,或粉塵層厚度可能超過(guò)12.5mm的B型設備,設備允許的最高表面溫度必須進(jìn)一步降低,并經(jīng)實(shí)驗室試驗驗證確定。
對于使用在危險場(chǎng)所的輻射設備和超聲波設備,以及即使使用在安全場(chǎng)所,但其輻射或超聲波可能進(jìn)入危險場(chǎng)所的設備的選擇應滿(mǎn)足防爆標準規定的要求。
三、粉塵爆炸事故處置注意事項
1.正確選用滅火劑
可燃粉塵的種類(lèi)繁多,理化性質(zhì)各異,發(fā)生火災時(shí)應針對不同性質(zhì)的粉塵選擇不同的滅火劑,以提高滅火效率,否則可能不但滅不了火,反而火上澆油?;顫娊饘俜蹓m如鎂粉高溫時(shí)易與水發(fā)生反應放出可燃性、爆炸性氣體—氫氣,因此一般不用水、泡沫滅火劑進(jìn)行滅火;此外活潑金屬如鎂粉易與二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)等滅火劑發(fā)生化學(xué)反應,因此也不宜用這些滅火劑滅火,而宜選用干砂進(jìn)行覆蓋滅火。當然,絕大部分粉塵像面粉、硫磺粉、亞麻粉等發(fā)生火災,可以選擇用水作為滅火劑進(jìn)行滅火。
2.避免使沉聚粉塵形成懸浮粉塵
進(jìn)行粉塵火災撲救時(shí),要盡量避免使沉聚粉塵形成懸浮粉塵,沉聚粉塵沒(méi)有爆炸危險性,而懸浮粉塵則有爆炸危險性,因此撲救粉塵火災時(shí)要引起重視。常見(jiàn)的處理措施是在粉塵火災事故現場(chǎng)避免用強壓力驅動(dòng)器的滅火器或滅火措施,如用水進(jìn)行滅火時(shí),不宜采用直流水槍?zhuān)嗖捎脟婌F水槍或開(kāi)花水槍滅火。
3.做好救援人員的安全保障
可燃粉塵在空氣中常常分布不均勻,因此連續的局部空間可能會(huì )部分達到爆炸濃度極限,而部分沒(méi)有達到,導致部分空間發(fā)生爆炸后也未形成穩定燃燒,而其他達到爆炸濃度極限的空間又會(huì )再次發(fā)生爆炸,形成二次爆炸,二次爆炸發(fā)生的可能性大也正是粉塵爆炸的特點(diǎn)。其次,粉塵爆炸過(guò)程中,易產(chǎn)生有毒氣體一氧化碳;有的粉塵爆炸、燃燒產(chǎn)物中含大量有毒氣體,如硫的燃燒產(chǎn)物是二氧化硫,這些有毒氣體容易導致救援人員中毒,對此救援人員要高度重視,占據有利的地勢、采取相應的個(gè)人防護措施,避免中毒事故的發(fā)生。
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