粉塵爆炸火災(zāi)的特點(diǎn)及防范措施
1 引言
被破碎成細(xì)小顆粒的固體物質(zhì)稱作粉塵。固體物質(zhì)被粉碎成粉塵以后，其燃燒特性有了很大變化。原來是不燃物質(zhì)可能變成可燃物質(zhì)，原來是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì)，在一定條件下就可能發(fā)生爆炸。粉塵爆炸是工業(yè)企業(yè)防火工作中不可忽視的重要問題，我國幾乎每年都有粉塵爆炸的事故發(fā)生，而且還常常引發(fā)重大、特別重大火災(zāi)。在這些火災(zāi)中，最嚴(yán)重的是鋁粉塵爆炸；其它發(fā)生爆炸事故較多的粉塵還有煤粉、飼料粉、塑料粉、鈦酸酐粉、木粉等。
在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備在不斷地更新，對(duì)粉塵爆炸控制的措施也在不斷地加強(qiáng)，但粉塵爆炸事故仍有上升的趨勢。主要是因?yàn)椋耗墚a(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的粉狀固體物料處理量的大量化，隨著技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展出現(xiàn)一些新的可燃粉塵物質(zhì)，以及粉塵的燃燒特性、工藝操作特性等因素所造成的。粉塵爆炸不僅多發(fā)于石油、化工、冶金、機(jī)械、輕紡等工業(yè)企業(yè)，煤炭企業(yè)、食品加工企業(yè)中也較為常見。因此掌握粉塵爆炸火災(zāi)的特點(diǎn)和處置對(duì)策對(duì)于消防部隊(duì)來說具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2 粉塵發(fā)生爆炸的條件
粉塵爆炸前沒有任何征兆，其后果卻會(huì)使建筑毀于一旦。而能導(dǎo)致粉塵爆炸的情況很多，從農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸以及工業(yè)廢物的產(chǎn)生，到藥物、食品、有機(jī)、無機(jī)物的生產(chǎn)等眾多的工業(yè)生產(chǎn)過程中，粉塵的爆炸時(shí)有發(fā)生，危害性極大。粉塵包括的范圍很廣，但并不是隨時(shí)隨地都能爆炸，要發(fā)生粉塵爆炸必須具備幾個(gè)條件。
⑴粉塵本身必須是可燃的?？扇挤蹓m包括有機(jī)粉塵和無機(jī)粉塵，有機(jī)粉塵受熱后發(fā)生分解，放出可燃?xì)?，并留下可燃的碳。無機(jī)粉塵如金屬粉，雖不會(huì)熱分解出可燃?xì)?，但能熔融蒸發(fā)出可燃蒸氣進(jìn)行燃燒，有些金屬顆粒本身能進(jìn)行氣、固兩相燃燒。
?、品蹓m粒子必須具有合適的粒徑和分布狀態(tài)。粉塵能否懸浮在空氣中關(guān)鍵在干粉塵的粒徑。大的顆粒難以懸浮，即使懸浮在空中也會(huì)很快沉積下來。粒徑越少，其擴(kuò)散作用大于重力作用，粉塵易形成爆炸層云，再加上粒子周圍有足夠的助燃空氣，粒子才易燃燒。粉塵粒子濃度太小，燃燒放熱太少，難以形成持續(xù)燃燒，不會(huì)發(fā)生爆炸；濃度太大，混合物中氧氣濃度太少，也不會(huì)產(chǎn)生爆炸。
?、且荚?。引燃源是粉塵爆炸的另一個(gè)必備條件，象電弧、火焰、火花和機(jī)械碰撞等。粉塵燃燒需首先加熱，或熔融蒸發(fā)，或熱分解出可燃?xì)怏w，因此需要較多的熱量。粉塵爆炸的最小起爆能量要達(dá)到10mJ以上，為氣體爆炸的近百倍。
3 粉塵爆炸火災(zāi)的特點(diǎn)
?、欧蹓m爆炸起爆能量大，約數(shù)10mJ至數(shù)100mJ。
?、品蹓m的燃燒速度比氣體的要小，由于其燃燒時(shí)間長及產(chǎn)生的能量大，所以造成的破壞及燒毀的程度嚴(yán)重得多。這是因?yàn)榉蹓m中的碳、氫含量高，即可燃物含量多。如果按產(chǎn)生能量的最高值進(jìn)行比較，粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍，溫度可達(dá)2000—3000℃以上，最大爆炸壓力為345—690kPa。
?、欠蹓m燃燒要經(jīng)過加熱熔融、離解、蒸發(fā)等復(fù)雜過程，粉塵從接觸火源到發(fā)生爆炸所需的時(shí)間即感應(yīng)期要比氣體爆炸長，達(dá)數(shù)十秒。粉塵爆炸感應(yīng)期長使得有可能探測爆炸的苗頭。
?、确蹓m爆炸能引起建筑物其它部位的粉塵再次爆炸。第一次爆炸所揚(yáng)起的沉積粉塵，其濃度往往比第一次爆炸時(shí)的粉塵濃度還要大，再加上粉塵爆炸中心空氣受熱膨脹，密度變稀，經(jīng)過一個(gè)極短時(shí)間后形成負(fù)壓區(qū)，新鮮空氣向爆炸中心逆流，與新?lián)P起的粉塵重新組成爆炸性粉塵而發(fā)生第二次爆炸。而且第二次爆炸壓力比第一次爆炸壓力大，破壞性更嚴(yán)重。
?、煞蹓m爆炸由于時(shí)間短，容易引起不完全燃燒，燃燒產(chǎn)物中含有大量一氧化碳，容易使人員中毒，因此粉塵爆炸毒性比較大。
4 粉塵爆炸的火災(zāi)危險(xiǎn)性及其爆炸的過程
⑴粉塵爆炸的火災(zāi)危險(xiǎn)。粉塵爆炸的火災(zāi)危險(xiǎn)主要是由粉塵的燃燒特性和操作特點(diǎn)所決定的。可燃粉塵具有燃燒的特性，也具有爆炸的特性，粉塵的燃燒主要取決于粉塵的干燥程度和粒度大小兩個(gè)因素，粉塵越干燥、粒度越小，則越容易產(chǎn)生燃燒和爆炸。例如沉積在加熱表面上的粉塵，由于高溫作用，經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生陰燃，而且最易發(fā)生陰燃的粉塵層厚為10-20mm，沉積的陰燃粉塵甚至在極輕微的震動(dòng)下也能引起著火和爆炸。某些可燃粉塵在沉積狀態(tài)下具有自燃的特性是由于某些物質(zhì)在微粒粉碎狀態(tài)下與空氣接觸時(shí)會(huì)吸附氧，并在一定條件下其粉層內(nèi)溫度上升，當(dāng)熱量不能充分散發(fā)時(shí)，溫度即可繼續(xù)升高而引起自燃。粉塵的自燃性不僅取決于粉層的厚度、氣流方向及其風(fēng)力、空氣溫度，而且還與粉塵顆粒的細(xì)度和結(jié)構(gòu)、細(xì)孔的內(nèi)外表面積等因素有關(guān)。各種不同的混雜物能對(duì)粉塵的自燃性產(chǎn)生極大的影響。例如，含油和含脂物質(zhì)的摻合料，就能促進(jìn)粉塵的自燃。
⑵粉塵爆炸的過程。粉塵的爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成的：第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾或氣化而產(chǎn)生出可燃?xì)怏w；第二步是可燃?xì)怏w與空氣混合而燃燒；第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導(dǎo)和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚(yáng)起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著每個(gè)循環(huán)的逐次進(jìn)行，其反應(yīng)速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應(yīng)以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展。
