粉尘防爆 安全知识讲座、
粉尘爆炸原理及基础知识粉尘的定义与类别
凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。能燃烧和爆炸的粉尘叫做可燃粉尘;浮在空气中的粉尘叫悬浮粉尘;沉降在固体壁面上的粉尘叫沉积粉尘。
国际标准化组织规定:
粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。
般是200目左右。2.54厘米1英寸长度中的筛孔数目,简称为目
三
粉尘爆炸的条件
可燃
粉尘爆炸应具备三个条件:
①粉尘本身具有爆炸性;
②粉尘必须悬浮在空气氧气中并与空气混合到爆炸浓度;
③有足以引起粉尘爆炸的热能源。
和气体爆炸相比,粉尘爆炸所要求的最小引燃能较大,达10毫焦耳,为气体爆炸的近百倍。因此,个足够强度的热能源也是形成粉尘爆炸的必要条件之。
1哪些粉尘具有爆炸性
通常认为以下七类物质的粉尘具有爆炸性:
金属如镁粉、铝粉;
煤炭;
粮食如小麦、淀粉;
饲料如血粉、鱼粉;
农副产品如棉花、烟草;
林产品如纸粉、木粉;
合成材料如塑料、染料。 也有区分为有机粉尘和无机粉尘的。
金属粉末爆炸性的等级排列:
高爆炸性:锆、镁、铝、锂、钠;
中爆炸性:锡、锌、铁、硅、锰、铜;
低爆炸性:钼、钴、铅
可自燃金属有:
铝、钙、铈、铯、铬、钴、铱、铁、铅、铀、锂、镁、镍、钯、铂、钾、銣、钠、钽、钍、钛、铀、锆2悬浮粉尘的
爆炸极限
可燃气体、可燃蒸气、可燃粉尘的燃爆危险性特征
爆炸极限
爆炸极限的定义:在火源作用下,可燃气体、可燃蒸气或粉尘在空气中,恰足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体、蒸气或粉尘的爆炸下限,也称燃烧下限。同理,恰足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限,也称燃烧上限 。
上限和下限统称为爆炸极限或燃烧极限,上限和下限之间的浓度称为爆炸范围。浓度在爆炸范围以外,可燃物不会爆炸。
爆炸极限通常用可燃气体、可燃蒸气在空气中的体积百分数表示:mgm3。可燃粉尘用:gm3表示。
例如:PVC粉有爆炸性,爆炸极限的范围:下限6386gm3? ?上限500gm3,也就是说:当空气中平均粒径为4-5微米的PVC粉尘达到63-86gm3时,遇明火发生粉尘爆炸。
般粉尘的爆炸极限下限通常认为是2060gm3,低于这个浓度,难以形成持续燃烧,更谈不上爆炸。
在书面资料中多数只列出粉尘的爆炸下限,因为粉尘的爆炸上限较高。
爆炸极限的范围越宽,爆炸下限越低,爆炸危险性越大。
3引起粉尘爆炸的热能源
粉尘具有较小的自燃点和最小点火能量,只要外界的能量超过最小点火能量多数在10mJ100mJ或温度超过其自燃点多数在400500,就会爆炸。
生产过程中常见的?多种引火源
1设备内的摩擦撞击火花。设备内部由于机械运转部位缺乏润滑而摩擦生热;物料、硬性杂质或脱落的零件与设备内壁碰击打出火星。表面粗糙的坚硬物体相互猛烈撞击或摩擦时,产生的火星撞击或摩擦脱落的高温固体微粒。若火星的微粒直径为0.11mm,其所带的能量可达1.761760mJ,足可点燃可燃粉尘。据统计,仅粉碎研碎设备因摩擦撞击引起的
爆炸事故占57。2电火花和静电火花。电气设备故障引起的电火花是常见的种引火源,事故案例较多。物料在输送和粉碎研磨的搅拌中,粉料与管壁、设备壁,粉料的颗粒与颗粒之间的摩擦和碰击,会产生静电。些粉尘表面的电量可达
10-610-7Ccm2。在适当条件下,其静电电压可高达数千至数万伏。
3沉积粉尘的阴燃和自燃。沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘,受热段时间后会出现阴燃,最终也可能转变为明火,成为粉尘爆炸的引火源。粉尘最易阴燃的层厚范围为1020mm。可燃粉尘在沉积状态下还具有自燃的倾向,因为粉尘微粒与空气接触发生氧化放热反应,在定条件下热量不能充分散发,粉层内温度会升高引起自燃。长期积聚在设备裂缝中和管道拐弯处的粉尘易发生自燃。
四粉尘爆炸的过程
?第步:悬浮粉尘在热源作用下迅速地被干馏
或气化而产生可燃气体。
?第二步:可燃气体与空气混合而燃烧。
?第三步:燃烧产生的热量从燃烧中心向外传
递,引起邻近的粉尘进步燃烧。
如此循环下去,反应速度不断加快,
最后形成爆炸。影响爆炸的因素
1、化学和物理因素
①金属粉末表面的化学成分特殊的化学处理或保护性氧化物对爆炸有影响。
②某些金属粉末若存在潮气时会出现极大地活性;也可能生成可燃气体氢气。钾、銣、和铯与水接触便爆炸和燃烧。镁、铝和锌与潮气反应可能引起自发生热足以引起局部着火。铝粉可与卤代烃等反应发生激烈的化学氧化还原反应。
③粉尘的粒径尺寸和表面积决定粉尘云是否容易着火以及是否容易扩大。
④粉尘形状也影响爆炸性。鳞片状的铝粉和镁粉比喷雾粉末更容易着火。⑤粉尘云中的粉粒浓度是爆炸中起决定性作用的因素。粉尘云中的紊流会增加爆炸的速度和最终破坏性。
⑥粉尘云的容器状况即容器的尺寸和形状影响爆炸输出的能量。粉尘云尺寸决定爆炸可能传播的范围,形状则决定爆炸传播的主要方向。较小体积内的粉尘云,由于压力输出波的多次反射,其
爆炸压力上升的速度较快反射将增加压力波的强度和加速反应,后果也更严重。
2、空气状况
粉尘升起时空气状况强烈影响粉尘的爆炸特征。氧含量决定着金属粉末是否会着火和扩大成爆炸或火灾。有些金属锂、镁、锆燃烧时还能与空气以外的其他气体例如二氧化碳起反应。锂在氮气中也可发生自燃。
可燃气体和水蒸气的存在强烈影响爆炸和燃烧参数通常使爆炸极限值大幅度降低。
3、火源
火源能量的大小和能量的类型决定着粉尘云是否着火和爆炸及其输出能量的强度。较强的火源即高能量火源通常使粉尘云爆炸时产生较大的压力,并且压力很快地升高。五粉尘爆炸的特点
①粉尘爆炸往往不是发生在个均匀的气相混合系,旦被点燃爆炸,由于爆炸冲击波的作用,使散落、沉积的粉尘形成新的混合系,使爆炸可能持续下去,因此粉尘爆炸有可能不是次完成,具有二次爆炸的可能。这种连续爆炸会造成严重的破坏。 ②粉尘燃烧要经过加热熔融、离解、蒸发等复杂过程,粉尘从接触火源到发生爆炸所需的时间即感应期要比气体爆炸长,达数十秒;粉尘引燃后燃烧热以辐射热的形式进行传递,燃烧速度及
爆炸压力虽比气体爆炸小,但是持续时间长,产生的能量大,所以破坏力及烧毁程度也大。粉尘爆炸所产生的压力大小与很多因素有关,但在相对密闭的管道空间内,其压力上升速度比敞开空间要快。③粉尘的这种不均匀体系也使粉尘爆炸往往伴随着燃烧现象。同时某些金属粉尘在燃烧时或爆炸前经常有耀眼的白红光并释放大量的热。
④粉尘爆炸可以在缺氧状态下发生。因此爆炸过程可能伴随氧化碳中毒和爆炸物分解产物中毒。
⑤由于粉尘的沉积性、堆积性的特点,粉尘着火时要避免采用气流喷射式的灭火措施,否则粉尘在扑火气流的作用下飞散悬浮会形成新的爆炸性混合系,发生二次爆炸。与水接触能生成爆炸性气体的粉尘,禁止用水灭火。
可以用水灭火时最好采用喷雾水流。
⑥爆炸粒子面燃烧面飞散,受其作用的可燃物产生局部严重炭化,特别是碰到人体,燃烧的炽热颗粒或碳化物会造成严重的烧伤。
⑦粉尘与空气接触面积由于粒径、形状以及密度的差异很大,即使在爆炸下限浓度,也可能产生不完全燃烧。
六影响粉尘爆炸的因素
1 物理化学性质。物质的燃烧热越大,则其粉尘的爆炸危险性也越大,例如煤、碳、硫的粉尘等;越易氧化的物质,其粉尘越易爆炸,例如镁、氧化亚铁、染料等;越易带电的粉尘越易引起爆炸。粉尘在生产过程中,由于互相碰撞、磨擦等作用,产生的静电不易散失,造成静电积累,当达到某数值后,便出现静电放电。静电放电火花能引起火灾和爆炸事故。 粉尘爆炸还与其所含挥发物有关。如煤粉中当挥发物低于10时,就不再发生爆炸,因而焦炭粉尘没有爆炸危险性。 2 颗粒大小。粉尘的表面吸附空气中的氧,颗粒越细,吸附的氧就越多,因而越易发生爆炸,而且,发火点越低,爆炸下限也越低。随着粉尘颗粒的直径的减小,不仅化学活性增加,而且还容易带上静电。 3 粉尘的浓度。与可燃气体相拟,粉尘爆炸也有定的浓度范围,也有上下限之分。但在般资料中多数只列出粉尘的爆炸下限,因为粉尘的爆炸上限较高。
?七粉尘爆炸的危害
1具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广,煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。如19521979年间,日本发生各类
粉尘爆炸事故209起,伤亡共546人。近年来,中国发生的粉尘爆炸尤其是系统爆炸,造成了严重损失,仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故,死亡58人,轻重伤177人,直接