淺談粉塵爆炸火災特點及預防對策

林鵬程

（漳州市消防支隊司令部，福建 漳州 363000）

引言

2004年福建省三明市永安麻嶺蚊香廠發生粉塵爆炸火災十五名搶救人員受傷（其中含5名消防員）。今年，中國淀粉行業著名企業河北省秦皇島驪驊淀粉股份有限公司淀粉4號車間2010年2月24日16時發生爆炸事故，經專家現場分析，事故原因是車間粉塵爆炸所致。截至2月25日17時，官方證實已造成19人死亡49人受傷。何為粉塵爆炸？其有什么特點？一時粉塵爆炸成為公眾關注焦點。

當前隨著現代化工業的發展，粉末技術的廣泛應用，粉末產物日益增多，這就使粉塵爆炸的潛在危險大大增加。爆炸前固體向蒸發表面提供足夠的熱量是爆炸的必要條件。通常在固體物質中，產生的熱量很容易被固體本身吸收，然而對粉末來說發生氧化的表面積很大而顆粒的體積卻很小。因此，極易使溫度上升氧化速度增快。氧化本身就是一種放熱反應，從而會產生更多的熱量，以致很快達到失控狀態。在空氣中處于爆炸濃度范圍內的粉塵云和一個點燃源一旦同時存在一場粉塵爆炸事件就不可避免了。特別是現在納米技術的快速發展。粉體的深細加工已經成為當今生產過程中的一個重要發展方向，生產超細粉的產品日漸增多，粉塵粒徑越小，爆炸下限越低，最小點火能量越小，粉塵爆炸的感度增加，由此，粉塵爆炸的事故率大為增加。據統計，世界上平均每天有一起谷物粉塵爆炸事故發生。下面我們就來具體了解下粉塵爆炸的一些基本特性。

1 粉塵爆炸的基本特點

1.1 粉塵的定義：凡是呈細粉狀態的固體物質均稱為粉塵。能燃燒和爆炸的粉塵叫做可燃粉塵；浮在空氣中的粉塵叫懸浮粉塵；沉降在固體壁面上的粉塵叫沉積粉塵。現已發現以下七類物質的粉塵具有爆炸性：金屬（如鎂粉、鋁粉）；煤炭；糧食（如小麥、淀粉）；飼料（如血粉、魚粉）；農副產品（如棉花、煙草）；林產品（如紙粉、木粉）；合成材料（如塑料、染料）。

1.2 粉塵爆炸的定義：粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火花等火源時發生的爆炸現象。粉塵爆炸是由粉塵粒子表面與氧發生反應所引起的，不像氣體爆炸那樣，是可燃氣物與氧化劑均勻混合后的反應，而是某種凝固的可燃物與周圍存在著氧化劑這一不均勻狀態中進行的反應。

1.3 粉塵爆炸的條件：生產過程中產生的粉塵，特別是一些有機物加工中產生的粉塵，在某些特定條件下會發生爆炸燃燒事故。國內外的研究成果表明，這些條件一般有三種：（1）可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮，形成人們常說的粉塵云；（2）有充足的空氣和氧化劑；（3）有火源或者強烈振動與摩擦。通常認為，易爆粉塵只要滿足條件（1）和條件（2），就意味著具備了可能發生事故的苗頭。

1.4 粉塵爆炸的過程

第一步：懸浮粉塵在熱源作用下迅速地被干餾或氣化而產生可燃氣體。第二步：可燃氣體與空氣混合而燃燒。第三步：燃燒產生的熱量從燃燒中心向外傳遞，引起鄰近的粉塵進一步燃燒。如此循環下去，反應速度不斷加快，最后形成爆炸。

1.5 粉塵爆炸的特點：（1）多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點；（2）粉塵爆炸所需的最小點火能量較高，一般在幾十毫焦耳以上；（3）與可燃性氣體爆炸相比，粉塵爆炸壓力上升較緩慢，較高壓力持續時間長，釋放的能量大，破壞力強。粉塵的燃燒速度比氣體的要小，由于其燃燒時間長及產生的能量大，所以造成的破壞及燒毀的程度嚴重得多。這是因為粉塵中的碳、氫含量高，即可燃物含量多。如果按產生能量的最高值進行比較，粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍，溫度可達2000-3000℃以上，最大爆炸壓力為345-690kpa；（4）粉塵燃燒要經過加熱熔融、離解、蒸發等復雜過程，粉塵從接觸火源到發生爆炸所需的時間即感應期要比氣體爆炸長，達數十秒；（5）粉塵爆炸能引起建筑物其它部位的粉塵再次爆炸。而且第二次爆炸壓力比第一次爆炸壓力大，破壞性更嚴重。

1.6 粉塵爆炸的危害：（1）具有極強的破壞性。粉塵爆炸涉及的范圍很廣，煤炭、化工、醫藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門都時有發生。如1952-1979年間，日本發生各類粉塵爆炸事故209起，傷亡共546人。近年來，中國發生的粉塵爆炸尤其是系統爆炸，造成了嚴重損失，僅1987年哈爾濱亞麻廠的亞麻塵爆炸事故，死亡58人，輕重傷177人，直接經濟損失882萬元。（2）容易產生二次爆炸。第一次爆炸氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸后短時間內爆炸中心區會形成負壓，周圍的新鮮空氣便由外向內填補進來，形成所謂的"返回風"，與揚起的粉塵混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度一般比一次爆炸時高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。（3）能產生有毒氣體。一種是一氧化碳；另一種是爆炸物（如塑料）自身分解的毒性氣體。毒氣的產生往往造成爆炸過后的大量人畜中毒傷亡。

1.7 生產過程中常見的多種引火源

（1）設備內的摩擦撞擊火花。設備內部由于機械運轉部位缺乏潤滑而摩擦生熱；物料、硬性雜質或脫落的零件與設備內壁碰擊打出火星。表面粗糙的堅硬物體相互猛烈撞擊或摩擦時，產生的火星撞擊或摩擦脫落的高溫固體微粒。若火星的微粒直徑為0.1～1mm，其所帶的能量可達1.76～1760mJ，足可點燃可燃粉塵。據統計，僅粉碎研碎設備因摩擦撞擊引起的爆炸事故占57%。

（2）電火花和靜電火花。電氣設備故障引起的電火花是常見的一種引火源，事故案例較多。物料在輸送和粉碎研磨的攪拌中，粉料與管壁、設備壁，粉料的顆粒與顆粒之間的摩擦和碰擊，會產生靜電。一些粉塵表面的電量可達10-6～10-7C/cm2。在適當條件下，其靜電電壓可高達數千至數萬伏。

（3）沉積粉塵的陰燃和自燃。沉積在加熱表面如照明裝置、電動機、機械設備熱表面的粉塵，受熱一段時間后會出現陰燃，最終也可能轉變為明火，成為粉塵爆炸的引火源。粉塵最易陰燃的層厚范圍為10～20mm。可燃粉塵在沉積狀態下還具有自燃的傾向，因為粉塵微粒與空氣接觸發生氧化放熱反應，在一定條件下熱量不能充分散發，粉層內溫度會升高引起自燃。長期積聚在設備裂縫中和管道拐彎處的粉塵易發生自燃。

掌握了粉塵爆炸的基理，在生產過程中就可據以采取相應的安全措施來預防粉塵爆炸的發生，如密閉設備，通風除塵，抽風吸塵、潤濕降塵、清掃積塵、控制電源，清除靜電隔絕火源等。在撲救粉塵的火災中，應注意不要使沉積粉塵飛揚起來，最好采用噴霧水流，以防發生二次爆炸。

2 預防粉塵爆炸的對策

不言而喻，預防粉塵爆炸的主要對策首先應該是排除形成粉塵-空氣爆炸性混合物的可能性和杜絕火源。裝置、管道和設備的受熱表面經常是燃燒的點火源，因此設備的表面溫度不允許過高。任何條件下，設備的表面溫度都應稍低于粉塵層的陰燃溫度。另處，可燃粉塵在破碎機、粉碎設備、風管和其它帶攪拌裝置的設備中，經常因打出的火花而引爆，因而上述設備的零件必須用不產生火花的材料制造。

2.1 防止粉塵沉積和及時清理粉塵。對于處理粉料的設備或場所，要防止泄漏而使粉塵到處飛揚，尤其應將易于產生粉塵的設備隔離設置在單獨房間內，并設專門的保護罩和局部排風罩或考慮吸塵裝置。

2.2 加強管理，消除粉塵爆炸的點火源。由前述分析可知，粉塵爆炸的點火源有多種，必須根據操作環境可能出現的點火源種類進行針對性預防。例如，面粉加工廠的磨面機中混入金屬或砂石碎塊，就會打出火花而造成粉塵爆炸，為此，在凈麥等前處理工序就應加強操作管理，避免能造成點火源的金屬等硬物混入磨面工序，尤其要注意磁鐵失效問題。

2.3 避免設備中粉塵爆炸。對于設備內極易形成粉塵-氣體爆炸混合物的操作，在設備中充入惰性介質、降低系統中的氧含量是目前防止設備爆炸的唯一可靠方法。在這種情況下，粉塵-空氣混合物中的氧含量會減少至火焰不能傳播的數值。惰性介質可以采用氮氣、二氧化碳、煙道氣和用惰性氣體稀釋到必要最低含氧量的空氣或其它工業廢氣以及惰性粉塵等。

3 發生粉塵爆炸火災的撲救措施

撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒，又可濕潤未燃粉塵，驅散和消除懸浮粉塵，降低空氣濃度，但忌用直流噴射的水和泡沫，也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。

對一些金屬粉塵（忌水物質）如鋁、鎂粉等，遇水反應，會使燃燒更劇烈，因此禁止用水撲救。可以用干沙、石灰等（不可沖擊）；堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后內部可能還陰燃，也因引起足夠重視；對于面積大、距離長的車間的粉塵火災，要注意采取有效的分割措施，防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發連鎖爆炸。

我國自建國以來曾發生過天津的鋁粉爆炸、廣州的面粉爆炸、濟南的鎂粉爆炸等，因此我們要認清粉塵爆炸的危害性，在生產過程中嚴格按照國家標準GB15577-1995《粉塵防爆安全規程》來規范設計廠房，認真采取防范措施，相信粉塵的爆炸、燃燒事故是完全可以避免的。

[1]伍作鵬編著.消防燃燒學[M].中國建筑工業業出版社.

[2]邢林.干式除塵系統的防火、防爆[M].

[3]粉塵爆炸原理及特點[OL].安全文化網.

[4]國家標準GB15577-1995《粉塵防爆安全規程》[S].