致命粉塵

文/阿碧

致命粉塵

Deadly Dust

文/阿碧

2014年8月2日，江蘇昆山中榮金屬制品有限公司發生粉塵爆炸事故，造成了重大人員傷亡。在現代化的工業生產中，粉塵是難以避免的產物，如果不采取相應的技術和預防措施，很容易發生粉塵爆炸事故，造成特別重大的損失。那么，粉塵爆炸究竟有哪些特點？該采取哪些措施來預防粉塵爆炸呢？

粉塵為何會發生爆炸

粉塵的嚴格定義是指懸浮在空氣中的固體微粒。習慣上對粉塵有許多名稱，如灰塵、塵埃、煙塵、礦塵、砂塵、粉末等，這些名詞沒有明顯的界線。國際標準化組織規定，粒徑小于75微米的固體懸浮物定義為粉塵。在普通人日常的印象中，爆炸往往是由炸藥引起，燃氣或油罐爆炸也能理解。那么，無處不在的粉塵為何也能爆炸呢？其實，粉塵爆炸和炸藥或燃氣爆炸的原理十分類似，都是在一個密閉空間發生快速的燃燒，短時聚集的大量熱量令空氣急劇膨脹而發生爆炸。所謂粉塵爆炸，是指粉塵在爆炸極限范圍內，遇到熱源(明火、電火花或高溫)后燃燒，火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學反應速度加快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，結果造成極具破壞力的爆炸。粉塵爆炸發生的條件一般有三個：可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮，有充足的空氣和氧化劑，有火源、高溫、強烈振動或摩擦。

根據粉塵爆炸的定義我們可以發現，并非所有粉塵都會發生爆炸，而是那些能燃燒的粉塵才會發生爆炸，生產水泥粉、沙石粉的車間就不大可能發生粉塵爆炸，因為水泥和砂石是不能燃燒的?，F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）。面粉、煤粉、塑料粉能燃燒乃至通常可以理解，那么有金屬粉塵的車間為何也會發生爆炸呢？因為我們把鋁、鐵等金屬片放在火源上燒，這些金屬片也不會燃燒起來。其實，金屬也是可以燃燒的。中學的化學課中就介紹過，把鐵絲放在純氧中是可以點燃的。金屬還可能在另外一種條件下被點燃，那就是在粉塵狀態下，粉末越細越容易點燃，那是因為同樣質量的細粉狀金屬也比塊狀或條狀的金屬表面積大得多，與空氣中氧氣的接觸面積也就大得多，發生燃燒的可能性就越大。同樣的原理，擴散在空氣中的粉末比成堆的粉末更容易點燃，因為粉末擴散過后，相互之間沒有接觸面，所有的粉末可以和氧氣充分接觸。

粉塵需要積累到一定的濃度才會爆炸。不是說空氣中有粉塵就會爆炸。工廠要做到完全無塵成本會很大，而且從技術上也難以達到，避免安全事故需要控制的是車間中粉塵的濃度。研究表明，一般常見粉塵的爆炸濃度極限在20～6000克每立方米之間，但在實際生產、加工場所，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有實際意義，而應關注可燃粉塵的爆炸濃度極限下限。有的可燃粉塵爆炸濃度下限較低，比如，在相對密閉的車間內糖粉的濃度達到每立方米10.3克，就可能會發生爆炸事故。不但需要把車間中的粉塵濃度控制在低于爆燃的濃度，而且需要低于職業健康標準的濃度，因為過量粉塵會危害工人的健康，尤其是呼吸系統的健康，曾經發生過的“開胸驗肺”事件就是粉塵危害健康的典型案例。

粉塵爆炸很可能還會產生二次爆炸，第一次爆炸氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸后的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。因此，生產車間不僅要有空氣除塵設備，更要從源頭除塵，及時清理或分離生產過程中產生的沉積性粉塵。

粉塵爆炸事故發生率高

最早發現粉塵會爆炸的科學家是法國著名物理學家法拉第。1846年，英國哈爾威煤礦發生了一次大爆炸，死傷數百人。英國內務部邀請法拉第作為這次事故的鑒定專家，法拉第在案發現場調查并進行模擬實驗后發現了爆炸的真實原因，法拉第在調查報告上這樣寫道：“瓦斯爆炸是第一次災難，爆炸產生的氣浪掀起了坑道里的全部煤塵，結果產生了更加猛烈的爆炸?！?/p>

美國歷史上一次著名的粉塵爆炸發生在1977年12月22日中午，一聲驚天動地的爆炸聲在美國威斯威科市響起，方圓十幾公里的居民明顯地感覺到爆炸時巨大的沖擊波引起的震動，建筑物上的玻璃窗紛紛震落下來，“嘩啦啦”響成了一片。驚魂甫定的人們將眼光掃向了爆炸聲傳來的方向，發現那里升騰起了10多層樓房高的火柱和大朵蘑菇狀煙云。調查結果表明，發生爆炸的是一座貯存面粉的糧庫。長時間運送面粉的皮帶運輸機在運轉中因為摩擦生熱，引起面粉粉塵著火，緊接著就形成了爆炸。

1942年，我國本溪煤礦曾發生世界上最大的煤塵爆炸，死亡1549人，重傷246人。

據統計，世界上平均每天有一起谷物粉塵爆炸事故發生。1980－2005年間，美國有記錄的粉塵爆炸事故共造成100多人喪生，700多人受傷。在歐洲，平均每年發生2000次粉塵爆炸事故。在英國，近十年發生粉塵爆炸243起。2010年以來，我國冶金、有色、建材、機械、輕工、紡織甚至煙草行業都發生過粉塵爆炸事故。英國安全事故專家朱利安·豪特調查后發現，與人們傳統的看法大不相同的是，粉塵爆炸并非總是發生在化工廠里，其實大部分粉塵爆炸發生在那些看似不會爆炸的傳統工業的車間里，甚至有24%的事故發生在食品工業，產品通常是面粉、咖啡、糖。目前發現存在粉塵爆炸危險的主要有金屬加工、煤炭、合成材料、輕紡化纖、糧食與農副產品加工以及飼料等行業。德國聯邦材料研究及審核機構曾在各行業108種工業粉塵的8000多組數據實驗和評估基礎上，于2012年編纂出了粉塵參數在線數據庫，通過它可查到各種粉塵在眾多特定情況下起燃所需的最低能量值、起燃溫度、起爆最低臨界值和爆炸產生的壓力等參數。

如何預防粉塵爆炸

由于粉塵爆炸的發生給人們生命財產造成巨大的損害，因此，工業粉塵爆炸防止技術的研究已成為工業生產安全上的重大科研課題。目前不少國家都有粉塵研究所，科學家不斷地進行粉塵防爆測試，以便分析粉塵爆炸的起因，并提出相關的解決方案。他們所研究的范圍包括灰塵及粉末爆炸性和點火測試、可燃粉塵篩選試驗、顆粒分析與測試、熱表面空氣中塵霧的最低自燃溫度、粉塵爆炸性爆炸下限、最大爆炸壓力、工藝安全與熱穩定性測試等，參與的研究人員來自材料學、熱力學、工程學、電力學等多個領域。這些問題的研究可為確保工業生產安全提供指導依據，是認識評價粉塵爆炸危險性的基礎，也是尋求有效隔爆措施的依據。

最早對粉塵進行系統研究的是美國科學家，1983年美國安全事故專家納吉和維拉吉斯在總結前人研究成果的基礎上，出版了《粉塵爆炸的發展與控制》一書，詳細敘述了美國礦山局近百年來對粉塵爆炸的研究，并對粉塵爆炸的研究方法、裝置、粉塵點火、壓力發展及防止爆炸都作了詳盡的介紹。繼美國之后，英國、法國、德國、日本、挪威以及許多其他歐洲國家也相繼開展了這方面的研究。

為了幫助安全評估機構和企業高效排查隱患，德國聯邦材料研究及審核機構于2012年底首次建立了與安全生產相關的粉塵參數網絡數據庫，供全國機構和企業免費使用。德國聯邦材料研究及審核機構在對制糖、金屬、煤炭、塑料等行業總共108種工業粉塵的8000多組數據進行實驗和評估基礎上，于2012年編纂了粉塵參數在線數據庫。通過它可查到各種粉塵在眾多特定情況下起燃所需的最低能量值、起燃溫度、起爆最低臨界值和爆炸產生壓力等參數。利用這個數據庫，安全評估機構和事故調查機構可以迅速分析粉塵燃燒和爆炸的關鍵過程。

英國安全事故專家朱利安·豪特通過調查后發現，不少產生粉塵爆炸的工廠從管理層到員工不僅沒有采取相應的防塵措施，甚至大部分人并沒有粉塵防爆的意識。接受調查的管理人員或工人都知道粉塵會危害健康，但是沒有想到粉塵會爆炸。既然人們連這種意識都沒有，防護就談不上了。因此，豪特建議政府管理部門應該對工廠管理層定期進行安全教育和培訓，工廠再對工人進行培訓。按照相關規定，粉塵多發車間每個崗位都有獨立的吸塵裝置，以便及時清理粉塵。安全事故專家還建議，生產企業應該在廠房內安裝粉塵濃度監測預警裝置。

發生粉塵爆炸還有一個條件是需要明火來點燃，極個別案例是工人違規使用明火抽煙引發的，大部分案例是生產過程中產生的火花引發的。因此，生產易燃物的工廠防火十分重要，電器設備需要定期檢查，并采用除靜電的技術，連工廠的燈都是要不發熱且防靜電的。進入這些車間的工人和參觀者從頭到腳都要穿防護服，除了可以保護健康外，還可以防靜電。還有一些粉塵爆炸的案例是高熱引起的，因為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。

在生產車間增加濕度，可以降低粉塵的可爆性。濕度一方面使粉塵結團，難以懸浮于空間；另一方面潮濕粉塵受熱首先要蒸發水分，故引燃和傳播火焰困難。粉塵濕度增大，其著火溫度升高、最小點火能量或最低可爆濃度增加。車間內可裝設自動水噴淋設備，保證空氣的相對濕度在70%以上。雖然濕法除塵對工人的關節健康有一定的危害，但與粉塵的健康危害及爆炸相比，兩害相權取其輕，還是濕法除塵更有利于保護生產車間的工人。

欄目主持人：劉雨濛 lymjcfy@163.com

粉塵爆炸事故救援注意事項

由于粉塵爆炸并非常見的生產事故，這種事故具有一定的特殊性，一旦發生之后應該按照正確的方法進行處置，否則容易引發二次傷害。

（1）正確選用滅火劑：可燃粉塵的種類繁多，發生火災時應針對不同性質的粉塵選擇不同的滅火劑。活潑金屬粉塵如鎂粉、鋁粉等在高溫下易與水、二氧化碳、氮氣等發生化學反應，產生更多的易燃易爆物質，因此也不宜用這些滅火劑滅火，而宜選用干砂進行覆蓋滅火。當然，絕大部分粉塵像面粉、硫黃粉、亞麻粉等發生火災，可以選擇用水作為滅火劑進行滅火。

（2）避免二次爆炸：進行粉塵火災撲救時，要盡量避免使沉聚粉塵形成懸浮粉塵而引發二次爆炸。常見的處理措施是在粉塵火災事故現場避免用強壓力驅動器的滅火器或滅火措施，如用水進行滅火時，不宜采用直流水槍，而多采用噴霧水槍或開花水槍滅火。

（3）做好救援人員的安全保障：在救援時首先要探查現場的情況，防范二次爆炸對救援人員的傷害。其次，粉塵爆炸過程中，易產生有毒氣體，這些有毒氣體容易導致救援人員中毒。救援人員需占據有利的地勢、采取相應的個人防護措施，避免中毒事故的發生。