粉塵為何會發生致命爆炸

青云

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，造成重大人員傷亡。這一事故提醒人們，粉塵爆炸是許多行業的安全隱患，值得高度警惕。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，這些車間很容易發生粉塵爆炸事故，造成特別重大的損失。

粉塵為何會發生爆炸

在普通人的印象中，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。

面粉、煤粉、塑料粉能燃燒通常可以理解，那么有金屬粉塵的車間為何也會發生爆炸呢？我們把鋁、鐵等金屬片放在火源上燒，這些金屬片并不會燃燒起來。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。這是因為同樣質量的細粉金屬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，否則所有生產易燃物的工廠都要關門了。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每立方米20～6 000克之間，但在實際的生產、加工場所中，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。

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

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2 000次粉塵爆炸事故。在英國，近10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8 000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。

為何粉塵爆炸事故防不勝防，且有危害越來越大的趨勢？這與現代工業的高速發展有關。隨著工業技術的進步，粉末狀產品越來越細，粉塵種類不斷擴大，使用量不斷增加，使粉塵爆炸潛在的危險大為增加。此外，現代工業加工往往具有高溫、高壓、高速的特點，這在增加產能的同時為粉塵爆炸事故埋下了隱患。在現代化生產車間里，流水線生產越來越普及，車間的廠房越來越大，流水線的工人越來越多。流水線的生產方式使爆炸的傳播路線加長，一旦發生粉塵爆炸，人員傷亡會特別嚴重。

如何預防粉塵爆炸

相關研究表明，預防粉塵爆炸的重要方法是除塵和消除火源。首先要采用先進生產工藝、技術和原材料，從源頭上防止粉塵產生；要設置局部排風除塵設施，并對塵源進行監控；產生粉塵的生產過程和設備應盡可能機械化和自動化，避免人工直接操作；生產現場要杜絕潛在的火源，排除易積存粉塵的部位；設置報警系統；生產人員應定期參加安全培訓，掌握粉塵防爆措施，并持證上崗；企業應制定有針對性的事故應急預案等。

在生產車間增加濕度，也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。對易燃易爆物料要求很細時應考慮采用濕法作業，對不易除塵的粉碎作業也采用濕法作業。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。

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，大部分人甚至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，防護就更談不上了。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。