可燃性粉塵爆炸危害特征及救援處置要點

摘要：通過列舉可燃性粉塵爆炸事故案例，闡述粉塵和粉塵爆炸的概念、內(nèi)涵以及爆炸事故危害性，說明粉塵爆炸原理和防范對策，通過對可燃性粉塵爆炸事故的特征分析，提出災(zāi)害救援處置要領(lǐng)。

關(guān)鍵詞：粉塵;爆炸;救援

1 引言

近年來，國內(nèi)先后發(fā)生了多起造成重大影響的粉塵爆炸事故，造成了大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，教訓(xùn)十分深刻。例如，1987年3月15日，黑龍江省哈爾濱亞麻紡織廠發(fā)生特大亞麻粉塵爆炸事故，造成58人死亡，177人受傷，其中65人重傷，直接經(jīng)濟損失880多萬元;2010年2月24日，河北省秦皇島驪驊淀粉股份有限公司發(fā)生重大玉米淀粉粉塵爆炸事故，造成19人死亡，49人受傷，直接經(jīng)濟損失1773萬元;2012年8月5日，浙江省溫州市甌海區(qū)一棟民房在生產(chǎn)過程中發(fā)生鋁粉塵爆炸，導(dǎo)致坍塌并燃燒，事故造成13人死亡，15人受傷，其中6人重傷;2014年4月16日，江蘇省南通市如皋市雙馬化工有限公司發(fā)生硬脂酸粉塵爆炸事故，造成8人死亡、9人受傷;2014年8月2日，江蘇省蘇州市昆山市中榮金屬制品有限公司拋光二車間發(fā)生鋁粉塵爆炸事故，造成97人死亡、163人受傷，直接經(jīng)濟約損失3.51億元，屬于特別重大事故[1]。

從上述事故案例可以看出，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，粉塵爆炸事故不斷呈現(xiàn)多發(fā)易發(fā)高發(fā)態(tài)勢，對消防隊伍參與救援處置此類災(zāi)害提出了更高的要求。筆者因此對粉塵及其爆炸的概念、特征、危害、防范進行了粗略的梳理，進而提出災(zāi)害救援處置要領(lǐng)，以期拋磚引玉。

2 粉塵及其分類

2.1粉塵的定義

粉塵，是指可以懸浮在空氣中的固體微粒，粒徑為1—200μm，主要由切割、焊接、澆鑄、運輸、爆破、研磨、破碎、加熱、燃燒、篩分、火山噴發(fā)、地震等機械或自然過程產(chǎn)生。粉塵的分類很多，根據(jù)所處環(huán)境和習(xí)慣，粉塵也有很多不同的叫法，如灰塵、煙塵、煙霧、飄塵、降塵、塵埃、粉末等。

2.2粉塵的分類

粉塵的分類方法很多，可按粒徑大小、物質(zhì)組成、形狀、產(chǎn)生來源、物理化學(xué)特性等等進行分類。專業(yè)稱謂分粉體、粉塵、煙塵、煙霧、粉末。按能否燃燒和爆炸，可將粉塵分為不可燃粉塵和可燃粉塵;按粒徑大小粉塵可以分為粗塵、細塵、微塵、超細微塵;按物質(zhì)組成和性質(zhì)，可將粉塵分為有機粉塵、無機粉塵、混合性粉塵，其中，有機粉塵又包括動物性粉塵、植物性粉塵、人工加工粉塵等，無機粉塵包括礦物性粉塵、金屬性粉塵等;按粉塵的導(dǎo)電性和靜電除塵的難易程度分為高比電阻粉塵、中比電阻粉塵、低比電阻粉塵等[2]。

本文主要討論可燃性粉塵，通常情況下，糧食（如面粉、淀粉、玉米粉等）、煤炭、金屬（如鋁粉）、林產(chǎn)品（如木粉、紙粉）、飼料、農(nóng)副產(chǎn)品（如煙草）、合成材料（如塑料）等七類物質(zhì)的粉塵具有爆炸危險性。

3 粉塵爆炸的特征及危害

3.1粉塵爆炸的定義

粉塵爆炸是指可燃粉塵在有限的空間內(nèi)充分與空氣混合，形成的粉塵云，在點火源的作用下形成的粉塵空氣混合物快速燃燒，并引起溫度壓力急驟升高的化學(xué)反應(yīng)[3]。粉塵爆炸的前提條件是粉塵為可燃粉塵，并且與空氣混合后達到爆炸下限所需要的濃度，同時需要具備足夠的點火溫度，而且，粉塵爆炸通常情況下會發(fā)生連續(xù)性的爆炸。

3.2粉塵爆炸的條件

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，但凡是上述所提到的七類物質(zhì)中的任意一種，在特定的條件下，都有發(fā)生爆炸的可能性。粉塵的爆炸條件通常會包括以下幾個條件：

（1）粉塵本身具有可燃性或爆炸性;

（2）粉塵必須是懸浮在空氣中并與空氣（主要是與其中的氧氣）混合達到該種粉塵的爆炸極限，形成人們常說的粉塵云;

（3）有足以引起粉塵爆炸的熱能源，即點火源;

（4）粉塵具有一定擴散性;

其中，易爆粉塵只要滿足前兩個條件，就具備了發(fā)生爆炸事故的必要條件。

3.3粉塵爆炸的過程

粉塵爆炸的過程一般為：一是，飄浮在空氣中的粉塵，在熱源作用下迅速被氣化或干餾而產(chǎn)生可燃氣體;二是，可燃氣體與空氣進行充分混合;三是，燃燒產(chǎn)生的熱量向四周擴散，引起粉塵的進一步燃燒，隨著反應(yīng)速度的不斷加快，最后形成爆炸。

3.4粉塵爆炸的特點

（1）粉塵爆炸最大的特點之一就是會連續(xù)多次爆炸。第一次爆炸所產(chǎn)生的氣浪，會把沉積在地面上或者附著在設(shè)備表面上的粉塵吹揚起來，在爆炸發(fā)生后的較短時間內(nèi)，爆炸中心區(qū)會形成較強的負(fù)壓，新鮮空氣便會填充過來，此時又會與空氣中的粉塵混合形成新的粉塵云，從而引發(fā)第二次爆炸。通常情況下，二次爆炸的破壞力會高于第一次爆炸。

（2）粉塵爆炸所需的最小點火能量較高。

（3）粉塵爆炸的感應(yīng)期較長。粉塵燃燒的過程非常復(fù)雜，需經(jīng)過加熱、離解、蒸發(fā)等，從接觸點火源到發(fā)生爆炸所需要的時間，也就是感應(yīng)期要比氣體爆炸長得多。但由于粉塵中的碳、氫含量高，即可燃物含量多，與可燃性氣體的爆炸相比，粉塵爆炸的壓力上升較緩慢，感應(yīng)的時間較長。粉塵的燃燒速度比氣體小，但燃燒的時間長，且產(chǎn)生的能量也較氣體大，所以造成的破壞、毀壞的程度也要嚴(yán)重得多[4]。

（4）粉塵爆炸時，燃燒通常是不完全的，比如煤粉爆炸時，燃燒的是所分解出來的氣體，剩下的灰渣是來不及燃燒的。

3.5粉塵爆炸的危害

（1）涉及行業(yè)廣。粉塵爆炸涉及的范圍很廣，只要上文提到的七種可燃粉塵的場所均有可能發(fā)生粉塵爆炸事故，如食品加工、煤炭、金屬加工、家具行業(yè)、涂料、飼料廠、農(nóng)副產(chǎn)品等廠企都時有發(fā)生。

（2）具有極強的破壞性。一旦發(fā)生粉塵爆炸事故，往往伴隨著人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。

（3）能產(chǎn)生有毒氣體。一種是一氧化碳;另一種是爆炸物（如塑料）自身燃燒或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的有毒氣體。

3.6 粉塵爆炸的極限（如表1）

4 粉塵爆炸的防范對策

4.1防范對策

由于粉塵爆炸事故處置較為困難，且易發(fā)生多次爆炸，因此做好預(yù)防工作尤為重要。防范對策主要有三種：

（1）消除粉塵源。首先要采用良好的除塵設(shè)施將廠房內(nèi)的粉塵的濃度控制在爆炸極限以下，可用的措施有抽風(fēng)排塵、通風(fēng)排塵、潤濕降塵、或采用封閉設(shè)備等。粉塵車間各部位應(yīng)平滑，包括管線等盡量不要穿越粉塵車間，宜在墻內(nèi)敷設(shè)，盡可能避免粉塵附著，減少設(shè)置一些不必要設(shè)施（如窗幕、門簾等）。此外，在生產(chǎn)條件允許的情況下，在生產(chǎn)車間根據(jù)粉塵產(chǎn)生數(shù)量噴霧狀水，在被粉碎的物質(zhì)中增加水分，促使粉塵沉降，從而降低粉塵濃度，防止形成粉塵云。最根本的，還是要及時做好清潔工作，人工清掃粉塵。

（2）控制點火源。消除點火源是減少粉塵爆炸的必要條件，從根本上消防粉塵爆炸，是預(yù)防粉塵爆炸的最實用、最有效的措施。在常見的點火源中，明火、焊接切割火花、靜電、電火花、摩擦火花、高溫物體表面等都是引起粉塵爆炸的主要原因。因此，在可能發(fā)生粉塵爆炸的生產(chǎn)車間對上述可能的點火源應(yīng)盡量針對性措施，如禁止攜帶任何火種進入生產(chǎn)車間、采取靜電接地保護措施、采取不安裝或少安裝易產(chǎn)生靜電，易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備、明火施工前進行人工進行粉塵清掃、被粉碎的物質(zhì)必須經(jīng)過嚴(yán)格篩選去石處理以免雜質(zhì)進入粉碎機內(nèi)產(chǎn)生火花等。

（3）規(guī)范建廠房。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范建設(shè)生產(chǎn)廠房;廠房設(shè)置泄壓裝置以減小爆炸的破壞性，如對廠房車間增開門窗或采用輕質(zhì)屋頂、墻體等;在生產(chǎn)工藝允許的情況下，在粉塵與助燃混合氣中添加惰性氣體（如氮氣）或用惰性氣體在代替空氣，減少氧含量至爆炸極以下。

4.2防護措施

通常情況下，對于粉塵爆炸常采用的防護措施主要有四種：遏制、泄放、抑制、隔離。

（1）遏制。在設(shè)計、制造粉體加工設(shè)備的時候，即通過使用高強度的材料，或增加設(shè)備厚度等方法以增大設(shè)備的抗壓強度。

（2）泄放。泄放是指利用防爆板、防爆門等對所保護的設(shè)備在發(fā)生爆炸前采取主動爆破的方式，來泄放設(shè)備爆炸壓力的辦法進行泄壓，從而達到保護粉體設(shè)備安全的目的。

（3）抑制。抑制是指在爆炸現(xiàn)象發(fā)生的初期由傳感器及時檢測到后，采取向系統(tǒng)設(shè)備快速噴射抑爆劑（如惰性氣體）的方法，從而避免二次爆炸的發(fā)生。

（4）隔離。隔離就是增大有爆炸危險的設(shè)備與相鄰設(shè)備之間的防火間距，將爆炸控制在一定的范圍內(nèi)，從而避免爆炸的傳播。

5 粉塵爆炸救援處置要領(lǐng)

粉塵爆炸與其他爆炸有很大區(qū)別，因此救援方法也有所不同。

5.1正確選用滅火劑

可燃粉塵的種類繁多，且性質(zhì)差異較大，因此，發(fā)生火災(zāi)時應(yīng)根據(jù)粉塵的不同特點選擇相對應(yīng)的滅火劑，以提高滅火效率和火災(zāi)撲救的成功率，如果滅火劑選用不當(dāng)，不但滅不了火，反而有可能造成更大的災(zāi)害事故。例如，對于諸如面粉、淀粉、玉米粉、木粉、亞麻粉等發(fā)生火災(zāi)時，水則可以作為最主要的滅火劑。而金屬類粉塵，如鎂粉，在高溫時遇水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出可燃、爆炸性氣體，因此在滅此類火災(zāi)時，不能用水、泡沫等含水滅火劑進行撲救。此外，鎂粉、鋁粉與二氧化碳、氮氣等滅火劑易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此此類火災(zāi)宜選用沙土等進行覆蓋，以達到滅火的效果。

5.2科學(xué)進行預(yù)處置

通常情況下，積聚的粉塵爆炸的可能性較小，而懸浮的、與空氣充分混合的粉塵的爆炸危險性很大，因此在進行粉塵類火災(zāi)撲救時，應(yīng)格外重視的是盡量避免使積聚、沉寂的分成揚起而懸浮在空氣中。在粉塵火災(zāi)現(xiàn)場，常見的處理方式是多采用噴霧水槍或開花水槍滅火，不宜采用直流水槍等強壓力驅(qū)動器的滅火措施，也不宜采用滅火器滅火。尤其是內(nèi)攻時不能奔跑，腳步要輕，以免揚起地上粉塵，并用噴霧水槍或開花水槍射水掩護前進。另外，在進入場所內(nèi)攻前，條件允許時應(yīng)用噴霧水或泡沫對粉塵區(qū)域進行先期的覆蓋和沉降。

5.3做好人員高防護

可燃粉塵在空氣中往往分布并不均勻，因此粉塵在局部空間可能已經(jīng)達到爆炸濃度的下限，而其他部位的粉塵并沒有達到爆炸極限。局部空間發(fā)生爆炸后，原本未達到爆炸極限的空間內(nèi)的粉塵極易與空氣混合，形成新的粉塵云，從而引發(fā)二次爆炸。此外，粉塵爆炸過程中，因粉塵燃燒并不完全，極易產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體;有的粉塵爆炸，如硫的燃燒產(chǎn)物是二氧化硫等，這些有毒氣體對救援人員極為不利，對此救援人員應(yīng)高度重視，充分做好個人防護，避免救援過程中毒事故發(fā)生。

5.4加強救援嚴(yán)準(zhǔn)備

針對粉塵爆炸事故的處置特點，應(yīng)切實加強消防隊伍的滅火救援準(zhǔn)備工作，結(jié)合實際修訂滅火救援預(yù)案，配齊裝備器材和應(yīng)急物資，開展針對性訓(xùn)練，提高救援的實戰(zhàn)能力;進一步健全完善社會應(yīng)急聯(lián)動機制，同時加強與安全監(jiān)管、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和相關(guān)企業(yè)應(yīng)急救援力量的協(xié)同配合，提高應(yīng)對特殊災(zāi)害事故的處置能力;進一步強化危險化學(xué)品事故處置過程中的安全防護，科學(xué)預(yù)判災(zāi)情，嚴(yán)格行動規(guī)程，確保安全處置。

參考文獻：

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[3] 張自強，邵傅.產(chǎn)生粉塵爆炸的條件及其預(yù)防措施[J].四川有色金屬，1995，04.

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作者簡介：

李玉龍（1973-），男，陜西大荔人，廣東省消防救援總隊特種災(zāi)害救援處副處長，工程師，主要從事地質(zhì)、危化品、交通、洪澇、臺風(fēng)等特種害事故救援工作。