粉塵爆炸

粉塵爆炸(dust exploding)與火焰接觸的是懸浮在空氣中的可燃固體顆粒（明火）或電火花等，在封閉空間內達到爆炸極限時發生劇烈化學反應的現象。懸浮在空氣中的粉塵與火源接觸時，其表面受熱產生可燃氣體，可燃氣體與氧氣混合產生爆炸性混合氣體被點火源點燃后產生的熱量進一步分解粉塵，產生可燃氣體，與空氣混合使反應繼續進行，導致粉塵爆炸。

粉塵爆炸的影響因素是粉塵本身的性質和外界條件，粉塵本身有化學因素和物理因素兩種化學因素主要指燃燒熱和燃燒速度；物理因素主要指粉塵溶解度和粒徑分布。外部因素包括氣流運動狀態、濕度等。粉塵爆炸燃燒不充分、易二次爆炸、高爆轟能量的特征。為了防止粉塵爆炸，有一些泄放技術，如在容器上設置泄放裝置，加入惰性氣體或粉末等、預防方法，如消除點火源。在金屬粉塵爆炸的撲救中，不允許用水或泡沫撲救，也不能用滅火器噴灑或用掃帚抽打使其飛起來，可以使用干粉、干沙撲救。

原理

粉塵爆炸的本質是一種氣體爆炸粉塵可視為可燃氣體，但其產生的能量是氣體爆炸的數倍，溫度可升至2000~3000℃。但在爆炸過程中，熱傳導使塵粒表面溫度上升，熱輻射也起很大作用，這與瓦斯爆炸不同。粉塵爆炸過程中，懸浮的粉塵接受點火源的能量，使表面溫度迅速升高，受熱表面的粉塵顆粒發生熱分解或干餾，變成氣體，在顆粒周圍釋放出來。釋放的可燃氣體與空氣或氧氣混合產生爆炸性混合氣體，被點火源點燃。火焰產生的熱量進一步促進周圍粉塵的分解，不斷產生可燃氣體，與空氣混合使反應繼續并蔓延，導致宏觀的粉塵爆炸。

條件

一般粉塵爆炸要同時滿足以下五個條件，稱為粉塵爆炸五邊形。1)灰塵本身是易燃的；2)灰塵必須懸浮在空氣或其他助燃氣體中；3)懸浮在空氣或其他阻燃氣體中的粉塵濃度在爆炸極限以內；4)有足夠的點火源引起粉塵爆炸；5)空閑受限。在一定的密閉容器或一定的空間內，可燃固體顆粒與空氣中的氧氣充分混合并達到一定濃度，遇到具有一定能量的點火源就會發生爆炸。如果在開放空間，只能形成燃燒。普通粉塵爆炸極限濃度為20-每立方米6000克之間。由于粉塵具有沉降的特性，在實際生產中，、在加工中，爆炸濃度下限更有參考價值當達到爆炸濃度下限時，可能發生粉塵爆炸事故。

粉塵爆炸比可燃氣體更復雜，影響因素很多，分為粉塵本身的性質和外界條件兩個方面。粉塵因素有兩種化學因素和物理因素化學因素主要指燃燒熱和燃燒速度，此外還有水蒸氣和二氧化碳的反應性；物理因素主要指粉塵溶解度和粒徑分布，以及顆粒形狀、粒子比熱、熱傳導率、表面狀態、起電和顆粒團聚特性等。外部因素包括氣流運動狀態、氧氣溶度、可燃氣溶度、濕度等。

點火源：各種可燃粉塵都有一定的爆炸濃度范圍，在此范圍內可以發生爆炸。爆炸濃度范圍的下限一般為每立方米幾十到幾百克，上限可達2-6kg/m3。由于粉塵具有一定的粒徑和沉降性，其爆炸濃度的上限很少能達到，所以從安全角度來說，重點是要求不要達到爆炸濃度的下限。粉末中炸藥濃度下限是點火源參數的函數，隨點火源強度的不同而變化2~3次。火源強時，爆炸濃度下限低，即容易形成達到爆炸的濃度條件。

燃燒性：燃燒熱高的粉塵爆炸濃度低，爆炸威力大。

燃燒速度：對于燃燒速度高的粉塵，最大爆炸壓力較大。

粒度：大多數爆炸性粉塵的粒徑在1~150μm范圍內，粒徑越細越容易飛揚，粒徑越細，比表面積越大，越容易反應，需要的點火能量越小，所以容易點燃。因此，限制粉塵小顆粒的產生或設法使小顆粒凝聚成大顆粒，對防止爆炸有一定作用。否則，微細爆炸性粉塵的漂浮空間應充滿抑爆氣體等防爆措施。

含氧量：氧含量是粉塵爆炸的敏感因素。隨著空氣中氧氣含量的增加，爆炸濃度范圍也隨之擴大。在純氧中爆炸濃度的下限在空氣中下降到只有1/3~1/4，在空氣中能爆炸的最大粒徑增加到相應值的5倍。

惰性粉塵和灰分：惰性粉塵和灰燼的吸熱作用會影響爆炸。例如，粉煤含有11%火山灰也會爆炸，但是當火山灰達到15度時%30%時，難以爆炸。根據這一原理，可以在煤巷頂部設置巖粉斗(又稱巖粉棚)一旦發生爆炸，巖粉斗在爆炸波的作用下會發生翻轉，巖粉被打散，可以抑制煤塵的二次爆炸。

空氣中含水量：空氣中的含水量越高或含水量較高的灰塵(金屬粉塵除外)不易發生爆炸和火災。煤塵爆炸的最小點火能量隨著空氣中含水量的增加而增加。因為水分增加了粉塵的凝結沉降，爆炸濃度不易出現此外，水分蒸發會吸收大量熱量。

不完全燃燒：與氣體相比，粉塵爆炸容易引起不完全燃燒比如煤粉爆炸時，燃燒的基本是分解的氣體產物，來不及燃燒就產生了灰燼。

二次爆炸：粉塵爆炸有二次爆炸的可能。粉塵初次爆炸產生的沖擊波使空氣中其他積累的粉塵懸浮，再次形成粉塵云，散落的火花和輻射熱成為點火源，引起二次爆炸。最后，整個有粉塵存在的地方都有爆炸的危險，由此產生的連鎖爆炸會造成嚴重的危害。

感應期長：粉塵爆炸的誘導期較長，粉塵的燃燒過程比氣體復雜它們有的要經過塵粒表面的分解或蒸發階段，有的要有一個從表面到中心燃燒的過程，所以誘導期更長，達到幾十秒，是氣體的幾十倍。粉塵的燃燒速度、爆炸壓力比混合氣體爆炸小，但由于燃燒時間長，產生的能量大，破壞程度嚴重得多。

引爆能量大：粉塵爆炸所需的初始爆轟能量在10MJ量級，約為普通可燃氣體的10~100倍，所需的點火時間也較長，可達幾十秒，約為氣體的幾十倍。

有毒氣體：粉塵爆炸會產生兩種有毒氣體，一種是一氧化碳，一種是炸藥(如塑料)有毒氣體會自行分解。粉塵爆炸后，容易造成中毒和人員傷亡。

壓力：粉塵爆炸的壓力由兩個原因造成：一是生產生態產品，其分子數在大多數情況下超過原始混合物中氣體的分子數；第二，氣態產品被加熱到高溫。

粉塵是指粒徑小于75μm的固體懸浮物，能燃燒爆炸的粉塵稱為可燃粉塵。以下七種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）一般認為粉塵爆炸下限一般為20~60g/M3粉塵的最小著火能量大多為400~500℃。

粉塵爆炸必須同時滿足三個條件：灰塵本身具有爆炸性；粉塵懸浮在一定含氧量的空氣中，達到一定的溶解度；有足夠的點火源引起粉塵爆炸。因此，防止粉塵爆炸的技術措施是破壞上述爆炸條件。

粉塵泄爆技術是應用最廣泛的防爆措施泄爆的思路是在容器上設置泄爆裝置當爆炸導致壓力積聚時，泄放裝置將先于容器和可燃介質破裂、燃燒產物、火焰和壓力波通過排放口排放到外部空間，以防止容器內粉塵的爆炸壓力達到容器的爆炸壓力。

粉塵爆炸

添加惰性氣體或粉末：惰性氣體可以隔絕空氣，如粉碎易燃固體、研磨、篩分、混合和運輸過程，如覆蓋惰性氣體；其次，惰性氣體會將空氣中的氧氣含量降低到極限氧氣濃度以下，這樣粉塵爆炸就不可能發生。常用的惰性氣體是N2、CO2、水蒸氣、鹵代烴等。當生產裝置中加入惰性氣體以防止爆炸時，實際氧含量必須保持比臨界氧含量低20%體積)的安全系數。如果輸入氮氣，氣體中的氧含量將降低到8%，能使可燃有機粉塵呈惰性。添加惰性粉塵的作用主要是添加爆炸性粉塵的灰分，阻擋粉塵爆炸過程中的熱輻射，破壞連鎖反應，防止粉塵爆炸。可用作惰性粉塵的材料包括石灰石粉、泥巖粉。

消除點火源：引起粉塵爆炸的點火源有很多種，比如明火、摩擦和沖擊、電火花等。

消除明火：明火一般可分為兩類：一種是生產明火，即生產過程中正常使用或產生的明火，如焊接、切割、鍋爐中的火星和火焰等；二是產生明火，如燃燒煙頭、火柴等生產過程中不必要或不適當的明火。

消除摩擦和沖擊火花：摩擦和撞擊會產生火花，這將是粉塵爆炸的原因。在許多情況下，摩擦和沖擊是點火源，例如：用于機械傳動系統中的軸承等、機器上旋轉部件的摩擦、鐵質物體相互碰撞或鐵質工具撞擊水泥地面、壓力管道或鐵質容器破裂。

消除電火花火源：電火花有工作火花和事故火花前者是電氣設備正常工作時產生的火花，事故火花是電氣設備或電路發生故障或誤操作時產生的火花。

消除其他電源：生產現場的其他一些火源，如火源、氣體爆炸、爆破等，應該淘汰。

粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤其是霧狀水。既能熄滅燃燒，又能濕潤未燃盡的粉塵，驅散和消除懸浮粉塵，降低空氣濃度但不宜使用DC噴灑的水和泡沫，也不宜使用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止因撞擊懸浮沉積粉塵引起的二次爆炸。對一些金屬粉塵(忌水物質)如鋁、鎂粉等，可以 遇水不能被水或泡沫撲滅，因為水和泡沫能與金屬反應，促進其燃燒強度。可以用7150滅火劑，要用干粉、干沙撲救，不要用二氧化碳滅火器撲救，不要用滅火器噴射沖擊或用掃帚使其飛起來，以免發生粉塵爆炸事故。積聚的灰塵，如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后仍可能在內部悶燒，這也要引起足夠的重視；對于面積大、距離較遠的車間發生粉塵火災時，必須采取有效的分割措施，防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引起連鎖爆炸。

中國 s粉塵爆炸國家標準主要是《粉塵爆炸安全規程》(GB/T15577-2018)該標準主要用于防止粉塵云和粉塵層著火、粉塵爆炸控制、規定了粉塵爆炸危險場所的粉塵控制和清掃。

防止塵埃云和塵埃層著火：中國國家標準GB/T15577-2018年關于防止塵云和塵層著火的規定如下：1)防止粉塵自燃：具有自燃性的粉末應在儲存前冷卻至正常儲存溫度；在正常儲存條件下，當儲存大量具有自燃性的散裝粉末時，應連續監測粉末的溫度當溫度升高或氣體析出時，應采取措施冷卻粉末；潮濕時自燃的金屬粉塵的集合、堆放和儲存時應采取防水防潮措施。2)防止明火和熱表面著火：粉塵爆炸的危險場所不應有明火。需要動火作業時，應遵守相關規定。3)電弧和電火花的預防；4)防止摩擦、碰撞火花；5)采用惰化技術：在生產或處理可燃粉末的工藝設備中，如果通過防止著火不能保證安全，則應采用惰化技術；對于具有惰化和防爆保護的工藝設備，應進行氧濃度監測；6)使用正確的滅火劑：對于金屬粉塵和遇水可能產生爆炸性氣體的粉塵，不得使用水基滅火器和水滅火。

粉塵爆炸控制：粉塵爆炸控制的一般要求是粉塵爆炸危險場所工藝設備的連接如果不能保證動火作業的安全，連接應設計成便于分離和移動設備；緊急情況下，應及時切斷所有電力系統的電源；具有粉塵爆炸危險的工藝設備應采用抑爆措施、泄爆、隔爆和防爆中的一種或多種防爆方法，但隔爆不能單獨采用。

粉塵爆炸危險場所的粉塵控制與清潔：粉塵爆炸危險場所的粉塵控制和清潔要求如下：1)企業應制定粉塵爆炸危險場所的清掃范圍、清掃方式、清潔周期和除塵系統的其他內容；2)生產、加工貯存和運輸可燃粉塵的工藝設備應有防止粉塵爆炸的措施，工藝設備的連接處應、檢查口、擋板、防爆蓋等應緊密關閉；3)在不能完全防止粉塵泄漏的特殊場所，應采取有效的吸塵措施；4)應及時全面規范地清理所有可能沉積灰塵的區域以及設備和設施的所有部件；5)根據粉塵的特性，應采用不產生粉塵的清洗方法不應使用壓縮空氣吹掃，應采用負壓吸塵進行清洗；6)遇有金屬粉塵混入自燃，不得用飲料清洗，清洗收集的粉塵應按規定處理。