粉尘爆炸

粉尘爆炸(dust exploding)与火焰接触的是悬浮在空气中的可燃固体颗粒（明火）或电火花等，在封闭空间内达到爆炸极限时发生剧烈化学反应的现象。悬浮在空气中的粉尘与火源接触时，其表面受热产生可燃气体，可燃气体与氧气混合产生爆炸性混合气体被点火源点燃后产生的热量进一步分解粉尘，产生可燃气体，与空气混合使反应继续进行，导致粉尘爆炸。

粉尘爆炸的影响因素是粉尘本身的性质和外界条件，粉尘本身有化学因素和物理因素两种化学因素主要指燃烧热和燃烧速度；物理因素主要指粉尘溶解度和粒径分布。外部因素包括气流运动状态、湿度等。粉尘爆炸燃烧不充分、易二次爆炸、高爆轰能量的特征。为了防止粉尘爆炸，有一些泄放技术，如在容器上设置泄放装置，加入惰性气体或粉末等、预防方法，如消除点火源。在金属粉尘爆炸的扑救中，不允许用水或泡沫扑救，也不能用灭火器喷洒或用扫帚抽打使其飞起来，可以使用干粉、干沙扑救。

原理

粉尘爆炸的本质是一种气体爆炸粉尘可视为可燃气体，但其产生的能量是气体爆炸的数倍，温度可升至2000~3000℃。但在爆炸过程中，热传导使尘粒表面温度上升，热辐射也起很大作用，这与瓦斯爆炸不同。粉尘爆炸过程中，悬浮的粉尘接受点火源的能量，使表面温度迅速升高，受热表面的粉尘颗粒发生热分解或干馏，变成气体，在颗粒周围释放出来。释放的可燃气体与空气或氧气混合产生爆炸性混合气体，被点火源点燃。火焰产生的热量进一步促进周围粉尘的分解，不断产生可燃气体，与空气混合使反应继续并蔓延，导致宏观的粉尘爆炸。

条件

一般粉尘爆炸要同时满足以下五个条件，称为粉尘爆炸五边形。1)灰尘本身是易燃的；2)灰尘必须悬浮在空气或其他助燃气体中；3)悬浮在空气或其他阻燃气体中的粉尘浓度在爆炸极限以内；4)有足够的点火源引起粉尘爆炸；5)空闲受限。在一定的密闭容器或一定的空间内，可燃固体颗粒与空气中的氧气充分混合并达到一定浓度，遇到具有一定能量的点火源就会发生爆炸。如果在开放空间，只能形成燃烧。普通粉尘爆炸极限浓度为20-每立方米6000克之间。由于粉尘具有沉降的特性，在实际生产中，、在加工中，爆炸浓度下限更有参考价值当达到爆炸浓度下限时，可能发生粉尘爆炸事故。

粉尘爆炸比可燃气体更复杂，影响因素很多，分为粉尘本身的性质和外界条件两个方面。粉尘因素有两种化学因素和物理因素化学因素主要指燃烧热和燃烧速度，此外还有水蒸气和二氧化碳的反应性；物理因素主要指粉尘溶解度和粒径分布，以及颗粒形状、粒子比热、热传导率、表面状态、起电和颗粒团聚特性等。外部因素包括气流运动状态、氧气溶度、可燃气溶度、湿度等。

点火源：各种可燃粉尘都有一定的爆炸浓度范围，在此范围内可以发生爆炸。爆炸浓度范围的下限一般为每立方米几十到几百克，上限可达2-6kg/m3。由于粉尘具有一定的粒径和沉降性，其爆炸浓度的上限很少能达到，所以从安全角度来说，重点是要求不要达到爆炸浓度的下限。粉末中炸药浓度下限是点火源参数的函数，随点火源强度的不同而变化2~3次。火源强时，爆炸浓度下限低，即容易形成达到爆炸的浓度条件。

燃烧性：燃烧热高的粉尘爆炸浓度低，爆炸威力大。

燃烧速度：对于燃烧速度高的粉尘，最大爆炸压力较大。

粒度：大多数爆炸性粉尘的粒径在1~150μm范围内，粒径越细越容易飞扬，粒径越细，比表面积越大，越容易反应，需要的点火能量越小，所以容易点燃。因此，限制粉尘小颗粒的产生或设法使小颗粒凝聚成大颗粒，对防止爆炸有一定作用。否则，微细爆炸性粉尘的漂浮空间应充满抑爆气体等防爆措施。

含氧量：氧含量是粉尘爆炸的敏感因素。随着空气中氧气含量的增加，爆炸浓度范围也随之扩大。在纯氧中爆炸浓度的下限在空气中下降到只有1/3~1/4，在空气中能爆炸的最大粒径增加到相应值的5倍。

惰性粉尘和灰分：惰性粉尘和灰烬的吸热作用会影响爆炸。例如，粉煤含有11%火山灰也会爆炸，但是当火山灰达到15度时%30%时，难以爆炸。根据这一原理，可以在煤巷顶部设置岩粉斗(又称岩粉棚)一旦发生爆炸，岩粉斗在爆炸波的作用下会发生翻转，岩粉被打散，可以抑制煤尘的二次爆炸。

空气中含水量：空气中的含水量越高或含水量较高的灰尘(金属粉尘除外)不易发生爆炸和火灾。煤尘爆炸的最小点火能量随着空气中含水量的增加而增加。因为水分增加了粉尘的凝结沉降，爆炸浓度不易出现此外，水分蒸发会吸收大量热量。

不完全燃烧：与气体相比，粉尘爆炸容易引起不完全燃烧比如煤粉爆炸时，燃烧的基本是分解的气体产物，来不及燃烧就产生了灰烬。

二次爆炸：粉尘爆炸有二次爆炸的可能。粉尘初次爆炸产生的冲击波使空气中其他积累的粉尘悬浮，再次形成粉尘云，散落的火花和辐射热成为点火源，引起二次爆炸。最后，整个有粉尘存在的地方都有爆炸的危险，由此产生的连锁爆炸会造成严重的危害。

感应期长：粉尘爆炸的诱导期较长，粉尘的燃烧过程比气体复杂它们有的要经过尘粒表面的分解或蒸发阶段，有的要有一个从表面到中心燃烧的过程，所以诱导期更长，达到几十秒，是气体的几十倍。粉尘的燃烧速度、爆炸压力比混合气体爆炸小，但由于燃烧时间长，产生的能量大，破坏程度严重得多。

引爆能量大：粉尘爆炸所需的初始爆轰能量在10MJ量级，约为普通可燃气体的10~100倍，所需的点火时间也较长，可达几十秒，约为气体的几十倍。

有毒气体：粉尘爆炸会产生两种有毒气体，一种是一氧化碳，一种是炸药(如塑料)有毒气体会自行分解。粉尘爆炸后，容易造成中毒和人员伤亡。

压力：粉尘爆炸的压力由两个原因造成：一是生产生态产品，其分子数在大多数情况下超过原始混合物中气体的分子数；第二，气态产品被加热到高温。

粉尘是指粒径小于75μm的固体悬浮物，能燃烧爆炸的粉尘称为可燃粉尘。以下七种物质的粉尘具有爆炸性：金属（如镁粉、铝粉）煤炭；粮食（如小麦、淀粉）饲料（如血粉、鱼粉）农副产品（如棉花、烟草）林产品（如纸粉、木粉）合成材料（如塑料、染料）一般认为粉尘爆炸下限一般为20~60g/M3粉尘的最小着火能量大多为400~500℃。

粉尘爆炸必须同时满足三个条件：灰尘本身具有爆炸性；粉尘悬浮在一定含氧量的空气中，达到一定的溶解度；有足够的点火源引起粉尘爆炸。因此，防止粉尘爆炸的技术措施是破坏上述爆炸条件。

粉尘泄爆技术是应用最广泛的防爆措施泄爆的思路是在容器上设置泄爆装置当爆炸导致压力积聚时，泄放装置将先于容器和可燃介质破裂、燃烧产物、火焰和压力波通过排放口排放到外部空间，以防止容器内粉尘的爆炸压力达到容器的爆炸压力。

粉尘爆炸

添加惰性气体或粉末：惰性气体可以隔绝空气，如粉碎易燃固体、研磨、筛分、混合和运输过程，如覆盖惰性气体；其次，惰性气体会将空气中的氧气含量降低到极限氧气浓度以下，这样粉尘爆炸就不可能发生。常用的惰性气体是N2、CO2、水蒸气、卤代烃等。当生产装置中加入惰性气体以防止爆炸时，实际氧含量必须保持比临界氧含量低20%体积)的安全系数。如果输入氮气，气体中的氧含量将降低到8%，能使可燃有机粉尘呈惰性。添加惰性粉尘的作用主要是添加爆炸性粉尘的灰分，阻挡粉尘爆炸过程中的热辐射，破坏连锁反应，防止粉尘爆炸。可用作惰性粉尘的材料包括石灰石粉、泥岩粉。

消除点火源：引起粉尘爆炸的点火源有很多种，比如明火、摩擦和冲击、电火花等。

消除明火：明火一般可分为两类：一种是生产明火，即生产过程中正常使用或产生的明火，如焊接、切割、锅炉中的火星和火焰等；二是产生明火，如燃烧烟头、火柴等生产过程中不必要或不适当的明火。

消除摩擦和冲击火花：摩擦和撞击会产生火花，这将是粉尘爆炸的原因。在许多情况下，摩擦和冲击是点火源，例如：用于机械传动系统中的轴承等、机器上旋转部件的摩擦、铁质物体相互碰撞或铁质工具撞击水泥地面、压力管道或铁质容器破裂。

消除电火花火源：电火花有工作火花和事故火花前者是电气设备正常工作时产生的火花，事故火花是电气设备或电路发生故障或误操作时产生的火花。

消除其他电源：生产现场的其他一些火源，如火源、气体爆炸、爆破等，应该淘汰。

粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水，尤其是雾状水。既能熄灭燃烧，又能湿润未燃尽的粉尘，驱散和消除悬浮粉尘，降低空气浓度但不宜使用DC喷洒的水和泡沫，也不宜使用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂，防止因撞击悬浮沉积粉尘引起的二次爆炸。对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等，可以 遇水不能被水或泡沫扑灭，因为水和泡沫能与金属反应，促进其燃烧强度。可以用7150灭火剂，要用干粉、干沙扑救，不要用二氧化碳灭火器扑救，不要用灭火器喷射冲击或用扫帚使其飞起来，以免发生粉尘爆炸事故。积聚的灰尘，如面粉、棉麻粉等，明火熄灭后仍可能在内部闷烧，这也要引起足够的重视；对于面积大、距离较远的车间发生粉尘火灾时，必须采取有效的分割措施，防止火势沿沉积粉尘蔓延或引起连锁爆炸。

中国 s粉尘爆炸国家标准主要是《粉尘爆炸安全规程》(GB/T15577-2018)该标准主要用于防止粉尘云和粉尘层着火、粉尘爆炸控制、规定了粉尘爆炸危险场所的粉尘控制和清扫。

防止尘埃云和尘埃层着火：中国国家标准GB/T15577-2018年关于防止尘云和尘层着火的规定如下：1)防止粉尘自燃：具有自燃性的粉末应在储存前冷却至正常储存温度；在正常储存条件下，当储存大量具有自燃性的散装粉末时，应连续监测粉末的温度当温度升高或气体析出时，应采取措施冷却粉末；潮湿时自燃的金属粉尘的集合、堆放和储存时应采取防水防潮措施。2)防止明火和热表面着火：粉尘爆炸的危险场所不应有明火。需要动火作业时，应遵守相关规定。3)电弧和电火花的预防；4)防止摩擦、碰撞火花；5)采用惰化技术：在生产或处理可燃粉末的工艺设备中，如果通过防止着火不能保证安全，则应采用惰化技术；对于具有惰化和防爆保护的工艺设备，应进行氧浓度监测；6)使用正确的灭火剂：对于金属粉尘和遇水可能产生爆炸性气体的粉尘，不得使用水基灭火器和水灭火。

粉尘爆炸控制：粉尘爆炸控制的一般要求是粉尘爆炸危险场所工艺设备的连接如果不能保证动火作业的安全，连接应设计成便于分离和移动设备；紧急情况下，应及时切断所有电力系统的电源；具有粉尘爆炸危险的工艺设备应采用抑爆措施、泄爆、隔爆和防爆中的一种或多种防爆方法，但隔爆不能单独采用。

粉尘爆炸危险场所的粉尘控制与清洁：粉尘爆炸危险场所的粉尘控制和清洁要求如下：1)企业应制定粉尘爆炸危险场所的清扫范围、清扫方式、清洁周期和除尘系统的其他内容；2)生产、加工贮存和运输可燃粉尘的工艺设备应有防止粉尘爆炸的措施，工艺设备的连接处应、检查口、挡板、防爆盖等应紧密关闭；3)在不能完全防止粉尘泄漏的特殊场所，应采取有效的吸尘措施；4)应及时全面规范地清理所有可能沉积灰尘的区域以及设备和设施的所有部件；5)根据粉尘的特性，应采用不产生粉尘的清洗方法不应使用压缩空气吹扫，应采用负压吸尘进行清洗；6)遇有金属粉尘混入自燃，不得用饮料清洗，清洗收集的粉尘应按规定处理。