粉塵爆炸的*大爆炸壓力指數(shù)Pmax和爆燃指數(shù)Kst值越大，該原料的危險(xiǎn)性越大

可燃粉塵爆破風(fēng)險(xiǎn)性及防止和案例分析及爆炸造成原因
一、可燃粉塵爆破的損害性
提起爆破，大家總是很自然地想到爆破物或可燃?xì)怏w與氧氣(或空氣)爆破時(shí)驚天動(dòng)地的轟響。殊不知，懸浮在空氣中的那些悠悠飄揚(yáng)的粉塵也會(huì)導(dǎo)致威力巨大的爆破。
粉塵爆破事端在國(guó)內(nèi)外屢見(jiàn)不鮮。昭和41年，日本橫濱飼料廠的玉米粉塵爆破，導(dǎo)致累積性連鎖焚燒，使整個(gè)工廠遭到蔓延性嚴(yán)重“天災(zāi)”。1921年美國(guó)芝加哥一臺(tái)大型谷類提升機(jī)發(fā)作粉塵爆破，其爆破力將40座每座約裝30萬(wàn)噸糧食的倉(cāng)室，從底座掀起，并移動(dòng)了152.4毫米，成果6死1傷，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)400萬(wàn)美元。1942年我國(guó)本溪煤礦曾發(fā)作世界上*大的煤塵爆破，逝世1549人，重傷246人。1987年3月15日清晨，我國(guó)哈爾濱亞麻紡織廠聯(lián)合廠梳麻、前紡、準(zhǔn)備3個(gè)車間，突然發(fā)作強(qiáng)大的粉塵爆破并導(dǎo)致大火，使103萬(wàn)平方米廠房、189(套)設(shè)備遭到不同程度的破壞，直接經(jīng)濟(jì)損失881.9萬(wàn)元。事端中逝世58人，重傷數(shù)人，輕傷112人。
粉塵為什么會(huì)發(fā)作爆破呢?原來(lái)是因?yàn)閼腋≡诳諝庵械目扇挤蹓m焚燒而構(gòu)成的高氣壓所造成的。粉塵是固體物質(zhì)的微小顆粒。它的外表積與一樣分量的塊狀物質(zhì)比擬要大得多，故容易著火。如果它懸浮在空氣中，并到達(dá)一定的濃度，便構(gòu)成爆破性混合物。一旦遇到火星，就能夠?qū)е旅艚莘贌?。爆破時(shí)，氣壓和氣壓上升率越高，其爆破率也就越大。而粉塵的焚燒率又是與粉塵粒子的巨細(xì)、易燃性和焚燒時(shí)所釋放出的熱量以及粉塵在空氣中的濃度等因素有關(guān)。
根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)測(cè)定，粉塵爆破的條件有三個(gè)。一是燒料。干燥的微細(xì)粉塵、浮游粉塵的濃度每立方米到達(dá)：煤粉30~40克、鋁粉40克、鐵粉100克、木粉12.6~25克、小麥粉9.7克、糖10.3克。二是氧氣?？諝庵械难鯕夂康竭_(dá)21%。三是熱能，即40毫焦?fàn)栆陨系幕鹪?。面粉或飼料等粉塵的起爆溫度相當(dāng)于一張易燃紙的點(diǎn)燃溫度。車間內(nèi)機(jī)械設(shè)備的軸承或皮帶摩擦過(guò)熱，即可到達(dá)引爆的能量。此外，易產(chǎn)生靜電的設(shè)備未能妥善接地或電氣及其配線連接處產(chǎn)生火花，尤其是粉碎機(jī)的進(jìn)料未經(jīng)挑選，致使鐵物混入，產(chǎn)生碰撞性火星，皆可引發(fā)粉塵爆破。
*常見(jiàn)的粉塵爆破有煤粉、面粉、木粉、糖粉、玉米粉、土豆粉、干奶粉、鋁粉、鋅粉、鎂粉、硫磺粉等。但只需咱們加強(qiáng)防范辦法，這類爆破還是完全能夠防止的。如選用有用的通風(fēng)和除塵辦法，嚴(yán)禁吸煙及明火作業(yè)。在設(shè)備外殼設(shè)泄壓活門(mén)或其他設(shè)備，選用爆破遏制體系等。對(duì)有粉塵爆破風(fēng)險(xiǎn)的廠房，必須嚴(yán)厲按照防爆技術(shù)等級(jí)進(jìn)行描繪，并獨(dú)自設(shè)置通風(fēng)、排塵體系。要經(jīng)常濕式打掃車間地面和設(shè)備，防止粉塵飛揚(yáng)和聚集。保證體系要有很好的密閉性，必要時(shí)對(duì)密閉容器或管道中的可燃性粉塵充入氮?dú)?、二氧化碳等氣體，以削減氧氣的含量，抑制粉塵的爆破。

就是粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源（明火或溫度），火焰瞬間傳播于整個(gè)混合粉塵空間，化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時(shí)釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射，具有很強(qiáng)的破壞力。

常用的防護(hù)措施或方案主要有四種：遏制、泄放、抑制、隔離。其中泄放分為正常情況下的壓力泄放和無(wú)火焰泄放；隔離分為機(jī)械隔離和化學(xué)隔離。主要防護(hù)設(shè)備包括：防爆板（Explosion Panel）、防爆門(mén)(Explosion Vent)、無(wú)焰泄放系統(tǒng)(Flameless Venting)、隔離閥(Explosion Isolation Valve)以及抑爆系統(tǒng)(Explosion Suppression Systems)。在實(shí)際應(yīng)用中，并不是每一種防護(hù)措施單獨(dú)使用，往往采用多種防護(hù)措施進(jìn)行組合運(yùn)用，以達(dá)到更可靠更經(jīng)濟(jì)的防護(hù)目的?！≡诰唧w介紹粉體防護(hù)措施前，我們先來(lái)認(rèn)識(shí)下粉體產(chǎn)生爆炸的要素和防護(hù)原理。首先，構(gòu)成爆炸的三要素為：可燃物料、火源、氧化劑，缺一不可。
其次，我們要對(duì)處理的原材料進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)估，以確定采取的防護(hù)措施.以下表格是對(duì)比較有代表性的原材料易爆指標(biāo)評(píng)估的例子,其中“*大爆炸壓力指數(shù)Pmax值”和“爆燃指數(shù)Kst值”越大，表示該原料危險(xiǎn)性越大，越容易爆炸，越是要采取防護(hù)措施。
對(duì)于評(píng)估過(guò)的易燃易爆物料，就應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，從前面我們知道有四種方案：遏制、泄放、抑制和隔離。從 下圖我們可以看出，沒(méi)有采取任何防護(hù)措施和采取了防護(hù)措施的爆炸事故所產(chǎn)生的爆炸壓力的大小?？梢钥闯鰜?lái)，沒(méi)有采取任何防護(hù)措施任其發(fā)展的爆炸產(chǎn)生的爆炸壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采取防護(hù)措施的爆炸產(chǎn)生的爆炸壓力，危害性更大。通過(guò)比較，一個(gè)不采取任何防護(hù)措施的農(nóng)業(yè)粉塵的爆炸通常會(huì)在小于1/4秒（該數(shù)值對(duì)于各種易燃粉塵而不同）的時(shí)間內(nèi)達(dá)到高于8bar的爆炸壓力。所以我們對(duì)危險(xiǎn)性物料進(jìn)行防護(hù)是必需的。
下面我們對(duì)遏制、泄放、抑制和隔離四種防護(hù)措施和其組合措施，以及所采用的防爆設(shè)備逐一進(jìn)行介紹：
首先，對(duì)于遏制，就是在設(shè)計(jì)、制造粉體處理設(shè)備的時(shí)候采用增加設(shè)備厚度的方法以增大設(shè)備的抗壓強(qiáng)度，但是這種措施往往以高成本為代價(jià)，在金屬材料價(jià)格日益昂貴的今天，采用這種措施顯然是非常不經(jīng)濟(jì)的。
其次，對(duì)于泄放，包括正常泄放和無(wú)焰泄放，是利用防爆板、防爆門(mén)、無(wú)焰泄放系統(tǒng)對(duì)所保護(hù)的設(shè)備在發(fā)生爆炸的時(shí)候采取的主動(dòng)爆破，泄放爆炸壓力的辦法進(jìn)行泄壓，以達(dá)到保護(hù)粉體處理設(shè)備的**。防爆板通常用來(lái)保護(hù)戶外的粉體處理設(shè)備，如粉塵收集器、旋風(fēng)收集器等，壓力泄放的時(shí)候并隨有火焰以及粉體的泄放，可能對(duì)人員和附近設(shè)備產(chǎn)生傷害和破壞；防爆門(mén)通常用來(lái)保護(hù)處理粉體的車間建筑，以達(dá)到整個(gè)車間避免產(chǎn)生粉體爆炸；對(duì)于處于室內(nèi)的粉體處理設(shè)備，有時(shí)對(duì)泄放要求非常嚴(yán)格，不能產(chǎn)生火焰、物料泄放或者沒(méi)有預(yù)留泄放空間的情況下，通常會(huì)采用無(wú)焰泄放系統(tǒng)，以達(dá)到保護(hù)人員以及周圍設(shè)備的**。
第三，對(duì)于抑制，爆炸抑制系統(tǒng)是在爆燃現(xiàn)象發(fā)生的初期（初始爆炸）由傳感器器及時(shí)檢測(cè)到，通過(guò)發(fā)射器快速在系統(tǒng)設(shè)備中噴射抑爆劑，從而避免危及設(shè)備乃至裝置的二次爆炸，通常情況下爆炸抑制系統(tǒng)與爆炸隔離系統(tǒng)一起組合使用。抑制就是利用了爆炸需要的三要素以及原理。根據(jù)這個(gè)原理，爆炸需要完整的三個(gè)要素，并在適當(dāng)?shù)臈l件下產(chǎn)生爆炸。所以要抑制爆炸的發(fā)生，必須取消三要素中的一個(gè)要素。一種措施是往粉體處理設(shè)備內(nèi)部注入惰性氣體如N2、CO2等代替空氣，從而降低氧化劑：氧氣O2的含量，以達(dá)到抑制爆炸的目的；另一種措施是取消易燃易爆物料，但是這是不可能的，因?yàn)樵O(shè)備本身就是用來(lái)處理該物料的。所以以上兩種措施都是不可能或者很難做到的，所以我們一般采用*簡(jiǎn)單的措施，就是取消其中的一個(gè)重要要素：火源，從而抑制爆炸的發(fā)生。這就要采用爆炸抑制系統(tǒng)，*簡(jiǎn)單的爆炸抑制系統(tǒng)是由四個(gè)單元組成：監(jiān)視器、傳感器、發(fā)射器和電源。
四個(gè)單元各自的功能分別為：監(jiān)視器可以提供可視或者可聽(tīng)的警報(bào)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的激活、密封故障、氣壓和電源故障進(jìn)行監(jiān)視，而且發(fā)射器的發(fā)射不是由監(jiān)視器觸發(fā)，而是由傳感器直接觸發(fā)，從而大大縮短了抑爆系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。傳感器由三個(gè)朝向不同方向的壓力傳感器組成，其中一個(gè)設(shè)定在低壓狀態(tài)，兩個(gè)設(shè)定在高壓狀態(tài)，必須同時(shí)有其中兩個(gè)壓力傳感器被激活時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)才被觸發(fā)，從而避免誤操作的發(fā)生。發(fā)射器由抑爆劑筒、氣體罐（充滿低壓氮?dú)?00Psi-300Psi）、電子控制器組成，而且抑爆劑（碳酸氫鈉粉末）和壓力氣體分開(kāi)儲(chǔ)存，這樣避免使用者在檢查和維護(hù)的時(shí)候不處于受壓系統(tǒng)的危險(xiǎn)之中。電源給整個(gè)系統(tǒng)供電，可以由交流電輸入轉(zhuǎn)換成24V直流電，也可以直接使用電池，另外還有三個(gè)繼電輸出端，一個(gè)顯示交流電的供應(yīng)情況，一個(gè)顯示系統(tǒng)是否有故障，一個(gè)顯示系統(tǒng)是否在工作。這四個(gè)單元即可組成一個(gè)*簡(jiǎn)單的抑爆系統(tǒng)，但是有時(shí)要保護(hù)的范圍很大，就需要增加發(fā)射筒，一個(gè)傳感器*多可以連接十個(gè)發(fā)射筒。
粉體爆炸的形成和發(fā)展的過(guò)程是這樣的：在密閉的工業(yè)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的許多粉末和灰塵與空氣中的氧氣混合，假如達(dá)到適當(dāng) 的濃度，萬(wàn)一產(chǎn)生了火花，就會(huì)由火花發(fā)展成小火球，如不抑制就會(huì)由小火球發(fā)展成大火球，并伴隨有高溫高壓的產(chǎn)生，當(dāng)壓力升高到一定程度，超出了設(shè)備的抗壓強(qiáng)度，就會(huì)發(fā)生爆炸。在此過(guò)程中，升高的壓力會(huì)產(chǎn)生沖擊波，而且沖擊波的傳播速度遠(yuǎn)大于火焰?zhèn)鞑サ乃俣?，利用這個(gè)原理，讓抑爆系統(tǒng)的傳感器及時(shí)探測(cè)到?jīng)_擊波，在火焰還沒(méi)有時(shí)間發(fā)展成爆燃的時(shí)候，發(fā)射器噴射出抑爆劑（碳酸氫鈉），將火焰噴滅，從而避免小火球演變成大火球，甚至形成爆炸，從而破壞設(shè)備，甚至危害到人身**。
抑爆系統(tǒng)通俗來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)滅火器，但是在這里要滅的不是熊熊烈火而是發(fā)生爆炸前期的小火球。當(dāng)安裝在粉體設(shè)備上的傳感器探測(cè)到設(shè)備內(nèi)部發(fā)生火花，使得燃料燃燒，形成小火球，即將要發(fā)展成大火球產(chǎn)生爆炸的瞬間，馬上發(fā)出一個(gè)指令給發(fā)射筒，發(fā)射筒馬上會(huì)向設(shè)備內(nèi)部噴出滅火劑，把要引發(fā)爆炸的火花熄滅，從而抑制了爆炸的發(fā)生。
第四，對(duì)于隔離，分為機(jī)械隔離和化學(xué)隔離兩種，往往和抑爆系統(tǒng)一起應(yīng)用。
隔離就是把有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備與相連的設(shè)備隔離開(kāi)，從而避免爆炸的傳播，產(chǎn)生二次爆炸。一般在設(shè)備的物料入口安裝化學(xué)隔離，在設(shè)備的物料出口安裝機(jī)械隔離閥?；瘜W(xué)隔離和抑爆系統(tǒng)中的發(fā)射筒相同，只是一般為45°安裝；機(jī)械隔離閥類似于常見(jiàn)的閘閥。
在現(xiàn)代工業(yè)中，我們給粉體設(shè)備做防爆措施，不能只單獨(dú)考慮某一個(gè)設(shè)備，要從整體出發(fā)，要作為一個(gè)防爆系統(tǒng)工程來(lái)設(shè)計(jì)，所以往往需要采取多種方案組合應(yīng)用。如泄放和機(jī)械隔離方案、泄放和化學(xué)隔離方案、無(wú)焰泄放和機(jī)械隔離方案、無(wú)焰泄放和化學(xué)隔離方案、抑制和機(jī)械隔離方案等等，也可能需要所有方案的集合體。
綜上所述，在工業(yè)高速發(fā)展的今天，伴隨的粉體爆炸事故日益增加，非常普遍，并且給工業(yè)帶來(lái)了巨大的損失，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了火災(zāi)帶來(lái)的危害。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)如NFPA68、NAPA69、NFPA654規(guī)范的指導(dǎo)，為了工業(yè)的**生產(chǎn)，為了人身和設(shè)備的**，又由于爆炸的不確定性，我們務(wù)必提高**防范意識(shí)，在設(shè)計(jì)、制造、使用帶危險(xiǎn)性的粉體設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)給工業(yè)粉體設(shè)備上保險(xiǎn)：采取合適的防護(hù)措施進(jìn)行防爆！