粉塵爆炸的起因以及防范措施

一、粉塵起火爆炸的條件與因素

某些廠礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，特別是一些有機(jī)物加工中產(chǎn)生的粉塵，在某些特定條件下會發(fā)生爆炸燃燒事故。國內(nèi)外的研究成果表明，這些條件一般有三種：（1）可燃性粉塵以適當(dāng)?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋。纬扇藗兂Ｕf的粉塵云；（2）有充足的空氣和氧化劑；（3）有火源或者強(qiáng)烈振動與摩擦。通常認(rèn)為，易爆粉塵只要滿足條件（1）和條件（2），就意味著具備了可能發(fā)生事故的苗頭。

1．易爆與不易爆粉塵的劃分

一般比較容易發(fā)生爆炸事故的粉塵大致有鋁粉、鋅粉、硅鐵粉、鎂粉、鐵粉、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機(jī)合成藥品的中間體、小麥粉、糖、木屑、染料、膠木灰、奶粉、茶葉粉末、煙草粉末、煤塵、植物纖維塵等。這些物料的粉塵易發(fā)生爆炸燃燒的原因是都有較強(qiáng)的還原劑H、C、N、S等元素存在，當(dāng)它們與過氧化物和易爆粉塵共存時，便發(fā)生分解，由氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體，或者氣體量雖小，但釋放出大量的燃燒熱。例如，鋁粉只要在二氧化碳?xì)夥罩芯陀斜ǖ奈ｋU。

粉塵爆炸的難易與粉塵的物理、化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境條件有關(guān)。一般認(rèn)為燃燒熱越大的物質(zhì)越容易爆炸，如煤塵、碳、硫黃等。氧化速度快的物質(zhì)容易爆炸，如鎂粉、鋁粉、氧化亞鐵、染料等。容易帶電的粉塵也很容易引起爆炸，如合成樹脂粉末、纖維類粉塵、淀粉等。這些導(dǎo)電不良的物質(zhì)由于與機(jī)器或空氣摩擦產(chǎn)生的靜電積聚起來，當(dāng)達(dá)到一定量時，就會放電產(chǎn)生電火花，構(gòu)成爆炸的火源。

通常不易引起爆炸的粉塵有土、砂、氧化鐵、研磨材料、水泥、石英粉塵以及類似于燃燒后的灰塵等。這類物質(zhì)的粉塵化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以不易燃燒。但是如果這類粉塵產(chǎn)生在油霧以及CO、CH4、煤氣之類可燃?xì)怏w中，也容易發(fā)生爆炸。

2．除塵系統(tǒng)中起火爆炸的原因

為了防止粉塵污染和粉塵爆炸，采用除塵系統(tǒng)及時排出工作環(huán)境中的粉塵，降低車間內(nèi)的粉塵濃度是必要的手段。但對于可燃性粉塵來說，除塵設(shè)備也必須采取防火、防爆措施，否則一旦使用不當(dāng)也會造成爆炸起火事故。除塵系統(tǒng)發(fā)生爆炸、起火的原因主要是滿足了條件（1）和條件（2）。因為一般除塵器都是吸入空氣后再排出，故除塵系統(tǒng)內(nèi)氧氣供給充足。據(jù)調(diào)查，能引起除塵系統(tǒng)起火可能性的主要為靜電火花、自燃發(fā)火、沖擊摩擦和明火。其中靜電火花是由于除塵器尼龍濾布帶電、管路帶電造成的。自燃發(fā)火是由于捕集下來的粉塵在布袋或灰斗內(nèi)緩慢進(jìn)行氧化反應(yīng)而積蓄下的氧化熱造成的。沖擊摩擦一般認(rèn)為是除塵系統(tǒng)吸入的鐵片碰撞，或者是檢修清掃過程中用錘頭振落附著在灰斗或袋室內(nèi)的粉塵時因碰撞而產(chǎn)生的火星。明火是由于檢修時氣焊火焰及電焊火花產(chǎn)生的。

二、除塵系統(tǒng)各部位的防爆措施

粉塵爆炸事故多發(fā)生在破碎機(jī)、粉磨機(jī)、篩分機(jī)、干燥機(jī)、加料機(jī)和貯料倉等部位。在除塵系統(tǒng)中，粉塵入口處的吸塵罩內(nèi)一般不會發(fā)生爆炸事故，因為粉塵濃度在這里僅為0．1～10g／m∧3，這個數(shù)值是安全的。但吸塵罩可以將作為火源的火花吸入，故要引起注意。例如砂輪機(jī)工作時會產(chǎn)生大量的火花，如果和其他設(shè)備（可燃性粉塵發(fā)生源）共用一臺除塵器就非常危險，應(yīng)該采取隔離措施。

除塵設(shè)備的風(fēng)管發(fā)生爆炸的實例較多，這是因為粉塵在管內(nèi)沉積，當(dāng)受到某種沖擊時，可燃性粉塵再次飛揚(yáng)，在瞬間形成高濃度粉塵云，若遇上火源，很容易爆炸。粉塵在風(fēng)管內(nèi)沉積的主要原因，是輸送風(fēng)速太小或有漏風(fēng)現(xiàn)象。所以為防止發(fā)生爆炸，可燃性粉塵的除塵管路應(yīng)盡可能短些，并要求同一系統(tǒng)的除塵器所擔(dān)負(fù)的產(chǎn)塵設(shè)備（生產(chǎn)加工中能形成粉塵的產(chǎn)塵源）最多不超過四臺。對于系統(tǒng)中的彎頭，變徑管等，在設(shè)計時應(yīng)使彎頭曲率半徑在管道直徑D的1．5倍以上，變徑管的展開角在15度以下，以減少阻力。據(jù)國外經(jīng)驗，若可燃性粉塵的粒徑小于15μm，其沉降速度在0．1m／s左右時，管內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)該是沉降速度的100～200倍。當(dāng)粉塵濃度增大時，輸送風(fēng)速也應(yīng)相應(yīng)地加大。在袋室和灰斗處應(yīng)安裝便于檢修和清掃的活動門，當(dāng)聯(lián)接處采用插入止口聯(lián)接時，應(yīng)精心施工，使管內(nèi)基本看不出縫隙或襯墊，沒有阻擋粉塵的現(xiàn)象和漏氣現(xiàn)象。對于除塵器來說，灰斗部分是工作條件最為惡劣的地方，也最容易產(chǎn)生起火爆炸。

為吸入風(fēng)管的粉塵有一部分直接落入灰斗，大部分在濾袋中被過濾。粉塵在濾袋表面形成層后，靠重力自行脫落或被噴吹、振打后脫落，這時就有可能產(chǎn)生高濃度粉塵云，或者在灰斗內(nèi)的加強(qiáng)筋上及鋼板焊縫上堆積起來。如果由于某種原因造成粉塵二次飛揚(yáng)，條件適宜，又遇上火源，將是非常危險的。

因此，對于產(chǎn)塵源（加工設(shè)備）和除塵系統(tǒng)的防火、防爆措施，首先是要清除火源。對于機(jī)械摩擦、撞擊產(chǎn)生的火花，需采取措施將火星除掉，并在吸塵罩口安裝適當(dāng)?shù)慕饘倬W(wǎng)，以防止鐵片、螺釘?shù)任锉晃肱c管道碰撞產(chǎn)生火花引起燃燒。

防止靜電火花是一個重要問題，特別是對于處理有可燃性粉塵的除塵設(shè)備，應(yīng)將除塵系統(tǒng)的除塵器、管道、風(fēng)機(jī)等設(shè)施聯(lián)接起來接地處理。也可采用防靜電濾布或?qū)⒊龎m器的袋子用鐵夾子夾牢后接地。

對于金屬粉塵，如鉛、鋅、氧化亞鐵、鋯等，在除塵系統(tǒng)的灰斗中堆積時發(fā)生的緩慢氧化反應(yīng)，以及塑料合成樹脂、橡膠等仍保持著制品加工時的摩擦熱的粉塵，應(yīng)采取連續(xù)排灰的方法，勿使灰斗內(nèi)積存過多的粉塵，并要經(jīng)常觀察灰斗及袋室內(nèi)的溫度，或安裝溫度傳感器，以便隨時控制裝置內(nèi)的溫度，防止積蓄熱誘發(fā)火災(zāi)引起爆炸。

生產(chǎn)車間的含油霧和含可燃性氣體的通風(fēng)排風(fēng)設(shè)施，絕對不能與可燃性粉塵的除塵系統(tǒng)或有機(jī)溶劑作業(yè)的通風(fēng)設(shè)備相聯(lián)接或共用風(fēng)機(jī)。特別是煉鐵高爐用的袋式除塵器，盡管整個系統(tǒng)都有相應(yīng)的防爆、防火措施，但在高爐休風(fēng)時仍要嚴(yán)格防止煤氣爆炸。為此在高爐無蒸汽的情況下，必須迅速打開煤氣系統(tǒng)所有的放散閥及清灰閥，與箱體外大氣串通，以便在很短時間內(nèi)將煤氣驅(qū)出除塵器。對于原則上不能分開的通風(fēng)系統(tǒng)，除考慮以上措施外，在除塵器運(yùn)轉(zhuǎn)、停機(jī)前后，還應(yīng)清除整個除塵系統(tǒng)中的殘余氣體。

三、除塵系統(tǒng)中的防滅火措施

除塵系統(tǒng)在采取上述措施后雖能防止發(fā)生爆炸事故，但在除塵器內(nèi)局部仍有可能出現(xiàn)起火燃燒現(xiàn)象，這一點(diǎn)也是不能忽視的。如處理可燃性粉塵的袋式除塵器在進(jìn)行煙氣除塵或煤氣凈化過程中，當(dāng)煙氣冷卻裝置、噴霧嘴等出現(xiàn)故障時，濾布就可能被高溫?zé)煔鉄龎?，甚至造成火?zāi)。干式除塵設(shè)備一般采用以下防滅火措施。

1．在室外設(shè)備的大型除塵裝置，如果發(fā)現(xiàn)有著火現(xiàn)象需關(guān)閉除塵器風(fēng)機(jī)時，為防止煙氣經(jīng)管道倒灌入車間，應(yīng)在關(guān)閉防火閥或風(fēng)量開關(guān)后，再關(guān)掉風(fēng)機(jī)。電除塵及袋式除塵器的過濾部分通常是密封結(jié)構(gòu)，沒有特殊情況，濾袋的燃燒不會向其他部位蔓延。對設(shè)立在室內(nèi)的小型除塵裝置，遇到袋室起火冒煙情況則應(yīng)立即關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

2．堆集在灰斗內(nèi)的粉塵一旦著火，可用滅火器撲滅，然后將其內(nèi)部的粉塵排出。排出的粉塵要認(rèn)真處理，防止死灰復(fù)燃并要注意在清除過程中避免出現(xiàn)爆燃事故。灰斗或袋室清理干凈后再換上新濾袋。

3．滅火后，為了防止袋室內(nèi)缺氧及一氧化碳中毒，人員進(jìn)入前應(yīng)進(jìn)行充分的通風(fēng)換氣，待確認(rèn)安全后方可進(jìn)入查看、操作。

4．治理可燃性、摩擦性強(qiáng)的粉塵時，原則上風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)在袋式除塵器后。若放在前面，粉塵附著在風(fēng)機(jī)葉片上，受潮后粘結(jié)形成結(jié)垢層會使葉輪失去平衡，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)時偏心扭矩過大軸承發(fā)熱、振動或折斷葉片，撞壞機(jī)殼，產(chǎn)生火花，成為粉塵的著火源。為了避免這種事故，可加裝振動開關(guān)，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常時自動控制風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

四、設(shè)置除塵設(shè)備的注意事項

干式除塵方式與濕式除塵方式相比，粉塵的回收和利用較為方便，不需考慮冬季的防凍措施和污水處理問題，且造價和運(yùn)行費(fèi)用都較低。特別是袋式除塵器，已廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門的煙氣、粉塵治理中。但對于治理可燃性粉塵的除塵系統(tǒng)和建筑物的設(shè)計及施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1．除塵器與其他生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)保持適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，四周設(shè)置耐壓壁。

2．有易燃粉塵的車間建筑物應(yīng)采用防火結(jié)構(gòu)，與其他車間的聯(lián)接處應(yīng)設(shè)防火門、百葉窗以及排氣孔，以便驅(qū)散爆炸氣體。

3．在含有易燃易爆氣體的車間內(nèi)設(shè)置的除塵器，一般要設(shè)計防爆孔。孔的尺寸應(yīng)為袋室面積的5～6％或相對袋室容積的0．16m^2／m∧3。

4．建筑物的換氣次數(shù)和通風(fēng)口的比例按防止粉塵爆炸的要求來設(shè)計。

5．要防止可燃性粉塵泄漏飄散，車間內(nèi)的房梁、支架、頂棚等處不能有粉塵堆集。