粉塵爆炸的基本特征
粉塵爆炸事故舉例
2024年01月20日03時(shí)38分,江蘇省常州燊榮金屬科技有限公司生產(chǎn)車間發(fā)生粉塵爆炸,共造成8人死亡和8人輕傷,也造成建筑物損壞(下圖)。
類似的粉塵爆炸事故在工業(yè)行業(yè)里還有不少,甚至造成過更嚴(yán)重的人員傷亡。如:
2010年02月24日15時(shí)58分,秦皇島驪驊淀粉股份有限公司發(fā)生的淀粉爆炸事故。事故發(fā)生時(shí),現(xiàn)場(chǎng)共有107人,事故導(dǎo)致21人死亡(事發(fā)時(shí)死亡19人)、47人受傷(其中6人重傷), 直接經(jīng)濟(jì)損失1773萬元。
2014年04月16日上午10點(diǎn)左右,南通市如皋雙馬化工有限公司硬脂酸造粒包裝車間發(fā)生粉塵爆炸,造成8人死亡、9人受傷。
粉塵爆炸的危害
粉塵爆炸發(fā)生時(shí),通常沒有明顯的預(yù)警,一般先在設(shè)備內(nèi)發(fā)生爆炸,然后蔓延至設(shè)備外的區(qū)域。
初次爆炸發(fā)生后,若車間的地面、墻面或設(shè)備表面有粉塵累積,這些累積的粉塵會(huì)揚(yáng)起并發(fā)生二次或多次后續(xù)爆炸。粉塵爆炸的破壞作用也往往是由二次爆炸及后續(xù)爆炸所造成的。
粉塵爆炸易造成人員傷亡和建筑物損毀;爆炸所產(chǎn)生的火球和沖擊波是造成人員傷亡的主要因素。例如在容積1m3的容器內(nèi)發(fā)生粉塵爆炸,從泄爆板沖出的火球直徑能達(dá)到8m,火球內(nèi)部的熱通量約為300kw/m2(人暴露在10kw/m2的熱通量下僅60秒就會(huì)死亡);爆炸產(chǎn)生的沖擊波通常在600~1200KPa(人暴露在21KPa的沖擊波壓力就會(huì)重傷甚至死亡)。
發(fā)生粉塵爆炸的五個(gè)條件
發(fā)生粉塵爆炸的前提是滿足以下五個(gè)條件:
粉塵本身是可燃物且顆粒粒徑足夠細(xì)小,小于420微米;
擴(kuò)散到空氣中,與空氣充分接觸,并且在空氣中達(dá)到或超過粉塵的爆炸下限濃度。
粉塵爆炸本質(zhì)上是氧化反應(yīng),所以必須有氧化劑(氧氣)參與。粉塵發(fā)生燃燒爆炸的最低需氧濃度一般在9%~12%之間。
可燃粉塵與空氣充分混合形成爆炸性混合物,并不會(huì)馬上發(fā)生爆炸,還需要有點(diǎn)火源(提供點(diǎn)火能)。有些粉塵的最小點(diǎn)火能(MIE)只有2~3毫焦,有些則為幾百毫焦。
導(dǎo)致粉塵爆炸的最后一個(gè)因素是密閉空間。在空曠的場(chǎng)所揚(yáng)起的粉塵被引燃,表現(xiàn)出來的情景通常是閃火;相反,可燃粉塵的爆炸性混合物在密閉空間內(nèi)被引燃,空間內(nèi)的壓力會(huì)明顯升高,通常能達(dá)到0.6~1.2MPaG的壓力,足以摧毀所處的設(shè)備和廠房,表現(xiàn)為粉塵爆炸。
粉塵爆炸預(yù)防及控制
粉塵爆炸預(yù)防及控制的策略
通常有以下幾種預(yù)防粉塵爆炸和減輕爆炸后果的方法:
預(yù)防措施:惰性化和消除點(diǎn)火源;
容納設(shè)計(jì):本質(zhì)安全設(shè)計(jì)理念;
阻隔設(shè)計(jì):將爆炸影響阻斷,避免蔓延;
泄爆裝置:引導(dǎo)爆炸能量至安全的地點(diǎn);
抑爆系統(tǒng):在爆炸初期迅速撲滅;
二次爆炸預(yù)防:消除作業(yè)場(chǎng)所的粉塵積聚。
粉塵爆炸預(yù)防措施
(1)惰性化
在化工和制藥工廠,通常以下情形需考慮惰性化措施:
存在雜混物(可燃粉塵與可燃?xì)怏w或易燃蒸氣的混合物)。雜混物的最小點(diǎn)火能(MIE)通常都很小。
處理MIE小于或等于3mJ的粉料*,采用惰性化保護(hù)措施才能確保安全運(yùn)行。對(duì)于最小點(diǎn)火能大于3mJ但小于10mJ的粉料,也宜采用惰性化保護(hù)。
*備注:有文獻(xiàn)是2mJ。
涉及容易發(fā)生粉塵爆炸的設(shè)備或操作,如碾磨機(jī)和干燥機(jī)等等。
(2)消除點(diǎn)火源
消除明火和電氣火花;
消除靜電點(diǎn)火源:所有相關(guān)金屬體都靜電接地或跨接以消除火花放電;其它類型的靜電釋放措施需根據(jù)粉塵MIE大小來決定;
管道和設(shè)備的材質(zhì)選擇:能否使用非金屬材質(zhì)要根據(jù)MIE的大小來確定。若MIE小于5mJ,盡量避免使用不導(dǎo)電的塑料材質(zhì);若MIE小于2mJ,則不能使用不導(dǎo)電的塑料材質(zhì)。
減輕粉塵爆炸后果的措施
(1)容納設(shè)計(jì)
當(dāng)容器內(nèi)發(fā)生爆燃時(shí),能將爆燃包容在容器內(nèi)。這種設(shè)計(jì)思路稱為爆燃容納。應(yīng)用場(chǎng)景:a. 有毒粉塵;b. 處理的粉塵品類多或未知;c. 粉碎機(jī)和一些容積很小的設(shè)備。
(2)阻隔設(shè)計(jì)
利用阻火閥或化學(xué)滅火劑阻止粉塵爆燃從一個(gè)區(qū)域或設(shè)備擴(kuò)散至相鄰的區(qū)域或設(shè)備。例如在集塵器入口管道上安裝阻火閥(參考下圖)。
(3)泄爆裝置
在設(shè)備或管道上安裝泄爆裝置,常見的有泄爆板。當(dāng)粉塵爆炸發(fā)生時(shí),泄爆至安全地點(diǎn)。
有時(shí)需要采用泄爆的導(dǎo)向板或泄爆導(dǎo)流管。
(4)抑爆系統(tǒng)
抑爆系統(tǒng)的作用是在粉塵爆炸初期就將它們撲滅,消解設(shè)備或管道內(nèi)的粉塵爆炸。抑爆系統(tǒng)包括探測(cè)和滅火兩項(xiàng)功能。
(5)二次爆炸預(yù)防
粉塵爆炸的嚴(yán)重后果往往是由二次爆炸導(dǎo)致的。消除二次爆炸的重點(diǎn)是避免在車間地面、墻面和設(shè)備表面等處積聚粉塵,也就是要保持清潔;累積的粉塵厚度應(yīng)不超過0.8毫米。需特別注意不能采用壓縮空氣清掃粉塵。