浅议粉尘爆炸事故及防范措施

王丽

（济南市公安消防支队，山东 济南 250031）

浅议粉尘爆炸事故及防范措施

王丽

（济南市公安消防支队，山东 济南 250031）

为有效预防粉尘爆炸事故的发生，从粉尘的概念、分类、可燃粉尘爆炸的条件、过程、特点等方面进行了详细分析，并从建筑物的建设和企业管理两方面提出相关防范措施。

粉尘爆炸；条件；过程；特点；防范措施

0 引言

随着社会经济的发展，各种生产加工类企业大量出现，生产安全工作日益繁重，但企业主重效益轻安全的现象极其普遍，为各类安全事故的发生埋下了隐患。2014年8月2日发生在江苏省昆山市江苏中荣金属制品有限公司汽车轮毂拋光车间的金属粉尘爆炸就是一起典型的安全生产事故，教训极其惨痛。但粉尘类爆炸为什么会造成大面积的建筑物破坏，为什么会导致事故中心的人员大面积甚至全身烧伤呢？这与粉尘爆炸自身的特点密切相关。现笔者就粉尘爆炸事故发生的条件、过程、特点及防范措施进行分析。

1 粉尘分类及粉尘爆炸的概念

粉尘是固体物质的微小颗粒，是一种极细微的粉末。粉尘的直径以微米为单位，一般小于100 μm的固体颗粒称为粉尘。如粮食加工生产中小麦磨粉工序，小麦清理时产生的谷物粉尘颗粒度在1～150 μm之间，小麦磨成的面粉颗粒度在1～100 μm之间，多数都在粉尘直径范围内。在木材加工、家具生产的砂光工序中，汽车生产车身、零配件的研磨抛光工序中等也都会产生大量细微粉尘。

粉尘爆炸都是由可燃粉尘引起的。可燃粉尘分为有机粉尘和无机粉尘两大类。常见的可燃爆粉尘主要有：一是金属粉尘，如镁粉、铝粉、铁粉、钛粉等；二是化学物质粉尘，如聚苯乙烯、醋酸纤维素、酚醛树脂、煤粉、硫矿粉等；三是食品、木材等物质的颗粒粉尘，如淀粉、各类粮食面粉、奶粉、锯末等。

粉尘爆炸是指由可燃粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源（明火或高温），火焰瞬间传播于整个混合粉尘的密闭空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射，具有很强的破坏力。

2 粉尘爆炸的条件

2.1 粉尘应为可燃物质

上述粉尘分类中提到的几类粉尘均为可燃物质。

2.2 应悬浮在空气中，与空气形成的混合物在其爆炸下限和上限之间

悬浮在空气中的粉尘其周围环境温度、湿度以及自身的粒径大小等决定了它的动力稳定性，当达到爆炸浓度，也就是爆炸极限时就会发生爆炸。不过当爆炸浓度太小，遇火源燃烧产生的能量就小，无法形成持续稳定的燃烧，也就无法发生爆炸；浓度太高，空气中的氧含量就低，也不会发生爆炸。如常见的几类爆炸极限有：木材加工中木粉尘的爆炸极限为12.6～25 g/m3，面粉的爆炸极限为9.7～60 g/m3，多聚甲醛的爆炸下限为60 g/m3，铝粉的爆炸下限为30 g/m3等。

2.3 要有足够的点火能量

粉尘爆炸的最小点火能量大致在10～100 MJ，如乙酸纤维素的最小点火能量为20 MJ，奶粉的最小点火能量根据粒径不同而不同，粒径为165 μm的，为75 MJ，粒径为235 μm的，为80 MJ；大豆粉根据粗细程度，其细粉的最小点火能量为100 MJ，而大豆粗粉的最小点火能量为330 MJ。

引发粉尘爆炸的点火源形式各不相同，有明火、引火物、发烟物、电弧、热灯丝、摩擦火花、静电火花或电火花、热表面、焊接或切割火焰等。这些点火源多产生在生产环节，如在粉碎、输送、分选等食品加工过程中产生的粉尘，浓度一般高于爆炸浓度下限。机械的运转部位缺乏润滑摩擦生热，破碎物料、硬性杂质或者脱落的零部件与设备撞击会打出火花，都能引起粉尘爆炸。粉料与管壁、设备壁摩擦和碰撞，粉料的颗粒之间的摩擦，产生的静电电压可高达数千至万伏，极易产生静电火花引燃粉尘。沉积或积聚在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的可燃粉尘，受热经过一段时间会阴燃，继而可引发粉尘爆炸。

如粮食储存环节，在粮食筒仓储满粮食后，爆炸的危险性降低，但当筒仓内粮食卸空或处于未储满状态时，筒内具备可燃粉尘悬浮与空气混合的条件一般都可能达到爆炸极限浓度，在装卸、提升过程中，机械设备的摩擦、撞击，电气设备选型不当或电气故障、短路、过热，维修焊接动火不慎以及雷击等，都可能成为粮食粉尘爆炸的点火源。

再如，镁合金材料生产在压铸行业中发生的燃烧、爆炸事故也多是在生产过程中由镁的粉尘、碎屑、轻薄料引起的。这些材料导热好、热积聚快，彼此间不能充分散热，另外表面积大，与氧接触充分，有利于镁与氧发生反应。一旦镁粉尘遇到火星、火花、火焰就会导致迅猛燃烧和爆炸。因此镁和镁合金生产的中心任务就是对镁粉尘、镁粉、镁屑等进行有效的管理和控制，防止发生燃烧和爆炸。

3 粉尘爆炸的过程、特点

3.1 爆炸过程

粉尘爆炸的过程按是否释放可燃气体分为两类。

对于能释放可燃气体的粉尘，如木材粉尘、纸张粉尘，樟脑粉尘等，其爆炸过程主要为三步：一是接受火源能量的粉尘粒子表面温度迅速升高，迅速的分解或干馏，产生可燃气体释放到粒子的周围气相中；二是产生的可燃气体与空气的混合物被火源引燃而发生有焰燃烧，这种燃烧通常先局部燃烧，通过热辐射、热对流等传播扩散出去；三是火焰在传播过程中产生的热量使越来越多的粉尘被分解或干馏，释放出可燃气体，使燃烧循环逐次的加快进行下去，最终导致粉尘爆炸。

对于不释放可燃气体的粉尘，如一些金属、木炭、焦炭等，它们在受热后能直接与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应并着火，产生的反应热使火焰迅速传播，炽热的粉尘或其氧化物加热周围的粉尘和空气，使高温空气迅速膨胀，导致粉尘爆炸。此次昆山生产车间粉尘爆炸事故就属于这类情况。

3.2 爆炸特点

粉尘爆炸威力大，破坏性强，易产生二次爆炸和多次爆炸，其主要特点有三方面。

3.2.1 易发生二次或多次爆炸

当第一次爆炸发生后，会将沉积在地面、设备上、缝隙内的粉尘扬起，与空气混合再次形成可燃混合物，在其爆炸极限范围内时，就会再次引起爆炸，如此反复，形成多次长时间爆炸，造成极大的损失和伤亡。

3.2.2 最小点火能量高

因为可燃粉尘粒径较大，大多数可肉眼进行分辨，所以初起爆炸所需要的点火能量多在几十毫焦耳以上。这也麻痹了很多生产厂商和生产工人，认为其发生火灾或爆炸的可能性微乎其微，在生产管理中对粉尘爆炸的危害性认识不足，防范措施不到位，一旦发生爆炸，后果不堪设想。

3.2.3 粉尘爆炸持续时间长，破坏力大

因为粉尘自身颗粒较大，最小点火能量又高，因此其在爆炸过程中能量传递速度较慢，压力上升和下降的速度也就较慢，爆炸不像气体等爆炸一样瞬间发生并结束，而是持续时间较长。另外，由于粉尘多是长时间积累起来的，初起爆炸只能燃爆悬浮在空气中的部分可燃粉尘，还有大量的粉尘沉积于地面、墙面、设备夹缝等部位，一旦被初起爆炸的能量激起悬浮于空气中，形成的二次或多次爆炸会使爆炸时间持续更长，破坏更大。

4 消防安全防范措施

在工业生产、储存过程中，应在生产车间、仓库、内部相关除尘、通风、抑爆设施等的建设安装和日常管理上采取有效措施，最大限度地避免粉尘爆炸事故的发生。

4.1 建筑物建设方面

（1）可能散发可燃粉尘的车间、装置等，宜布置在明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧。

（2）安装有粉尘爆炸危险的工艺设备或存在可燃粉尘的建(构)筑物，应根据《建筑设计防火规范》的有关规定与其它建(构)筑物分离，满足防火间距要求。有爆炸危险的工艺设备宜设置在建筑物外的露天场所，但其露天安装也应满足相关消防设计规范要求。

建筑物宜为单层建筑，屋顶、墙体宜用轻型结构，轻质屋顶和墙体的单位质量不宜超过60 kg/m2。多层建筑的结构宜采用框架结构，不能使用框架结构的建筑物应在墙上设置符合要求的泄爆口，泄爆口可以利用建筑物外窗、通风口、轻质屋顶等设置，根据规范要求计算有效的泄爆面积。有粉尘爆炸危险的筒仓，应在其顶部盖板设置必要的泄压设施。

建筑物内的梁柱、屋顶桁架、墙体内侧及生产设备等，其表面结构应便于清扫，防止粉尘堆积。

（3）乙类生产厂房中有粉尘、纤维爆炸危险的，地面应采用不发生火花地面，且地面下不宜设置地沟。当采用绝缘材料作地面面层时，还应采取防静电措施。

（4）安全、通风、除尘、粉尘爆炸预防、粉尘爆炸控制等设备设施应按照相关规范、标准进行安装。

此类场所的排风、除尘设施应单独设置，与其他场所不应合用，且管道应明敷，并采用金属管道。排风、除尘设备不应布置在建筑物的地下室、半地下室中。

4.2 日常管理方面

（1）企业应对自身生产、储存场所是否具有粉尘爆炸危害性进行安全评估，做到心中有数。对存在粉尘爆炸危险的，应在车间、仓库建设过程中，日常生产管理过程中根据国家相关技术标准要求采取有效的防范措施。

（2）企业应开展日常安全检查、巡查。对车间、仓库以及生产工段定期进行严格的内部检查，定期测试排风、除尘设施的运行状况，防止粉尘大量堆积。

（3）企业应积极开展安全培训教育工作。尤其是有粉尘作业场所，应进行岗前培训，普及粉尘爆炸的相关知识和逃生自救常识，严格安全生产操作规程，严防不规范生产引发的爆炸等灾害事故的发生。

（4）粉尘爆炸的车间、仓库等场所应杜绝各种非生产性明火存在。

参考资料

[1]郭铁男.中国消防手册（第四卷）[M].上海：上海科学技术出版社，2008.

[2]GB15577-2007，粉尘防爆安全规程[S].

作者：王丽（1976-），女，本科，工程师，研究方向为消防监督管理、建设工程防火等。

For the effective prevention of dust explosion accidents,this article makes a detailed analysis from the concept,classification of the dust and the condition,process,characteristics of combustible dust explosion.At the same time,it puts forward related preventive measures in terms of the construction of buildings and the enterprise management.

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2014-8-26)