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淺談可燃粉塵及其爆炸危險性

  
評論: 更新日期:2011年05月22日

? 被粉碎成細小顆粒的固體物質(zhì)稱為粉塵。粉塵中有很大部分遇火源或其他能量源易發(fā)生燃燒爆炸。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,美國1900-1956年共發(fā)生粉塵爆炸事故1000余起,英國近10年發(fā)生240余起。日本1952-1979年也發(fā)生此類事故200余起。在我國,1942年發(fā)生的本溪煤礦煤粉爆炸事故、1987年哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸事故等,損失和教訓(xùn)都十分慘重。特別是隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,粉塵種類的數(shù)量急驟增加,粉塵火災(zāi)爆炸事故時有發(fā)生,因此,對粉塵的火災(zāi)爆炸危險性應(yīng)該高度重視。本文就粉塵特性及其危害作簡要介紹。

??? 一、粉塵爆炸的內(nèi)在原因。
??? 處于粉塵狀態(tài)的物質(zhì)較之固體狀態(tài)物質(zhì)有所不同,尤其是在燃燒特性方面,原來非燃物質(zhì)可能變?yōu)榭扇嘉镔|(zhì),原來是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì),可燃、易燃物可能變?yōu)橐妆ㄎ镔|(zhì),而這一變化是由粉塵的特性所決定的。
??? ——粉塵的表面自由能:
??? 對于任何粉塵粒子來講,其表面分子與內(nèi)部分子所處的能量狀態(tài)是不同的(如圖所示,小圓圈代表分子引力范圍)。在粉塵粒子內(nèi)部的分子1,因四面八方均具有同類分子包圍著,所受周圍分子的引力是對稱的,可以相互抵消而受力總和為零,它做分子運動(震動)時不需要消耗功,而靠近粒子表面的分子2、3,由于內(nèi)部密集的同類分子的引力遠大于外部其他分子(念氣體分子)對它的引力,所以不能相互抵消,這些力的總和垂直于粉塵表面而指向粉塵內(nèi)部,亦即表面分子受到內(nèi)向的拉力,表面上的分子總比內(nèi)部分子具有更高的能量,這種能量叫做表面自由能。
???? ——粉塵的分散度和表面積:
??? 所謂粉塵的分散度就是粉塵按不同粒徑(直徑)分布的一種形式。其中小粒徑粉塵越多,我們就稱其分散度大,而分散度的大小又決定著粉塵的表面積,其分散度越大,則表面積越大,表面分子越多,導(dǎo)致表面自由能越大。
??? ——粉塵的吸附性:
??? 其他物質(zhì)分子在粉塵表面上相對聚集的現(xiàn)象稱為粉塵的吸附現(xiàn)象。由于粉塵具有較大的表面及自由能,而物質(zhì)又具有由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢。能態(tài)越低越穩(wěn)定,所以,它對周圍分子尤其是快速移動的氣體分子具有吸附性。通過吸附其他分子來降低部分表面自由能。
??? 綜上所述,由于粉塵的分散度較大,具有較大的表面積,從而具有較高的表面自由能,使粉塵的狀態(tài)不穩(wěn)定,活性增高,在理化性質(zhì)上表現(xiàn)為粉塵較之原物質(zhì)具有較小的點火能量和自燃點。(如塊狀時不能燃燒的鐵塊,在粉碎成粉塵時,最小點火能量小于100mJ,自燃點小于300℃;煤粉的點火能量小于40mJ)。表面積的增大和吸附特性的存在,使得粉塵與空氣中氧分子的接觸面增大,增加了反應(yīng)速度;表面積的增大,還使固體原有的導(dǎo)熱能力下降,易使局部溫度上升,也有利于反應(yīng)進行。
??? 同時,粉塵在擴散作用大于重力作用時具有懸浮狀態(tài)的穩(wěn)定性,易與空氣形成粉塵云。當各種條件具備時,粉塵就會發(fā)生爆炸。

??? 二、粉塵爆炸的條件。
??? 粉塵的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加工廠及糧庫等廠礦企業(yè)。這與粉塵爆炸所需條件有關(guān)。粉塵爆炸本身是一類特殊的燃燒現(xiàn)象,它也需要可燃物、助燃物和點火源三個條件:
??? ——粉塵本身是可燃粉塵。可燃粉塵分有機粉塵和無機粉塵兩類。有機粉塵如面粉、木粉、化學(xué)纖維粉塵等,基本是可燃的。而無機粉塵包括金屬粉塵和一部分礦物性粉塵(如煤、硫等),也都是可燃粉塵。黃沙和塵土的粉塵也很微小,但由于它們本身不能夠燃燒,因此不具危險性。
??? ——粉塵必須懸浮在助燃氣體(如空氣中),并混合達到粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃氣體中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風(fēng)等機械作用造成的。大粒徑的粉塵一般沉降為只有燃燒能力的沉積粉塵,只有小粒徑的粉塵才能在助燃氣體中懸浮。同時,爆炸粉塵的危險性也用濃度爆炸極限下限來表示,一般是20-60g/m3,低于這個濃度,難以形成持續(xù)燃燒,更談不上爆炸。

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