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2015年安全工程師《技術(shù)》:粉塵爆炸的特點(diǎn)
粉塵爆炸的特點(diǎn)
?。ㄒ唬┓蹓m爆炸的機(jī)理和特點(diǎn)
當(dāng)可燃性固體呈粉體狀態(tài),粒度足夠細(xì),飛揚(yáng)懸浮于空氣中,并達(dá)到一定濃度,在相對(duì)密閉的空間內(nèi),遇到足夠的點(diǎn)火能量,就能發(fā)生粉塵爆炸。具有粉塵爆炸危險(xiǎn)性的物質(zhì)較多,常見的有金屬粉塵(如鎂粉、鋁粉等)煤粉、糧食粉塵、飼料粉塵、棉麻粉塵、煙草粉塵、紙粉、木粉、火炸藥粉塵及大多數(shù)含有C,H元素、與空氣中氧反應(yīng)能放熱的有機(jī)合成材料粉塵等。
粉塵爆炸是一個(gè)瞬間的連鎖反應(yīng),屬于不定常的氣固二相流反應(yīng),其爆炸過程比較復(fù)雜,它將受諸多因素的制約。所以,有關(guān)粉塵爆炸的機(jī)理至今尚在不斷研究和不斷完善之中。日本安全工學(xué)協(xié)會(huì)編的《爆炸》一書闡述了一種比較典型的粉塵爆炸機(jī)理。這種觀點(diǎn)認(rèn)為從最初的粉塵粒子形成到發(fā)生爆炸的過程,如圖2—9所示。粉塵粒子表面通過熱傳導(dǎo)和熱輻射,從火源獲得能量,使表面溫度急劇升高,達(dá)到粉塵粒子加速分解的溫度和蒸發(fā)溫度,形成粉塵蒸氣或分解氣體,這種氣體與空氣混合后就容易引起點(diǎn)火(氣相點(diǎn)火)。另外,粉塵粒子本身相繼發(fā)生熔融氣化,進(jìn)發(fā)出微小火花,成為周圍未燃燒粉塵的點(diǎn)火源,使之著火,從而擴(kuò)大了爆炸范圍,這一過程與氣體爆炸相比就復(fù)雜得多。
從粉塵爆炸過程可以看出粉塵爆炸有如下特點(diǎn):
?。?)粉塵爆炸速度或爆炸壓力上升速度比爆炸氣體小,但燃燒時(shí)間長,產(chǎn)生的能量大,破壞程度大。
?。?)爆炸感應(yīng)期較長,粉塵的爆炸過程比氣體的爆炸過程復(fù)雜,要經(jīng)過塵粒的表面分解或蒸發(fā)階段及由表面向中心延燒的過程,所以感應(yīng)期比氣體長得多。
?。?)有產(chǎn)生二次爆炸的可能性。因?yàn)榉蹓m初次爆炸產(chǎn)生的沖擊波會(huì)將堆積的粉塵揚(yáng)起,懸浮在空氣中,在新的空間形成達(dá)到爆炸極限濃度范圍內(nèi)的混合物,而飛散的火花和輻射熱成為點(diǎn)火源,引起第二次爆炸,這種連續(xù)爆炸會(huì)造成嚴(yán)重的破壞。粉塵有不完全燃燒現(xiàn)象,在燃燒后的氣體中含有大量的CO及粉塵(如塑料粉)自身分解的有毒氣體,會(huì)伴隨中毒死亡的事故。
?。ǘ┓蹓m爆炸的特性及影響因素
評(píng)價(jià)粉塵爆炸危險(xiǎn)性的主要特征參數(shù)是爆炸極限、最小點(diǎn)火能量、最低著火溫度、粉塵爆炸壓力及壓力上升速率。
粉塵爆炸極限不是固定不變的,它的影響因素主要有粉塵粒度、分散度、濕度、點(diǎn)火源的性質(zhì)、可燃?xì)夂?、氧含量、惰性粉塵和灰分溫度等。一般來說,粉塵粒度越細(xì),分散度越高,可燃?xì)怏w和氧的含量越大,火源強(qiáng)度、初始溫度越高,濕度越低,惰性粉塵及灰分越少,爆炸極限范圍越大,粉塵爆炸危險(xiǎn)性也就越大。
粉塵爆炸壓力及壓力上升速率(dP/dt)主要受粉塵粒度、初始?jí)毫?、粉塵爆炸容器、湍流度等因素的影響。粒度對(duì)粉塵爆炸壓力上升速率的影響比粉塵爆炸壓力大得多。
當(dāng)粉塵粒度越細(xì),比表面越大,反應(yīng)速度越快,爆炸上升速率就越大。隨初始?jí)毫Φ脑龃髮?duì)密閉容器的粉塵爆炸壓力及壓力上升速率也增大,當(dāng)初始?jí)毫Φ陀趬毫O限時(shí)(如數(shù)十毫巴),粉塵則不再可能發(fā)生爆炸。與可燃?xì)獗ㄒ粯?,容器尺寸?huì)對(duì)粉塵爆炸壓力及壓力上升速率有很大的影響,大量可燃粉塵的試驗(yàn)研究證明,當(dāng)容積≥0.04m3時(shí),粉塵爆炸強(qiáng)度遵循如下規(guī)律:
粉塵爆炸在管道中傳播時(shí)碰到障礙片時(shí),因湍流度的影響,使粉塵呈漩渦狀態(tài),使爆炸波陣面不斷加速。當(dāng)管道長度足夠長時(shí),甚至?xí)D(zhuǎn)化為爆轟。主要粉塵爆炸特性.
?。ㄈ┛刂飘a(chǎn)生粉塵爆炸的技術(shù)措施
控制產(chǎn)生粉塵爆炸的主要技術(shù)措施是縮小粉塵擴(kuò)散范圍,消除粉塵,控制火源,適當(dāng)增濕。對(duì)于產(chǎn)生可燃粉塵的生產(chǎn)裝置(如Al粉的粉碎等),則可以進(jìn)行惰化防護(hù),即在生產(chǎn)裝置中通入惰性氣體,使實(shí)際氧含量比臨界氧含量低20%。在通入惰性氣體時(shí),必須注意把裝置里的氣體完全混合均勻。在生產(chǎn)過程中,要對(duì)惰性氣體的氣流、壓力或?qū)ρ鯕鉂舛冗M(jìn)行測試,應(yīng)保證不超過臨界氧含量。
還可以采用抑爆裝置等技術(shù)措施。抑爆裝置由爆炸壓力探測器、信號(hào)放大器和抑爆劑發(fā)射器組成。
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