2012年安全工程师《技术》:粉尘爆炸的机理和特点
粉尘爆炸的机理和特点
当可燃性固体呈粉体状态,粒度足够细,飞扬悬浮于空气中,并达到一定浓度,在相对密闭的空间内,遇到足够的点火能量,就能发生粉尘爆炸。具有粉尘爆炸危险性的物质较多,常见的有金属粉尘(如镁粉、铝粉等)煤粉、粮食粉尘、饲料粉尘、棉麻粉尘、烟草粉尘、纸粉、木粉、火炸药粉尘及大多数含有C,H元素、与空气中氧反应能放热的有机合成材料粉尘等。
粉尘爆炸是一个瞬间的连锁反应,属于不定常的气固二相流反应,其爆炸过程比较复杂,它将受诸多因素的制约。所以,有关粉尘爆炸的机理至今尚在不断研究和不断完善之中。日本安全工学协会编的《爆炸》一书阐述了一种比较典型的粉尘爆炸机理。这种观点认为从最初的粉尘粒子形成到发生爆炸的过程,如图2—9所示。粉尘粒子表面通过热传导和热辐射,从火源获得能量,使表面温度急剧升高,达到粉尘粒子加速分解的温度和蒸发温度,形成粉尘蒸气或分解气体,这种气体与空气混合后就容易引起点火(气相点火)。另外,粉尘粒子本身相继发生熔融气化,进发出微小火花,成为周围未燃烧粉尘的点火源,使之着火,从而扩大了爆炸范围,这一过程与气体爆炸相比就复杂得多。
从粉尘爆炸过程可以看出粉尘爆炸有如下特点:
(1)粉尘爆炸速度或爆炸压力上升速度比爆炸气体小,但燃烧时间长,产生的能量大,破坏程度大。
(2)爆炸感应期较长,粉尘的爆炸过程比气体的爆炸过程复杂,要经过尘粒的表面分解或蒸发阶段及由表面向中心延烧的过程,所以感应期比气体长得多。
(3)有产生二次爆炸的可能性。因为粉尘初次爆炸产生的冲击波会将堆积的粉尘扬起,悬浮在空气中,在新的空间形成达到爆炸极限浓度范围内的混合物,而飞散的火花和辐射热成为点火源,引起第二次爆炸,这种连续爆炸会造成严重的破坏。粉尘有不完全燃烧现象,在燃烧后的气体中含有大量的CO及粉尘(如塑料粉)自身分解的有毒气体,会伴随中毒死亡的事故。
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