粉塵爆炸形成的條件

可燃?xì)怏w爆炸是因可燃?xì)怏w在助燃?xì)怏w中達(dá)到一定濃度，即達(dá)到爆炸濃度極限，在一定能量作用下，即會(huì)發(fā)生爆炸?？扇挤蹓m爆炸成因也基本相似，空氣中有一定濃度的可燃粉塵，在能量源作用下，即會(huì)發(fā)生爆炸。通常認(rèn)為，粉塵爆炸應(yīng)具備以下四個(gè)基本條件：

粉塵具有可燃性

粉塵具有可燃性是粉塵爆炸形成的基礎(chǔ)，這從粉塵爆炸的反應(yīng)歷程可以看出。絕大部分粉塵爆炸要經(jīng)歷以下四個(gè)階段：

（１）懸浮在空氣中的可燃粉塵表面接受點(diǎn)火源的能量，迅速提高了表面溫度；

（2）粉塵粒子表面的分子發(fā)生熱分解或干餾作用，產(chǎn)生可燃?xì)怏w從粉塵離子表面釋放到氣相中；

（3）釋放出的可燃?xì)怏w與空氣（或氧氣等助燃?xì)怏w）混合形成爆炸性混合氣體，隨后被點(diǎn)火源點(diǎn)燃產(chǎn)生了火焰；

（4）依靠這種火焰產(chǎn)生的熱量，又促使周圍的粉塵發(fā)生分解，持續(xù)不斷地在氣相中釋放出可燃?xì)怏w，又與空氣混合，使火焰不斷傳播，從而導(dǎo)致粉塵爆炸。從某種程度上講，可燃粉塵—空氣混合物的爆炸是一種氣固非均相燃燒現(xiàn)象，從燃燒本質(zhì)上看，也可以認(rèn)為是可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸，只是這種可燃?xì)怏w“儲(chǔ)存”在粉塵中，受熱后釋放出來參加了爆炸反應(yīng)。但應(yīng)引起注意的是，某些發(fā)生表面燃燒的物質(zhì)如鐵粉、鈦粉、鋁粉等粉塵發(fā)生爆炸過程中，不發(fā)生分解或干餾過程，這些粉塵接受點(diǎn)火源的作用，直接與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的氧化放熱反應(yīng)，熾熱的粉塵或粉塵的氧化物加熱周圍的粉塵和空氣，使高溫的空氣迅速膨脹，從而導(dǎo)致粉塵爆炸的形成。但無論是哪種爆炸反應(yīng)歷程，粉塵具備可燃性都是爆炸形成的基礎(chǔ)，不具備可燃性的粉塵不可能發(fā)生化學(xué)爆炸。

粉塵必須懸浮在助燃?xì)怏w中

從粉塵爆炸的反應(yīng)歷程看，若可燃粉塵沒有懸浮在空氣中，則形成沉聚粉塵，即使與助燃物混合均勻，有點(diǎn)火源的作用，但由于可燃粉塵和助燃物充分混合的數(shù)量有限，其受熱分解或干餾分解的可燃?xì)怏w量（或直接與助燃?xì)怏w發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)的粉塵量）有限，反應(yīng)產(chǎn)生的能量會(huì)被快速釋放到空氣中，能量難以聚集，則持續(xù)反應(yīng)的能量不足，不會(huì)發(fā)生爆炸。

可燃粉塵在助燃?xì)怏w中的濃度處在爆炸濃度極限范圍內(nèi)

可燃粉塵在助燃?xì)怏w中的濃度處在爆炸濃度極限范圍內(nèi)，這是粉塵爆炸形成的另一重要條件。當(dāng)粉塵懸浮在助燃物中濃度過高時(shí)，可燃物的數(shù)量過大，助燃物的數(shù)量過小，兩者反應(yīng)的劇烈程度小，反應(yīng)產(chǎn)生的能量會(huì)被很快釋放到空氣中，難以聚集，不會(huì)發(fā)生爆炸，反之也一樣。只有當(dāng)可燃物和助燃物的數(shù)量混合較為均勻，反應(yīng)比例恰當(dāng)時(shí)，兩者反應(yīng)zui為劇烈，放出的能量zui大，大量的能量聚集在一起瞬間釋放，形成化學(xué)爆炸。因此可燃粉塵能爆炸必須在其爆炸濃度極限范圍內(nèi)，一般常見粉塵的爆炸濃度極限在20—6000 g/m3之間，但在實(shí)際生產(chǎn)、加工場(chǎng)所，由于粉塵具有沉降性，可燃粉塵很難達(dá)到爆炸濃度極限上限，因此研究可燃粉塵爆炸濃度極限的上限沒有實(shí)際意義，而應(yīng)關(guān)注可燃粉塵的爆炸濃度極限下限。常見可燃粉塵的爆炸濃度極限下限見下表：

常見可燃粉塵的爆炸濃度極限下限

Common combustible dust explosion concentration lower limit

粉塵名稱 爆炸濃度極限下限（g/m3） 粉塵名稱 爆炸濃度極限下限（g/m3）

35 鎂 20

小麥 60 煤 35

聚氨酯泡沫塑料 25 乙烯纖維樹脂 20

酚醛樹脂 25 聚苯乙烯樹脂 20

存在足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源

從粉塵爆炸形成過程可以看出，可燃粉塵爆炸是點(diǎn)火源導(dǎo)致可燃粉塵受熱分解或干餾分解出可燃?xì)怏w，或點(diǎn)火源導(dǎo)致可燃粉塵與助燃物發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，使高溫空氣迅速膨脹，從而導(dǎo)致粉塵爆炸的發(fā)生。因此，足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源是粉塵爆炸形成*的因素。常見可燃粉塵爆炸的zui小點(diǎn)火能量如下表：

常見可燃粉塵的zui小點(diǎn)火能量

Common the minimum ignition energy of combustible dusts

粉塵名稱 zui小點(diǎn)火能量（mJ） 粉塵名稱 zui小點(diǎn)火能量（mJ）

硫 15 鎂 80

小麥 160 煤 35

聚氨酯泡沫塑料 15 乙烯纖維樹脂 15

酚醛樹脂 10 聚苯乙烯樹脂 40

粉塵爆炸事故預(yù)防措施

從可燃粉塵爆炸反應(yīng)歷程可以看出，粉塵爆炸是可燃粉塵、助燃物（主要是空氣中的氧氣）、點(diǎn)火源三者互相作用的結(jié)果，三個(gè)條件缺一不可。因此控制粉塵爆炸產(chǎn)生的原理就是控制可燃粉塵、助燃物、點(diǎn)火源三者相互作用，預(yù)防粉塵爆炸事故安全措施有以下三類：

控制可燃粉塵在助燃物中的濃度

控制可燃粉塵在助燃物中的濃度，在生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)存場(chǎng)所可以采用密閉性能良好的設(shè)備，盡量減少或避免粉塵飛散；對(duì)難以在密閉場(chǎng)所完成的作業(yè)，如有發(fā)生粉塵爆炸危險(xiǎn)性，應(yīng)安裝有效的通風(fēng)除塵設(shè)備，加強(qiáng)清掃工作，及時(shí)消除懸浮在空氣中的可燃粉塵，降低了可燃粉塵在助燃物中的濃度，確?？扇挤蹓m不在爆炸濃度極限范圍內(nèi)，從根本上預(yù)防可燃粉塵爆炸事故的發(fā)生。如2008年1月13日發(fā)生于昆明市?？阪?zhèn)的云天化化工股份有限公司三環(huán)分公司硫磺粉爆炸事故，事故調(diào)查專家組認(rèn)為首先天氣干燥、空氣濕度低，裝卸過程中容易產(chǎn)生粉塵飛揚(yáng)；其次深夜靜風(fēng)時(shí)段，空氣流動(dòng)性低，造成局部空間內(nèi)硫磺粉塵富積，達(dá)到爆炸極限范圍，在外部能量的作用下，導(dǎo)致硫磺粉塵發(fā)生爆炸。

控制作業(yè)場(chǎng)所空氣相對(duì)濕度

提高作業(yè)場(chǎng)所的空氣相對(duì)濕度，也是預(yù)防粉塵爆炸形成的有效舉措。當(dāng)空氣相對(duì)濕度增加時(shí)，一方面可減小粉塵飛揚(yáng)，降低粉塵的分散度，提高粉塵的沉降速度，避免粉塵達(dá)到爆炸濃度極限；同時(shí)空氣相對(duì)濕度增高會(huì)消除部分靜電，相當(dāng)于消除了部分點(diǎn)火源，并且空氣相對(duì)濕度的提高會(huì)導(dǎo)致可燃粉塵爆炸的zui小點(diǎn)火能量相應(yīng)提高；此外空氣相對(duì)濕度增加后會(huì)占據(jù)一定空間，從而降低氧氣濃度，降低了粉塵燃燒速度，抑制粉塵爆炸的發(fā)生。

消除作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)火源

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見的能引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源有明火、焊接火弧、電氣火花、吸煙、撞擊明火、靜電火花、高溫設(shè)備等，對(duì)這些點(diǎn)火源，相關(guān)企業(yè)應(yīng)采取相應(yīng)處理措施，能消除的給予消除，確應(yīng)生產(chǎn)作業(yè)需要不能消除的應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，避免點(diǎn)火源與可燃粉塵、助燃?xì)怏w相互作用形成爆炸。如1987年3月15日哈爾濱亞麻粉塵爆炸事故，事故調(diào)查組絕大部分專家認(rèn)為布袋除塵器內(nèi)靜電是該次事故的點(diǎn)火源。（因該次事故爆炸破壞性大，事故調(diào)查組專家對(duì)事故原因沒有形成統(tǒng)一意見，本文采用多數(shù)性意見。）