粉塵爆炸事故的預(yù)防和處置

   引言

　　2011年5月20日，成都富士康產(chǎn)業(yè)基地發(fā)生爆炸，事故造成3人死亡，15人受傷。事故原因為拋光車間收塵風(fēng)管可燃粉塵意外爆炸所致。

　　2010年2月24日，中國淀粉行業(yè)著名企業(yè)河北省秦皇島驪驊淀粉股份有限公司淀粉4號車間發(fā)生爆炸事故，造成19人死亡49人受傷，事故原因是車間粉塵爆炸所致。

　　2009年8月9日下午，浙江開化元通硅業(yè)有限公司新制粉車間發(fā)生硅粉粉塵爆炸，事故造成兩名當(dāng)班員工燒傷，其中一人燒傷面積達(dá)81%。

　　2008年1月13日凌晨，位于云南省昆明市?？阪?zhèn)的云天化國際化工股份有限公司三環(huán)分公司硫酸廠在裝卸硫磺過程中發(fā)生爆炸，造成7人死亡，33人受傷。事故原因系硫磺裝卸過程中產(chǎn)生的硫磺粉塵發(fā)生爆炸，并引起火災(zāi)所致。

　　粉塵爆炸，一個熟悉而又陌生的名字，在人類歷史上，粉塵爆炸伴隨著工業(yè)化的進(jìn)展而越來越頻繁。最先一波爆炸，都出現(xiàn)在較為發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，比如美國、英國、日本。

　　其實(shí)早在二十多年前，我國就發(fā)生過粉塵爆炸的特大事故案例，1987年3月15日，哈爾濱亞麻廠發(fā)生特大亞麻粉塵爆炸事故，死亡58人，受傷177人，直接經(jīng)濟(jì)損失880多萬元。據(jù)資料統(tǒng)計，美國1900～1956年共發(fā)生粉塵爆炸事故1000余起，日本1952～1979年也發(fā)生此類事故200余起;美國僅在1965年一年中，就發(fā)生工業(yè)粉塵爆炸事故1173次，損失達(dá)1194萬美元，死亡681人，受傷1791人。近年來，我國化工企業(yè)、面粉廠、煤礦等單位發(fā)生粉塵爆炸的事故案例也屢見不鮮，如2002年11月22日，廣州禺桃山食品有限公司發(fā)生原料粉塵爆炸事故，造成6人死亡，12人被爆炸中的磚石砸傷。

　　粉塵為什么會發(fā)生爆炸呢?原來是由于懸浮在空氣中的粉塵燃燒，而形成的高氣壓所造成的。粉塵的表面積與同量的塊狀物質(zhì)相比要大得多，故容易著火。如果它懸浮在空氣中，并達(dá)到一定的濃度，便形成爆炸性混合物。一旦遇到火星，就可能引起燃燒。燃燒時，氣壓和氣壓上升率越高，其爆炸率也就越大。而粉塵的燃燒率又是與粉塵粒子的大小、易燃性和燃燒時所釋放出的熱量以及粉塵在空氣中的濃度等因素有關(guān)。最常見的可燃粉塵有煤粉塵、玉米粉塵、土豆粉塵、鋁粉塵、鋅粉塵、鎂粉塵、硫磺粉塵等。比如電子產(chǎn)品如果普遍使用鋁材，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，就屬于典型的可燃粉塵。

　　可燃?xì)怏w發(fā)生化學(xué)爆炸的事故案例比較多，容易引起人們的重視，可燃粉塵由于爆炸濃度極限下限較高(通常空氣中含量要在20g/m3以上)和最小點(diǎn)火能量較大(約為可燃?xì)怏w的100—1000倍)，一般不易發(fā)生化學(xué)爆炸，因此容易滋生人們麻痹大意心理，忽略了其爆炸危險性、危害性(如硫粉、煤粉最大爆炸壓力分別為2.9Kg/cm2、3.2Kg/cm2)，導(dǎo)致可燃粉塵爆炸事故時有發(fā)生。那么粉塵爆炸是怎么形成的，如何預(yù)防和處置該類事故呢?

　　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，即會發(fā)生爆炸。通常認(rèn)為，粉塵爆炸應(yīng)具備以下四個基本條件：

　　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，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)生的能量會被很快釋放到空氣中，難以聚集，不會發(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，兩者反應(yīng)最為劇烈，放出的能量最大，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不可或缺的因素。常見可燃粉塵爆炸的最小點(diǎn)火能量如下表：

　　常見可燃粉塵的最小點(diǎn)火能量

　　Common the minimum ignition energy of combustible dusts

　　粉塵名稱 最小點(diǎn)火能量(mJ) 粉塵名稱 最小點(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、儲存場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;對難以在密閉場所完成的作業(yè)，如有發(fā)生粉塵爆炸危險性，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)的云天化國際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)時段，空氣流動性低，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)場所空氣相對濕度

　　提高作業(yè)場所的空氣相對濕度，也是預(yù)防粉塵爆炸形成的有效舉措。當(dāng)空氣相對濕度增加時，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;同時空氣相對濕度增高會消除部分靜電，相當(dāng)于消除了部分點(diǎn)火源，并且空氣相對濕度的提高會導(dǎo)致可燃粉塵爆炸的最小點(diǎn)火能量相應(yīng)提高;此外空氣相對濕度增加后會占據(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)場的點(diǎn)火源

　　作業(yè)現(xiàn)場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)查組專家對事故原因沒有形成統(tǒng)一意見，本文采用多數(shù)性意見。)

　　粉塵爆炸事故處置注意事項

　　正確選用滅火劑

　　可燃粉塵的種類繁多，理化性質(zhì)各異，發(fā)生火災(zāi)時應(yīng)針對不同性質(zhì)的粉塵選擇不同的滅火劑，以提高滅火效率，否則可能不但滅不了火，反而火上澆油?；顫娊饘俜蹓m如鎂粉高溫時易與水發(fā)生反應(yīng)放出可燃性、爆炸性氣體—?dú)錃?，因此一般不用水、泡沫滅火劑進(jìn)行滅火;此外活潑金屬如鎂粉易與二氧化碳(CO2)、氮?dú)?N2)等滅火劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此也不宜用這些滅火劑滅火，而宜選用干砂進(jìn)行覆蓋滅火。當(dāng)然，絕大部分粉塵像面粉、硫磺粉、亞麻粉等發(fā)生火災(zāi)，可以選擇用水作為滅火劑進(jìn)行滅火。

　　避免使沉聚粉塵形成懸浮粉塵

　　進(jìn)行粉塵火災(zāi)撲救時，要盡量避免使沉聚粉塵形成懸浮粉塵，沉聚粉塵沒有爆炸危險性，而懸浮粉塵則有爆炸危險性，因此撲救粉塵火災(zāi)時要引起重視。常見的處理措施是在粉塵火災(zāi)事故現(xiàn)場避免用強(qiáng)壓力驅(qū)動器的滅火器或滅火措施，如用水進(jìn)行滅火時，不宜采用直流水槍，而多采用噴霧水槍或開花水槍滅火。

　　做好救援人員的安全保障

　　可燃粉塵在空氣中常常分布不均勻，因此連續(xù)的局部空間可能會部分達(dá)到爆炸濃度極限，而部分沒有達(dá)到，導(dǎo)致部分空間發(fā)生爆炸后也未形成穩(wěn)定燃燒，而其他達(dá)到爆炸濃度極限的空間又會再次發(fā)生爆炸，形成二次爆炸，二次爆炸發(fā)生的可能性大也正是粉塵爆炸的特點(diǎn)。其次，粉塵爆炸過程中，因燃燒不完全，易產(chǎn)生有毒氣體一氧化碳;有的粉塵爆炸、燃燒產(chǎn)物中含大量有毒氣體，如硫的燃燒產(chǎn)物是二氧化硫，這些有毒氣體容易導(dǎo)致救援人員中毒，對此救援人員要高度重視，占據(jù)有利的地勢、采取相應(yīng)的個人防護(hù)措施，避免中毒事故的發(fā)生。

　　結(jié)束語

　　較之可燃?xì)怏w爆炸事故的預(yù)防難度，可燃粉塵爆炸事故預(yù)防要容易得多，而國內(nèi)外因可燃粉塵爆炸造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的事故卻也不勝枚舉，主要原因就是可燃粉塵的爆炸形成條件一般比可燃?xì)怏w難，導(dǎo)致人們對可燃粉塵爆炸的危險性、危害性認(rèn)識不足，滋生麻痹大意心理，最終釀成了一幕幕慘劇。因此只要切實(shí)提高對粉塵爆炸、危險性危害性的認(rèn)識，建立合乎規(guī)范的安全生產(chǎn)制度，并在生產(chǎn)作業(yè)過程中嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)制度，則因可燃粉塵爆炸造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的慘劇也必將大大減小。