粉尘爆炸

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粉尘燃烧英语:Dust explosion)指悬浮在封闭或侷限空间中,或戶外環境的可燃粉尘颗粒快速燃烧,如果在封闭环境中,可燃颗粒或侷限在大气或是分子等其他合适的气体介质中分散浓度足够高,粉尘爆炸就有可能出现。

粉尘爆炸常被特效艺术家、电影工作者和烟火设计师使用。

所需条件[编辑]

粉尘爆炸或起火燃燒有五大必备条件:

  1. 可燃粉尘
  2. 粉塵雲或浮塵
  3. 助燃物(一般为大气中的氧)
  4. 有效引火源
  5. 侷限空間

實驗過程[编辑]

粉尘来源[编辑]

有许多物质被认为氧化可导致粉尘爆炸,如木屑。然而,有许多其他普通物质可引发危险的尘埃云,如谷物面粉奶粉花粉。许多粉末状金属(如)可与空气结合成具爆炸性的悬浮粉尘。

运送粮食和粮仓等可能涉及粉尘的活动,也经常爆炸。像开采煤炭引发煤尘,面粉厂製粉也有大量的粉尘,类似的问题也出现在锯木厂等地。

尽管加工过程中排放的纸屑,尤其是滚动、展开、被切割成薄片的情況下,不是严格意义上的粉尘,却是另一种已知的爆炸危险。封闭的造纸厂区常受到这种危险,因而常保持高空气湿度,以减少空气中纸粉尘爆炸的可能性。

为支持燃烧,粉尘也必须由具备高表面积与体积比且非常小的颗粒构成,从而使所有的粒子组成比颗粒更大的灰尘还要大的表面积。粉尘定义为颗粒直径小于500微米的粉末,但较小的粉末,会比总表面积较大的颗粒组成的粗颗粒,呈现更大的危险性。在特效中,石松粉和脱脂奶粉是安全生产、控制火焰效果的不二之选。

近年流行的彩色粉末娛樂活動,玉米澱粉及食用色素所製作之色粉滿天噴灑,也是粉尘爆炸的潛在風險來源之一。

易爆炸之粉塵[编辑]

類別 粉塵名稱
食物 醣類蛋白質脂肪纖維素
金屬
塑膠 醋酸纖維硝酸纖維、木質素樹脂
酚醛樹脂聚乙烯聚苯乙烯、合成橡皮
礦物 煤炭硫黃

火源[编辑]

火源并不都是明火,2005年德国有一半以上的粉尘爆炸没有火源。常见火源包括[1]

  1. 静电放电
  2. 摩擦
  3. 机械设备或其他设备产生电弧
  4. 表面发热,包括轴承过热
  5. 明火、菸蒂餘燼

然而,通常很难在爆炸后确定火的确切来源。当源头不能发现时,通常被认为是静电。静电荷可通过颗粒表面摩擦产生,正负电荷彼此吸引,会导致霎时间的接地放电。

浓度[编辑]

低于爆炸下限(LEL)最低定值时[1],有些灰尘根本不足以支持燃烧爆炸所需的速率。这一数值比爆炸下限低20%就是安全的。同样,若燃料或空气系数的增加高于爆炸上限,是不足以使氧化剂以必要速度继续燃烧。

原理[编辑]

粉尘具有非常大的表面积质量比。燃烧只发生在与氧发生反应的固体或液体表面上,这导致粉尘比散装物料更易燃。如1公斤球状物质的密度为每立方厘米1克,直徑为12.4厘米,表面积為0.048平方米。然而,若将其分解成直径50微米的球形尘埃颗粒(约面粉颗粒大小),表面积为120平方米,物质的燃烧速率就会大大增加,每个颗粒的质量非常小,因为热传导材料的损失,还使其着火时比主体材料用更少的热量,尤其是仓库或地窖等压力显著增加的密闭空间。铝等传统意义上不可燃物质或燃烧缓慢的木材,被细碎时也可产生剧烈的爆炸,即便是微小的火花亦能将其引燃。

术语[编辑]

粉尘爆炸有原发性和继发性之分。粉尘爆炸主要发生在工厂或类似建筑内,一般可通过专用管道将压力释放到大气。继发性粉尘爆炸指工厂内的灰尘堆积被扬起,因原发性爆炸起火,导致工作场内的爆炸危险多不受控制。从历史上看,造成人员伤亡的粉尘爆炸,基本上由继发性粉尘爆炸导致。

防护与减灾[编辑]

欧洲等地已展開衆多研究以了解如何控制这些危险,但爆炸仍时有发生。制造工艺和设备安全的替代方案,依赖于整个行业。在煤炭开采业中,甲烷爆炸诱发煤尘爆炸,会殃及整个坑的工作。石粉沿着矿井巷道传播,或悬浮于盘顶,以冲击波冲淡煤尘引发的提前燃烧,这种地步不会导致燃烧。矿区可通过喷水抑制起火。一些行业在灰尘升高过程中排斥空气,被称为“惰性”。通常使用气、二氧化碳气等不可燃气体抑制燃烧。同样的方法也可用于易燃气体积聚的大型储罐。但使用无氧气体会造成工人窒息。工人常使用潜水灯照明的封闭空间,引发粉尘爆炸的风险很高。由于防水,没有产生开放火花的风险。

美國消防協會(National Fire Protection Association,簡稱NFPA)針對可燃性粉塵的最佳控制措施包括:

  • 增湿除尘
  • 降低氧化剂浓度
  • 爆燃时通风
  • 爆燃压力容器
  • 抑制爆燃
  • 通过滞尘和火焰堕装置在爆燃时通风

事故[编辑]

另见[编辑]

参考资料[编辑]

外部連結[编辑]

For stories about incidents in France and the USA see

For information on how to protect a process plants and grain handling facilities from the risk of dust hazard explosions, see