粉塵爆炸

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粉塵燃燒英語:Dust explosion)指懸浮在封閉或侷限空間中,或戶外環境的可燃粉塵顆粒快速燃燒,如果在封閉環境中,可燃顆粒或侷限在大氣或是分子等其他合適的氣體介質中分散濃度足夠高,粉塵爆炸就有可能出現。

粉塵爆炸常被特效藝術家、電影工作者和煙火設計師使用。

所需條件[編輯]

粉塵爆炸或起火燃燒有五大必備條件:

  1. 可燃粉塵
  2. 粉塵雲或浮塵
  3. 助燃物(一般為大氣中的氧)
  4. 有效引火源
  5. 侷限空間

實驗過程[編輯]

粉塵來源[編輯]

有許多物質被認為氧化可導致粉塵爆炸,如木屑。然而,有許多其他普通物質可引發危險的塵埃雲,如穀物麵粉奶粉花粉。許多粉末狀金屬(如)可與空氣結合成具爆炸性的懸浮粉塵。

運送糧食和糧倉等可能涉及粉塵的活動,也經常爆炸。像開採煤炭引發煤塵,麵粉廠製粉也有大量的粉塵,類似的問題也出現在鋸木廠等地。

儘管加工過程中排放的紙屑,尤其是滾動、展開、被切割成薄片的情況下,不是嚴格意義上的粉塵,卻是另一種已知的爆炸危險。封閉的造紙廠區常受到這種危險,因而常保持高空氣濕度,以減少空氣中紙粉塵爆炸的可能性。

為支持燃燒,粉塵也必須由具備高表面積與體積比且非常小的顆粒構成,從而使所有的粒子組成比顆粒更大的灰塵還要大的表面積。粉塵定義為顆粒直徑小於500微米的粉末,但較小的粉末,會比總表面積較大的顆粒組成的粗顆粒,呈現更大的危險性。在特效中,石松粉和脫脂奶粉是安全生產、控制火焰效果的不二之選。

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,也是粉塵爆炸的潛在風險來源之一。

易爆炸之粉塵[編輯]

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[編輯]

火源並不都是明火,2005年德國有一半以上的粉塵爆炸沒有火源。常見火源包括[1]

  1. 靜電放電
  2. 摩擦
  3. 機械設備或其他設備產生電弧
  4. 表面發熱,包括軸承過熱
  5. 明火、煙蒂餘燼

然而,通常很難在爆炸後確定火的確切來源。當源頭不能發現時,通常被認為是靜電。靜電荷可通過顆粒表面摩擦產生,正負電荷彼此吸引,會導致霎時間的接地放電。

濃度[編輯]

低於爆炸下限(LEL)最低定值時[1],有些灰塵根本不足以支持燃燒爆炸所需的速率。這一數值比爆炸下限低20%就是安全的。同樣,若燃料或空氣係數的增加高於爆炸上限,是不足以使氧化劑以必要速度繼續燃燒。

原理[編輯]

粉塵具有非常大的表面積質量比。燃燒只發生在與氧發生反應的固體或液體表面上,這導致粉塵比散裝物料更易燃。如1公斤球狀物質的密度為每立方厘米1克,直徑為12.4厘米,表面積為0.048平方米。然而,若將其分解成直徑50微米的球形塵埃顆粒(約麵粉顆粒大小),表面積為120平方米,物質的燃燒速率就會大大增加,每個顆粒的質量非常小,因為熱傳導材料的損失,還使其着火時比主體材料用更少的熱量,尤其是倉庫或地窖等壓力顯著增加的密閉空間。鋁等傳統意義上不可燃物質或燃燒緩慢的木材,被細碎時也可產生劇烈的爆炸,即便是微小的火花亦能將其引燃。

術語[編輯]

粉塵爆炸有原發性和繼發性之分。粉塵爆炸主要發生在工廠或類似建築內,一般可通過專用管道將壓力釋放到大氣。繼發性粉塵爆炸指工廠內的灰塵堆積被揚起,因原發性爆炸起火,導致工作場內的爆炸危險多不受控制。從歷史上看,造成人員傷亡的粉塵爆炸,基本上由繼發性粉塵爆炸導致。

防護與減災[編輯]

歐洲等地已展開衆多研究以了解如何控制這些危險,但爆炸仍時有發生。製造工藝和設備安全的替代方案,依賴於整個行業。在煤炭開採業中,甲烷爆炸誘發煤塵爆炸,會殃及整個坑的工作。石粉沿着礦井巷道傳播,或懸浮於盤頂,以衝擊波沖淡煤塵引發的提前燃燒,這種地步不會導致燃燒。礦區可通過噴水抑制起火。一些行業在灰塵升高過程中排斥空氣,被稱為「惰性」。通常使用氣、二氧化碳氣等不可燃氣體抑制燃燒。同樣的方法也可用於易燃氣體積聚的大型儲罐。但使用無氧氣體會造成工人窒息。工人常使用潛水燈照明的封閉空間,引發粉塵爆炸的風險很高。由於防水,沒有產生開放火花的風險。

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:

  • 增濕除塵
  • 降低氧化劑濃度
  • 爆燃時通風
  • 爆燃壓力容器
  • 抑制爆燃
  • 通過滯塵和火焰墮裝置在爆燃時通風

事故[編輯]

另見[編輯]

參考資料[編輯]

外部連結[編輯]

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