粉塵爆炸形成的條件

可燃氣體爆炸是因可燃氣體在助燃氣體中達到一定濃度，即達到爆炸濃度極限，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。通常認為，粉塵爆炸應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)生可燃氣體從粉塵離子表面釋放到氣相中；

（3）釋放出的可燃氣體與空氣（或氧氣等助燃氣體）混合形成爆炸性混合氣體，隨后被點火源點燃產(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氣體，又與空氣混合，使火焰不斷傳播，從而導致粉塵爆炸。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，也可以認為是可燃氣體在空氣中的爆炸，只是這種可燃氣體“儲存”在粉塵中，受熱后釋放出來參加了爆炸反應。但應引起注意的是，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，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，從而導致粉塵爆炸的形成。但無論是哪種爆炸反應歷程，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)生化學爆炸。

粉塵必須懸浮在助燃氣體中

從粉塵爆炸的反應歷程看，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氣體量（或直接與助燃氣體發(fā)生劇烈氧化還原反應的粉塵量）有限，反應產(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)反應的能量不足，不會發(fā)生爆炸。

可燃粉塵在助燃氣體中的濃度處在爆炸濃度極限范圍內(nèi)

可燃粉塵在助燃氣體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，兩者反應的劇烈程度小，反應產(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。只有當可燃物和助燃物的數(shù)量混合較為均勻，反應比例恰當時，兩者反應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，但在實際生產(chǎn)、加工場所，由于粉塵具有沉降性，可燃粉塵很難達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際意義，而應關(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火源

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

常見可燃粉塵的zui小點火能量

Common the minimum ignition energy of combustible dusts

粉塵名稱 zui小點火能量（mJ） 粉塵名稱 zui小點火能量（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

粉塵爆炸事故預防措施

從可燃粉塵爆炸反應歷程可以看出，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、點火源三者相互作用，預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，應安裝有效的通風除塵設(shè)備，加強清掃工作，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；其次深夜靜風時段，空氣流動性低，造成局部空間內(nèi)硫磺粉塵富積，達到爆炸極限范圍，在外部能量的作用下，導致硫磺粉塵發(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，也是預防粉塵爆炸形成的有效舉措。當空氣相對濕度增加時，一方面可減小粉塵飛揚，降低粉塵的分散度，提高粉塵的沉降速度，避免粉塵達到爆炸濃度極限；同時空氣相對濕度增高會消除部分靜電，相當于消除了部分點火源，并且空氣相對濕度的提高會導致可燃粉塵爆炸的zui小點火能量相應提高；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)場的點火源

作業(yè)現(xiàn)場常見的能引起粉塵爆炸的點火源有明火、焊接火弧、電氣火花、吸煙、撞擊明火、靜電火花、高溫設(shè)備等，對這些點火源，相關(guān)企業(yè)應采取相應處理措施，能消除的給予消除，確應生產(chǎn)作業(yè)需要不能消除的應采取一定的保護措施，避免點火源與可燃粉塵、助燃氣體相互作用形成爆炸。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為布袋除塵器內(nèi)靜電是該次事故的點火源。（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。）