致命粉尘

文/阿碧

致命粉尘

Deadly Dust

文/阿碧

2014年8月2日，江苏昆山中荣金属制品有限公司发生粉尘爆炸事故，造成了重大人员伤亡。在现代化的工业生产中，粉尘是难以避免的产物，如果不采取相应的技术和预防措施，很容易发生粉尘爆炸事故，造成特别重大的损失。那么，粉尘爆炸究竟有哪些特点？该采取哪些措施来预防粉尘爆炸呢？

粉尘为何会发生爆炸

粉尘的严格定义是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等，这些名词没有明显的界线。国际标准化组织规定，粒径小于75微米的固体悬浮物定义为粉尘。在普通人日常的印象中，爆炸往往是由炸药引起，燃气或油罐爆炸也能理解。那么，无处不在的粉尘为何也能爆炸呢？其实，粉尘爆炸和炸药或燃气爆炸的原理十分类似，都是在一个密闭空间发生快速的燃烧，短时聚集的大量热量令空气急剧膨胀而发生爆炸。所谓粉尘爆炸，是指粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源(明火、电火花或高温)后燃烧，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度加快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，结果造成极具破坏力的爆炸。粉尘爆炸发生的条件一般有三个：可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮，有充足的空气和氧化剂，有火源、高温、强烈振动或摩擦。

根据粉尘爆炸的定义我们可以发现，并非所有粉尘都会发生爆炸，而是那些能燃烧的粉尘才会发生爆炸，生产水泥粉、沙石粉的车间就不大可能发生粉尘爆炸，因为水泥和砂石是不能燃烧的。现已发现以下七类物质的粉尘具有爆炸性：金属（如镁粉、铝粉），煤炭，粮食（如小麦、淀粉），饲料（如血粉、鱼粉），农副产品（如棉花、烟草），林产品（如纸粉、木粉），合成材料（如塑料、染料）。面粉、煤粉、塑料粉能燃烧乃至通常可以理解，那么有金属粉尘的车间为何也会发生爆炸呢？因为我们把铝、铁等金属片放在火源上烧，这些金属片也不会燃烧起来。其实，金属也是可以燃烧的。中学的化学课中就介绍过，把铁丝放在纯氧中是可以点燃的。金属还可能在另外一种条件下被点燃，那就是在粉尘状态下，粉末越细越容易点燃，那是因为同样质量的细粉状金属也比块状或条状的金属表面积大得多，与空气中氧气的接触面积也就大得多，发生燃烧的可能性就越大。同样的原理，扩散在空气中的粉末比成堆的粉末更容易点燃，因为粉末扩散过后，相互之间没有接触面，所有的粉末可以和氧气充分接触。

粉尘需要积累到一定的浓度才会爆炸。不是说空气中有粉尘就会爆炸。工厂要做到完全无尘成本会很大，而且从技术上也难以达到，避免安全事故需要控制的是车间中粉尘的浓度。研究表明，一般常见粉尘的爆炸浓度极限在20～6000克每立方米之间，但在实际生产、加工场所，由于粉尘具有沉降性，可燃粉尘很难达到爆炸浓度极限上限，因此研究可燃粉尘爆炸浓度极限的上限没有实际意义，而应关注可燃粉尘的爆炸浓度极限下限。有的可燃粉尘爆炸浓度下限较低，比如，在相对密闭的车间内糖粉的浓度达到每立方米10.3克，就可能会发生爆炸事故。不但需要把车间中的粉尘浓度控制在低于爆燃的浓度，而且需要低于职业健康标准的浓度，因为过量粉尘会危害工人的健康，尤其是呼吸系统的健康，曾经发生过的“开胸验肺”事件就是粉尘危害健康的典型案例。

粉尘爆炸很可能还会产生二次爆炸，第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在爆炸后的短时间内爆炸中心区会形成负压，周围的新鲜空气便由外向内填补进来，形成所谓的“返回风”，与扬起的粉尘混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。因此，生产车间不仅要有空气除尘设备，更要从源头除尘，及时清理或分离生产过程中产生的沉积性粉尘。

粉尘爆炸事故发生率高

最早发现粉尘会爆炸的科学家是法国著名物理学家法拉第。1846年，英国哈尔威煤矿发生了一次大爆炸，死伤数百人。英国内务部邀请法拉第作为这次事故的鉴定专家，法拉第在案发现场调查并进行模拟实验后发现了爆炸的真实原因，法拉第在调查报告上这样写道：“瓦斯爆炸是第一次灾难，爆炸产生的气浪掀起了坑道里的全部煤尘，结果产生了更加猛烈的爆炸。”

美国历史上一次著名的粉尘爆炸发生在1977年12月22日中午，一声惊天动地的爆炸声在美国威斯威科市响起，方圆十几公里的居民明显地感觉到爆炸时巨大的冲击波引起的震动，建筑物上的玻璃窗纷纷震落下来，“哗啦啦”响成了一片。惊魂甫定的人们将眼光扫向了爆炸声传来的方向，发现那里升腾起了10多层楼房高的火柱和大朵蘑菇状烟云。调查结果表明，发生爆炸的是一座贮存面粉的粮库。长时间运送面粉的皮带运输机在运转中因为摩擦生热，引起面粉粉尘着火，紧接着就形成了爆炸。

1942年，我国本溪煤矿曾发生世界上最大的煤尘爆炸，死亡1549人，重伤246人。

据统计，世界上平均每天有一起谷物粉尘爆炸事故发生。1980－2005年间，美国有记录的粉尘爆炸事故共造成100多人丧生，700多人受伤。在欧洲，平均每年发生2000次粉尘爆炸事故。在英国，近十年发生粉尘爆炸243起。2010年以来，我国冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织甚至烟草行业都发生过粉尘爆炸事故。英国安全事故专家朱利安·豪特调查后发现，与人们传统的看法大不相同的是，粉尘爆炸并非总是发生在化工厂里，其实大部分粉尘爆炸发生在那些看似不会爆炸的传统工业的车间里，甚至有24%的事故发生在食品工业，产品通常是面粉、咖啡、糖。目前发现存在粉尘爆炸危险的主要有金属加工、煤炭、合成材料、轻纺化纤、粮食与农副产品加工以及饲料等行业。德国联邦材料研究及审核机构曾在各行业108种工业粉尘的8000多组数据实验和评估基础上，于2012年编纂出了粉尘参数在线数据库，通过它可查到各种粉尘在众多特定情况下起燃所需的最低能量值、起燃温度、起爆最低临界值和爆炸产生的压力等参数。

如何预防粉尘爆炸

由于粉尘爆炸的发生给人们生命财产造成巨大的损害，因此，工业粉尘爆炸防止技术的研究已成为工业生产安全上的重大科研课题。目前不少国家都有粉尘研究所，科学家不断地进行粉尘防爆测试，以便分析粉尘爆炸的起因，并提出相关的解决方案。他们所研究的范围包括灰尘及粉末爆炸性和点火测试、可燃粉尘筛选试验、颗粒分析与测试、热表面空气中尘雾的最低自燃温度、粉尘爆炸性爆炸下限、最大爆炸压力、工艺安全与热稳定性测试等，参与的研究人员来自材料学、热力学、工程学、电力学等多个领域。这些问题的研究可为确保工业生产安全提供指导依据，是认识评价粉尘爆炸危险性的基础，也是寻求有效隔爆措施的依据。

最早对粉尘进行系统研究的是美国科学家，1983年美国安全事故专家纳吉和维拉吉斯在总结前人研究成果的基础上，出版了《粉尘爆炸的发展与控制》一书，详细叙述了美国矿山局近百年来对粉尘爆炸的研究，并对粉尘爆炸的研究方法、装置、粉尘点火、压力发展及防止爆炸都作了详尽的介绍。继美国之后，英国、法国、德国、日本、挪威以及许多其他欧洲国家也相继开展了这方面的研究。

为了帮助安全评估机构和企业高效排查隐患，德国联邦材料研究及审核机构于2012年底首次建立了与安全生产相关的粉尘参数网络数据库，供全国机构和企业免费使用。德国联邦材料研究及审核机构在对制糖、金属、煤炭、塑料等行业总共108种工业粉尘的8000多组数据进行实验和评估基础上，于2012年编纂了粉尘参数在线数据库。通过它可查到各种粉尘在众多特定情况下起燃所需的最低能量值、起燃温度、起爆最低临界值和爆炸产生压力等参数。利用这个数据库，安全评估机构和事故调查机构可以迅速分析粉尘燃烧和爆炸的关键过程。

英国安全事故专家朱利安·豪特通过调查后发现，不少产生粉尘爆炸的工厂从管理层到员工不仅没有采取相应的防尘措施，甚至大部分人并没有粉尘防爆的意识。接受调查的管理人员或工人都知道粉尘会危害健康，但是没有想到粉尘会爆炸。既然人们连这种意识都没有，防护就谈不上了。因此，豪特建议政府管理部门应该对工厂管理层定期进行安全教育和培训，工厂再对工人进行培训。按照相关规定，粉尘多发车间每个岗位都有独立的吸尘装置，以便及时清理粉尘。安全事故专家还建议，生产企业应该在厂房内安装粉尘浓度监测预警装置。

发生粉尘爆炸还有一个条件是需要明火来点燃，极个别案例是工人违规使用明火抽烟引发的，大部分案例是生产过程中产生的火花引发的。因此，生产易燃物的工厂防火十分重要，电器设备需要定期检查，并采用除静电的技术，连工厂的灯都是要不发热且防静电的。进入这些车间的工人和参观者从头到脚都要穿防护服，除了可以保护健康外，还可以防静电。还有一些粉尘爆炸的案例是高热引起的，因为沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘，受热一段时间后会出现阴燃，最终也可能转变为明火，成为粉尘爆炸的引火源。

在生产车间增加湿度，可以降低粉尘的可爆性。湿度一方面使粉尘结团，难以悬浮于空间；另一方面潮湿粉尘受热首先要蒸发水分，故引燃和传播火焰困难。粉尘湿度增大，其着火温度升高、最小点火能量或最低可爆浓度增加。车间内可装设自动水喷淋设备，保证空气的相对湿度在70%以上。虽然湿法除尘对工人的关节健康有一定的危害，但与粉尘的健康危害及爆炸相比，两害相权取其轻，还是湿法除尘更有利于保护生产车间的工人。

栏目主持人：刘雨濛 lymjcfy@163.com

粉尘爆炸事故救援注意事项

由于粉尘爆炸并非常见的生产事故，这种事故具有一定的特殊性，一旦发生之后应该按照正确的方法进行处置，否则容易引发二次伤害。

（1）正确选用灭火剂：可燃粉尘的种类繁多，发生火灾时应针对不同性质的粉尘选择不同的灭火剂。活泼金属粉尘如镁粉、铝粉等在高温下易与水、二氧化碳、氮气等发生化学反应，产生更多的易燃易爆物质，因此也不宜用这些灭火剂灭火，而宜选用干砂进行覆盖灭火。当然，绝大部分粉尘像面粉、硫黄粉、亚麻粉等发生火灾，可以选择用水作为灭火剂进行灭火。

（2）避免二次爆炸：进行粉尘火灾扑救时，要尽量避免使沉聚粉尘形成悬浮粉尘而引发二次爆炸。常见的处理措施是在粉尘火灾事故现场避免用强压力驱动器的灭火器或灭火措施，如用水进行灭火时，不宜采用直流水枪，而多采用喷雾水枪或开花水枪灭火。

（3）做好救援人员的安全保障：在救援时首先要探查现场的情况，防范二次爆炸对救援人员的伤害。其次，粉尘爆炸过程中，易产生有毒气体，这些有毒气体容易导致救援人员中毒。救援人员需占据有利的地势、采取相应的个人防护措施，避免中毒事故的发生。