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小粉尘,大爆炸

2014-06-13剡鹏英

大众科学 2014年9期
关键词:粉尘空气

小粉尘,大爆炸

在日常生活中,一场雷暴、化纤类的工作服摩擦产生的静电甚至工人身上的皮带,都有可能变成足以引起粉尘爆炸的热源

2014年8月2日上午,江苏昆山市开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间发生爆炸事故,致65人死亡,逾120人受伤。现场消息称,事故由粉尘爆炸引起。

粉尘也会发生爆炸?大多数人对此感到疑惑。

提起爆炸,人们总是很自然地想到炸弹、地雷爆炸时震天动地的轰响,殊不知悬浮在空气中的那些大大小小的粉尘,也会引起威力巨大的爆炸。

那么,粉尘爆炸是如何发生的,其威力究竟有多大?又该如何预防?

糖浓度高时,也会发生爆炸

粉尘,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限。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。

在人类历史上,粉尘爆炸伴随着工业化的进展而越来越频繁。最先一波爆炸,都出现在较为发达的工业化国家,比如美国、英国、日本。

据统计,1913~1973年间美国仅工农业领域就发生过72次比较严重的粉尘爆炸。而在英国和加拿大的化工和造纸等行业中,从上个世纪开始也发生过多起粉尘爆炸事故,仅英国就243次,死伤204人。

1921年美国芝加哥一台大型谷类提升机发生粉尘爆炸,其爆炸力将40座每座约装30万吨粮食的仓库从底座掀起,并移动了152.4毫米,导致6死1伤,经济损失达400万美元。

1966年日本横滨饲料厂的玉米粉尘爆炸,引起累积性连锁燃烧,使整个工厂遭到蔓延性的重大“天灾”。

粉尘为什么会发生爆炸?经研究,粉尘爆炸是由悬浮在空气中的粉尘燃烧时形成的高气压所造成的。

专家指出,粉尘是固体物质的微小颗粒,它的表面积与同量的块状物质相比要大得多,故容易着火。如果它悬浮在空气中,并达到一定的浓度,便形成爆炸性混合物。一旦遇到火星,就可能引起燃烧。燃烧时,气压和气压上升率越高,其爆炸率也就越大。

而粉尘的燃烧率又与粉尘粒子的大小、易燃性和燃烧时所释放出的热量以及粉尘在空气中的浓度等因素有关。

根据科学试验测定,粉尘爆炸的条件有三:一是燃料,每立方米干燥的微细粉尘、浮游粉尘的浓度,要达到煤粉304克、铝粉40克、铁粉100克、木粉12.6~25克、小麦粉9.7克;二是氧气,空气中的氧气含量达到21%;三是热能,40毫焦耳的火源。

最常见的可燃粉尘,有煤粉尘、玉米粉尘、铝粉尘、镁粉尘、硫磺粉尘等。比如,电子产品如果普遍使用铝材,在生产过程中产生的粉尘,就属于典型的可燃粉尘。

专家指出,不为大家所知的是,如果糖的浓度达到每立方米10.3克,也是会产生爆炸的。在日常生活中,一场雷暴、化纤类的工作服摩擦产生的静电甚至工人身上的皮带,都有可能变成足以引起粉尘爆炸的热源。

粉尘爆炸完全可以避免

不过,在中国的大部分企业,工人对于粉尘爆炸的危害,大多所知甚少。

事实上,面粉或饲料等粉尘爆炸的温度,相当于一张易燃纸的点火温度。一星点的火花,都可能引发粉尘爆炸。而粉尘爆炸的威力巨大——因为它很容易产生二次爆炸。第一次爆炸气浪,会把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来,在爆炸后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,与扬起的粉尘混合,从而引发二次爆炸。

链 接

哪些粉尘容易爆炸?

粉尘爆炸十分危险,因为当遇到热源(明火或温度)时,火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间,化学反应速度极快,同时释放大量的热,形成很高的温度和很大的压力,系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射,具有很强的破坏力。

目前已知七类物质的粉尘具有爆炸性:金属(如镁粉、铝粉、锌粉),煤炭,粮食(如小麦、玉米、土豆),饲料(如血粉、鱼粉),农副产品(如棉花粉、烟草粉、糖粉),林产品(如纸粉、木粉),合成材料(如塑料、染料)。粉尘爆炸事故多发生在煤矿、面粉厂、糖厂、纺织厂、硫磺厂、饲料加工厂、塑料加工厂、金属加工厂及粮库等厂矿企业。(来源:本刊资料室)

当粉尘悬浮于含有足以维持燃烧的氧气环境中,并有合适的点火源时,可能发生初次爆炸,并引起周围环境的扰动,使那些沉积在地面、设备上的粉尘弥散而形成粉尘云,遇火源后形成灾难性的第二次爆炸。此外,第一次爆炸后,在粉尘的爆炸点,由于空气受热膨胀,密度变小,迅速形成爆炸点逆流(俗称“返回风”),遇粉尘云和热能源,也会发生第二次爆炸。

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,伤亡不可谓不惨重。但其实,粉尘爆炸的悲剧是完全可以避免的。

对于粉尘爆炸,国家安监总局早就发布了相应的规章。其中,《GB 15577-2007粉尘防爆安全规程》已经广泛使用。按照该规程,工厂在设计、施工时必须严格实施粉尘防爆标准。一个企业,如果能在生产装置本身、生产环境、消除静电、防二次爆炸等四个方面切实做好防范,应该就可以杜绝悲剧发生。

比如,采用有效的通风和除尘措施,严禁吸烟及明火作业。如果车间内会产生大量粉尘,就需要配套单独除尘系统,产尘点需要设立吸尘罩。

通常,在国外精密的电子车间,会配备湿式除尘设备,防止粉尘飞扬和聚集、保证系统有很好的密闭性,必要时对密闭容器或管道中的可燃性粉尘充入氮气、二氧化碳等气体,以减少氧气的含量,抑制粉尘爆炸。如此严密操作,粉尘爆炸就会离我们越来越远。

(来源:综合人民网、东方网 责任编辑/剡鹏英)

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