可燃性粉尘爆炸危害特征及救援处置要点
2020-12-23李玉龙
摘要:通过列举可燃性粉尘爆炸事故案例,阐述粉尘和粉尘爆炸的概念、内涵以及爆炸事故危害性,说明粉尘爆炸原理和防范对策,通过对可燃性粉尘爆炸事故的特征分析,提出灾害救援处置要领。
关键词:粉尘;爆炸;救援
1 引言
近年来,国内先后发生了多起造成重大影响的粉尘爆炸事故,造成了大量人员伤亡和财产损失,教训十分深刻。例如,1987年3月15日,黑龙江省哈尔滨亚麻纺织厂发生特大亚麻粉尘爆炸事故,造成58人死亡,177人受伤,其中65人重伤,直接经济损失880多万元;2010年2月24日,河北省秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司发生重大玉米淀粉粉尘爆炸事故,造成19人死亡,49人受伤,直接经济损失1773万元;2012年8月5日,浙江省温州市瓯海区一栋民房在生产过程中发生铝粉尘爆炸,导致坍塌并燃烧,事故造成13人死亡,15人受伤,其中6人重伤;2014年4月16日,江苏省南通市如皋市双马化工有限公司发生硬脂酸粉尘爆炸事故,造成8人死亡、9人受伤;2014年8月2日,江苏省苏州市昆山市中荣金属制品有限公司抛光二车间发生铝粉尘爆炸事故,造成97人死亡、163人受伤,直接经济约损失3.51亿元,属于特别重大事故[1]。
从上述事故案例可以看出,随着经济社会的快速发展,粉尘爆炸事故不断呈现多发易发高发态势,对消防队伍参与救援处置此类灾害提出了更高的要求。笔者因此对粉尘及其爆炸的概念、特征、危害、防范进行了粗略的梳理,进而提出灾害救援处置要领,以期抛砖引玉。
2 粉尘及其分类
2.1粉尘的定义
粉尘,是指可以悬浮在空气中的固体微粒,粒径为1—200μm,主要由切割、焊接、浇铸、运输、爆破、研磨、破碎、加热、燃烧、筛分、火山喷发、地震等机械或自然过程产生。粉尘的分类很多,根据所处环境和习惯,粉尘也有很多不同的叫法,如灰尘、烟尘、烟雾、飘尘、降尘、尘埃、粉末等。
2.2粉尘的分类
粉尘的分类方法很多,可按粒径大小、物质组成、形状、产生来源、物理化学特性等等进行分类。专业称谓分粉体、粉尘、烟尘、烟雾、粉末。按能否燃烧和爆炸,可将粉尘分为不可燃粉尘和可燃粉尘;按粒径大小粉尘可以分为粗尘、细尘、微尘、超细微尘;按物质组成和性质,可将粉尘分为有机粉尘、无机粉尘、混合性粉尘,其中,有机粉尘又包括动物性粉尘、植物性粉尘、人工加工粉尘等,无机粉尘包括矿物性粉尘、金属性粉尘等;按粉尘的导电性和静电除尘的难易程度分为高比电阻粉尘、中比电阻粉尘、低比电阻粉尘等[2]。
本文主要讨论可燃性粉尘,通常情况下,粮食(如面粉、淀粉、玉米粉等)、煤炭、金属(如铝粉)、林产品(如木粉、纸粉)、饲料、农副产品(如烟草)、合成材料(如塑料)等七类物质的粉尘具有爆炸危险性。
3 粉尘爆炸的特征及危害
3.1粉尘爆炸的定义
粉尘爆炸是指可燃粉尘在有限的空间内充分与空气混合,形成的粉尘云,在点火源的作用下形成的粉尘空气混合物快速燃烧,并引起温度压力急骤升高的化学反应[3]。粉尘爆炸的前提条件是粉尘为可燃粉尘,并且与空气混合后达到爆炸下限所需要的浓度,同时需要具备足够的点火温度,而且,粉尘爆炸通常情况下会发生连续性的爆炸。
3.2粉尘爆炸的条件
生产过程中产生的粉尘,但凡是上述所提到的七类物质中的任意一种,在特定的条件下,都有发生爆炸的可能性。粉尘的爆炸条件通常会包括以下几个条件:
(1)粉尘本身具有可燃性或爆炸性;
(2)粉尘必须是悬浮在空气中并与空气(主要是与其中的氧气)混合达到该种粉尘的爆炸极限,形成人们常说的粉尘云;
(3)有足以引起粉尘爆炸的热能源,即点火源;
(4)粉尘具有一定扩散性;
其中,易爆粉尘只要满足前两个条件,就具备了发生爆炸事故的必要条件。
3.3粉尘爆炸的过程
粉尘爆炸的过程一般为:一是,飘浮在空气中的粉尘,在热源作用下迅速被气化或干馏而产生可燃气体;二是,可燃气体与空气进行充分混合;三是,燃烧产生的热量向四周扩散,引起粉尘的进一步燃烧,随着反应速度的不断加快,最后形成爆炸。
3.4粉尘爆炸的特点
(1)粉尘爆炸最大的特点之一就是会连续多次爆炸。第一次爆炸所产生的气浪,会把沉积在地面上或者附着在设备表面上的粉尘吹扬起来,在爆炸发生后的较短时间内,爆炸中心区会形成较强的负压,新鲜空气便会填充过来,此時又会与空气中的粉尘混合形成新的粉尘云,从而引发第二次爆炸。通常情况下,二次爆炸的破坏力会高于第一次爆炸。
(2)粉尘爆炸所需的最小点火能量较高。
(3)粉尘爆炸的感应期较长。粉尘燃烧的过程非常复杂,需经过加热、离解、蒸发等,从接触点火源到发生爆炸所需要的时间,也就是感应期要比气体爆炸长得多。但由于粉尘中的碳、氢含量高,即可燃物含量多,与可燃性气体的爆炸相比,粉尘爆炸的压力上升较缓慢,感应的时间较长。粉尘的燃烧速度比气体小,但燃烧的时间长,且产生的能量也较气体大,所以造成的破坏、毁坏的程度也要严重得多[4]。
(4)粉尘爆炸时,燃烧通常是不完全的,比如煤粉爆炸时,燃烧的是所分解出来的气体,剩下的灰渣是来不及燃烧的。
3.5粉尘爆炸的危害
(1)涉及行业广。粉尘爆炸涉及的范围很广,只要上文提到的七种可燃粉尘的场所均有可能发生粉尘爆炸事故,如食品加工、煤炭、金属加工、家具行业、涂料、饲料厂、农副产品等厂企都时有发生。
(2)具有极强的破坏性。一旦发生粉尘爆炸事故,往往伴随着人员伤亡和严重的经济损失。
(3)能产生有毒气体。一种是一氧化碳;另一种是爆炸物(如塑料)自身燃烧或化学反应产生的有毒气体。
3.6 粉尘爆炸的极限(如表1)
4 粉尘爆炸的防范对策
4.1防范对策
由于粉尘爆炸事故处置较为困难,且易发生多次爆炸,因此做好预防工作尤为重要。防范对策主要有三种:
(1)消除粉尘源。首先要采用良好的除尘设施将厂房内的粉尘的浓度控制在爆炸极限以下,可用的措施有抽风排尘、通风排尘、润湿降尘、或采用封闭设备等。粉尘车间各部位应平滑,包括管线等尽量不要穿越粉尘车间,宜在墙内敷设,尽可能避免粉尘附着,减少设置一些不必要设施(如窗幕、门帘等)。此外,在生产条件允许的情况下,在生产车间根据粉尘产生数量喷雾状水,在被粉碎的物质中增加水分,促使粉尘沉降,从而降低粉尘浓度,防止形成粉尘云。最根本的,还是要及时做好清洁工作,人工清扫粉尘。
(2)控制点火源。消除点火源是减少粉尘爆炸的必要条件,从根本上消防粉尘爆炸,是预防粉尘爆炸的最实用、最有效的措施。在常见的点火源中,明火、焊接切割火花、静电、电火花、摩擦火花、高温物体表面等都是引起粉尘爆炸的主要原因。因此,在可能发生粉尘爆炸的生产车间对上述可能的点火源应尽量针对性措施,如禁止携带任何火种进入生产车间、采取静电接地保护措施、采取不安装或少安装易产生静电,易产生火花的机械设备、明火施工前进行人工进行粉尘清扫、被粉碎的物质必须经过严格筛选去石处理以免杂质进入粉碎机内产生火花等。
(3)规范建厂房。严格按照相关规范建设生产厂房;厂房设置泄压装置以减小爆炸的破坏性,如对厂房车间增开门窗或采用轻质屋顶、墙体等;在生产工艺允许的情况下,在粉尘与助燃混合气中添加惰性气体(如氮气)或用惰性气体在代替空气,减少氧含量至爆炸极以下。
4.2防护措施
通常情况下,对于粉尘爆炸常采用的防护措施主要有四种:遏制、泄放、抑制、隔离。
(1)遏制。在设计、制造粉体加工设备的时候,即通过使用高强度的材料,或增加设备厚度等方法以增大设备的抗压强度。
(2)泄放。泄放是指利用防爆板、防爆门等对所保护的设备在发生爆炸前采取主动爆破的方式,来泄放设备爆炸压力的办法进行泄压,从而达到保护粉体设备安全的目的。
(3)抑制。抑制是指在爆炸现象发生的初期由传感器及时检测到后,采取向系统设备快速喷射抑爆剂(如惰性气体)的方法,从而避免二次爆炸的发生。
(4)隔离。隔离就是增大有爆炸危险的设备与相邻设备之间的防火间距,將爆炸控制在一定的范围内,从而避免爆炸的传播。
5 粉尘爆炸救援处置要领
粉尘爆炸与其他爆炸有很大区别,因此救援方法也有所不同。
5.1正确选用灭火剂
可燃粉尘的种类繁多,且性质差异较大,因此,发生火灾时应根据粉尘的不同特点选择相对应的灭火剂,以提高灭火效率和火灾扑救的成功率,如果灭火剂选用不当,不但灭不了火,反而有可能造成更大的灾害事故。例如,对于诸如面粉、淀粉、玉米粉、木粉、亚麻粉等发生火灾时,水则可以作为最主要的灭火剂。而金属类粉尘,如镁粉,在高温时遇水会发生化学反应,释放出可燃、爆炸性气体,因此在灭此类火灾时,不能用水、泡沫等含水灭火剂进行扑救。此外,镁粉、铝粉与二氧化碳、氮气等灭火剂易发生化学反应,因此此类火灾宜选用沙土等进行覆盖,以达到灭火的效果。
5.2科学进行预处置
通常情况下,积聚的粉尘爆炸的可能性较小,而悬浮的、与空气充分混合的粉尘的爆炸危险性很大,因此在进行粉尘类火灾扑救时,应格外重视的是尽量避免使积聚、沉寂的分成扬起而悬浮在空气中。在粉尘火灾现场,常见的处理方式是多采用喷雾水枪或开花水枪灭火,不宜采用直流水枪等强压力驱动器的灭火措施,也不宜采用灭火器灭火。尤其是内攻时不能奔跑,脚步要轻,以免扬起地上粉尘,并用喷雾水枪或开花水枪射水掩护前进。另外,在进入场所内攻前,条件允许时应用喷雾水或泡沫对粉尘区域进行先期的覆盖和沉降。
5.3做好人员高防护
可燃粉尘在空气中往往分布并不均匀,因此粉尘在局部空间可能已经达到爆炸浓度的下限,而其他部位的粉尘并没有达到爆炸极限。局部空间发生爆炸后,原本未达到爆炸极限的空间内的粉尘极易与空气混合,形成新的粉尘云,从而引发二次爆炸。此外,粉尘爆炸过程中,因粉尘燃烧并不完全,极易产生一氧化碳等有毒气体;有的粉尘爆炸,如硫的燃烧产物是二氧化硫等,这些有毒气体对救援人员极为不利,对此救援人员应高度重视,充分做好个人防护,避免救援过程中毒事故发生。
5.4加强救援严准备
针对粉尘爆炸事故的处置特点,应切实加强消防队伍的灭火救援准备工作,结合实际修订灭火救援预案,配齐装备器材和应急物资,开展针对性训练,提高救援的实战能力;进一步健全完善社会应急联动机制,同时加强与安全监管、医疗卫生、环境监测和相关企业应急救援力量的协同配合,提高应对特殊灾害事故的处置能力;进一步强化危险化学品事故处置过程中的安全防护,科学预判灾情,严格行动规程,确保安全处置。
参考文献:
[1] 张超光,蒋军成.对粉尘爆炸影响因素及防护措施的初步探讨[J].煤化工,2005,02.
[2] 张景林.气体、粉尘爆炸灾害及其安全技术[J].中国安全科学学报,2002,05.
[3] 张自强,邵傅.产生粉尘爆炸的条件及其预防措施[J].四川有色金属,1995,04.
[4] 庞奇志,黄庆冈.浅谈粉尘爆炸及预防对策[J].劳动保护科学技术,1994,01.
[5] 孙贵磊.可燃性粉尘爆炸分析及预防措施研究[A].中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C].2011.
作者简介:
李玉龙(1973-),男,陕西大荔人,广东省消防救援总队特种灾害救援处副处长,工程师,主要从事地质、危化品、交通、洪涝、台风等特种害事故救援工作。