粉尘防爆安全知识

1. 粉尘防爆安全知识

2. 背景 • 8月2日江苏昆山市发生特别重大粉尘爆炸事故； • 对于粉尘，部分企业的作业人员以及主管安全的负责人，不了解粉尘爆炸的基本知识，只知道防火、防环境污染、防职业病危害； • 一些基本的防爆概念不清楚，安全工作无从下手---错过了治理的最佳时机；

3. 《严防企业粉尘爆炸五条规定》 • 总局令（第 68 号） • 一、必须确保作业场所符合标准规范要求，严禁设置在违规多层房、安全间距不达标厂房和居民区内。 • 二、必须按标准规范设计、安装、使用和维护通风除尘系统，每班按规定检测和规范清理粉尘，在除尘系统停运期间和粉尘超标时严禁作业，并停产撤人。 • 三、必须按规范使用防爆电气设备，落实防雷、防静电等措施，保证设备设施接地，严禁作业场所存在各类明火和违规使用作业工具。 • 四、必须配备铝镁等金属粉尘生产、收集、贮存的防水防潮设施，严禁粉尘遇湿自燃。 • 五、必须严格执行安全操作规程和劳动防护制度，严禁员工培训不合格和不按规定佩戴使用防尘、防静电等劳保用品上岗

4. 依法治理 • 人员意识提高 • 控制粉尘环境 • 提高粉尘安全技术 • 4个角度开展治理粉尘爆炸隐患

5. 目录 • 爆炸和粉尘爆炸 • 粉尘 • 粉尘点火 • 爆炸的发展 • 爆炸特性参数 • 粉尘爆炸条件及预防 • 粉尘爆炸危险区域 • 粮食、木材等工业粉尘防爆安全

6. 爆炸 • 爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。在此过程中，空间内的物质以极快的速度把其内部所含有的能量释放出来，转变成机械功、光或热等能量形态。

7. 爆炸 • 火灾一般是在起火后火场火势逐渐蔓延扩大,随着时间的延续,损失迅速增长。而爆炸的突发性强,破坏作用大； • 爆炸过程在瞬间完成，系统一旦失控，发生爆炸事故，就会产生巨大的破坏作用，爆炸体系和它周围的介质之间发生急剧的压力突变是爆炸的最重要特征，这种压力差的急剧变化是产生爆炸破坏作用的直接原因。

8. 爆炸 • 爆炸的表象伴随有压力变化和气体生成，常见有热量或光的产生。而爆炸音的产生，主要是源自于爆炸时所产生的气体膨胀速度高于音速所致。

9. 爆炸 • 工业生产过程中经常涉及到的爆炸物包括爆炸性气体、爆炸性粉尘。 • 爆炸性气体：甲烷、甲苯、氢气、煤气、油品蒸气等 • 爆炸性粉尘：火药、炭黑、煤尘、镁铝、玉米粉尘、糖粉尘、烟草粉尘、木棉纤维等。 • 注意！！（不是存在爆炸物就一定会爆炸）

10. 粉尘爆炸特点 • 和气体爆炸相比，燃烧速度和爆炸压力上升慢，但时间长，能量大，破坏和焚烧程度大； • 爆炸时，有燃烧粒子飞出，会引起局部严重碳化或烧伤； • 伴随二次爆炸，破坏严重； • 容易发生CO中毒；

11. 粉尘爆炸和气体爆炸比较

12. 粉尘爆炸条件 1.一定浓度的粉尘云 2. 点火源 3. 密闭空间

13. 密闭的空间--爆炸性粉尘环境 • 爆炸性粉尘环境：生产、加工、处理、转运或贮存过程中出现或可能出现爆炸性粉尘、可燃性导电粉尘、可燃性非导电粉尘和可燃纤维与空气形成的爆炸性粉尘混合物的环境。 • 注意！！不是存在爆炸性粉尘就是爆炸性粉尘环境--关键是粉尘状态，什么是粉尘？

14. 粉尘 • 粉碎到一定细度的固体粒子集合体，称为粉尘 • 或因机械过程（破碎、筛分、运输等）而产生的微细粒子，能在气体中分散（悬浮）一定时间的固体粒子，称为粉尘。 • 粉尘的粒径范围很广，由细至1/10μm到数百微米。 • 小于425微米（40＃筛）以下的颗粒，统称为粉 ； • 大于75微米的颗粒，不发生剧烈燃烧，称为粉末； • 小于75微米的颗粒，称为粉尘；

15. 粉尘 • 按状态分类： • 粉尘层：堆积在物质表面上静止状态的粉尘； • 粉尘云：悬浮在空间的运动状态的粉尘；

16. 粉尘 • 按性质分类： • 爆炸性粉尘：这种粉尘即使在空气中氧气很少的环境中也能着火，呈悬浮状态时能产生剧烈的爆炸，如镁、铝、铝青铜等粉尘。 • 可燃性导电粉尘：与空气中的氧起发热反应而燃烧的导电性粉尘，如石墨、炭黑、焦炭、煤、铁、锌、钛等粉尘。 • 可燃性非导电粉尘：与空中的氧起发热反应而燃烧的非导电性粉尘，如聚乙烯、苯酚树酯、小麦、玉米、砂糖、染料、可可、木质、米糠、硫磺等粉尘。 • 可燃纤维：与空气中的氧起发热反应而燃烧的纤维，如棉花纤维、麻纤维、丝纤维、毛纤维、木质纤维、人造纤维等。

17. 粉尘 • 由于粉尘的粒径小，表面积大，从而其表面能也增大。一块1 g重的煤其表面积只有5～6c㎡，而1 g的煤粉飘尘，其表面积可达2㎡。粉尘与空气混合，能形成可燃的混合气体，若遇明火或高温物体，极易着火，倾刻间完成燃烧过程，释放大量热能，使燃烧气体骤然升高，体积猛烈膨胀，形成很高的膨胀压力。 • 燃烧后的粉尘，氧化反应十分迅速，它产生的热量能很快传递给相邻粉尘，从而引起一系列连锁反应。

18. 粉尘点火 • 粉尘爆炸是一个相当复杂的非定常气、固两相动力学过程，从粉尘颗粒点火角度看，目前主要存在两种观点，即气相点火机理和表面非均相点火机理。一般认为： • 在弱点火源作用下，爆炸初期或小尺寸空间中火焰传播，主要受热辐射和湍流作用机理控制，火焰以爆燃波形式传播； • 在强点火源作用下，对于大尺寸空间或长管道中火焰传播。则主要受对流换热和冲击波(激波)绝热压缩机理控制，火焰传播不断加速，最后甚至有可能从爆燃发展成为爆轰。

19. 粉尘点火 1.气相点火机理 哪个先着火。 气相点火机理认为，粉尘点火过程分为颗粒加热升温、颗粒热分解或蒸发汽化以及蒸发气体与空气混合形成爆炸性混合气体并发火燃烧三个阶段 。

20. 从图中可以看出，粉尘气相点火过程可描述为，首先，粉尘颗粒通过热辐射、热对流和热传导等方式从外界获取能量，使颗粒表面温度迅速升高：当温度升高到一定值后，颗粒迅速发生热分解或汽化形成气体：这些热分解或热发气体与空气混合形成爆炸性气体混合物，发生气相反应，释放出化学反应热，并使相邻粉尘颗粒发生升温、汽化和点火。从图中可以看出，粉尘气相点火过程可描述为，首先，粉尘颗粒通过热辐射、热对流和热传导等方式从外界获取能量，使颗粒表面温度迅速升高：当温度升高到一定值后，颗粒迅速发生热分解或汽化形成气体：这些热分解或热发气体与空气混合形成爆炸性气体混合物，发生气相反应，释放出化学反应热，并使相邻粉尘颗粒发生升温、汽化和点火。

21. 2、表面非均相点火机理 表面非均相点火机理认为粉尘点火过程也分三个阶段，首先，氧气与颗粒表面直接发生反应，使颗粒发生表面点火；然后，挥发分在粉尘颗粒周围形成气相层，阻止氧气向颗粒表面扩散：最后，挥发分点火，并促使粉尘颗粒重新燃烧。因此，对于表面非均相点火过程，氧分子必须先通过扩散作用到达颗粒表面，并吸附在颗粒表面发生氧化反应，然后，反应产物离开颗粒表面扩散到周围环境中去。关于表面反应产物问题，一般认为，在燃烧温度范围内(1000～2 000 K)，碳首先与氧气发生反应生成一氧化碳，然后扩散到周围环境中去再被氧化成为二氧化碳。

22. 粉尘点火 对于特定粉尘/空气混合物来说，粉尘点火过程究竟是气相点火，还是表面非均相点火，迄今为止尚未形成统一的理论判据。 一般认为，对于大颗粒粉尘，由于加热速度较慢，以气相反应为主：而对于加热速率较快的小颗粒粉尘，则以表面非均相反应为主。加热速率快慢以100 ℃/s为界，颗粒大小则以100μm为界，关于粒径与加热速率及点火机理关系如图所示。从图中可以看出。在一定条件下，气相点火和表面非均相点火不仅可以并存，而且还会相互转换。

23. 粉尘云点火 • 事实上，单个粉尘颗粒点火机理并不能完全代表粉尘云点火行为。粉尘云点火过程必须考虑颗粒之间的相互作用及影响。粉尘云中粉尘颗粒大小和形状不完全相同。粉尘颗粒存在一定粒径分布范围，这种颗粒尺度分布非单一性对粉尘云点火会产生影响。

24. 粉尘云点火 • 再有，粉尘云点火还必须考虑氧浓度影响。而且随着粉尘浓度增大，这种颗粒之间争夺氧的情形会变得愈加突出。因此，在粉尘/空气混合物中，每个颗粒的热损失比单个颗粒点火分析情况下的热损失要小，也就是说，粉尘云点火温度要比单个颗粒点火温度低。一般来说。粉尘云点火及火焰传播过程主要由小粒径粉尘颗粒点火行为控制，大颗粒粉尘只发生部分反应(颗粒表面被烧焦)，有时甚至根本不发生反应。也就是说，只有那些能在空中悬浮一段时间，并保持一定浓度的小颗粒粉尘云才会发生点火和爆炸。

25. 爆炸发展过程 1、火焰加速传播 粉尘云点火成功后，初始层流火焰只有在一定条件下才会转变为湍流火焰，使火焰传播加速，这种转变主要取决于以下两方面机理 ①当雷诺数足够大时，在火焰阵面前沿未燃粉尘云中形成湍流： ②爆炸波与火焰相互作用形成湍流 初始粉尘爆燃火焰可以看做是一种自由传播火焰，这种自由传播火焰一旦受到扰动(如障碍物、压缩波等) ，便会发生皱摺和扭曲。不仅增大了火焰面积和能量释放速率，同时还会使火焰传播出现严重的不稳定性

26. 2、爆燃到爆轰 爆燃火焰通过热辐射和湍流扩散方式向未燃粉尘云传递能量，使处于火焰前沿的未燃粉尘云湍流度和点火能不断增强，从而导致火焰传播不断加速。这种火焰加速传播结果是在一定边界条件下使火焰传播趋于某一最大值。或转变为爆轰。 在绝大多数情况下，粉尘爆炸都以爆燃形式出现，当粉尘层流火焰转变成湍流火焰后，尚需经过相当长一段距离的连续加速传播才能转为爆轰，如果是在密闭管道中，则往往在接近管端时才会转变为爆轰，这种转变主要受激波绝热压缩加热和湍流作用机制控制。

27. 3．二次粉尘爆炸形成 事实上，粉尘爆炸事故往往最先发生在工厂、车间或巷道中某一局部区域。这种初始爆炸(原爆)冲击波和火焰在向四周传播时，会扬起周围邻近的堆积粉尘，形成处于可爆浓度范围的粉尘云，在原爆飞散火花、热辐射等强点火源作用下，会引起二次或多次粉尘爆炸。由于原爆点火源能量极强，冲击波则使粉尘云湍流度进一步增强，因此，二次或多次粉尘爆炸具有极强的破坏力，有时甚至会发展成为爆轰，二次粉尘爆炸形成过程如图所示。

28. 爆炸特性参数 • 爆炸特性参数 • 描述粉尘/空气混合物爆炸的特性参数也分两组，一组是粉尘点火特性参数，如最低着火温度、最小点火能量、爆炸下限、最大允许氧含量、粉尘层比电阻等，这些参数值越小，表明粉尘爆炸越易发生：另一组是粉尘爆炸效应参数，如最大爆炸压力 ，最大压力上升速率 和爆炸指数 Kmax等。这些参数值越大。表明粉尘爆炸越猛烈。

29. 爆炸极限 根据IEC31H《粉尘/空气混合物最低可爆浓度侧定方法》规定，粉尘爆炸极限(EL)是指在标准测试装置及方法下，粉尘/空气混合物(粉尘云)能发生爆炸的浓度范围，包括爆炸下限和爆炸上限两个方面，粉尘爆炸极限一般用单位体积粉尘质量来表示(如)。粉尘/空气混合物能发生爆炸的最小和最大浓度分别称为爆炸下限(IEL)和爆炸上限(UEL)。当粉尘浓度小于爆炸下限或大于上限时，粉尘爆炸都不会发生。 一般可燃粉尘的爆炸下限在15～60 范围，爆炸上限在2～6 范围。

30. 最小点火能量 根据IEC31 H《粉尘/空气混合物最小点火能量测定》规定。粉尘云最小点火能量(M1E)是指在标准测试装里中点燃粉尘云并维持火焰自行传播所需的最小能量。 • 最低着火温度 粉尘最低着火温度(MIT)包括粉尘层最低着火温度(MTIL)和粉尘云最低着火温度(MITC)两个方面。根据IEC31H标准《粉尘最低着火温度侧定方法：恒沮热表面上粉尘层》规定，粉尘层最低着火温度是指持定热表面上一定厚度粉尘层能发生着火的最低热表面温度，而粉尘云最低着火温度则是指粉尘云通过特定加热炉管时，能发生着火最低炉管内壁温度。粉尘最低着火温度参数是防爆电气设备设计与选型的重要设计依据之一。

31. 最大允许氧含量 根据IEC31H《粉尘/空气混合物最低可爆浓度测定方法》规定，最大允许含氧量（LOC）是指使粉尘/空气混合物不发生爆炸的最低氧气浓度。粉尘爆炸猛度随氧含量减小而下降，当氧气浓度不足以维持粉尘爆炸火焰自行传播时，粉尘爆炸就不会发生。本质而言，最高允许氧含量是粉尘爆炸上限的另一种表述。最大允许氧含量参数是粉尘惰化防爆的重要依据之一。

32. 粉尘层比电阻 根据IEC31H《粉尘层比电阻测定》规定，粉尘层比电阻是指在标准测试装置两电极间与电极接触的单位面积粉尘层单位电极距离的最小电阻，即两电极之间粉尘层单位体积的最小电阻。粉尘层比电阻是粉尘爆炸危险场所电气设备选型的重要依据之一。 • 最大试验安全间隙 最大试验安全间隙（MESG）是指在特定试验条件下，点然充体内所有浓度范围的被试可燃粉尘/空气混合物后，通过25mm长接合面时均不能点燃壳外同种粉尘/空气混合物时的外壳空腔与壳内两部分之间的最大间晾。

33. 爆炸指数 根据ISO6184/1－85《空气中可燃粉尘爆炸参数测定》规定，在标准测试方法下，测得可燃粉尘/空气混合物每次试验的最大爆炸超压称为爆炸指数 ，所测爆炸压力－时间曲线上升段上的最大斜率称为爆炸指数 ，并定义 与爆炸容器容积V立方根乘积为爆炸指数 ，即：

34. 除了粉尘本身的特性参数之外，粉尘发生爆炸必备条件除了粉尘本身的特性参数之外，粉尘发生爆炸必备条件 （1）粒径大小——这是影响其反应速度和灵敏度的重要因素。颗粒越小越易燃烧，爆炸也越强烈。粒径在200 μm以下，且分散度较大时，易于在空中飘浮，吸热快，容易着火。粒径超过500μm，其中并含有一定数量的大颗粒则不易起爆。（不可控） • （2）化学成分——有机物粉尘中若含有COOH，OH，NH2，NO，C=N，C=N和N=N的基团时，发生爆炸的危险性较大。（不可控） • （3）爆炸浓度——在一个给定容积中，能够传播火焰的悬浮粉尘的最小重量称为爆炸浓度。通常，达到粉尘爆炸浓度的粉尘才会发生爆炸。面粉的爆炸浓度约为15～20 g/m3;散粮粉尘爆炸浓度大约是30～40g/m3;

35. 粉尘发生爆炸必备条件 （4）空气湿度——当空气湿度较大时，亲水性粉尘会吸附水份，从而使粉尘难以弥散和着火，传播火焰的速度也会减小。湿度大的粉尘即使着火，其热量首先消耗在蒸发粉尘中的水份，然后才用于燃烧过程。粉尘湿度超过30%便不易起爆。 • （5）有足够的点火温度——粉尘爆炸大都起源于外部明火，如机械撞击，电焊和切割，静电火花或电火花，摩擦火花，火柴和高温体传热等。这类火源最低点火温度为300～500 ℃。 • （6）足够的氧气——粉尘悬浮环境中需含有足够维持燃烧的氧气。 • （7）粉尘湍流程度——悬浮在空气中的粉尘，扰动强度越大，越易吸收空气中的氧气而加快其反应速率，从而容易爆炸。

36. 一些典型的电火花能及典型场合 电火花能量（J） 典型场合 0.13×10-3 典型可燃蒸气的最小点火能 5×10-3 典型粉尘云的最小点火能 7×10-3 起爆药迭氧化铅的点火能 10×10-3 典型推进剂粉尘的最小点火能 (5-18)×10-3 人体产生的静电火花能量 0.25 对人体产生电击 7.2 人体心脏电击阀值 11.03 炸药点火能 5×109 雷电

37. 防止爆炸的措施 • 　　一、防止产生爆炸的基本措施，应是使产生爆炸的条件同时出现的可能性减小到最小程度。--最简易的手段就是清尘。 • 　　二、防止爆炸危险，应按照爆炸性粉尘混合物的特征，采取相应的措施。爆炸性粉尘混合物的爆炸下限随粉尘的分散度、湿度、挥发性物质的含量、灰分的含量、火源的性质和温度等而变化。

38. 工程设计优先采取防止爆炸的措施 • 　在设计中应先采取下列消除或减少爆炸性粉尘混合物产生和积聚的措施： • 　　1.工艺设备宜将危险物料密封在防止粉尘泄漏的容器内； • 　　2.宜采用露天或开敞式布置，或采用机械除尘或通风措施； • 　　3.宜限制和缩小爆炸危险区域的范围，并将可能释放爆炸性粉尘的设备单独集中布置；

39. 工程设计优先采取防止爆炸的措施 4.提高自动化水平，可采用必要的安全联锁； • 5.爆炸危险区域应设有两个以上出入口，其中至少有一个通向非爆炸危险区域，其出入口的门应向爆炸危险性较小的区域侧开启； • 6.应定期清除沉积的粉尘； • 7.应限制产生危险温度及火花，特别是由电气设备或线路产生的过热及火花。应选用防爆或其它防护类型的电气设备及线路； • 8.可增加废料的湿度，降低空气中粉尘的悬浮量。

40. 粉尘爆炸预防 • 具体预防措施： 1. 惰化： 2.   降低可燃物的浓度： 3. 防止点火源产生： 4. 工艺设备的防爆要求： 5．对建筑物和构件的要求：

41. 粉尘爆炸预防——惰化 • 控制氧浓度，使其下降到极限氧浓度以下； • 惰化措施：用N2、CO2、卤代烃等抑制剂取代空气中的氧，对可燃物和空气的混合物进行惰化。 • 当氧含量下降一半左右时，可以防止粉尘爆炸的发生； • 当组成为10％O2和90％N2时，可燃粉尘不具有爆炸性。 • 惰性粉尘种类： • 水（适当量）； • 化学抑制剂：氟利昂等可以终止燃烧过程的反应链； • 粉状灭火剂：包围氧化剂，终止反应，例如：钠、钾的碳酸盐和重碳酸盐，磷酸、硫酸、硼酸和草酸的铵盐等，

42. 粉尘爆炸预防——降低可燃物浓度 浓度不在爆炸浓度范围内，可以防止粉尘爆炸。 • 浓度小于下限浓度： 措施——通风、除尘，防止粉尘积累，负压操作，真空吸尘等。 • 浓度大于上限浓度： 不现实，因为略微稀释，就能够达到可燃浓度。

43. 粉尘爆炸预防——防止点火源产生 没有点火源，就没有初始能量，就不会发生爆炸。8种点火源： • 电火花：加热装置，继电器接点处，电弧等； • 静电火花：静电积蓄后放电； • 高温表面： • 热辐射： • 冲击和摩擦： • 外来杂物： • 明火： • 自然着火：

44. 粉尘爆炸预防——工艺设备的防爆要求 • 布置上合理，容易清洗； • 密封性好，防止粉尘泄漏； • 设计强度大； • 设计薄弱环节。

45. 粉尘爆炸预防——对建筑物和构件的要求 • 紧凑方便； • 清除死角； • 分离式建筑； • 减少中间接头和通道； • 除尘器置于室外。

46. 粉尘爆炸的防护 防护：一旦发生爆炸，怎样控制来减小危害。 1．泄爆： 广义上讲，在爆炸初期阶段或爆炸扩展时，采取使本来密闭的装置暂时地或持久地往无危险方向敞开的一切措施。 2．泄压面积的确定： 3．爆炸遏制： 4. 防止爆炸的传播： 注意！！要清楚可能爆炸的区域

47. 爆炸性粉尘环境危险区域划分 • 爆炸性粉尘环境应根据爆炸性粉尘混合物出现的频繁程度和持续时间，按下列规定进行分区。 • 10区：连续出现或长期出现爆炸性粉尘环境； • 11区：有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境。

48. 爆炸性粉尘环境危险区域划分 • 符合下列条件之一时，可划为非爆炸危险区域： • 　　一、装有良好除尘效果的除尘装置，当该除尘装置停车时，工艺机组能联锁停车； • 　　二、设有为爆炸性粉尘环境服务，并用墙隔绝的送风机室，其通向爆炸性粉尘环境的风道设有防止爆炸性粉尘混合物侵入的安全装置，如单向流通风道及能阻火的安全装置； • 　　三、区域内使用爆炸性粉尘的量不大，且在排风柜内或风罩下进行操作。

49. 爆炸性粉尘环境危险区域的范围 • 爆炸性粉尘环境的范围，应根据爆炸性粉尘的量、释放率、浓度和物理特性，以及同类企业相似厂房的实践经验等确定。 • 爆炸性粉尘在建筑物内部，宜以厂房为单位确定范围。 • 清理的重要性 • 5米*5米的房间（体积为125 m3），如果地面有1mm厚度的粉尘云， • 其堆积密度为500g/ m3(0.5g/L)， • 则粉尘总量为12.5kg。 • 当将其全部扬起而分布在整个室内时，室内粉尘云浓度为 • C=12.5kg/125 m3=100g/ m3 • 1mm厚度的粉尘云，可以使室内达到可爆炸的浓度。

50. 粉尘防爆安全规程 • 企业应清楚本企业有无粉尘爆炸危险场所； • 企业每季度至少检查一次、车间（工段）每月至少检查一次；