1 引言

　　被破碎成細(xì)小顆粒的固體物質(zhì)稱作粉塵。固體物質(zhì)被粉碎成粉塵以后，其燃燒特性有了很大變化。原來是不燃物質(zhì)可能變成可燃物質(zhì)，原來是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì)，在一定條件下就可能發(fā)生爆炸。粉塵爆炸是工業(yè)企業(yè)防火工作中不可忽視的重要問題，我國幾乎每年都有粉塵爆炸的事故發(fā)生，而且還常常引發(fā)重大、特別重大火災(zāi)。在這些火災(zāi)中，最嚴(yán)重的是鋁粉塵爆炸；其它發(fā)生爆炸事故較多的粉塵還有煤粉、飼料粉、塑料粉、鈦酸酐粉、木粉等。

　　在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備在不斷地更新，對(duì)粉塵爆炸控制的措施也在不斷地加強(qiáng)，但粉塵爆炸事故仍有上升的趨勢(shì)。主要是因?yàn)椋耗墚a(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的粉狀固體物料處理量的大量化，隨著技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展出現(xiàn)一些新的可燃粉塵物質(zhì)，以及粉塵的燃燒特性、工藝操作特性等因素所造成的。粉塵爆炸不僅多發(fā)于石油、化工、冶金、機(jī)械、輕紡等工業(yè)企業(yè)，煤炭企業(yè)、食品加工企業(yè)中也較為常見。因此掌握粉塵爆炸火災(zāi)的特點(diǎn)和處置對(duì)策對(duì)于消防部隊(duì)來說具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　2 粉塵發(fā)生爆炸的條件

　　粉塵爆炸前沒有任何征兆，其后果卻會(huì)使建筑毀于一旦。而能導(dǎo)致粉塵爆炸的情況很多，從農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸以及工業(yè)廢物的產(chǎn)生，到藥物、食品、有機(jī)、無機(jī)物的生產(chǎn)等眾多的工業(yè)生產(chǎn)過程中，粉塵的爆炸時(shí)有發(fā)生，危害性極大。粉塵包括的范圍很廣，但并不是隨時(shí)隨地都能爆炸，要發(fā)生粉塵爆炸必須具備幾個(gè)條件。

　　⑴粉塵本身必須是可燃的。可燃粉塵包括有機(jī)粉塵和無機(jī)粉塵，有機(jī)粉塵受熱后發(fā)生分解，放出可燃?xì)猓⒘粝驴扇嫉奶肌o機(jī)粉塵如金屬粉，雖不會(huì)熱分解出可燃?xì)猓苋廴谡舭l(fā)出可燃蒸氣進(jìn)行燃燒，有些金屬顆粒本身能進(jìn)行氣、固兩相燃燒。

　　⑵粉塵粒子必須具有合適的粒徑和分布狀態(tài)。粉塵能否懸浮在空氣中關(guān)鍵在干粉塵的粒徑。大的顆粒難以懸浮，即使懸浮在空中也會(huì)很快沉積下來。粒徑越少，其擴(kuò)散作用大于重力作用，粉塵易形成爆炸層云，再加上粒子周圍有足夠的助燃空氣，粒子才易燃燒。粉塵粒子濃度太小，燃燒放熱太少，難以形成持續(xù)燃燒，不會(huì)發(fā)生爆炸；濃度太大，混合物中氧氣濃度太少，也不會(huì)產(chǎn)生爆炸。

　　⑶引燃源。引燃源是粉塵爆炸的另一個(gè)必備條件，象電弧、火焰、火花和機(jī)械碰撞等。粉塵燃燒需首先加熱，或熔融蒸發(fā)，或熱分解出可燃?xì)怏w，因此需要較多的熱量。粉塵爆炸的最小起爆能量要達(dá)到10mJ以上，為氣體爆炸的近百倍。

　　3 粉塵爆炸火災(zāi)的特點(diǎn)

　　⑴粉塵爆炸起爆能量大，約數(shù)10mJ至數(shù)100mJ。

　　⑵粉塵的燃燒速度比氣體的要小，由于其燃燒時(shí)間長及產(chǎn)生的能量大，所以造成的破壞及燒毀的程度嚴(yán)重得多。這是因?yàn)榉蹓m中的碳、氫含量高，即可燃物含量多。如果按產(chǎn)生能量的最高值進(jìn)行比較，粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍，溫度可達(dá)2000—3000℃以上，最大爆炸壓力為345—690kPa。

　　⑶粉塵燃燒要經(jīng)過加熱熔融、離解、蒸發(fā)等復(fù)雜過程，粉塵從接觸火源到發(fā)生爆炸所需的時(shí)間即感應(yīng)期要比氣體爆炸長，達(dá)數(shù)十秒。粉塵爆炸感應(yīng)期長使得有可能探測(cè)爆炸的苗頭。

　　⑷粉塵爆炸能引起建筑物其它部位的粉塵再次爆炸。第一次爆炸所揚(yáng)起的沉積粉塵，其濃度往往比第一次爆炸時(shí)的粉塵濃度還要大，再加上粉塵爆炸中心空氣受熱膨脹，密度變稀，經(jīng)過一個(gè)極短時(shí)間后形成負(fù)壓區(qū)，新鮮空氣向爆炸中心逆流，與新?lián)P起的粉塵重新組成爆炸性粉塵而發(fā)生第二次爆炸。而且第二次爆炸壓力比第一次爆炸壓力大，破壞性更嚴(yán)重。

　　⑸粉塵爆炸由于時(shí)間短，容易引起不完全燃燒，燃燒產(chǎn)物中含有大量一氧化碳，容易使人員中毒，因此粉塵爆炸毒性比較大。

　　4 粉塵爆炸的火災(zāi)危險(xiǎn)性及其爆炸的過程

　　⑴粉塵爆炸的火災(zāi)危險(xiǎn)。粉塵爆炸的火災(zāi)危險(xiǎn)主要是由粉塵的燃燒特性和操作特點(diǎn)所決定的。可燃粉塵具有燃燒的特性，也具有爆炸的特性，粉塵的燃燒主要取決于粉塵的干燥程度和粒度大小兩個(gè)因素，粉塵越干燥、粒度越小，則越容易產(chǎn)生燃燒和爆炸。例如沉積在加熱表面上的粉塵，由于高溫作用，經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生陰燃，而且最易發(fā)生陰燃的粉塵層厚為10-20mm，沉積的陰燃粉塵甚至在極輕微的震動(dòng)下也能引起著火和爆炸。某些可燃粉塵在沉積狀態(tài)下具有自燃的特性是由于某些物質(zhì)在微粒粉碎狀態(tài)下與空氣接觸時(shí)會(huì)吸附氧，并在一定條件下其粉層內(nèi)溫度上升，當(dāng)熱量不能充分散發(fā)時(shí)，溫度即可繼續(xù)升高而引起自燃。粉塵的自燃性不僅取決于粉層的厚度、氣流方向及其風(fēng)力、空氣溫度，而且還與粉塵顆粒的細(xì)度和結(jié)構(gòu)、細(xì)孔的內(nèi)外表面積等因素有關(guān)。各種不同的混雜物能對(duì)粉塵的自燃性產(chǎn)生極大的影響。例如，含油和含脂物質(zhì)的摻合料，就能促進(jìn)粉塵的自燃。

　　⑵粉塵爆炸的過程。粉塵的爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成的：第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾或氣化而產(chǎn)生出可燃?xì)怏w；第二步是可燃?xì)怏w與空氣混合而燃燒；第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導(dǎo)和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚(yáng)起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著每個(gè)循環(huán)的逐次進(jìn)行，其反應(yīng)速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應(yīng)以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展。

　　5 預(yù)防粉塵爆炸的對(duì)策

　　不言而喻，預(yù)防粉塵爆炸的主要對(duì)策首先應(yīng)該是排除形成粉塵-空氣爆炸性混合物的可能性和杜絕火源。裝置、管道和設(shè)備的受熱表面經(jīng)常是燃燒的點(diǎn)火源，因此設(shè)備的表面溫度不允許過高。任何條件下，設(shè)備的表面溫度都應(yīng)稍低于粉塵層的陰燃溫度。另處，可燃粉塵在破碎機(jī)、粉碎設(shè)備、風(fēng)管和其它帶攪拌裝置的設(shè)備中，經(jīng)常因打出的火花而引爆，因而上述設(shè)備的零件必須用不產(chǎn)生火花的材料制造。

　　⑴防止粉塵沉積和及時(shí)清理粉塵。對(duì)于處理粉料的設(shè)備或場(chǎng)所，要防止泄漏而使粉塵到處飛揚(yáng)，尤其應(yīng)將易于產(chǎn)生粉塵的設(shè)備隔離設(shè)置在單獨(dú)房間內(nèi)，并設(shè)專門的保護(hù)罩和局部排風(fēng)罩或考慮吸塵裝置。此外，要及時(shí)清理沉積于廠房?jī)?nèi)各角落、設(shè)備、電纜和管道上的粉塵。一般說來，這是一項(xiàng)技術(shù)上困難，并非經(jīng)常能夠順利解決。清理前必須濕潤粉塵，遇有不能用水濕潤的粉塵，應(yīng)該用機(jī)械除塵法，例如用抽氣法定期清除粉塵，保持操作環(huán)境的清潔。當(dāng)然，從改進(jìn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝入手，消除和減少粉塵向廠房?jī)?nèi)擴(kuò)散是最根本的措施。

　　⑵加強(qiáng)管理，消除粉塵爆炸的點(diǎn)火源。由前述分析可知，粉塵爆炸的點(diǎn)火源有多種，必須根據(jù)操作環(huán)境可能出現(xiàn)的點(diǎn)火源種類進(jìn)行針對(duì)性預(yù)防。例如，面粉加工廠的磨面機(jī)中混入金屬或砂石碎塊，就會(huì)打出火花而造成粉塵爆炸，為此，在凈麥等前處理工序就應(yīng)加強(qiáng)操作管理，避免能造成點(diǎn)火源的金屬等硬物混入磨面工序，尤其要注意磁鐵失效問題。

　　⑶避免設(shè)備中粉塵爆炸。對(duì)于設(shè)備內(nèi)極易形成粉塵-氣體爆炸混合物的操作，在設(shè)備中充入惰性介質(zhì)、降低系統(tǒng)中的氧含量是目前防止設(shè)備爆炸的唯一可靠方法。在這種情況下，粉塵-空氣混合物中的氧含量會(huì)減少至火焰不能傳播的數(shù)值。惰性介質(zhì)可以采用氮?dú)狻⒍趸肌煹罋夂陀枚栊詺怏w稀釋到必要最低含氧量的空氣或其它工業(yè)廢氣以及惰性粉塵等。

　　6 粉塵爆炸火災(zāi)的撲救措施

　　撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒，又可濕潤未燃粉塵，驅(qū)散和消除懸浮粉塵，降低空氣濃度，但忌用直流噴射的水和泡沫，也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。

　　對(duì)一些金屬粉塵(忌水物質(zhì))如鋁、鎂粉等，遇水反應(yīng)，會(huì)使燃燒更劇烈，因此禁止用水撲救。可以用干沙、石灰等(不可沖擊)；堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后內(nèi)部可能還陰燃，也因引起足夠重視；對(duì)于面積大、距離長的車間的粉塵火災(zāi)，要注意采取有效的分割措施，防止火勢(shì)沿沉積粉塵蔓延或引發(fā)連鎖爆炸。

　　7 可燃粉塵爆炸案例分析

　　案例一：1999年2月，美國麻薩諸塞州的某鑄造廠發(fā)生一起火災(zāi)爆炸案。美國職業(yè)安全衛(wèi)生署(OSHA)與州及當(dāng)?shù)卣畬?duì)此次事故直行聯(lián)合調(diào)查。聯(lián)合調(diào)查報(bào)告指出，火災(zāi)起因于未知點(diǎn)火源引燃?xì)つｈT造機(jī)(shell molding machine)，再借由灌入鑄造造機(jī)而形成大量沉積的酚醛樹酯粉塵原料蔓延至通風(fēng)系統(tǒng)的導(dǎo)管。小型的初始爆燃(deflagration)先于導(dǎo)管內(nèi)發(fā)生，并使粉塵在導(dǎo)管外開始沉降。接踵而至的粉塵氣云成為了二次爆炸所需的燃料，而二次爆炸的威力足以掀起屋頂并造成墻壁損毀。聯(lián)合調(diào)查報(bào)告中所列的事故原因，包括下列缺失項(xiàng)目：①控制粉塵累積方面管理不善；②通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷；③火爐的維護(hù)不善；④設(shè)備缺乏有效的安全裝置。

　　案例二：2003年1月，美國北卡羅來納州的某制藥廠發(fā)生一起火災(zāi)爆炸案。破壞力極大的火災(zāi)爆炸毀壞一家位于北卡羅來納州以生產(chǎn)合成橡膠制藥物傳遞元件的制藥廠，造成6名員工死亡，38名人員受傷，其中包括2名消防隊(duì)員。美國化學(xué)安全與危害調(diào)查委員會(huì)(U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board, CSB)，其為獨(dú)立的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)并負(fù)責(zé)調(diào)查化學(xué)品事故，公布最終報(bào)告，結(jié)論為可燃性聚乙烯粉塵的累積于天花板上而引起爆炸。CSB并沒有確定是何種原因引燃初始火災(zāi)，或粉塵是如何在隱蔽的天花板空間內(nèi)散布而產(chǎn)生爆炸性氣云。爆炸嚴(yán)重毀損此座工廠，造成附近工廠輕微損害。CSB指出事故原因，包括下列缺失項(xiàng)目：①沒有進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估；②對(duì)危害認(rèn)識(shí)不足；③工程管理不善。

　　8 結(jié)束語

　　掌握了粉塵爆炸的基理，就可據(jù)以采取相應(yīng)的安全措施，如密閉設(shè)備，通風(fēng)除塵，抽風(fēng)吸塵、潤濕降塵、清掃積塵、控制電源，清除靜電隔絕火源等。在撲救粉塵的火災(zāi)中，應(yīng)注意不要使沉積粉塵飛揚(yáng)起來，最好采用噴霧水流，以防發(fā)生二次爆炸。

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塑料、有機(jī)合成、粉末冶金及糧食加工等工業(yè)也不斷發(fā)展。粉塵的種類和用量急驟增加，加之操作工藝的自動(dòng)化、連續(xù)性，粉塵爆炸的潛在危險(xiǎn)性大大增加，預(yù)防粉塵爆炸有較高的現(xiàn)實(shí)意義。因此在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格執(zhí)行國家的技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程，落實(shí)各項(xiàng)安全規(guī)章制度，避免粉塵爆炸事故的發(fā)生。為有效防止粉塵爆炸事故的發(fā)生，生產(chǎn)可燃粉塵的工廠或車間的建設(shè)和管理及操作，要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15577—1995《粉塵防爆安全規(guī)程》執(zhí)行。