粉塵爆炸事故因何而起?危害有哪些?企業(yè)又該如何進(jìn)行有效管控和防范?

2024年1月20日3時(shí)38分,常州市武進(jìn)區南夏墅街道常州燊榮金屬科技有限公司生產(chǎn)車(chē)間發(fā)生粉塵爆炸,共造成8人死亡、8人輕傷。

從現場(chǎng)照片可以看到,涉事廠(chǎng)房的窗戶(hù)玻璃都被震碎,部分墻體破損嚴重,外墻上有焦黑的痕跡。目前事故原因正在進(jìn)一步調查當中。

近年來(lái),粉塵爆炸事故頻發(fā),給廣大人民生命和財產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大威脅。

粉塵爆炸究竟因何而起?企業(yè)又該如何有效管控與防范?

海樊科技將從粉塵危害、爆炸評估、爆炸條件、可燃粉塵、自燃性粉塵、氣固復合型混合物6大維度,與您深入了解粉塵爆炸,以幫助企業(yè)正確評估和管控粉塵事故風(fēng)險,確保安全生產(chǎn)。

粉塵危害

粉塵,是懸浮在空氣中的固態(tài)微粒。根據國際標準化組織的定義,粒徑小于 75μm 的固態(tài)懸浮物被稱(chēng)為粉塵。

粉塵的存在是維持地球溫度的主要原因之一。然而,大氣中過(guò)多或過(guò)少的粉塵都會(huì )對環(huán)境造成災難性的影響。

不僅如此,生產(chǎn)性粉塵在日常生活和工作中也是人類(lèi)健康的主要威脅。

對人體健康的影響:

  • 長(cháng)期吸入粉塵可導致肺部組織纖維化、硬化和呼吸功能喪失,引發(fā)塵肺??;

  • 某些粉塵還可能引發(fā)其他疾病,如刺激性皮炎(瀝青煙塵、石灰、皮毛)、急性中毒(鉛煙、錳塵等)以及增加致癌風(fēng)險(石棉、放射性物質(zhì)粉塵)。

對生產(chǎn)的影響:
  • 影響產(chǎn)品質(zhì)量和精度;

  • 增加設備的磨損,尤其是轉動(dòng)部件。

對環(huán)境的影響:
  • 造成環(huán)境污染、破壞生態(tài)環(huán)境等。

此外,粉塵爆炸具有極大的破壞力和殺傷力,足以引發(fā)重大事故,造成人員傷亡和財產(chǎn)損失,對公眾的生命和財產(chǎn)構成嚴重威脅。

爆炸評估

粉塵爆炸是指可燃粉塵在受限空間內與空氣混合形成粉塵云,在點(diǎn)火源作用下快速燃燒并引發(fā)溫度和壓力劇增的化學(xué)反應。

那么,我們有哪些方法可以判斷粉塵是否具有爆炸性呢?

物質(zhì)安全數據表 (MSDS/SDS) 

物質(zhì)安全數據表應包含以下數據:物理化學(xué)特性,例如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、穩定性、蒸氣壓、氧化性、爆炸性以及易燃性。

化學(xué)結構和分子式

爆炸特性指的是關(guān)于形成爆燃或爆轟的潛在可能,通常取決于一些特定的官能團組(例如疊氮化物、硝基化合物、過(guò)氧化物等),因此可以采用分子結構篩選,特別是對特定的官能團組(例如硝基、過(guò)氧基、氯基、疊氮基等)進(jìn)行識別。

存在這樣的官能團組意味著(zhù)該物質(zhì)存在很強的熱不穩定性,對應的有機粉塵可能具有可燃性。

此外,可以采用熱力學(xué)計算及預測方法(例如氧平衡、CHETAH [化學(xué)動(dòng)力學(xué)及能量釋放評估的計算機程序] )來(lái)判斷該粉塵是否可爆。

查詢(xún)文獻資料

可以借助海樊粉塵數據庫進(jìn)行查詢(xún)。 

少量物料篩分測試(Go-No Go Test)

通常只需要測試少量物質(zhì)。將少量物質(zhì)放置在加熱管道上進(jìn)行點(diǎn)火,用于定性分析物質(zhì)的燃燒性質(zhì)。

粉塵爆炸評估過(guò)程中,需要注意以下幾點(diǎn):

1. 一般來(lái)說(shuō),不可爆的粉塵主要有:

不能被繼續氧化的氧化物、不能被繼續氧化的碳酸鹽、鹵化物、化合物含 [Cl, F, Br],無(wú)機化合物、鹽類(lèi)化合物。
2. 可爆的粉塵主要有:
碳氫化合物,碳水化合物,食品,谷物和其他有機物,金屬包括鋁、鈦、鎂、鎢、鉭、鈦、鋰、鋅、鉻、鋯、金、鉑、鈉、鋼等。
3. 該粉塵可能出現的環(huán)境中,是否存在其他可燃性氣體氛圍,如果有,則可能形成粉塵-可燃氣體混合物,導致出現爆炸性危險環(huán)境。
4. 不要僅用粉體的平均粒徑判斷整體粉體的可爆性,即便平均粒徑較大,但其中往往也含有較細的粉體,這少部分的粉體也具備爆炸性。
5. 在以上方法均不能確定粉塵是否可爆時(shí),應轉交給專(zhuān)業(yè)的測試機構進(jìn)行檢測。
注:根據美國消防協(xié)會(huì )標準 NFPA 652 《可燃性粉塵基本標準》,可燃物粉體顆粒大于500μm時(shí),所形成的粉塵云不再具有可爆性。但對于粉體當其粒度在10μm以下時(shí)則具有較大的危險性。

爆炸條件

與氣體爆炸類(lèi)似,粉塵也必須達到一定濃度才有可能被點(diǎn)燃,從而形成爆炸事故。

粉塵必須能懸浮于空氣中

當粉塵無(wú)法懸浮于空氣中,只是存在于設備表面或地面,則即使被點(diǎn)燃也只是燃燒,而不會(huì )出現爆炸的情況。

最小爆炸濃度(MEC)

當空氣中分散粉塵云濃度低于某一特定值-最小爆炸濃度(MEC)時(shí),爆炸不會(huì )傳播。說(shuō)明該環(huán)境中缺少足夠的燃料(燃燒大部分是鏈式反應) 。

最高爆炸濃度(UEC)

當空氣中分散粉塵云濃度高于最高爆炸濃度(UEC)時(shí),爆炸也不會(huì )傳播。說(shuō)明該環(huán)境為富燃料環(huán)境,所需的助燃劑不足。

需要注意的是:

1. 最低可爆濃度MEC對于同一種物質(zhì)來(lái)說(shuō),并不是定值,它與粉塵粒徑、環(huán)境中氧濃度、環(huán)境中可燃氣體含量等有直接關(guān)系。

相互關(guān)系為粉塵粒徑越小,爆炸下限越低;氧濃度越高,爆炸下限越低;可燃揮發(fā)分含量越高,粉塵爆炸下限越低。

2. 粉塵云的爆炸威力隨粉塵的濃度增加而增加,直到達到最佳濃度,提供最大的爆炸威力。在較高的濃度下,爆炸威力下降或保持基本不變。

以玉米淀粉為例:在正常溫度和大氣壓下,粉塵最低爆炸濃度范圍與可能造成人員健康影響的最大粉塵濃度對比,相差4個(gè)數量級。

煤粉的最低爆炸濃度是40g/m3,這個(gè)密度相當于一個(gè)25瓦燈泡所發(fā)出的光都無(wú)法透過(guò)2米厚的粉塵云濃度。

各類(lèi)粉塵的最低爆炸濃度,最準確的獲取辦法是通過(guò)測試,或查找粉塵數據庫。

可燃粉塵

粉塵云發(fā)生一次爆炸的條件較為嚴苛。然而,當地面或設備管線(xiàn)上積聚了一層粉塵時(shí),一次爆炸產(chǎn)生的氣浪可能會(huì )將這些積聚的粉塵揚起。

同時(shí),在爆炸中心區形成的負壓和周?chē)迈r空氣的“返回風(fēng)”相結合,揚起的粉塵與空氣混合,在第一次爆炸的余火作用下引發(fā)二次爆炸。
二次爆炸的粉塵總量和揚塵范圍通常比第一次爆炸大得多,因此威力和破壞范圍更廣。
為了更好地避免揚塵和積塵導致的二次爆炸,正確處理可燃粉塵則非常關(guān)鍵。

正常操作時(shí)會(huì )釋放出的可燃粉塵

  • 除向作業(yè)場(chǎng)所保持持續稀釋通風(fēng)(GEV)外,還應提供持續局部通風(fēng)(LEV)以盡量減少粉塵逃逸,并將粉塵輸送到除塵器中;

  • 盡量在設計時(shí)將涉塵設備設計為負壓或惰化環(huán)境;

  • 定期清潔地板、管道、管、煙罩、壁架等水平區域以盡量減少工作區域內的粉塵積聚。

可燃粉塵異常泄露處理措施
  • 盡可能的遠程切斷泄漏源,如切斷閥、回轉閥等;

  • 人員緊急撤離,并在泄漏場(chǎng)所建筑外圍拉起警戒,移走可能產(chǎn)生點(diǎn)火源的設備;

  • 開(kāi)啟事故通風(fēng),盡可能的將粉塵云濃度進(jìn)行稀釋?zhuān)?/p>

  • 待粉塵不再泄漏,且現場(chǎng)漂浮的粉塵已沉降或通過(guò)通風(fēng)進(jìn)行收集后,人員方可前往處理;

  • 處理人員應佩戴防塵呼吸器或防塵口罩,著(zhù)裝防靜電服、防靜電鞋、防靜電手套,以及使用防爆工具;

  • 使用防爆真空吸塵器等不會(huì )產(chǎn)生火星的工具對現場(chǎng)進(jìn)行清理,同時(shí)也要避免產(chǎn)生揚塵;

  • 切忌使用壓縮空氣等帶壓氣體進(jìn)行吹掃;

  • 對遇濕自燃的金屬粉塵,其收集時(shí)應采取防水防潮措施;

  • 如有必要應對收集后的粉塵進(jìn)行失活處理。

粉塵著(zhù)火處理措施
  • 應根據粉塵的理化性質(zhì),正確選用滅火劑,忌用引起粉塵飛揚的滅火措施和方法;

  • 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,也不宜采用有沖擊力的干粉、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;

  • 對一些金屬粉塵(忌水物質(zhì))如鋁、鎂粉等,遇水反應,會(huì )使燃燒更劇烈,因此禁止用水撲救??梢杂酶缮?、石灰等(同樣不可有沖擊性);

  • 堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等,明火熄滅后內部可能還陰燃,也應引起足夠重視;

  • 對于面積大、距離長(cháng)的車(chē)間的粉塵火災,要注意采取有效的分割措施,防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發(fā)連鎖爆炸。

自燃性粉塵

粉塵的自燃性是指在常溫下存放的粉塵在長(cháng)時(shí)間積聚過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生放熱反應,當積聚的熱量達到粉塵的燃點(diǎn)時(shí),會(huì )引發(fā)燃燒。

以下是引起粉塵自然發(fā)熱的幾點(diǎn)原因:

氧化熱

即粉塵與空氣中的氧接觸而發(fā)熱,主要包括金屬性粉末(如鋁、鎂、鋅、合金等粉末)、碳素粉末類(lèi)、其他粉末(如煤粉、原棉等);

聚合熱

因粉塵所含的聚合物單體發(fā)生聚合反應放熱;

分解熱

因粉塵中的一些化學(xué)物質(zhì)分解放熱,這種物質(zhì)的分子層面的分解反應通常會(huì )產(chǎn)生放熱和揮發(fā)和/或不凝結的分解產(chǎn)物。這種自反應不需要其他物質(zhì)引發(fā)或參與而且一般只受溫度影響;

發(fā)酵熱

因微生物和酶的作用使粉塵中所含有的有機物降解而發(fā)熱的物質(zhì),如飼料、糧食粉末。

儲存以下幾類(lèi)自燃性粉塵時(shí),應注意:

熱粉料

具有自燃性的熱粉料,貯存前應冷卻到正常貯存溫度;

散裝粉料

在通常貯存條件下,大量貯存具有自燃性的散裝粉料時(shí),應對粉料溫度進(jìn)行連續監測;當發(fā)現溫度升高或有氣體析出時(shí),應采取使粉料冷卻的措施;

金屬粉塵

對遇濕自燃的金屬粉塵,其收集、堆放與貯存時(shí)應采取防水防潮措施。

氣固復合型混合物

當可燃粉塵與易燃蒸汽或氣體混合存在時(shí),其危險性比單一物質(zhì)更高。

例如在混有乙醇溶劑的可燃性粉塵干燥機內部,當可燃氣體濃度大于10%的LEL且可燃粉塵濃度大于10%MEC 時(shí),其組成的氣固復合型混合物危險性主要體現在:

  • 當可燃粉塵與易燃氣體/蒸汽混合物低于其各自的燃燒限值時(shí),將它們混合在一起可形成爆炸性(混合)氣氛;

  • 粉塵混合物中存在易燃蒸汽/氣體可以使其在空氣中更易點(diǎn)燃,即其最小點(diǎn)火能會(huì )降低,即使蒸汽/氣體濃度低于其燃燒下限值;

  • 由于粒徑太大不會(huì )爆炸的物質(zhì)(粉塵)可能在存在易燃蒸汽/氣體時(shí)爆炸,即使蒸汽/氣體低于其燃燒下限;

  • 爆炸后果將會(huì )增強,強于單一的爆炸性氣體或爆炸性粉塵環(huán)境。

因此,氣固復合型混合物的爆炸風(fēng)險需要更加引起注意。

粉塵爆炸作為當前備受關(guān)注的高風(fēng)險之一,需要相關(guān)企業(yè)及工作人員準確識別粉塵的危害性,對粉塵風(fēng)險進(jìn)行有效評估和管控,以合理有效地控制爆炸風(fēng)險。

針對粉塵爆炸防控,海樊科技為大家提供如下解決方案:

  • DHA自動(dòng)評估:自動(dòng)化評估工具,包含3000多種粉塵測試數據及27種常見(jiàn)粉塵設備類(lèi)型,通過(guò)選項的方式自動(dòng)快速完成涉塵設備的風(fēng)險評估;

  • 粉塵爆炸性測試:測試項目包括判斷是否是爆炸性粉塵,測試爆炸上下限、最大爆炸壓力、爆炸指數等內容;

  • 粉塵爆炸培訓:提供專(zhuān)業(yè)、全面的粉塵爆炸培訓,幫助企業(yè)快速認識及了解粉塵爆炸的危害及管控要點(diǎn);

  • 靜電及點(diǎn)火源管理培訓:根據企業(yè)實(shí)際,提供專(zhuān)項的靜電及點(diǎn)火源管理專(zhuān)項方案及培訓服務(wù);

  • 粉塵防爆危險區域劃分和電器選型:根據法規規定及企業(yè)實(shí)際,為企業(yè)進(jìn)行爆炸危險區域劃分,以及不同區域電器類(lèi)型的選用標準。

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