粉尘爆炸原理及基础知识
（一）粉尘的定义与类别
凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。能燃烧和爆炸的粉尘叫做可燃粉尘；浮在空气中的粉尘叫悬浮粉尘；沉降在固体壁面上的粉尘叫沉积粉尘。
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。（一般是200目左右。2.54厘米（1英寸）长度中的筛孔数目，简称为目 ）
（二）燃烧的三要素
燃烧需要三要素：可燃物、助燃物和点火源。缺少其中任何一个，燃烧便不能发生。燃烧三要素示意图如图所示。
（三）粉尘爆炸的条件
可燃粉尘爆炸应具备三个条件：
①粉尘本身具有爆炸性；
②粉尘必须悬浮在空气（氧气）中并与空气混合到爆炸浓度； ③有足以引起粉尘爆炸的热能源。
和气体爆炸相比，粉尘爆炸所要求的最小引燃能较大，达10毫焦耳，为气体爆炸的近百倍。因此，一个足够强度的热能源也是形成粉尘爆炸的必要条件之一。
1）哪些粉尘具有爆炸性？
通常认为以下七类物质的粉尘具有爆炸性：
金属（如镁粉、铝粉）；
煤炭；
粮食（如小麦、淀粉）；
饲料（如血粉、鱼粉）；
农副产品（如棉花、烟草）；
林产品（如纸粉、木粉）；
合成材料（如塑料、染料）。
也有区分为有机粉尘和无机粉尘的。
金属粉末爆炸性的等级排列：
高爆炸性：锆、镁、铝、锂、钠；
中爆炸性：锡、锌、铁、硅、锰、铜；
低爆炸性：钼、钴、铅
可自燃金属有：
铝、钙、铈、铯、铬、钴、铱、铁、铅、铀、锂、镁、镍、钯、铂、钾、銣、钠、钽、钍、钛、铀、锆
2）悬浮粉尘的爆炸极限
可燃气体、可燃蒸气、可燃粉尘的燃爆危险性特征——爆炸极限
爆炸极限的定义：在火源作用下，可燃气体、可燃蒸气或粉尘在空气中，恰足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体、蒸气或粉尘的爆炸下限，也称燃烧下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限，也称燃烧上限 。
上限和下限统称为爆炸极限或燃烧极限，上限和下限之间的浓度称为爆炸范围。浓度在爆炸范围以外，可燃物不会爆炸。
3）引起粉尘爆炸的热能源
粉尘具有较小的自燃点和最小点火能量，只要外界的能量超过最小点火能量（多数在10mJ~100mJ）或温度超过其自燃点（多数在400℃~500℃），就会爆炸。
生产过程中常见的 多种引火源
1、设备内的摩擦撞击火花。设备内部由于机械运转部位缺乏润滑而摩擦生热；物料、硬性杂质或脱落的零件与设备内壁碰击打出火星。表面粗糙的坚硬物体相互猛烈撞击或摩擦时，产生的火星撞击或摩擦脱落的高温固体微粒。据统计，
仅粉碎研碎设备因摩擦撞击引起的爆炸事故占57％。
2、电火花和静电火花。电气设备故障引起的电火花是常见的一种引火源，事故案例较多。物料在输送和粉碎研磨的搅拌中，粉料与管壁、设备壁，粉料的颗粒与颗粒之间的摩擦和碰击，也可以产生火花。
3、沉积粉尘的阴燃和自燃，沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘，受热一段时间后会出现阴燃，最终也可能转变为明火，成为粉尘爆炸的引火源。粉尘最易阴燃的层厚范围为10～20mm。可燃粉尘在沉积状态下还具有自燃的倾向，因为粉尘微粒与空气接触发生氧化放热反应，在一定条件下热量不能充分散发，粉层内温度会升高引起自燃。长期积聚在设备裂缝中和管道拐弯处的粉尘易发生自燃。
常见火源分类表
（四）粉尘爆炸的过程
第一步：悬浮粉尘在热源作用下迅速地被干馏或气化而产生可燃气体。
第二步：可燃气体与空气混合而燃烧。
第三步：燃烧产生的热量从燃烧中心向外传递，引起邻近的粉尘进一步燃烧。如此循环下去，反应速度不断加快，最后形成爆炸。
（五）粉尘爆炸的特点
（1）多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点。
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。二次爆炸时，粉尘浓度会更高。
（2）粉尘爆炸所需的最小点火能量较高，一般在几十毫焦耳以上。
（3）与可燃性气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，破坏力强。
（六）粉尘爆炸的危害
(1)具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广，煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。如1952—1979年间，日本发生各类粉尘爆炸事故209起，伤亡共546人。近年来，中国发生的粉尘爆炸尤其是系
统爆炸，造成了严重损失，仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故，死亡58人，轻重伤177人，直接经济损失882万元。
(2)容易产生二次爆炸。第一次爆炸气浪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，形成所谓的“返回风”，与扬起的粉尘混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。
(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)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡。
（七）粉尘爆炸火灾的扑救措施
扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水，尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧，又可湿润未燃粉尘，驱散和消除悬浮粉尘，降低空气浓度，但忌用直流喷射的水和泡沫，也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂，防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸。
对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等，遇水反应，会使燃烧更剧烈，因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(不可冲击)；堆积的粉尘如面粉、棉麻粉等，明火熄灭后内部可能还阴燃，也应引起足够重视；对于面积大、距离长的车间
的粉尘火灾，要注意采取有效的分割措施，防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发连锁爆炸。
（八）粉尘爆炸的预防措施
（一）粉尘爆炸预防措施
对产生粉尘的现有生产企业，通常采取防止粉尘爆炸的措施有：
1、增加混合系中的水份。
2、添加惰性物质。
3、降低升压速率。
4、抑爆系统设置
常用的具体措施主要考虑以下几个方面：
⑴防止粉尘沉积和及时清理粉尘。
对于处理粉料的设备或场所，要防止泄漏而使粉尘到处飞扬，尤其应将易于产生粉尘的设备隔离设置在单独房间内，并设专门的保护罩和局部排风罩或考虑吸尘装置。
需要指出的是，近几年因集尘设施粉尘清理不及时，长期运转积热引起的火灾爆炸事故屡有发生，这也应引起人们的重视。
⑵加强管理，消除粉尘爆炸的点火源。
由前述分析可知，粉尘爆炸的点火源有多种，必须根据操作环境可能出现的点火源种类进行针对性预防。例如，面粉加工厂的磨面机中混入金属或砂石碎块，就会打出火花而
造成粉尘爆炸，为此，在净麦等前处理工序就应加强操作管理，避免能造成点火源的金属等硬物混入磨面工序，尤其要注意磁铁失效问题。
⑶增加混合系中的水份。
尘粒中的水份在升温与蒸发过程中吸收热量，所以，这种水份提高了粉尘的着火温度。比如玉米淀粉的着火温度可以随着含水量从1.6%增加到12.5%而上升50℃之多。着火温度的升高可以避免粉尘遇到一些低温火源的引燃爆炸概率。 金属粉尘遇水反应，不能采取增湿措施。
⑷避免设备中粉尘爆炸—添加惰性物质。
对于设备内极易形成粉尘-气体爆炸混合物的操作，在设备中充入惰性介质、降低系统中的氧含量是目前防止设备爆炸的唯一可靠方法。在这种情况下，粉尘-空气混合物中的氧含量会减少至火焰不能传播的数值。惰性介质可以采用氮气、二氧化碳、烟道气和用惰性气体稀释到必要最低含氧量的空气或其它工业废气以及惰性粉尘等。
⑸降低升压速率—泄爆口的设计。
在粉尘爆炸危险性特征量中，升压速率是最为重要的单项因素，基本上决定了爆燃破坏性的程度。升压速率也是设计防（泄）爆口时的一个重要根据，因为在很大程度上，升压速率决定了防（泄）爆口的尺寸。粉尘爆炸发生后，形成气体产物，释放热量，提高了封闭设施内空气的温度。由于
气体，遇热膨胀，如果没有足够的排气面积（泄压面积）释放尚未到危险压力的热气体，这类破坏压力就会施加于周围的封闭设施上。
⑹抑爆系统设计。
某些情况下，可以把产生粉尘的操作放到露天进行，或置于惰性环境下，或者用爆炸抑制系统防护。
爆炸抑制系统由火焰或压力检测器与在爆炸开始阶段即迅速喷放出来的火焰猝熄剂组成。此外，对最大压力、余压持续时间、对爆炸体积的限制程度与氧浓度等因素采取有效的控制措施，也对降低粉尘爆炸破坏性起作用。
粉尘爆炸原理及基础知识
（一）粉尘的定义与类别
凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。能燃烧和爆炸的粉尘叫做可燃粉尘；浮在空气中的粉尘叫悬浮粉尘；沉降在固体壁面上的粉尘叫沉积粉尘。
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。（一般是200目左右。2.54厘米（1英寸）长度中的筛孔数目，简称为目 ）
（二）燃烧的三要素
燃烧需要三要素：可燃物、助燃物和点火源。缺少其中任何一个，燃烧便不能发生。燃烧三要素示意图如图所示。
（三）粉尘爆炸的条件
可燃粉尘爆炸应具备三个条件：
①粉尘本身具有爆炸性；
②粉尘必须悬浮在空气（氧气）中并与空气混合到爆炸浓度； ③有足以引起粉尘爆炸的热能源。
和气体爆炸相比，粉尘爆炸所要求的最小引燃能较大，达10毫焦耳，为气体爆炸的近百倍。因此，一个足够强度的热能源也是形成粉尘爆炸的必要条件之一。
1）哪些粉尘具有爆炸性？
通常认为以下七类物质的粉尘具有爆炸性：
金属（如镁粉、铝粉）；
煤炭；
粮食（如小麦、淀粉）；
饲料（如血粉、鱼粉）；
农副产品（如棉花、烟草）；
林产品（如纸粉、木粉）；
合成材料（如塑料、染料）。
也有区分为有机粉尘和无机粉尘的。
金属粉末爆炸性的等级排列：
高爆炸性：锆、镁、铝、锂、钠；
中爆炸性：锡、锌、铁、硅、锰、铜；
低爆炸性：钼、钴、铅
可自燃金属有：
铝、钙、铈、铯、铬、钴、铱、铁、铅、铀、锂、镁、镍、钯、铂、钾、銣、钠、钽、钍、钛、铀、锆
2）悬浮粉尘的爆炸极限
可燃气体、可燃蒸气、可燃粉尘的燃爆危险性特征——爆炸极限
爆炸极限的定义：在火源作用下，可燃气体、可燃蒸气或粉尘在空气中，恰足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体、蒸气或粉尘的爆炸下限，也称燃烧下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限，也称燃烧上限 。
上限和下限统称为爆炸极限或燃烧极限，上限和下限之间的浓度称为爆炸范围。浓度在爆炸范围以外，可燃物不会爆炸。
3）引起粉尘爆炸的热能源
粉尘具有较小的自燃点和最小点火能量，只要外界的能量超过最小点火能量（多数在10mJ~100mJ）或温度超过其自燃点（多数在400℃~500℃），就会爆炸。
生产过程中常见的 多种引火源
1、设备内的摩擦撞击火花。设备内部由于机械运转部位缺乏润滑而摩擦生热；物料、硬性杂质或脱落的零件与设备内壁碰击打出火星。表面粗糙的坚硬物体相互猛烈撞击或摩擦时，产生的火星撞击或摩擦脱落的高温固体微粒。据统计，
仅粉碎研碎设备因摩擦撞击引起的爆炸事故占57％。
2、电火花和静电火花。电气设备故障引起的电火花是常见的一种引火源，事故案例较多。物料在输送和粉碎研磨的搅拌中，粉料与管壁、设备壁，粉料的颗粒与颗粒之间的摩擦和碰击，也可以产生火花。
3、沉积粉尘的阴燃和自燃，沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘，受热一段时间后会出现阴燃，最终也可能转变为明火，成为粉尘爆炸的引火源。粉尘最易阴燃的层厚范围为10～20mm。可燃粉尘在沉积状态下还具有自燃的倾向，因为粉尘微粒与空气接触发生氧化放热反应，在一定条件下热量不能充分散发，粉层内温度会升高引起自燃。长期积聚在设备裂缝中和管道拐弯处的粉尘易发生自燃。
常见火源分类表
（四）粉尘爆炸的过程
第一步：悬浮粉尘在热源作用下迅速地被干馏或气化而产生可燃气体。
第二步：可燃气体与空气混合而燃烧。
第三步：燃烧产生的热量从燃烧中心向外传递，引起邻近的粉尘进一步燃烧。如此循环下去，反应速度不断加快，最后形成爆炸。
（五）粉尘爆炸的特点
（1）多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点。
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。二次爆炸时，粉尘浓度会更高。
（2）粉尘爆炸所需的最小点火能量较高，一般在几十毫焦耳以上。
（3）与可燃性气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，破坏力强。
（六）粉尘爆炸的危害
(1)具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广，煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。如1952—1979年间，日本发生各类粉尘爆炸事故209起，伤亡共546人。近年来，中国发生的粉尘爆炸尤其是系
统爆炸，造成了严重损失，仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故，死亡58人，轻重伤177人，直接经济损失882万元。
(2)容易产生二次爆炸。第一次爆炸气浪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，形成所谓的“返回风”，与扬起的粉尘混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。
(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)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡。
（七）粉尘爆炸火灾的扑救措施
扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水，尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧，又可湿润未燃粉尘，驱散和消除悬浮粉尘，降低空气浓度，但忌用直流喷射的水和泡沫，也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂，防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸。
对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等，遇水反应，会使燃烧更剧烈，因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(不可冲击)；堆积的粉尘如面粉、棉麻粉等，明火熄灭后内部可能还阴燃，也应引起足够重视；对于面积大、距离长的车间
的粉尘火灾，要注意采取有效的分割措施，防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发连锁爆炸。
（八）粉尘爆炸的预防措施
（一）粉尘爆炸预防措施
对产生粉尘的现有生产企业，通常采取防止粉尘爆炸的措施有：
1、增加混合系中的水份。
2、添加惰性物质。
3、降低升压速率。
4、抑爆系统设置
常用的具体措施主要考虑以下几个方面：
⑴防止粉尘沉积和及时清理粉尘。
对于处理粉料的设备或场所，要防止泄漏而使粉尘到处飞扬，尤其应将易于产生粉尘的设备隔离设置在单独房间内，并设专门的保护罩和局部排风罩或考虑吸尘装置。
需要指出的是，近几年因集尘设施粉尘清理不及时，长期运转积热引起的火灾爆炸事故屡有发生，这也应引起人们的重视。
⑵加强管理，消除粉尘爆炸的点火源。
由前述分析可知，粉尘爆炸的点火源有多种，必须根据操作环境可能出现的点火源种类进行针对性预防。例如，面粉加工厂的磨面机中混入金属或砂石碎块，就会打出火花而
造成粉尘爆炸，为此，在净麦等前处理工序就应加强操作管理，避免能造成点火源的金属等硬物混入磨面工序，尤其要注意磁铁失效问题。
⑶增加混合系中的水份。
尘粒中的水份在升温与蒸发过程中吸收热量，所以，这种水份提高了粉尘的着火温度。比如玉米淀粉的着火温度可以随着含水量从1.6%增加到12.5%而上升50℃之多。着火温度的升高可以避免粉尘遇到一些低温火源的引燃爆炸概率。 金属粉尘遇水反应，不能采取增湿措施。
⑷避免设备中粉尘爆炸—添加惰性物质。
对于设备内极易形成粉尘-气体爆炸混合物的操作，在设备中充入惰性介质、降低系统中的氧含量是目前防止设备爆炸的唯一可靠方法。在这种情况下，粉尘-空气混合物中的氧含量会减少至火焰不能传播的数值。惰性介质可以采用氮气、二氧化碳、烟道气和用惰性气体稀释到必要最低含氧量的空气或其它工业废气以及惰性粉尘等。
⑸降低升压速率—泄爆口的设计。
在粉尘爆炸危险性特征量中，升压速率是最为重要的单项因素，基本上决定了爆燃破坏性的程度。升压速率也是设计防（泄）爆口时的一个重要根据，因为在很大程度上，升压速率决定了防（泄）爆口的尺寸。粉尘爆炸发生后，形成气体产物，释放热量，提高了封闭设施内空气的温度。由于
气体，遇热膨胀，如果没有足够的排气面积（泄压面积）释放尚未到危险压力的热气体，这类破坏压力就会施加于周围的封闭设施上。
⑹抑爆系统设计。
某些情况下，可以把产生粉尘的操作放到露天进行，或置于惰性环境下，或者用爆炸抑制系统防护。
爆炸抑制系统由火焰或压力检测器与在爆炸开始阶段即迅速喷放出来的火焰猝熄剂组成。此外，对最大压力、余压持续时间、对爆炸体积的限制程度与氧浓度等因素采取有效的控制措施，也对降低粉尘爆炸破坏性起作用。