所需條件[編輯]
粉塵爆炸或閃燃有五大必備條件:
- 易燃粉塵
- 灰塵以高濃度漂浮在空氣中
- 受限於塵埃雲
- 有氧化劑(一般為大氣中的氧)
- 有火源
粉塵來源[編輯]
運送糧食和糧倉等可能涉及粉塵的活動,也經常爆炸。像開採煤炭引發煤塵,麵粉廠制粉也有大量的粉塵。1878年5月2日,明尼蘇達州沃什博恩麵粉廠發生麵粉粉塵爆炸,14名工人死亡,另有4人死於相鄰建築物[1]。類似的問題也出現在鋸木廠等地。
儘管加工過程中排放的紙屑,尤其是滾動、展開、被切割成薄片的情況下,不是嚴格意義上的粉塵,卻是另一種已知的爆炸危險。封閉的造紙廠區常受到這種危險,因而常保持高空氣濕度,以減少空氣中紙粉塵爆炸的可能性。
為支持燃燒,粉塵也必須由具備高表面積與體積比且非常小的顆粒構成,從而使所有的粒子組成比顆粒更大的灰塵還要大的表面積。粉塵定義為顆粒直徑小於500微米的粉末,但較小的粉末,會比總表面積較大的顆粒組成的粗顆粒,呈現更大的危險性。在特效中,石松粉和脫脂奶粉是安全生產、控制火焰效果的不二之選。
火源[編輯]
火源並不都是明火,2005年德國有一半以上的粉塵爆炸沒有火源。常見火源包括[2]:
然而,通常很難在爆炸後確定火的確切來源。當源頭不能發現時,通常被認為是靜電。靜電荷可通過顆粒表面摩擦產生,正負電荷彼此吸引,會導致霎時間的接地放電。
濃度[編輯]
低於爆炸下限(LEL)最低定值時[2],有些灰塵根本不足以支持燃燒爆炸所需的速率。這一數值比爆炸下限低20%就是安全的。同樣,若燃料或空氣係數的增加高於爆炸上限,是不足以使氧化劑以必要速度繼續燃燒。
原理[編輯]
粉塵具有非常大的表面積質量比。燃燒只發生在與氧發應的固體或液體表面上,這導致粉塵比散裝物料更易燃。如,1kg球狀物質的密度為1g/cm3,跨度為12.4cm,表面積0.048m2。然而,若將其分解成直徑50μm的球形塵埃顆粒(約麵粉顆粒大小),表面積為120m2,物質的燃燒速率就會大大增加,每個顆粒的質量非常小,因為熱傳導材料的損失,還使其著火時比主體材料用更少的熱量,尤其是倉庫或地窖等壓力顯著增加的密閉空間,通常結構拆分綽綽有餘。鋁等傳統意義上不可燃物質或燃燒緩慢的木材,被細碎時可產生劇烈的爆炸,即便是很小的火花,也能將其引燃。
術語[編輯]
粉塵爆炸有原發性和繼發性之分。粉塵爆炸主要發生在工廠或類似建築內,一般可通過專用管道將壓力釋放到大氣。繼發性粉塵爆炸指工廠內的灰塵堆積被揚起,因原發性爆炸起火,導致工作場內的爆炸危險多不受控制。從歷史上看,造成人員傷亡的粉塵爆炸,基本上由繼發性粉塵爆炸導致。
防護與減災[編輯]
歐洲等地已展開衆多研究以了解如何控制這些危險,但爆炸仍時有發生。製造工藝和設備安全的替代方案,依賴於整個行業。在煤炭開採業中,甲烷爆炸誘發煤塵爆炸,會殃及整個坑的工作。石粉沿著礦井巷道傳播,或懸浮於盤頂,以衝擊波沖淡煤塵引發的提前燃燒,這種地步不會導致燃燒。礦區可通過噴水抑制起火。一些行業在灰塵升高過程中排斥空氣,被稱為「惰性」。通常使用氮氣、二氧化碳、氬氣等不可燃氣體抑制燃燒。同樣的方法也可用於易燃氣體積聚的大型儲罐。但使用無氧氣體會造成工人窒息。工人常使用潛水燈照明的封閉空間,引發粉塵爆炸的風險很高。由於防水,沒有產生開放火花的風險。
美國國家防火協會(National Fire Protection Association,NFPA)針對可燃性粉塵的最佳控制措施包括:
- 增濕除塵
- 降低氧化劑濃度
- 爆燃時通風
- 爆燃壓力容器
- 抑制爆燃
- 通過滯塵和火焰墮裝置在爆燃時通風