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粉塵爆炸的內在原因

發布時間:2014-08-15 15-19-03 瀏覽次數:10461


處于粉塵狀態的物質較之固體狀態物質有所不同,尤其是在燃燒特性方面,原來非燃物質可能變為可燃物質,原來是難燃物質可能變成易燃物質,可燃、易燃物可能變為易爆炸物質,而這一變化是由粉塵的特性所決定的。

(一)粉塵的表面自由能

對于任何粉塵粒子來講,其表面分子與內部分子所處的*狀態是不同的。在粉塵粒子內部的分子,因四面八方均具有同類分子包圍著,所受周圍分子的引力是對稱的,可以相互抵消而受力總和為零,它做分子運動(震動)時不需要消耗功,而靠近粒子表面的分子,由于內部密集的同類分子的引力遠大于外部其他分子(念氣體分子)對它的引力,所以不能相互抵消,這些力的總和垂直于粉塵表面而指向粉塵內部,亦即表面分子受到內向的拉力,表面上的分子總比內部分子具有更高的*,這種*叫做表面自由能。

(二)粉塵的分散度和表面積

所謂粉塵的分散度就是粉塵按不同粒徑(直徑)分布的一種形式。其中小粒徑粉塵越多,我們就稱其分散度大,而分散度的大小又決定著粉塵的表面積,其分散度越大,則表面積越大,表面分子越多,導致表面自由能越大。

(三)粉塵的吸附性

其他物質分子在粉塵表面上相對聚集的現象稱為粉塵的吸附現象。由于粉塵具有較大的表面及自由能,而物質又具有由高能態向低能態轉化的趨勢。能態越低越穩定,所以,它對周圍分子尤其是快速移動的氣體分子具有吸附性。通過吸附其他分子來降低部分表面自由能。

綜上所述,由于粉塵的分散度較大,具有較大的表面積,從而具有較高的表面自由能,使粉塵的狀態不穩定,活性增高,在理化性質上表現為粉塵較之原物質具有較小的點火*和自燃點。(如塊狀時不能燃燒的鐵塊,在粉碎成粉塵時,*小點火*小于100mJ,自燃點小于300℃;煤粉的點火*小于40mJ)。表面積的增大和吸附特性的存在,使得粉塵與空氣中氧分子的接觸面增大,增加了反應速度;表面積的增大,還使固體原有的導熱能力下降,易使局部溫度上升,也有利于反應進行。

同時,粉塵在擴散作用大于重力作用時具有懸浮狀態的穩定性,易與空氣形成粉塵云。當各種條件具備時,粉塵就會發生爆炸。

四、粉塵爆炸的條件

粉塵的火災爆炸事故多發生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加工廠及糧庫等廠礦企業。這與粉塵爆炸所需條件有關。粉塵爆炸本身是一類特殊的燃燒現象,它也需要可燃物、助燃物和點火源三個條件。

(一)粉塵本身是可燃粉塵??扇挤蹓m分有機粉塵和無機粉塵兩類。有機粉塵如面粉、木粉、化學纖維粉塵等,基本是可燃的。而無機粉塵包括金屬粉塵和一部分礦物性粉塵(如煤、硫等),也都是可燃粉塵。黃沙和塵土的粉塵也很微小,但由于它們本身不能夠燃燒,因此不具危險性。

(二)粉塵*懸浮在助燃氣體(如空氣中),并混合達到粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃氣體中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風等機械作用造成的。大粒徑的粉塵一般沉降為只有燃燒能力的沉積粉塵,只有小粒徑的粉塵才能在助燃氣體中懸浮。同時,爆炸粉塵的危險性也用濃度爆炸極限下限來表示,一般是20~60g/m3,低于這個濃度,難以形成持續燃燒,更談不上爆炸。

(三)有足以引起粉塵爆炸的點火源。粉塵具有較小的自燃點和*小點火*,只要外界的*超過*小點火*(多數在10mJ~100mJ)或溫度超過其自燃點(多數在400℃~500℃),就會爆炸。

當上述三個條件同時滿足時,就可能發生粉塵火災爆炸事故。

需指出的是,粉塵極有可能發生破壞性更大的二次爆炸。當粉塵懸浮于含有足以維持燃燒的氧氣環境中,并有合適的點火源時,可能發生初次爆炸,并引起周圍環境的擾動,使那些沉積在地面、設備上的粉塵彌散而形成粉塵云,遇火源形成災難性的*次爆炸;另外第一次爆炸后,在粉塵的爆炸點,由于空氣受熱膨脹,密度變小,迅速形成爆炸點逆流(俗稱“返回風”),遇粉塵云和熱能源,也會發生*次爆炸。

所以粉塵濃度監測猶如重要,介質可視化是工業發展*方向。

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