可燃气体和粉尘爆炸原理

灰尘为什么会爆炸？

无论是作为生产过程中的一种伴随现象，还是作为一种必需的最终产品，所有处于细粉状态的固体物质都称为粉尘。按堆积状态可分为尘层(沉积尘)和尘云(悬浮尘)。在粉尘爆炸的研究中，常常将粉尘分为可燃粉尘和不可燃粉尘(或惰性粉尘)。可燃粉尘是指氧气在空气中反应时能放出热量的粉尘。

在我国，多次发生可燃粉尘引发的燃烧爆炸事故，造成了严重的人员伤亡和财产损失，引起了社会各界的广泛关注。如1987黑龙江省哈尔滨亚麻纺织厂发生亚麻粉尘爆炸事故，造成58人死亡，65人重伤，112人轻伤。2002年以来，先后发生饲料、木材、硫磺、母料粉、铝粉、硅铁粉、糖等粉尘爆炸事故。

历史上首次记录的粉尘爆炸事故

1785 12 14意大利一家面粉厂发生粉尘爆炸，至今已有200多年。

日本、德国和美国的粉尘爆炸事故

1952-1979期间，日本共发生粉尘爆炸事故209起，伤亡人数共计546人，其中制粉工艺和除尘系统事故较为突出。

在1965-1980期间，联邦德国共发生粉尘爆炸事故768起，其中最严重的是木粉及木制品粉尘和谷物饲料爆炸事故。

从1980到2005年，美国共发生粉尘爆炸事故281起，死亡119人，受伤718人。

粉尘爆炸事故在发达国家也时有发生。据悉，近年来，新西兰、马来西亚、韩国、澳大利亚、新加坡、印度、菲律宾和列宾等亚洲国家也发生了乳制品、面粉、奶粉、糖、煤粉等爆炸事故。一些可燃粉尘生产、使用、储运企业因粉尘爆炸导致厂房倒塌、烧毁，造成巨大经济损失。

粉尘爆炸的基本原理

一般容易发生爆炸事故的粉尘有铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、铝加工研磨粉、各种塑料粉、有机合成药物中间体、小麦粉、糖、锯末、染料、电木灰、奶粉、茶粉、烟草粉、煤粉、植物纤维粉尘等。这些物料的粉尘之所以容易发生爆炸燃烧，是因为存在H、C、N、S等强还原剂。当它们与过氧化物、爆炸性粉尘共存时，通过氧化反应分解产生大量气体，或者气体量很小，但放出大量燃烧热。

比如铝粉，只要在二氧化碳气氛中，就有爆炸的危险。粉尘爆炸的难易程度与粉尘的理化性质和环境条件有关。一般认为燃烧热较高的物质更容易爆炸，如煤尘、碳、硫等。氧化速度快的物质容易爆炸，如镁粉、铝粉、氧化亚铁、染料等。容易带电的粉尘也容易引起爆炸，如合成树脂粉、纤维粉尘、淀粉等。

这些导电性差的物质由于与机器或空气摩擦产生静电而积聚，达到一定量时就会放电产生电火花，构成爆炸的火源。通常，不易引起爆炸的粉尘包括土壤、沙子、氧化铁、研磨材料、水泥、应时粉尘和类似燃烧后的粉尘。这类物质的粉尘化学性质比较稳定，不容易燃烧。但这种粉尘如果产生在油雾和CO、CH4、煤气等可燃气体中，也容易发生爆炸。

粉尘的爆炸可以认为是由以下三个步骤形成的:

第一步是悬浮粉尘在热源作用下快速干馏或气化，产生可燃气体；

第二步，可燃气体与空气混合燃烧；

第三步，粉尘燃烧释放的热量以热传导和火焰辐射的方式传递给附近悬浮或吹起的粉尘，这些粉尘被加热汽化，使燃烧循环继续进行。随着每个循环的逐次推进，反应速度逐渐加快，通过剧烈燃烧，最终形成爆炸。这种爆炸反应，以及爆炸火焰速度、爆炸波速和爆炸压力，会不断加速和增大，突飞猛进地发展。

粉尘爆炸的五要素

这些粉尘只需要满足五个条件，即有可能发生爆炸:可燃粉尘、助燃气体(一般为氧气)、点火源、扩散(形成粉尘云)、密闭空间。

达到一定浓度后，扩散后形成的尘埃云只要碰到火星就会迅速燃烧。一开始会是爆燃，尘埃间的能量迅速扩散。一定时间后，压力会上升，导致爆炸。当这个尘云爆炸时，会扩散到另一个尘云，期间地面的灰尘会被气流带起，爆炸两次甚至多次。所以一般粉尘爆炸事故死亡人数较多。

粉尘爆炸有两个主要特征:

一、物质(如木材、金属、食物等。)正常使用时看似没有爆炸危险的，在细粉尘状态下也会有潜在的爆炸危险。从以往的事故案例可以看出，大部分事故都是由于没有充分认识到粉尘在微细状态下的爆炸危险性而导致的。

第二，粉尘爆炸一般是“副产品”。当由于某种原因发生爆炸时(如煤气泄漏引起的煤气爆炸)，其压力波会将地面和生产设备上堆积的粉尘卷走，形成悬浮在空气中的可燃粉尘。遇到火源会产生粉尘爆炸(二次爆炸)。更严重的情况下，二次爆炸产生的压力波还会卷起周围堆积的粉尘，造成三次。

2010年2月20日，美国CTA隔音材料厂发生树脂粉尘爆炸，造成7死37伤。

2013年2月8日，美国皇家糖厂发生爆炸事故，造成14人死亡，36人重伤。