粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。我們平時(shí)在生活和工作中，習(xí)慣上對粉塵有許多名稱，如灰塵、塵埃、煙塵、礦塵、砂塵、粉末等，這些名詞沒有明顯的界限。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。粉塵幾乎到處可見。除去自然產(chǎn)生的粉塵以外，人們工作生活中的行為也會(huì)產(chǎn)生粉塵，如：固體物質(zhì)的機(jī)械加工或粉碎；物質(zhì)加熱時(shí)產(chǎn)生的蒸汽在空氣中凝結(jié)或被氧化所形成的塵粒；有機(jī)物質(zhì)不完全燃燒所形成的微粒；粉狀物質(zhì)的混合，過篩、包裝、搬運(yùn)等操作過程；以及沉積的粉塵由于振動(dòng)或氣流運(yùn)動(dòng)，使沉積的粉塵重又浮游于空氣中(產(chǎn)生二次揚(yáng)塵)也是粉塵的來源。
2粉塵為什么會(huì)爆炸
曾經(jīng)有一位同事對我說，他取了一些維生素E吸附型顆粒(由維生素E油吸附到二氧化硅顆粒內(nèi))去燃燒發(fā)現(xiàn)是不能點(diǎn)燃的，所以他認(rèn)為維生素E吸附型顆粒的粉塵應(yīng)該是不會(huì)引燃的。相信很多朋友也和他有著相同的認(rèn)識(shí)吧！要想了解真相，我們首先要了解粉塵和固體材料的不同。我們知道，飼料廠里的粉碎機(jī)要把物料加工成細(xì)的顆粒，粉碎機(jī)就要消耗電能而對被加工的物料做功，使物料被粉碎。其中，粉碎機(jī)所做的功的一部分轉(zhuǎn)化成能量，而儲(chǔ)存在被粉碎以后的物質(zhì)顆粒表面，這部分能量在物理化學(xué)中被叫做“表面吉布斯自由能”。并且，對于一定的物質(zhì)來說，被粉碎的程度越大，即顆粒越小，則比表面積(specificsurfacearea)越大，那么表面能也就越大。例如，一塊1kg重的二氧化硅的表面能為0.2J，這是很小的，它只相當(dāng)于把1kg的物體舉高0.02m所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一樣細(xì)小的粉塵后，其表面能可達(dá)2.7×106J，即相當(dāng)于把同樣重的物體舉高2700m所做的功，表面能竟增大了1000萬倍！由于粉塵具有這么高的表面能，同大塊的物料相比，它就很容易發(fā)生物理變化或化學(xué)變化將其能量釋放出來。這個(gè)道理就好似汽車發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)將燃油霧化后再燃燒產(chǎn)生的能量要遠(yuǎn)高于將燃油直接燃燒產(chǎn)生的能量一樣。所以，這些平時(shí)看起來微不足道的細(xì)小粉塵一遇適宜的條件，與空氣充分混合，遇火后，它就會(huì)迅速地發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，在瞬間放出巨大的能量——粉塵爆炸也就隨之發(fā)生(圖2)。
3什么樣的粉塵容易爆炸
1977年12月22日中午，一聲驚天動(dòng)地的爆炸聲在美國威斯威科市響起，方圓十幾公里的居民明顯地感覺到爆炸時(shí)巨大的沖擊波引起的震動(dòng)，建筑物上的玻璃窗紛紛震落下來。是什么發(fā)生了爆炸？被突如其來的爆炸嚇蒙了的人們實(shí)在想不出來。要知道，威斯威科市是一個(gè)僅有數(shù)萬人口的小城市，此地既沒有軍隊(duì)的彈藥倉庫，也沒有易燃易爆的工廠??！人們將眼光掃向了爆炸聲傳來的方向。那里升騰起了10多層樓房高的火柱，而且，有大朵蘑菇狀的煙云正在升起。那情景，就像發(fā)生了原子彈爆炸。被此情景驚駭?shù)娜藗兏右苫蟛唤饬耍耗抢锸且蛔A存面粉的糧庫啊，面粉怎么可能發(fā)生爆炸呢？
粉塵和其他物質(zhì)一樣具有一定能量。由于粉塵的粒徑小，表面積大，從而其表面能也增大。粉塵與空氣混合，能形成可燃的混合氣體，若遇明火或高溫物體，極易著火，頃刻間完成燃燒過程，釋放大量熱能，使燃燒氣體驟然升高，體積猛烈膨脹，形成很高的膨脹壓力。燃燒后的粉塵，氧化反應(yīng)十分迅速，它產(chǎn)生的熱量能很快傳遞給相鄰粉塵，從而引起一系列連鎖反應(yīng)。粉塵爆炸往往不止于一次，極有可能發(fā)生二次甚至三次爆炸。第一次爆炸把沉積在地面上、設(shè)備上的粉塵吹起來，而爆炸后短時(shí)間內(nèi)，爆炸中心會(huì)形成負(fù)壓，把周圍新鮮空氣吸進(jìn)來，與揚(yáng)起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時(shí)，粉塵的濃度一般比較高，所以威力會(huì)更大。粉塵發(fā)生爆炸必須具備一定的條件：
(1)粒徑大小——這是影響其反應(yīng)速度和靈敏度的重要因素。顆粒越小越易燃燒，爆炸也越強(qiáng)烈。粒徑在200μm以下，且分散度較大時(shí)，易于在空中飄浮，吸熱快，容易著火。
(2)化學(xué)成分——有機(jī)物粉塵中若含有COOH、OH、NH2、NO、C=N、C=N和N=N的基團(tuán)時(shí)，發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性較大。
(3)爆炸濃度——在一個(gè)給定容積中，能夠傳播火焰的懸浮粉塵的最小重量稱為爆炸濃度。通常，達(dá)到粉塵爆炸濃度的粉塵才會(huì)發(fā)生爆炸。
(4)空氣濕度——當(dāng)空氣濕度較大時(shí)，親水性粉塵會(huì)吸附水分，從而使粉塵難以彌散和著火，傳播火焰的速度也會(huì)減小。
(5)有足夠的點(diǎn)火溫度——粉塵爆炸大都起源于外部明火，如機(jī)械撞擊，電焊和切割，靜電火花或電火花，摩擦火花，火柴和高溫體傳熱等。
(6)足夠的氧氣——粉塵懸浮環(huán)境中需含有足夠維持燃燒的氧氣。
看完上面的內(nèi)容后，我們來看一下美國威斯威科市糧庫的爆炸原因：威斯威科市糧庫有著幾十個(gè)高大的貯糧倉。面粉入庫時(shí)，要經(jīng)過提升塔從平地提升到高處，再由皮帶運(yùn)輸機(jī)分配到各貯糧倉去。那天中午，一批面粉正在進(jìn)倉，提升塔的皮帶運(yùn)輸機(jī)“吱吱”地響著，源源不絕地將面粉送入。長時(shí)間運(yùn)行的皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中因?yàn)槟Σ辽鸁幔鹈娣鄯蹓m著火，緊接著就形成了爆炸。那大朵蘑菇狀的煙云，乃是大量面粉粉塵受到爆炸的激蕩而形成的。這次爆炸，炸死了36人，重傷9人，有48個(gè)貯糧倉的大糧庫被夷為平地，連附近的一座辦公樓也徹底炸毀。聞此兇信的人們不禁為之咋舌：小小粉塵發(fā)起脾氣來竟是這樣的厲害！(圖3)
4如何防止粉塵爆炸
防止粉塵爆炸第一步，了解你的工廠的粉塵，我們需要了解每一種工廠所使用的物質(zhì)的粉塵的參數(shù)：點(diǎn)燃溫度(Inflammable)、極限氧濃度(LOC)、粉塵爆炸極限濃度、粉塵的粒徑、環(huán)境濕度、最小引燃能量(MIE)、最低著火溫度(MIT)這些參數(shù)將有助你制定接下來的工作。
第二步，按照粉塵爆炸的可能性為工廠劃分區(qū)域：分區(qū)22：爆炸危害僅短期存在；如<10h/年。分區(qū)21：爆炸危害存在于正常操作中；例如每年10h～1000h。分區(qū)20：爆炸危害長期持續(xù)存在；如>1000h/年。防止粉塵爆炸第二步，控制粉塵，將工廠環(huán)境的粉塵濃度控制在一個(gè)絕對安全的值內(nèi)，如＜5mg/m3，要注意的是，飼料廠一般使用大型的脈沖除塵裝置來除塵，對于這些設(shè)備，內(nèi)部的粉塵一定會(huì)超過安全值，所以要確保這些設(shè)備內(nèi)部不會(huì)有引燃源，我們可以用防靜電的過濾袋，并將設(shè)備的外殼接地以及將傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)在設(shè)備外部等措施來防止引燃源的產(chǎn)生。
第三步，確保您的工廠所使用的電機(jī)的防護(hù)等級不低于IP54，照明源及其它的電器具有防塵或防爆的能力。吸塵器在使用前請將外殼接地，保持工廠的環(huán)境衛(wèi)生等。
最后，管理層要經(jīng)常巡檢上工作是否落實(shí)，形成制度?？傊?，只要我們注意除塵和杜絕火種，悲劇是可以避免的。
