防止粉尘爆炸

2003年1月29日，一场爆炸和火灾摧毁了北卡罗来纳州金士顿的西部制药服务工厂，造成6人死亡，数十人受伤，数百人失业。该工厂生产医用橡胶塞和其他产品。爆炸的燃料是一种细塑料粉末，积聚在工厂制造区域的吊顶上方。同年，灰尘在美国25家不同的工厂引发爆炸，其中包括北卡罗来纳州的两家和肯塔基州的三家。第二年，19个州的28家工厂也发生了粉尘爆炸。联邦调查人员表示，在过去25年里，全国总共发生了281起爆炸事件。

许多人在这些爆炸中死亡或受伤。继西药事故之后，全国各地又有15人死亡，119人受伤。然而，所有的死亡都是可以避免的。

密歇根大学教授比尔·考夫曼(Bill Kauffman)是研究粉尘爆炸的权威专家，他说:“你几乎不用花什么钱就能防止粉尘爆炸。”他的处方很简单:“清除灰尘。”面粉、非乳制品奶精、木材、铝等各种普通物品，如果被分解成粉尘，悬浮在空气中，其杀伤力远远超过火药。考夫曼警告说，这只需要一个火花。

粉尘爆炸会产生自我维持的“多米诺骨牌效应”，只要有燃料就会持续下去。

例如，粮仓、卸煤设施和炼油厂都有一些地方和环境，如果在错误的时间出现火花，可能会导致灾难。由于大气中存在爆炸性物质，所有这些地点都有可能被认为是危险的区域。激活开关产生的火花或泵产生的热量都可能点燃燃料并引起爆炸或火灾。尽管死亡人数众多，但人们对粉尘爆炸及其预防的兴趣远远低于人们的预期。

化学品安全委员会(CSB)是一个调查工业化学品事故和危害的联邦机构。在2006年11月发布的一份报告中，报告称，政府监管松懈或根本不存在，预警系统杂乱无章，人们普遍对粉尘带来的危害一无所知。

什么是粉尘爆炸?

当悬浮在空气中的微细粉尘被点燃时，就会发生粉尘爆炸，引起非常迅速的燃烧，释放出气体产物，随后的爆炸力压力上升，可能会损害工厂、财产和人员。粉尘爆炸可分为初级爆炸和次级爆炸。

一次爆炸发生在密闭的大气中，如旋风、储存库或制造工厂的封闭部分。爆炸后，冲击波可以破坏并经常破坏墙壁，使燃烧的灰尘和爆炸产生的气体被排出到周围地区，扰乱可能已经积累的尘埃。一旦在空中，这些灰尘可以支持更大的二次爆炸。二次爆炸会对周围的厂房造成严重破坏。所有大规模的粉尘爆炸都是由这种链式反应引起的。

必需的条件

要发生粉尘爆炸，必须具备以下几个关键条件:

• 粉尘必须是可燃的，并且足够细，可以通过空气传播;

• 粉尘云必须具有爆炸浓度，即在该特定粉尘的爆炸下限和上限之间;

• 大气中必须有足够的氧气来支持和维持燃烧;而且,

• 肯定有点火源。

虽然组内特征值的范围很广，但组间差异不大。无论是考虑金属、碳质、塑料、化学或农业粉尘，表中反映的值都是典型的。该表显示了I类气体或蒸汽危害与II类粉尘危害之间的显著差异。虽然其他特性相似，但容易点燃的工业粉尘的点火能量是典型的I类D组材料的20倍。只有少数粉尘，如锆和氢化钍，在能量低于10兆焦耳时点燃。在某些条件下，这些粉尘在室温下会自燃。

惰化

除了清除灰尘，还有一些方法可以减少爆炸的可能性。一是减少可用氧。另一种是通过加入湿气或干燥的惰性物质来稀释燃料。用来降低氧含量的稀释剂通常是二氧化碳，它比氮气更有效。在高温下，水蒸气和二氧化碳一样有效。然而，许多金属粉尘与水发生反应，湿气可能会增加爆炸的严重程度。氩和氦是大多数金属粉尘的首选稀释剂，因为许多金属与二氧化碳或氮发生反应。然而，钍、铀和锆的氢化物最好与二氧化碳相互作用。关键是找到正确的产品和稀释剂组合，以有效保护。

电气设备;预防

II类位置有两个目标:使粉尘远离点火源，防止积聚在设备上的粉尘着火。有五种常用的方法可以做到这一点:

• 防尘引燃外壳(第一类);

• 防尘外壳(第二组);

• 净化(1及2科);

• 密封(分部2);而且,

• 本质安全(第一科)

2005年NEC(国家电气规范)对防尘、防爆和防尘外壳进行了详细描述。

清洗以减少II类区域的危害在NEC中得到认可，其设计和安装细节参考NFPA 496 2003。清洗包括以适当的流量和压力向外壳提供压缩空气或惰性气体，以减少外壳内的有害气体或可燃粉尘。大多数清洗应用要求最低外壳压力为0.10英寸(2.5毫米)的水。(1 psi等于27.7英寸的水。)在某些情况下，最低外壳压力为0.50英寸(12.7毫米)的水，以防止可燃粉尘。但在所有情况下，应保持较高的封闭压力，以创造合理的安全系数。在极少数情况下，可能需要高达2.5英寸(63.6毫米)的封闭压力来抵消突然的大气压力波动，例如在导弹发射或海上钻井平台附近产生的压力。

对于第一类应用，失去压力需要断开电源到外壳。对于分部2，如果失去压力，只要有声音或视觉警报通知操作人员情况，就可以保持供电。如果温度超过设计限制，电机、变压器和其他容易过载的设备必须具有自动断电的装置。还应考虑在外壳中使用冷却装置，漩涡冷却器提供了一种非常便宜的解决方案。但是，增压系统上的压力表必须指定或重新编程，以补偿外壳内增加的诱导空气压力。

根据NEC 2005第500条，要求的理念是，如果1类定位设备是防尘的，并且通向它的电路对于I类D组位置是本质安全的，则该设备对于II类F组和G组位置是本质安全的。对于E组，电路仅为1区位置。从来没有发生过记录在案的事故或爆炸，而本质安全技术得到了适当的实施。

各种防爆方法是允许的，允许组合措施，提供最佳的工程和财务解决方案。最常用的保护方法是泄爆通风(破裂片)和爆炸抑制。其他包括密封和氧气浓度降低。许多破裂片制造商通过内在安全屏障和II类、III类和I类区域的净化柜，以电子方式监控磁盘。这样就可以发出报警信号，并自动关闭设备，结束可燃材料的供应。

避免灰尘

预防和控制粉尘危害包括基本做法和培训:

• 保持有效的家务管理。如果那里没有灰尘，它就不能作为一层点燃，也不能像云一样散开。维护搬运设备，减少泄漏并保持灰尘。清理掉的灰尘。即使是很小的粉尘堆积(小到0.031英寸)，如果扩散到足够的表面区域，也会产生爆炸危险;

• 对员工进行可燃性粉尘危害识别和控制方面的培训和教育;

• 设计机械和工厂布局，以尽量减少发生爆炸时造成的损失。使用阻火器防止火焰蔓延，使用通风口缓解压力，减少结构损坏;

• 采用本质安全布线方法;

• 在清洗后的机柜中找到可能导致问题的电气设备;和

• 检测封闭系统发生爆炸时的早期压力上升，并用惰化材料将其扑灭。

这些简单和常识性的方法可以减少并几乎消除爆炸、受伤和损坏的风险。

资料来源:倍加富(Pepperl+Fuchs)，价值由美国矿业局报告。
云点火能	5mj及以上
最小爆炸浓度	0.02盎司/平方英尺或更高
最大开发压力	30 - 150 psi
压力上升速率	小于15,000 psi/秒
点火temperature-cloud	200℃以上
点火temperature-layer	150°C或更高

作者信息

Joseph a . Kaulfersch是Pepperl+Fuchs Inc.的市场分析师。通过pa-info@us.pepperl-fuchs.com．

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