粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。我們平時在生活和工作中，習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。國際標準化組織規(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產(chǎn)生粉塵，如：固體物質(zhì)的機械加工或粉碎；物質(zhì)加熱時產(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、搬運等操作過程；以及沉積的粉塵由于振動或氣流運動，使沉積的粉塵重又浮游于空氣中(產(chǎn)生二次揚塵)也是粉塵的來源。
2粉塵為什么會爆炸
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)是不能點燃的，所以他認為維生素E吸附型顆粒的粉塵應該是不會引燃的。相信很多朋友也和他有著相同的認識吧！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，飼料廠里的粉碎機要把物料加工成細的顆粒，粉碎機就要消耗電能而對被加工的物料做功，使物料被粉碎。其中，粉碎機所做的功的一部分轉(zhuǎn)化成能量，而儲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小的粉塵后，其表面能可達2.7×106J，即相當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)生物理變化或化學變化將其能量釋放出來。這個道理就好似汽車發(fā)動機會將燃油霧化后再燃燒產(chǎn)生的能量要遠高于將燃油直接燃燒產(chǎn)生的能量一樣。所以，這些平時看起來微不足道的細小粉塵一遇適宜的條件，與空氣充分混合，遇火后，它就會迅速地發(fā)生激烈的燃燒反應，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巨大的沖擊波引起的震動，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在想不出來。要知道，威斯威科市是一個僅有數(shù)萬人口的小城市，此地既沒有軍隊的彈藥倉庫，也沒有易燃易爆的工廠啊！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。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、設備上的粉塵吹起來，而爆炸后短時間內(nèi)，爆炸中心會形成負壓，把周圍新鮮空氣吸進來，與揚起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時，粉塵的濃度一般比較高，所以威力會更大。粉塵發(fā)生爆炸必須具備一定的條件：
(1)粒徑大小——這是影響其反應速度和靈敏度的重要因素。顆粒越小越易燃燒，爆炸也越強烈。粒徑在200μm以下，且分散度較大時，易于在空中飄浮，吸熱快，容易著火。
(2)化學成分——有機物粉塵中若含有COOH、OH、NH2、NO、C=N、C=N和N=N的基團時，發(fā)生爆炸的危險性較大。
(3)爆炸濃度——在一個給定容積中，能夠傳播火焰的懸浮粉塵的最小重量稱為爆炸濃度。通常，達到粉塵爆炸濃度的粉塵才會發(fā)生爆炸。
(4)空氣濕度——當空氣濕度較大時，親水性粉塵會吸附水分，從而使粉塵難以彌散和著火，傳播火焰的速度也會減小。
(5)有足夠的點火溫度——粉塵爆炸大都起源于外部明火，如機械撞擊，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高大的貯糧倉。面粉入庫時，要經(jīng)過提升塔從平地提升到高處，再由皮帶運輸機分配到各貯糧倉去。那天中午，一批面粉正在進倉，提升塔的皮帶運輸機“吱吱”地響著，源源不絕地將面粉送入。長時間運行的皮帶運輸機在運轉(zhuǎn)中因為摩擦生熱，引起面粉粉塵著火，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，對于這些設備，內(nèi)部的粉塵一定會超過安全值，所以要確保這些設備內(nèi)部不會有引燃源，我們可以用防靜電的過濾袋，并將設備的外殼接地以及將傳動部分設計在設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的防護等級不低于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，形成制度。總之，只要我們注意除塵和杜絕火種，悲劇是可以避免的。
