粉尘为何会发生致命爆炸

青云

2014年8月2日，江苏昆山中荣金属制品有限公司发生粉尘爆炸事故，造成重大人员伤亡。这一事故提醒人们，粉尘爆炸是许多行业的安全隐患，值得高度警惕。在现代化的工业生产中，粉尘是难以避免的产物。如果不采取相应的技术和预防措施，这些车间很容易发生粉尘爆炸事故，造成特别重大的损失。

粉尘为何会发生爆炸

在普通人的印象中，爆炸往往是由炸药引起，燃气或油罐爆炸也能理解。那么，无处不在的粉尘为何也能爆炸呢？其实，粉尘爆炸和炸药或燃气爆炸的原理十分类似，都是在一个密闭空间发生快速的燃烧，短时聚集的大量热量令空气急剧膨胀而发生爆炸。所谓粉尘爆炸，是指粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源(明火、电火花或高温)后燃烧，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度加快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，结果造成极具破坏力的爆炸。粉尘爆炸发生的条件一般有三个：可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮，有充足的空气和氧化剂，有火源、高温、强烈振动或摩擦。

面粉、煤粉、塑料粉能燃烧通常可以理解，那么有金属粉尘的车间为何也会发生爆炸呢？我们把铝、铁等金属片放在火源上烧，这些金属片并不会燃烧起来。其实，金属也是可以燃烧的。中学的化学课中就介绍过，把铁丝放在纯氧中是可以点燃的。金属还可能在另外一种条件下被点燃，那就是在粉尘状态下，粉末越细越容易点燃。这是因为同样质量的细粉金属比块状或条状的金属表面积大得多，与空气中氧气的接触面积也就大得多，发生燃烧的可能性就越大。同样的原理，扩散在空气中的粉末比成堆的粉末更容易点燃，因为粉末扩散过后，相互之间没有接触面，所有的粉末可以和氧气充分接触。

粉尘需要积累到一定的浓度才会爆炸。不是说空气中有粉尘就会爆炸，否则所有生产易燃物的工厂都要关门了。工厂要做到完全无尘成本会很大，而且从技术上也难以达到，避免安全事故需要控制的是车间中粉尘的浓度。研究表明，一般常见粉尘的爆炸浓度极限在每立方米20～6 000克之间，但在实际的生产、加工场所中，由于粉尘具有沉降性，可燃粉尘很难达到爆炸浓度极限上限，因此研究可燃粉尘爆炸浓度极限的上限没有实际意义，而应关注可燃粉尘的爆炸浓度极限下限。有的可燃粉尘爆炸浓度下限较低，比如，在相对密闭的车间内糖粉的浓度达到每立方米10.3克，就可能会发生爆炸事故。

粉尘爆炸很可能还会产生二次爆炸，第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在爆炸后的短时间内爆炸中心区会形成负压，周围的新鲜空气便由外向内填补进来，形成所谓的“返回风”，与扬起的粉尘混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。因此，生产车间不仅要有空气除尘设备，更要从源头除尘，及时清理或分离生产过程中产生的沉积性粉尘。

粉尘爆炸事故发生率高

据统计，世界上平均每天有一起谷物粉尘爆炸事故发生。1980～2005年间，美国有记录的粉尘爆炸事故共造成100多人丧生，700多人受伤。在欧洲，平均每年发生2 000次粉尘爆炸事故。在英国，近10年发生粉尘爆炸243起。2010年以来，我国冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织甚至烟草行业都发生过粉尘爆炸事故。

英国安全事故专家朱利安·豪特调查后发现，与人们传统的看法大不相同的是，粉尘爆炸并非总是发生在化工厂里，其实大部分粉尘爆炸发生在那些看似不会爆炸的传统工业的车间里，甚至有24%的事故发生在食品工业，产品通常是面粉、咖啡、糖。目前发现存在粉尘爆炸危险的主要有金属加工、煤炭、合成材料、轻纺化纤、粮食与农副产品加工以及饲料等行业。德国联邦材料研究及审核机构曾在各行业108种工业粉尘的8 000多组数据实验和评估基础上，于2012年编纂出了粉尘参数在线数据库，通过它可查到各种粉尘在众多特定情况下起燃所需的最低能量值、起燃温度、起爆最低临界值和爆炸产生的压力等参数。

为何粉尘爆炸事故防不胜防，且有危害越来越大的趋势？这与现代工业的高速发展有关。随着工业技术的进步，粉末状产品越来越细，粉尘种类不断扩大，使用量不断增加，使粉尘爆炸潜在的危险大为增加。此外，现代工业加工往往具有高温、高压、高速的特点，这在增加产能的同时为粉尘爆炸事故埋下了隐患。在现代化生产车间里，流水线生产越来越普及，车间的厂房越来越大，流水线的工人越来越多。流水线的生产方式使爆炸的传播路线加长，一旦发生粉尘爆炸，人员伤亡会特别严重。

如何预防粉尘爆炸

相关研究表明，预防粉尘爆炸的重要方法是除尘和消除火源。首先要采用先进生产工艺、技术和原材料，从源头上防止粉尘产生；要设置局部排风除尘设施，并对尘源进行监控；产生粉尘的生产过程和设备应尽可能机械化和自动化，避免人工直接操作；生产现场要杜绝潜在的火源，排除易积存粉尘的部位；设置报警系统；生产人员应定期参加安全培训，掌握粉尘防爆措施，并持证上岗；企业应制定有针对性的事故应急预案等。

在生产车间增加湿度，也可以降低粉尘的可爆性。湿度一方面使粉尘结团，难以悬浮于空间；另一方面潮湿粉尘受热首先要蒸发水分，故引燃和传播火焰困难。粉尘湿度增大，其着火温度升高、最小点火能量或最低可爆浓度增加。车间内可装设自动水喷淋设备，保证空气的相对湿度在70%以上。对易燃易爆物料要求很细时应考虑采用湿法作业，对不易除尘的粉碎作业也采用湿法作业。虽然湿法除尘对工人的关节健康有一定的危害，但与粉尘的健康危害及爆炸相比，两害相权取其轻，还是湿法除尘更有利于保护生产车间的工人。

英国安全事故专家朱利安·豪特通过调查后发现，不少产生粉尘爆炸的工厂从管理层到员工不仅没有采取相应的防尘措施，大部分人甚至没有粉尘防爆的意识。接受调查的管理人员或工人都知道粉尘会危害健康，但是没有想到粉尘会爆炸。既然人们连这种意识都没有，防护就更谈不上了。因此，豪特建议政府管理部门应该对工厂管理层定期进行安全教育和培训，工厂再对工人进行培训。按照相关规定，粉尘多发车间每个岗位都有独立的吸尘装置，以便及时清理粉尘。安全事故专家还建议，生产企业应该在厂房内安装粉尘浓度监测预警装置。