第四章粉塵爆炸與粉塵火災(zāi)

第四章粉塵爆炸與粉塵火災(zāi)第一節(jié)粉塵爆炸的基礎(chǔ)知識一、粉塵爆炸危險性粉塵爆炸危險性幾乎涉及到所有的工業(yè)部門。第一次有記載的粉塵爆炸發(fā)生在1785年意大利的一個面粉廠。200多年來，粉塵爆炸事故不斷發(fā)生。近二十年來，我國粉塵爆炸事故也屢有發(fā)生。如1981年12月10日，黃埔港糧食筒倉發(fā)生大爆炸，7人受傷，并造成重大的經(jīng)濟損失；1987年3月15日，哈爾濱亞麻廠粉塵大爆炸，死傷230多人，直接經(jīng)濟損失上千萬元。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，如塑料、有機合成、金屬粉末等生產(chǎn)，多采用粉體為原料，粉塵種類的擴大、使用量的增加、工藝的連續(xù)化等原因，粉塵爆炸的危險性和事故數(shù)量也有所增加。特別是現(xiàn)在大規(guī)模采用粉體涂裝技術(shù)的傾向越來越多，更應(yīng)該采取安全有效的防護措施。二、可爆粉塵種類能導(dǎo)致爆炸的粉塵，首推金屬粉塵（如鋁粉、鎂粉）；其次是農(nóng)副產(chǎn)品（如棉花、煙草）、林產(chǎn)品（如紙粉、木粉）、食品等的粉塵。在無機物的粉塵中，硫磺粉、煤粉的爆炸災(zāi)害更為多見。活性炭本身難以爆炸。但堆積時有的會產(chǎn)生高溫，且含有有機成分的蒸氣及揮發(fā)成分，因此也可能發(fā)生與煤塵相同的爆炸。另外，木粉、紙粉、纖維粉等纖維性粉塵的爆炸災(zāi)害也每年都有發(fā)生，且發(fā)展到意外的大型災(zāi)害。常見可爆炸粉塵材料包括：(1)農(nóng)林：糧食（如面粉、淀粉）、飼料（如血粉、魚粉）、食品、農(nóng)藥、肥料、木材、糖、咖啡等。(2)礦冶：煤炭、鋼鐵、金屬、活性炭、硫磺等。(3)紡織：棉、麻、絲綢、化纖等。(4)輕工：塑料、紙張、橡膠、染料、藥物等。(5)化工：多種化合物粉體。三、粉塵爆炸的場所在粉碎，制粉及輸送過程中發(fā)生粉塵爆炸的比例較大。粉碎、制粉工程與集塵、分離工程等處的粉塵濃度較大，很容易達到爆炸下限濃度。輸送及貯藏粉塵時，自由空間雖然很大，但是由于粉塵云大量集聚，在流速較低的場所，將產(chǎn)生大的粉塵爆炸。室內(nèi)：通道、地溝、廠房、倉庫等。設(shè)備內(nèi)部：集塵器、除塵器、混合機、輸送機、篩選機、料斗、高爐、打包機等。四、粉塵的基礎(chǔ)知識粉塵是粉碎到一定細度的固體粒子的集合體。在美國，通常把通過40#美國標準篩的細顆粒固體物質(zhì)叫做粉塵。若為球形顆粒，則粒子直徑應(yīng)為425μm以下。一般認為，只有粒徑低于此值的粉塵才能參與爆炸快速反應(yīng)。但在煤礦中的實際研究表明，粒徑850μm的煤粒子還可參與爆炸快速反應(yīng)。（一）粉塵層和粉塵云粉塵層(或?qū)訝罘蹓m)：指堆積在物體表面上的靜止狀態(tài)的粉塵粉塵云(或云狀粉塵)：指懸浮在空間中的、呈運動狀態(tài)的粉塵。（二）可燃粉塵和不可燃粉塵可燃粉塵和不可燃粉塵可燃粉塵：是指與空氣中氧反應(yīng)能放熱的粉塵。一般有機物都含有C、H元素，它們與空氣中的氧反應(yīng)都能燃燒，生成CO2、CO和H2O。許多金屬粉可與空氣中氧反應(yīng)生成氧化物，并放出大量的熱，這些都是可燃粉塵。不可燃粉塵或稱惰性粉塵：與氧不發(fā)生反應(yīng)或不發(fā)生放熱反應(yīng)的粉塵（三）粉塵粒度粉塵的粒度一般用篩號來衡量。粉塵粒度是粉塵爆炸中一個很重要的參數(shù)。粉塵的表面積比同質(zhì)量的整塊固體的表面積大好幾個數(shù)量級。表面積的增加，意味著材料與空氣的接觸面積增大，這就加速了固體與氧的反應(yīng)，增加了粉塵的化學(xué)活性，使粉塵點火后燃燒更快。粉塵粒度是一個統(tǒng)計的概念，因為粉塵是無數(shù)個粒子的集合體，是由不同尺寸的粒子級配而成。若不考慮粒子的形狀，也無法確定粒子尺寸。對不規(guī)則形狀粒子的粒度，可以通過試驗來確定粒度數(shù)據(jù)。先測定單位體積中的粉塵粒子數(shù)，再稱量其質(zhì)量，就可以確定平均粒子尺寸。懸浮在空間的粉塵云是一個不斷運動的集合體。粉塵受重力的影響，會發(fā)生沉降，沉降的速度與粒度有一定的關(guān)系。對425μm以上的粒子，由于比表面積很小，加上沉降速度很快，一般不會發(fā)生粉塵爆炸。粉塵粒子的形狀和表面狀態(tài)對爆炸反應(yīng)也有較大的影響。即使粉塵粒子的平均直徑相同，但若其形狀和表面狀態(tài)不同，其爆炸性能也不同。五、粉塵爆炸的條件（1）粉塵本身可燃。常見具有爆炸性的粉塵種類如下：種類舉例炭制品煤、木炭、焦炭、活性炭等肥料魚粉、血粉等食品類淀粉、砂糖、面粉、可可、奶粉、古粉、咖啡粉等木質(zhì)類木粉、軟木粉、木質(zhì)素粉、紙粉等合成制品類染料中間體、各種塑料、橡膠、合成洗滌劑等農(nóng)產(chǎn)加工品類胡椒、除蟲菊粉、煙草等金屬類鋁、鎂、鋅、鐵、錳、錫、硅、硅鐵等（2）粉塵以一定濃度懸浮在空氣中沉積（氣凝膠狀態(tài)）粉塵不能爆炸，只有懸?。馊苣z狀態(tài)）的粉塵才能發(fā)生爆炸。爆炸極限（爆炸界限）——可爆濃度（范圍）氣體爆炸采用體積百分數(shù)(％)表示，即燃料氣體在混合氣總體積中所占的體積百分數(shù)；粉塵爆炸中，粉塵粒子的體積在總體積中所占的比例極小，幾乎可以忽略，所以一般都用單位體積中所含粉塵粒子的質(zhì)量來表示，常用單位是g／m3或mg／L。在計算化學(xué)計量濃度時，只要考慮單位體積空氣中的氧能完全燃燒(氧化)的粉塵粒子量即可。實際發(fā)生粉塵爆炸時，爆炸源往往并不處于人的呼吸范圍之內(nèi)。在許多情況下，它是發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部或局部點，隨后這局部爆炸(一次爆炸)將地面粉塵層揚起，使空間達到極限濃度而形成所謂的“二次爆炸”。這種二次爆炸所形成的破壞程度和范圍往往比一次爆炸更嚴重。

（3）存在足以引起粉塵爆炸的火源粉塵爆炸所需的最小點火能量比氣體爆炸大一、二個數(shù)量級，大多數(shù)粉塵云最小點火能量在10～100mJ量級范圍。

一些典型電火花能及典型場合電火花能量（J）典

型

場

合0.13×10-3典型可燃蒸氣的最小點火能5×10-3典型粉塵云的最小點火能7×10-3起爆藥迭氮化鉛的點火能量0.01典型推進劑粉塵的最小點火能(5～18)×10-3人體產(chǎn)生的靜電火花能量0.25對人體產(chǎn)生電擊7.2人體心臟電擊閾值11.03B炸藥點火能量5×109雷電第二節(jié)粉塵爆炸的機理

粉塵爆炸的威力很大。但粉塵爆炸是一個非常復(fù)雜的過程，受很多物理、化學(xué)因素影響，對粉塵爆炸機理至今尚不十分清楚。一般認為：

圖4—2粉塵爆炸過程1、粉塵粒子表面通過熱傳導(dǎo)和熱輻射，從點火源獲得點火能量，使表面溫度急劇上升；達到粉塵粒子的加速分解溫度或蒸發(fā)溫度，形成粉塵蒸氣或分解氣體；2、這種氣體與空氣混合而生成爆炸性混合氣體，就能引起點火3、粉塵粒子本身從表面一直到內(nèi)部（直到粒子中心點），相繼發(fā)生熔融和氣化，迸發(fā)出微小的火花，成為周圍未燃燒粉塵的點火源，使粉塵著火，從而擴大了爆炸火焰范圍。上述著火過程是在微小的粉塵粒子處于懸浮狀態(tài)的短時間內(nèi)完成的。而較大的粉塵粒子因為重力沉降，其懸浮時間短，不能夠著火，或只是粒子表面被燒焦或根本沒有被燒過。

不被重視的原因：不頻繁粉塵云中粒子的大小和形狀不可能是完全一樣的，粉塵的懸浮時間因粒子的大小與形狀而異，能保持一定濃度的時間和范圍是極有限的。若條件都能夠滿足，則粉塵爆炸的威力是相當(dāng)大的；但如果條件不成立，則爆炸威力就很小，甚至不引爆。粉塵爆炸有以下特點：

——與氣體爆炸相比第一：必須有足夠數(shù)量的塵粒飛揚在空氣中才有可能發(fā)生粉塵爆炸。塵粒飛揚與顆粒大小及氣體擾動速度有關(guān)。直徑小于10μm的顆粒才能在運動氣流中長時間懸浮，形成爆炸塵云。更大的顆粒揚起后，只能在空間短暫停留，隨后很快沉降。

第二：粉塵燃燒過程比氣體燃燒過程復(fù)雜，有的粉塵要經(jīng)過粒子表面的分解或蒸發(fā)階段。即便是直接氧化的顆粒，也有一個由表面向中心延續(xù)燃燒的過程。因而感應(yīng)期長（即從接觸火源到完成化學(xué)反應(yīng)的時間長）；可達數(shù)十秒，為氣體的數(shù)十倍。這就使得用快速裝置探測粉塵爆炸的苗頭和抑制粉塵爆炸的發(fā)展成為可能。

第三：粉塵爆炸的起始能量大，達10mJ的量級，為氣體的近百倍。第四：粉塵的燃燒速度和爆炸壓力雖然比氣體小，但因燃燒的時間長，產(chǎn)生的能量大，所以產(chǎn)生破壞和燒毀的程度要大得多。第五：發(fā)生粉塵爆炸的時候，會有燃燒的粒子飛散，如果飛到可燃物或人體上，會使可燃物局部嚴重碳化或人體嚴重?zé)齻?。第六：粉塵爆炸有產(chǎn)生二次爆炸的可能性，如圖4—3所示。靜止堆積的粉塵被風(fēng)吹起，懸浮在空氣中，如果遇點火源就會發(fā)生爆炸。爆炸產(chǎn)生的沖擊波又使其它堆積的粉塵懸浮在空氣中，而飛散的火花和輻射熱成為點火源，引起第二次爆炸。最后整個粉塵存放場所都受到爆炸破壞。這種連續(xù)爆炸會造成極嚴重的破壞

圖4—3粉塵爆炸的擴展

第七：與氣體相比，粉塵爆炸容易引起不完全燃燒，因而在生成氣體中有大量的一氧化碳存在。此外，有些爆炸性粉塵（如塑料）自身分解出毒性氣體。所以在粉塵燃燒、爆炸后，容易產(chǎn)生中毒身亡。煤礦因煤粉爆炸而死亡的人員中，有一大半是因為CO中毒死去的。第三節(jié)粉塵的爆炸特性

粉塵的爆炸過程比氣體的燃燒爆炸復(fù)雜得多，具有許多爆炸特性，并且受多種因素的影響。下面概要介紹幾個爆炸特性一、爆炸極限

粉塵和空氣混合物遇火源能發(fā)生爆炸的粉塵最低濃度（下限）或最高濃度（上限），一般用單位體積空間內(nèi)所含的粉塵質(zhì)量表示。通過理論計算或儀器確定飛揚于空氣中的粒子由于其本身大小不一、形狀不同，其中大的很快就沉降，較小的沉降較慢，都難以在空氣中保持穩(wěn)定的狀態(tài)，實際情況下很難達到爆炸上限值。故上限值一般沒有實用價值。爆炸下限具有非常重要的意義粉塵的爆炸下限越低，發(fā)生爆炸的危險性越大。二、最小發(fā)火能

大多數(shù)粉塵帶有靜電，積蓄的靜電一旦放電便會產(chǎn)生火花。雖然這些火花具有足夠的引起氣體爆炸的能量，但是它們是否能引起粉塵著火還不確定。雖可利用火花放電的方法來進行測定粉塵的著火能量，但因試驗條件和測試方法的不同，很難取得絕對準確的數(shù)值，因而大多數(shù)的數(shù)據(jù)為相對值，但也可以用它來對物質(zhì)的危險性作相對的比較三、發(fā)火溫度云狀與層狀粉塵的最小發(fā)火溫度有很大的不同并且隨著測試方法的不同而存在著很大的差異通?？梢哉J為，粉塵云的發(fā)火溫度為粉塵層的兩倍左右。如層狀粉塵在250℃發(fā)火，則粉塵云的發(fā)火溫度大約為500℃。但是隨著層厚的不同，溫度的差值也很大。發(fā)火溫度受到揮發(fā)成分的含量、環(huán)境氧氣濃度等因素的影響。粉塵層的厚度與著火溫度（℃）（冒煙時的溫度）的關(guān)系粉塵種類粉塵層厚度（mm）356102050500煤煙＜70（μm）270234230210195171—劣質(zhì)煤＜70（μm）340288280266245——軟木粉末260—320297280222200四、爆炸壓力與壓力上升速度是表征粉塵爆炸威力的重要指標在實際的安全工作中，控制粉塵爆炸困難：1、想要使粉塵濃度控制在爆炸下限以下，是較難辦到的，2、點火源無法排除，3、周圍環(huán)境的氧濃度也很難降低到不能助燃的程度。廣泛采用的保護性對策，是防止爆炸危險性的擴大。如難以避免在裝置及管道內(nèi)產(chǎn)生爆炸時，為了防止災(zāi)害的擴大化，可設(shè)計適當(dāng)?shù)谋▔毫Φ男箟貉b置，進行妥善地處理及管理。影響爆炸壓力及壓力上升的因素很多：如粉塵的種類、粒度、濃度、著火源的種類、試驗容器的大小，送風(fēng)壓力、初壓、氣流的干擾、氧氣濃度、揮發(fā)成分以及可燃氣體的濃度、惰性粉塵及灰份的含量等，都會使其產(chǎn)生很大的變化。粉塵防爆措施：1、加入惰性粉塵，只混入少量的弱爆炸性粉塵，壓力上升速度也會急劇下降，混入惰性粉塵達60%時，則完全喪失爆炸性。礦井中的巖粉棚的作用2、加入惰性氣體，稀釋環(huán)境氧濃度，降低壓力上升速度第四節(jié)粉塵爆炸和氣體爆炸的比較粉塵爆炸與氣體爆炸的基本數(shù)學(xué)方程、影響因素等幾乎都是相同的，從數(shù)學(xué)的觀點看，它們是兩種類似的現(xiàn)象。兩者的最大區(qū)別在燃料上。氣體爆炸的燃料是氣態(tài)，燃料在爆炸混合物中占有的體積部分是必須考慮的。而粉塵爆炸的燃料是固態(tài)，燃料所占的體積極小，基本上可以忽略不計。

(一)混合物的均勻性

對氣體混合物來說，一旦混合均勻，就不易分離，也不易分層；它的分散均勻性不受湍流程度影響，即使在靜止狀態(tài)，仍可以很好地分散均勻。粉塵不如氣體容易混合均勻，必須保持湍流狀態(tài)(二)顆粒度粉塵的粒度、形狀及表面條件都是變量，都是影響爆炸的參數(shù)。粉塵越細（粒度越?。揭装l(fā)生爆炸，而最大爆炸壓力和最大壓力上升速率則明顯增大。粉塵粒度對點火能量也有很大影響，一般當(dāng)可燃粉塵的粒度大于400后，即使采用強點火源，也不能使粉塵發(fā)生爆炸。但如果在這類粗粉中混入5~10%的細粉，就足以變成可爆混合物。

(三)燃料對大氣的稀釋可燃氣體明顯可燃粉塵的稀釋作用微小(四)初始湍流和初始壓力對大多數(shù)研究設(shè)備和工業(yè)現(xiàn)場，爆炸都是發(fā)生在空氣運動的情況下，或者是以空氣爆發(fā)來分散粉塵，然后遇火源點火爆炸，因此最終的粉塵/空氣混合物都呈湍流。工業(yè)上的氣體/空氣混合物也可能是湍流的；但在實驗室里，大多數(shù)氣體爆炸都是發(fā)生在非湍流混合物中。在大體相同的試驗條件下，甲烷爆炸壓力大約比粉塵爆炸壓力約高50%，而前者的壓力上升速率約為后者的6~10倍。（五）爆炸濃度可燃氣和可燃粉塵在空氣中的爆炸濃度范圍明顯不同。粉塵爆炸的上下限濃度范圍極寬。（六）爆炸后大氣組分甲烷和通過200#篩的匹茨堡煤粉在Hartmarm管中爆炸后的大氣組分。甲烷實驗是在初始壓力為0.96×105和無湍流情況下進行的。(七)點火溫度

一般粉塵有兩種點火溫度，一種是粉塵云點火溫度，一種是粉塵層點火溫度。粉塵層的點火溫度可用3~12mm厚的粉塵測得。經(jīng)驗和研究都表明，粉塵層的點火溫度隨粉塵層厚度增加而減小。如果厚度足夠大且有氧存在，而空氣循環(huán)又受限制，則粉塵有可能在環(huán)境溫度下著火(自燃)。比如煤堆或垃圾堆經(jīng)常出現(xiàn)自燃著火的事故。一些層狀粉塵和氣體的點火溫度。除了，因為有防潮的氧化膜不易點火外，一般粉塵層的點火溫度比低分子量的氣體的點火溫度低得多。第五節(jié)粉塵的點火氣體和粉塵爆炸的點火敏感度是爆炸安全技術(shù)中最受關(guān)注的問題之一，也是爆炸的三大要素(可燃劑、氧化劑和點火源)之一。氣體和粉塵的點火機理存在很大差別。氣體熱點火理論比較成熟，而粉塵的點火機理相對要復(fù)雜得多，目前還不夠完善。粉塵云和粉塵層的點火機理

也有很大的不同。粉塵云的點火主要決定于粉塵粒子表面的氧化反應(yīng)，即氣、固兩相界面反應(yīng)。在界面處由于高溫，粒子表面熔化、蒸發(fā)、擴散，點火過程乃得以維持自動傳播。對層狀粉塵來說，燃燒過程是一個化學(xué)反應(yīng)放熱的過程，其燃燒過程可以是火焰，也可以是陰燃(暗燃)或發(fā)煙的傳播過程。一、粉塵層的點火一、粉塵層的點火（一）層狀粉塵的點火原因很多，大致可以歸納成以下幾種：1、自燃著火；2、熱表面加熱；3、電器加熱；4、靜電火花放電；5、機械沖擊和摩擦；6、爆炸波的引發(fā)。其中，粉塵的自燃著火往往容易被人們忽視。自燃著火的條件：(1)熱積累，這類物質(zhì)必須是多孔性的，且具有良好的絕熱性和保溫效果。因此發(fā)生自燃著火的物質(zhì)多是那些纖維狀，粉末狀或重疊堆積的片狀物質(zhì)。(2)放熱反應(yīng)且產(chǎn)生反應(yīng)熱。例如：化學(xué)上不穩(wěn)定、容易分解而產(chǎn)生反應(yīng)熱的或吸收空間中的氧而產(chǎn)生氧化熱的；或吸收濕氣而產(chǎn)生水合熱的；或由于混合接觸而產(chǎn)生反應(yīng)熱的；以及由于發(fā)酵而產(chǎn)生發(fā)酵熱的物質(zhì)。(3)化學(xué)反應(yīng)熱的產(chǎn)生速率超過散熱速率。自燃著火一般需要相當(dāng)長的誘導(dǎo)時間。硝化棉及其加工制品賽璐珞也比較容易自然著火，尤其在夏季高溫、高濕度情況下和散熱不利且儲存量大、堆積層較厚、通風(fēng)不良時，更易引起熱積累和發(fā)生自然著火。大量自由堆積的粉塵，如煤山、面粉和玉米粉等糧食倉庫，聚集金屬粉塵等經(jīng)常會發(fā)生自然著火。吸水會引起某些堆積粉塵自然著火，如糧食粉塵遭水浸后會發(fā)熱，鐵粉或鐵切削屑在船舶運輸過程中，因船艙內(nèi)浸入雨水或海水而引起自然著火的事故時有發(fā)生。由于某些植物或動物材料(如飼料、天然纖維等)具有生物活性，能夠激發(fā)起自加熱，特別在堆放體積量很大、濕度較高、儲存時間很長的情況下更容易發(fā)生生化加熱效應(yīng)；測定：從理論上講，粉塵層不存在絕對的點火溫度，但在給定條件下，可得某一特定的點火溫度。安全工程師必須使用特定點火溫度來設(shè)計工廠的安全性。在工業(yè)作業(yè)中，粉塵往往是產(chǎn)品或副產(chǎn)品，它們可能積累在受熱的暴露表面上，比如電機軸承。粉塵層被點火可引起火災(zāi)，若粉塵在一定條件下被卷揚起來時，就可能引起爆炸。（二）影響粉塵層點火溫度的因素粉塵層點火溫度受多種因素的影響。比如最小點火溫度隨粉塵層厚度增加而降低，也隨粉塵粒度減小而下降。粉塵層上空氣的流動條件對最小點火溫度影響很大。還有一些因素影響如下：1、揮發(fā)份質(zhì)量，碳素材料粉塵層的點火溫度隨揮發(fā)物量的增加而降低；混合粉塵層點火溫度

2、摻入可燃粉塵混合粉塵層點火溫度范圍介于兩種粉塵點火溫度之間3、惰性物，對大多數(shù)可燃粉塵，摻入惰性物后點火溫度增高在匹茨堡煤中分別加石灰石粉或粉。當(dāng)惰性物含量為0時，點火溫度為170℃，若含20%，40%，60%，80%惰性粉塵，點火溫度分別為180℃，190℃，210℃和230℃。4、氧化劑，在可燃粉塵中加入氧化劑、對粉塵層點火溫度究竟有什么影響，目前還沒有定論。但可降低粉塵的穩(wěn)定性甚至使其變成炸藥。這些混入氧化劑的可燃粉塵可以因低熱、沖擊、摩擦、靜電火花等引起瞬時點火。5、大氣氧濃度用匹茨堡煤的粉塵層試驗表明，在大氣氧濃度低于16.5%時，粉塵層的點火溫度隨氧含量增加而減小，當(dāng)氧含量由16.5~100%時，粉塵層的點火溫度幾乎不變。6、粒度的影響當(dāng)粒度增大時，粉塵層的點火溫度也升高。二、粉塵云的點火1、火花放電點火火花放電點火已成為測量粉塵爆炸的標準試驗方法。2、機械作用下的點火（包括摩擦、碰撞、射流、震動、擊波等）；工業(yè)粉塵爆炸事故中，許多事故是由機械作用點火引起的。Echhoff曾經(jīng)作過調(diào)查統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)物體間摩擦火花點火引起的事故在全部的粉塵爆炸事故中占有相當(dāng)大的比例。工業(yè)生產(chǎn)中因機械作用產(chǎn)生的火源大致可分三類：第一類——摩擦起火，發(fā)熱，火星；第二類——由于碰撞引起發(fā)熱和火星。第三類——摩擦引起靜電火星。3、靜電火花點火（二）影響粉塵云點火的因素許多因素對粉塵云的點火溫度、最小點火能量、爆炸極限等都具有顯著的影響。1、影響點火溫度的因素(1)粉塵濃度的影響。粉塵云的濃度對點火溫度有很大的影響當(dāng)粉塵濃度從爆炸下限增加到最佳濃度時，點火溫度降低。

圖4—9玉米粉濃度對點火溫度的影響（2）氧濃度的影響粉塵云的點火溫度隨氧濃度的減小而增高。右圖表示匹茨堡煤、玉米粉和有機廢料三種粉塵在不同氧濃度下的點火溫度，顯然，氧濃度的增加，點火溫度下降。

圖4—10氧濃度對點火溫度的影響(3)水分(濕度)的影響粉塵云的點火溫度隨粉塵濕度增大而增高。濕度對木粉點火溫度的影響特別大，右圖表示濕度對木粉和玉米粉點火溫度的影響。

濕度對點火溫度的影響(4)揮發(fā)物含量的影響。一般來說，粉塵云的點火溫度隨碳化物中揮發(fā)物含量的增加而降低。揮發(fā)物含量對粉塵云點火溫度的影響(5)惰性粉塵的影響。當(dāng)可燃粉塵混有惰性材料(如土、石灰石等)時，點火溫度增高。因為在燃燒過程中這種惰性粉塵會吸收熱量。右圖為匹茨堡煤，有機廢料和玉米粉摻入惰性粉后點火溫度的變化。圖4—13加入惰性粉塵對粉塵點火溫度的影響(6)顆粒度的影響粒度愈小，點火溫度愈低，也越逼近于極限點火溫度值。粉塵顆粒愈細，比表面積愈大，氧化反應(yīng)速率愈高，且反應(yīng)較完全。右圖表示煙煤粉塵在空氣中和氧中點火時，粒度對點火溫度的影響。

圖4—14煙煤粉粒度對點火溫度的影響2、最小點火能量的影響因素(1)粉塵濃度的影響。(2)氧濃度的影響。(3)濕度影響。(4)揮發(fā)物含量。(5)惰性粉塵的影響。(6)顆粒度的影響。3．爆炸下限的影響因素(1)氧濃度的影響。(2)含水量的影響。(3)揮發(fā)物含量的影響。(4)惰性粉塵的影響。(5)粒度影響。第六節(jié)粉塵爆炸基本參數(shù)的實驗測量方法一、點火溫度

粉塵云的點火溫度都可在Godbert—Greenwald爐中測定的，該裝置如圖4—30所示。圖4—30G—G爐示意圖粉塵層的點火溫度可用熱板試驗測定。圖4—32粉塵層最低著火溫度測試裝置示意圖1—盛粉環(huán)；2—熱板：3—加熱器；4—加熱器控溫用熱電偶；5—熱板溫度記錄用電偶；6—粉塵層溫度記錄用電偶該測試依據(jù)標準為國際電工委員會標準“IEC61241—2—1可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分：試驗方法第1節(jié)：粉塵的最低著火溫度的測定方法”。對應(yīng)的國家標準為“GB/T16430－1996粉塵層最低著火溫度測定方法”。測試用裝置為熱板(圖3、4)。盛粉環(huán)高度為5mm或12.5mm，放置在熱板上方。在熱板內(nèi)部靠近中心處有兩支熱電偶分別用于熱板的溫度控制和記錄，粉塵層的溫度用埋在粉塵層中的熱電偶來記錄。二、點火能量

粉塵云的最小點火能量是用已知能量的電容器放電來測定的。以放電火花擊穿Hartmarm(哈特曼)管中的粉塵云，而粉塵點火與否，則根據(jù)火焰是否能自行傳播來判定，一般要求火焰?zhèn)鞑ブ辽?0以上。確定最小點火能量的方法是依次降低火花能量，如在連續(xù)10次相同實驗中無一次發(fā)火，則此時的火花能量定為該粉塵云的最小點火能量。Hartmarm管測試裝置見圖4—33。Hartmarm管測試裝置Hartmarm管測試原理圖4—33Hartmarm管試驗裝置示意圖三、最低爆炸濃度(粉塵爆炸下限)在Hartmarm管中進行測定的。測定時，將一定量的試驗粉塵用蘑菇頭噴咀噴出的壓縮空氣將其吹起，使其均勻懸浮在整個管中，在噴粉后延遲零點幾秒后由連續(xù)的電火花放電點火。點火與否的判據(jù)與上述點火溫度測量相同，一般是根據(jù)火焰是否充滿容器來判定，也可以封在頂部的紙膜突然破裂來判別。四、爆炸壓力和壓力上升速率不同的空氣壓力，有不同的氧濃度，形成的爆炸壓力和壓力上升速率也不同。當(dāng)湍流度不同時，燃燒速度不同，壓力和壓力上升速率(特點是壓力上升速率)也不同。因此，測量中應(yīng)當(dāng)保持完全一致的條件，結(jié)果才能互相比較。相互比較壓力上升速率數(shù)據(jù)時，必須說明試驗容器的體積，未說明容器體積的壓力上升速率數(shù)據(jù)是沒有意義的。目前，國際上普遍使用20容器來測定粉塵爆炸基本參數(shù)。

20粉塵爆炸試驗設(shè)備見圖4—34。Hartmarm管不適于用來測量爆炸威力參數(shù)（最大壓力和最大壓力上升速率），因為它的爆炸室為管狀結(jié)構(gòu)，火焰很快接觸冷管壁，會損失部分燃燒反應(yīng)熱。第七節(jié)影響粉塵爆炸的因素一、點火源：火源強時，爆炸濃度下限較低，即容易形成達到爆炸的濃度條件。二、燃燒熱：燃燒熱高的粉塵，其爆炸濃度下限低。爆炸威力也大。三、燃燒速度：燃燒速度高的粉塵，最大爆炸壓力較大。四、粒度：多數(shù)爆炸性粉塵的粒度在1至150范圍內(nèi)，粒度越細越易飛揚，而且粒度細的比表面積大，反應(yīng)容易，所需點燃能量小，所以容易點爆，因此，限制小顆粒粉塵的產(chǎn)生，或設(shè)法使小顆粒凝聚成大顆粒，對防止爆炸是有作用的。否則要對細粒爆炸粉塵的浮游空間采用罐充仰爆氣等防爆措施。五、氧含量：隨著空氣中氧含量的增加，爆炸濃度范圍也擴大。六、惰性粉塵和灰分：惰性粉塵和灰分的吸熱作用會影響爆炸。例如煤粉中含11%的灰分時還能爆炸，但當(dāng)灰分達15~30%時，就很難爆炸了。根據(jù)這個原理，可在煤巷頂部設(shè)巖粉斗(又稱巖粉棚)。一旦發(fā)生爆炸，巖粉斗受爆炸波作用而自動翻轉(zhuǎn)，將巖粉撒出，可以抑制煤塵二次爆炸。七、空氣中含水量：空氣中含水量越高或含水量越高的粉塵(金屬粉除外)越不容易發(fā)生爆炸火災(zāi)。如煤礦采用噴水降塵來防止煤塵爆炸。八、可燃氣含量：當(dāng)塵云與可燃氣共存時，爆炸濃度下限相應(yīng)下降，且最小點燃能量也有一定程度的降低，所以可燃氣的出現(xiàn)大大增加了粉塵的爆炸危險性。

九、溫度和壓力：當(dāng)溫度升高或壓力增加時，爆炸濃度范圍擴大，所需點燃能量下降。所以輸送易燃粉塵的管道要避免日光暴曬。第八節(jié)粉塵爆炸危險性的評價可燃性粉體不像火炸藥，本身并沒有爆炸性，但當(dāng)它懸浮分散在空氣中時有時會發(fā)生爆炸。粉塵爆炸帶來的災(zāi)害最初發(fā)生在煤礦上，在礦井里懸浮的煤粉著火引起粉塵爆炸。把這種爆炸稱為煤塵爆炸。一般在評價爆炸災(zāi)害危險性的時候，首先要看有沒有爆炸的可能性。假如可能的話，就要進行評價爆炸感度與爆炸威力的試驗。一、粉塵爆炸可能性的評價法如粉塵的濃度太大或太小都不能成為爆炸性物質(zhì)。把能夠引起爆炸的濃度范圍稱為爆炸極限。能發(fā)生爆炸的最高濃度稱為爆炸上限，最低濃度稱為爆炸下限。爆炸極限是評價粉塵爆炸危險性的因素之一。要想測定粉塵的爆炸極限，首先要使粉塵懸浮在空氣中形成粉塵云，其方法有好多種，但使用最廣的方法有兩種：一種是靠空氣將粉塵吹起的方法；另一種是讓粉體自然落下的方法。這兩種方法都是在粉塵處于分散狀態(tài)時用電火花點火，來觀察粉塵云是否著火及火焰的傳播情況。改變粉塵的濃度，反復(fù)進行試驗以求得火焰能夠傳播的最低濃度，把它作為爆炸下限?？靠諝鈴南旅鎸⒎蹓m吹起

從而形成粉塵云的方式稱為吹上式。

其代表性的方法是由美國礦山研究局研制的哈特曼法，其裝置如圖4—33所示。這種方法已由ASTM（美國材料實驗協(xié)會）規(guī)范化，是現(xiàn)在世界各國使用最廣的方法之一。美國礦山局使用這種裝置測定了許多種粉體的爆炸下限，并已公開發(fā)表。此法已作為標準實驗方法得到使用。使粉體在空氣中自然落下從而形成粉塵云的方式稱為自然落下式。它利用打擊篩體的方式使粉塵分散。圖4—36是其中的一種裝置。打擊裝置放電電極高壓電源爆炸筒試驗粉體圖