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        杭州瑞歐科技有限公司(工業化學品站)

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        如何正確地識別粉塵危害、評估及管控粉塵風險

        粉塵,是指懸浮在空氣中的固體微粒。國際標準化組織規定,粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。

        在大氣中粉塵的存在是保持地球溫度的主要原因之一,大氣中過多或過少的粉塵將對環境產生災難性的影響。不僅如此,在生活和工作中,生產性粉塵是人類健康的天敵。

        粉塵對人體、生產及環境造成危害

        粉塵對人體健康的影響:

        1. 長時間吸入粉塵,能引起肺部組織纖維化病變,硬化,喪失正常的呼吸功能,導致塵肺??;

        2. 其他疾病,如造成刺激性皮炎(瀝青煙塵、石灰、皮毛),急性中毒(如鉛煙、錳塵等),致癌率增高(如石棉、放射性物質粉塵)。?

        粉塵對生產的影響:

        1. 對產品的質量、精度的影響;

        2. 對設備的影響,增加轉動部件的磨損。

        粉塵對環境的影響:?

        造成環境污染、破壞生態環境等。

        除了上述由粉塵帶來的多方面的影響,粉塵燃爆后破壞力、殺傷力極大,足以造成重大的人身危害及財產損失。粉塵燃燒和爆炸的事故也在近幾年頻頻登上新聞頭條。

        今天,我們就來跟大家詳細說說——粉塵燃燒與爆炸的原理以及防范粉塵事故的管理思路,避免更多的悲劇再次發生。

        什么樣的粉塵會爆炸?

        粉塵爆炸,是指可燃粉塵在受限空間內與空氣混合形成的粉塵云,在點火源作用下,形成的粉塵空氣混合物快速燃燒,并引起溫度壓力急驟升高的化學反應。那我們有哪些方法可以判斷一個粉塵是否可爆的呢?

        1、物質安全數據表?(MSDS?或?SDS)?

        物質安全數據表應包含以下數據:物理化學特性,例如熔點、沸點、穩定性、蒸氣壓、氧化性、爆炸性以及易燃性。

        2、化學結構和分子式評估

        爆炸特性(關于形成爆燃或爆轟的潛在可能)通常取決于一些特定的官能團組(例如疊氮化物、硝基化合物、過氧化物等),因此可以采用分子結構篩選,特別是對特定的官能團組(例如硝基、過氧基、氯基、疊氮基等)進行識別。存在這樣的官能團組意味著該物質存在很強的熱不穩定性。對于這些物質的粉塵爆炸危害,認為產生的有機粉塵是可燃的。

        其次可以根據熱力學計算及預測(例如氧平衡、CHETAH [化學動力學及能量釋放評估的計算機程序] )來判斷該粉塵是否可爆。

        3、查找文獻資料

        可以借助海樊粉塵數據庫進行查詢。?

        4、少量物料篩分測試(Go-No Go Test

        通常只需要測試很少量的物質。將少量物質放到熱的管道上進行點火,以此來定性分析物質的燃燒性。?

        注意

        1. 一般來說,不可爆的粉塵主要有:不能被繼續氧化的氧化物、不能被繼續氧化的碳酸鹽、鹵化物、化合物含?[Cl, F, Br],無機化合物、鹽類化合物。
        2. 可爆的粉塵主要有:碳氫化合物,碳水化合物,食品,谷物和其他有機物,金屬包括鋁、鈦、鎂、鎢、鉭、鈦、鋰、鋅、鉻、鋯、金、鉑、鈉、鋼等。
        3. 該粉塵可能出現的環境中,是否存在其他可燃性氣體氛圍,如果有,則可能形成粉塵-可燃氣體混合物,導致出現爆炸性危險環境。
        4. 不要僅用粉體的平均粒徑判斷整體粉體的可爆性,即便平均粒徑較大,但其中往往也含有較細的粉體,這少部分的粉體也具備爆炸性。
        5. 在以上方法均不能確定粉塵是否可爆時,應轉交給專業的測試機構進行檢測。

        注:根據美國消防協會標準NFPA 652 《可燃性粉塵基本標準》,可燃物粉體顆粒大于500μm時,所形成的粉塵云不再具有可爆性。但對于粉體當其粒度在10μm以下時則具有較大的危險性。?

        多少粉塵可能會爆炸?

        我們在上部分已經談到了粉塵的可爆性,那么我們怎么判斷粉塵在什么情況下會爆炸呢?

        與氣體爆炸一樣,粉塵必須到達一定的濃度才有可能被點燃爆炸。

        粉塵爆炸需要滿足以下幾個條件:?

        • 粉塵必須能懸浮在空氣中。當粉塵不會懸浮在空氣中,而是存在于設備表面或地面,則即使被點燃也只是燃燒,而不會出現爆炸的情況。
        • 當空氣中分散粉塵云濃度低于某一特定值-最小爆炸濃度(MEC)時,爆炸不會傳播。說明該環境中缺少足夠的燃料(燃燒大部分是鏈式反應) 。
        • 最高爆炸濃度(UEC)- 高于此濃度時爆炸也不會傳播。該環境為富燃料環境,所需的助燃劑不足。

        注意:

        1. 最低可爆濃度MEC對與同一種物質不是定值,與(1)粉塵粒徑、環境中氧濃度、環境中可燃氣體含量等有直接關系。相互關系為粉塵粒徑越小,爆炸下限越低。氧濃度越高,爆炸下限越低??扇紦]發分含量越高,粉塵爆炸下限越低。

        ?2. 粉塵云的爆炸威力隨粉塵的濃度增加而增加直到達到最佳濃度,提供最大的爆炸威力。在較高的濃度下,爆炸威力下降或保持基本不變。

        以玉米淀粉為例:在正常溫度和大氣壓下,粉塵最低爆炸濃度范圍與可能造成人員健康影響的最大粉塵濃度對比,相差4個數量級。

        煤粉的最低爆炸濃度是40g/m3,這個密度相當于一個25瓦燈泡所發出的光都無法透過2米厚的粉塵云濃度。

        各類粉塵的最低爆炸濃度,最準確的獲取辦法是通過測試,或查找粉塵數據庫。

        需要注意的幾點:

        粉塵云發生一次爆炸的條件比較苛刻,但如果地面或設備管線上有沉積的粉塵層,當這些粉塵被其他因素如一次爆炸產生的氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來,同時在爆炸后的短時間內爆炸中心區形成的負壓,周圍的新鮮空氣便由外向內填補進來,形成所謂的“返回風”,與揚起的粉塵混合,被第一次爆炸的余火引燃而導致二次爆炸。

        二次爆炸時,粉塵總量和揚塵范圍一般比一次爆炸時大得多,故二次爆炸威力比第一次要大,破壞范圍也更廣。

        現場有可燃粉塵要怎么處理?

        為了更好避免揚塵以及積塵后導致的二次爆炸,可燃粉塵的處理就非常關鍵。

        可采用的措施有:

        1、正常操作時會釋放出的可燃粉塵:

        • 除向作業場所保持持續稀釋通風(GEV)外,還應提供持續局部通風(LEV)以盡量減少粉塵逃逸,并將粉塵輸送到除塵器中;
        • 盡量在設計時將涉塵設備設計為負壓或惰化環境;
        • 定期清潔地板、管道、管、煙罩、壁架等水平區域以盡量減少工作區域內的粉塵積聚。?

        2、如出現可燃粉塵的異常泄漏,可參照的執行方案如下:?

        • 如有可能盡可能的遠程切斷泄漏源,如切斷閥、回轉閥等;
        • 人員緊急撤離,并在泄漏場所建筑外圍拉起警戒,移走可能產生點火源的設備;
        • 維持場所的通風,開啟事故通風,盡可能的將粉塵云濃度進行稀釋;
        • 待粉塵不再泄漏,且現場漂浮的粉塵已沉降或通過通風進行收集后,人員方可前往處理;
        • 處理人員應佩戴防塵呼吸器或防塵口罩,著裝防靜電服、防靜電鞋、防靜電手套,以及使用防爆工具;
        • 使用防爆真空吸塵器等不會產生火星的工具對現場進行清理,同時也要避免產生揚塵;
        • 切忌使用壓縮空氣等帶壓氣體進行吹掃;
        • 對遇濕自燃的金屬粉塵,其收集時應采取防水防潮措施;
        • 如有必要應對收集后的粉塵進行失活處理。

        3、如出現粉塵著火,可參照的執行方案如下:

        • 應根據粉塵的物理化學性質,正確選用滅火劑,不應采用引起粉塵飛揚的滅火措施和方法;
        • 撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水,尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒,又可濕潤未燃粉塵,驅散和消除懸浮粉塵,降低空氣濃度,但忌用直流噴射的水和泡沫,也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑,防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸;
        • 對一些金屬粉塵(忌水物質)如鋁、鎂粉等,遇水反應,會使燃燒更劇烈,因此禁止用水撲救??梢杂酶缮?、石灰等(同樣不可有沖擊性);
        • 堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等,明火熄滅后內部可能還陰燃,也應引起足夠重視;
        • 對于面積大、距離長的車間的粉塵火災,要注意采取有效的分割措施,防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發連鎖爆炸。

        ?自燃性粉塵?

        粉塵的自燃性是指粉塵在常溫下存放的過程中反應放熱,此熱量經過長時間積聚,達到粉塵的燃點而引起燃燒的現象。

        引起粉塵自然發熱有以下幾點原因:

        • 氧化熱:即粉塵與空氣中的氧接觸而發熱,主要包括金屬性粉末(如鋁、鎂、鋅、合金等粉末)、碳素粉末類、其他粉末(如煤粉、原棉等);
        • 聚合熱:因粉塵所含的聚合物單體發生聚合反應放熱;
        • 分解熱:因粉塵中的一些化學物質分解放熱,這種物質的分子層面的分解反應通常會產生放熱和揮發和/或不凝結的分解產物。這種自反應不需要其他物質引發或參與而且一般只受溫度影響;
        • 發酵熱:因微生物和酶的作用使粉塵中所含有的有機物降解而發熱的物質,如飼料、糧食粉末。

        自燃性粉塵的儲存應注意:

        • 具有自燃性的熱粉料,貯存前應冷卻到正常貯存溫度;
        • 在通常貯存條件下,大量貯存具有自燃性的散裝粉料時,應對粉料溫度進行連續監測;當發現溫度升高或有氣體析出時,應采取使粉料冷卻的措施;
        • 對遇濕自燃的金屬粉塵,其收集、堆放與貯存時應采取防水防潮措施。

        氣固復合型混合物(Hybrid Mixtures)

        當可燃粉塵與易燃蒸汽或氣體混合存在時,其危險性較單一物質更為危險。例如在混有乙醇溶劑的可燃性粉塵干燥機內部,當可燃氣體濃度大于10%的LEL且可燃粉塵濃度大于10%MEC時,其組成的氣固復合型混合物危險性主要體現在:

        • 當可燃粉塵與易燃氣體/蒸汽混合物低于其各自的燃燒限值時,將它們混合在一起可形成爆炸性(混合)氣氛;
        • 粉塵混合物中存在易燃蒸汽/氣體可以使其在空氣中更易點燃,即其最小點火能會降低,即使蒸汽/氣體濃度低于其燃燒下限值;
        • 由于粒徑太大不會爆炸的物質(粉塵)可能在存在易燃蒸汽/氣體時爆炸,即使蒸汽/氣體低于其燃燒下限;
        • 爆炸后果將會增強,強于單一的爆炸性氣體或爆炸性粉塵環境。

        因此,氣固復合型混合物的爆炸風險需要更加引起注意。

        瑞歐提醒您

        現如今,粉塵爆炸是重點關注的高風險點之一。相關人員需要正確地識別粉塵危害、評估及管控粉塵風險,才能合理有效控制風險爆炸風險。


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