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粉尘二次爆炸的威力,你见识过吗?
2019年07月11日 发布 分类:行业要闻 点击量:130
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粉尘爆炸后的现场图大家都看过,可谓是满目疮痍。不过重大粉尘爆炸事故之所以会造成这么大的伤亡和损失,很大程度上是因为在那里发生了二次爆炸——不仅波及范围更大,爆炸炸威力也要大得多。

一次爆炸,二次爆炸?

首先来明确一下定义:

粉尘爆炸( dust explosion) : 火焰在粉尘云中传播,引起压力、温度明显跃升的现象

二次爆炸(subsequent explosion):发生粉尘爆炸时,初始爆炸的冲击波将未发生爆炸区域内的沉积粉尘扬起,形成粉尘云,并被传播来的火焰引燃发生的爆炸。

一般来说,可燃粉尘与空气混合被点燃后的燃烧波传播速度常压下为1 m/s或更低,但当爆炸发生在封闭的容器内时,由于燃烧放出大量的气体会使容器内气压剧增,燃烧波的传播速度便会加快(一般都在300 m/s以上,甚至可以达到1000 m/s)。这种速度会形成强大的冲击波,对周围事物造成极大的破坏;同时冲击波还可沿通风管道或输送设备传播到其它部位,造成连环爆炸,产生非常严重的危害。

如上图示意,在最初的爆炸中,气浪会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,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,故爆炸威力也会更大

二次爆炸的威力有多大?

举个例子,2008年2月7日,一系列猛烈的糖粉尘爆炸摧毁了美国乔治亚州温特沃斯港萨凡纳市西北部的美国帝国糖业的制糖厂。此次爆炸一共造成14人死亡,38人受伤,下方就是爆炸后的现场鸟瞰图。

美国糖业从1971年开始运营,是美国最大的糖精炼和包装厂之一。制糖厂的砂糖被储存在3个100ft(30.48m)高的筒仓里,然后被输送到包装厂,在那里包装配送。砂糖也被转化为特殊糖产品,例如红糖和糖粉。

这些糖会通过斗式升降机、螺旋输送机和输送带组成的一个复杂的系统来输送,在此过程中,糖会溅到整个工作区域的地板上形成堆积,此外锤式粉碎机粉碎砂糖时也会制造粉尘。虽然厂房配有集尘系统,但并没有连接到斗式升降机和输送机上,而且年久失修,糖粉尘得不到有效收集。加上工人一般采用压缩空气清洁包装机,进一步加剧了粉尘的扩散。久而久之,包装厂房便变成了粉尘爆炸的高危区。

大量的糖粉漂浮于空中

虽然起火的确切原因尚不清楚,但爆炸是在一个运行在糖筒仓下方隧道里的传送带上发生的。这些糖会通过斜槽流到钢输送带上进行运送,但时常会因为结块而卡在其中一个斜槽里,阻碍输送带上其他糖的正常流动,因此大量的糖被溅到地面上产生了粉尘。但由于隧道内风量一般都很足,所以浮尘不会达到爆炸极限。

但在2007年,这家公司为了保护糖不受外界污染,用不锈钢板封闭了输送带,而且没有配备集尘系统,因此糖粉在这个密闭的空间内很轻易就达到爆炸极限浓度。在爆炸事故当晚,糖粉尘在接触了附近的火源后(可能是过热的轴承)便发生了爆炸,就像上文中提到的那样,由于是发生在密闭空间内的爆炸,因此形成了巨大的火焰冲击波,不仅炸裂了输送带的密封结构,还冲入了包装厂房,扬起并点燃了沉积在设备或地面上的粉尘,形成了二次爆炸。

左:粉尘在密封结构内跑不出去,右:爆炸产生的冲击波将密封结构掀翻

二次爆炸产生的压力波掀翻了厚厚的混凝土地面,让几乎所有的砖墙都倒塌了,堵住了楼梯井和其他出口通道。同时爆炸带来的大火摧毁了整个包装厂房、部分精炼厂房以及储存散装糖的大楼,造成严重的伤亡和损失。

应对措施

为了避免出现粉尘爆炸及后续的二次爆炸,最基本的应对措施其实就是反复提的那几个:防止粉尘沉积、及时清理粉尘,容易产生粉尘的工作场合应单独隔离开并设保护罩及吸尘装置;加强管理消除粉尘爆炸的点火源;增加混合系中的水分;添加惰性物质(如氮气)防止设备中的粉尘爆炸;降低升压速率;抑爆系统设计等。

另外,当粉尘爆炸火灾已经发生时,为了防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸,不可用直流喷射的水和泡沫、有冲击力的干粉、二氧化碳等来进行灭火,雾状水会是更好的选择,既可以熄灭燃烧粉尘,又可以湿润未燃粉尘,驱散和消除悬浮粉尘,降低空气浓度。若起火的是铝、镁等会与水反应的金属粉尘,可使用干砂、石灰等来灭火。

粉体圈 小榆整理


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