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如何正确地识别粉尘危害、评估及管控粉尘风险

粉尘,是指悬浮在空气中的固体微粒。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。

在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一,大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。不仅如此,在生活和工作中,生产性粉尘是人类健康的天敌。

粉尘对人体、生产及环境造成危害

粉尘对人体健康的影响:

1. 长时间吸入粉尘,能引起肺部组织纤维化病变,硬化,丧失正常的呼吸功能,导致尘肺病;

2. 其他疾病,如造成刺激性皮炎(沥青烟尘、石灰、皮毛),急性中毒(如铅烟、锰尘等),致癌率增高(如石棉、放射性物质粉尘)。 

粉尘对生产的影响:

1. 对产品的质量、精度的影响;

2. 对设备的影响,增加转动部件的磨损。

粉尘对环境的影响: 

造成环境污染、破坏生态环境等。

除了上述由粉尘带来的多方面的影响,粉尘燃爆后破坏力、杀伤力极大,足以造成重大的人身危害及财产损失。粉尘燃烧和爆炸的事故也在近几年频频登上新闻头条。

今天,我们就来跟大家详细说说——粉尘燃烧与爆炸的原理以及防范粉尘事故的管理思路,避免更多的悲剧再次发生。

什么样的粉尘会爆炸?

粉尘爆炸,是指可燃粉尘在受限空间内与空气混合形成的粉尘云,在点火源作用下,形成的粉尘空气混合物快速燃烧,并引起温度压力急骤升高的化学反应。那我们有哪些方法可以判断一个粉尘是否可爆的呢?

1、物质安全数据表 (MSDS 或 SDS) 

物质安全数据表应包含以下数据:物理化学特性,例如熔点、沸点、稳定性、蒸气压、氧化性、爆炸性以及易燃性。

2、化学结构和分子式评估

爆炸特性(关于形成爆燃或爆轰的潜在可能)通常取决于一些特定的官能团组(例如叠氮化物、硝基化合物、过氧化物等),因此可以采用分子结构筛选,特别是对特定的官能团组(例如硝基、过氧基、氯基、叠氮基等)进行识别。存在这样的官能团组意味着该物质存在很强的热不稳定性。对于这些物质的粉尘爆炸危害,认为产生的有机粉尘是可燃的。

其次可以根据热力学计算及预测(例如氧平衡、CHETAH [化学动力学及能量释放评估的计算机程序] )来判断该粉尘是否可爆。

3、查找文献资料

可以借助海樊粉尘数据库进行查询。 

4、少量物料筛分测试(Go-No Go Test

通常只需要测试很少量的物质。将少量物质放到热的管道上进行点火,以此来定性分析物质的燃烧性。 

注意

  1. 一般来说,不可爆的粉尘主要有:不能被继续氧化的氧化物、不能被继续氧化的碳酸盐、卤化物、化合物含 [Cl, F, Br],无机化合物、盐类化合物。
  2. 可爆的粉尘主要有:碳氢化合物,碳水化合物,食品,谷物和其他有机物,金属包括铝、钛、镁、钨、钽、钛、锂、锌、铬、锆、金、铂、钠、钢等。
  3. 该粉尘可能出现的环境中,是否存在其他可燃性气体氛围,如果有,则可能形成粉尘-可燃气体混合物,导致出现爆炸性危险环境。
  4. 不要仅用粉体的平均粒径判断整体粉体的可爆性,即便平均粒径较大,但其中往往也含有较细的粉体,这少部分的粉体也具备爆炸性。
  5. 在以上方法均不能确定粉尘是否可爆时,应转交给专业的测试机构进行检测。

注:根据美国消防协会标准NFPA 652 《可燃性粉尘基本标准》,可燃物粉体颗粒大于500μm时,所形成的粉尘云不再具有可爆性。但对于粉体当其粒度在10μm以下时则具有较大的危险性。 

多少粉尘可能会爆炸?

我们在上部分已经谈到了粉尘的可爆性,那么我们怎么判断粉尘在什么情况下会爆炸呢?

与气体爆炸一样,粉尘必须到达一定的浓度才有可能被点燃爆炸。

粉尘爆炸需要满足以下几个条件: 

  • 粉尘必须能悬浮在空气中。当粉尘不会悬浮在空气中,而是存在于设备表面或地面,则即使被点燃也只是燃烧,而不会出现爆炸的情况。
  • 当空气中分散粉尘云浓度低于某一特定值-最小爆炸浓度(MEC)时,爆炸不会传播。说明该环境中缺少足够的燃料(燃烧大部分是链式反应) 。
  • 最高爆炸浓度(UEC)- 高于此浓度时爆炸也不会传播。该环境为富燃料环境,所需的助燃剂不足。

注意:

1. 最低可爆浓度MEC对与同一种物质不是定值,与(1)粉尘粒径、环境中氧浓度、环境中可燃气体含量等有直接关系。相互关系为粉尘粒径越小,爆炸下限越低。氧浓度越高,爆炸下限越低。可燃挥发分含量越高,粉尘爆炸下限越低。

 2. 粉尘云的爆炸威力随粉尘的浓度增加而增加直到达到最佳浓度,提供最大的爆炸威力。在较高的浓度下,爆炸威力下降或保持基本不变。

以玉米淀粉为例:在正常温度和大气压下,粉尘最低爆炸浓度范围与可能造成人员健康影响的最大粉尘浓度对比,相差4个数量级。

煤粉的最低爆炸浓度是40g/m3,这个密度相当于一个25瓦灯泡所发出的光都无法透过2米厚的粉尘云浓度。

各类粉尘的最低爆炸浓度,最准确的获取办法是通过测试,或查找粉尘数据库。

需要注意的几点:

粉尘云发生一次爆炸的条件比较苛刻,但如果地面或设备管线上有沉积的粉尘层,当这些粉尘被其他因素如一次爆炸产生的气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来,同时在爆炸后的短时间内爆炸中心区形成的负压,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,被第一次爆炸的余火引燃而导致二次爆炸。

二次爆炸时,粉尘总量和扬尘范围一般比一次爆炸时大得多,故二次爆炸威力比第一次要大,破坏范围也更广。

现场有可燃粉尘要怎么处理?

为了更好避免扬尘以及积尘后导致的二次爆炸,可燃粉尘的处理就非常关键。

可采用的措施有:

1、正常操作时会释放出的可燃粉尘:

  • 除向作业场所保持持续稀释通风(GEV)外,还应提供持续局部通风(LEV)以尽量减少粉尘逃逸,并将粉尘输送到除尘器中;
  • 尽量在设计时将涉尘设备设计为负压或惰化环境;
  • 定期清洁地板、管道、管、烟罩、壁架等水平区域以尽量减少工作区域内的粉尘积聚。 

2、如出现可燃粉尘的异常泄漏,可参照的执行方案如下: 

  • 如有可能尽可能的远程切断泄漏源,如切断阀、回转阀等;
  • 人员紧急撤离,并在泄漏场所建筑外围拉起警戒,移走可能产生点火源的设备;
  • 维持场所的通风,开启事故通风,尽可能的将粉尘云浓度进行稀释;
  • 待粉尘不再泄漏,且现场漂浮的粉尘已沉降或通过通风进行收集后,人员方可前往处理;
  • 处理人员应佩戴防尘呼吸器或防尘口罩,着装防静电服、防静电鞋、防静电手套,以及使用防爆工具;
  • 使用防爆真空吸尘器等不会产生火星的工具对现场进行清理,同时也要避免产生扬尘;
  • 切忌使用压缩空气等带压气体进行吹扫;
  • 对遇湿自燃的金属粉尘,其收集时应采取防水防潮措施;
  • 如有必要应对收集后的粉尘进行失活处理。

3、如出现粉尘着火,可参照的执行方案如下:

  • 应根据粉尘的物理化学性质,正确选用灭火剂,不应采用引起粉尘飞扬的灭火措施和方法;
  • 扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水,尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧,又可湿润未燃粉尘,驱散和消除悬浮粉尘,降低空气浓度,但忌用直流喷射的水和泡沫,也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂,防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸;
  • 对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等,遇水反应,会使燃烧更剧烈,因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(同样不可有冲击性);
  • 堆积的粉尘如面粉、棉麻粉等,明火熄灭后内部可能还阴燃,也应引起足够重视;
  • 对于面积大、距离长的车间的粉尘火灾,要注意采取有效的分割措施,防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发连锁爆炸。

 自燃性粉尘 

粉尘的自燃性是指粉尘在常温下存放的过程中反应放热,此热量经过长时间积聚,达到粉尘的燃点而引起燃烧的现象。

引起粉尘自然发热有以下几点原因:

  • 氧化热:即粉尘与空气中的氧接触而发热,主要包括金属性粉末(如铝、镁、锌、合金等粉末)、碳素粉末类、其他粉末(如煤粉、原棉等);
  • 聚合热:因粉尘所含的聚合物单体发生聚合反应放热;
  • 分解热:因粉尘中的一些化学物质分解放热,这种物质的分子层面的分解反应通常会产生放热和挥发和/或不凝结的分解产物。这种自反应不需要其他物质引发或参与而且一般只受温度影响;
  • 发酵热:因微生物和酶的作用使粉尘中所含有的有机物降解而发热的物质,如饲料、粮食粉末。

自燃性粉尘的储存应注意:

  • 具有自燃性的热粉料,贮存前应冷却到正常贮存温度;
  • 在通常贮存条件下,大量贮存具有自燃性的散装粉料时,应对粉料温度进行连续监测;当发现温度升高或有气体析出时,应采取使粉料冷却的措施;
  • 对遇湿自燃的金属粉尘,其收集、堆放与贮存时应采取防水防潮措施。

气固复合型混合物(Hybrid Mixtures)

当可燃粉尘与易燃蒸汽或气体混合存在时,其危险性较单一物质更为危险。例如在混有乙醇溶剂的可燃性粉尘干燥机内部,当可燃气体浓度大于10%的LEL且可燃粉尘浓度大于10%MEC时,其组成的气固复合型混合物危险性主要体现在:

  • 当可燃粉尘与易燃气体/蒸汽混合物低于其各自的燃烧限值时,将它们混合在一起可形成爆炸性(混合)气氛;
  • 粉尘混合物中存在易燃蒸汽/气体可以使其在空气中更易点燃,即其最小点火能会降低,即使蒸汽/气体浓度低于其燃烧下限值;
  • 由于粒径太大不会爆炸的物质(粉尘)可能在存在易燃蒸汽/气体时爆炸,即使蒸汽/气体低于其燃烧下限;
  • 爆炸后果将会增强,强于单一的爆炸性气体或爆炸性粉尘环境。

因此,气固复合型混合物的爆炸风险需要更加引起注意。

瑞欧提醒您

现如今,粉尘爆炸是重点关注的高风险点之一。相关人员需要正确地识别粉尘危害、评估及管控粉尘风险,才能合理有效控制风险爆炸风险。


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