粉尘爆炸和气体爆炸的异同

粉尘爆炸和气体爆炸的异同摘要:主要阐述了气体爆炸的条件、机理和特点和粉尘爆炸的条件、机理和特点，并将气体爆炸和粉尘爆炸的异同在三个方面进行了总结。关键词：气体爆炸；粉尘爆炸；可燃气体；爆炸条件；爆炸特点一、引言伴随着科技的进步，工业进行了大力发展。每天产生了大量的气体和粉尘，并由于我国的安全意识还不够完善，人民的生命财产受到极大的威胁。例如1984年11月9日墨西哥城近郊发生的煤气大爆炸，导致死亡大约400人，420人受伤，300幢房子被毁。1987年3月15日哈尔滨亚麻纺织厂梳麻车间发生重大爆炸事故，死亡47人，受伤179人。因此，对于了解粉尘和气体爆炸的特性，了解爆炸机理对于安全防护具有重要的意义。本文主要介绍粉尘爆炸和气体爆炸上的一些异同。并对以后安全防护提供借鉴。二、粉尘的爆炸粉尘是指某些分散得极细的固体物质，是固体物质特别危险的状态。粉末越细，爆炸危险性越高。但并不是所有粉尘都能够发生爆炸。能发生爆炸的物质有天然有机物质（谷物，糖麻等）、合成有机材料（塑料，有机颜料，杀虫剂等）、煤、金属（铝，镁，锌，铁，锆等）。1可燃粉尘发生爆炸的条件发生粉尘爆炸大致有一下几点：1）要有一定的粉尘浓度，如粉尘浓度过低，粉尘粒子间距过大，火焰难以传播；2）粉尘具有相当大的比较面积；3）粉尘悬浮在空气中与空气混合形成爆炸极限范围内的混合物，即粉尘云状态；4）粉尘云要处在相对密闭的空间内，压力和温度才能急剧上升，进而发生爆炸；5）有足够的点火能量，大多数粉尘云最小点火能在5—50mj量级范围。2可燃粉尘的爆炸机理可燃粉尘的爆炸机理简单的用图一表示：图一1）供给粒子表面以热能，使其表面温度上升；2）粒子表面的分子由于热分解或干馏作用，变为气体分布在粒子周围；3）气体与空气混合生成爆炸性混合气体，进而发火产生火焰；4）火焰产生热能，加速粉尘分解，循环往复放出气相的可燃物质与空气混合，进一步发火传播。因此，粉尘爆炸时的氧化反应主要是在气相内进行的，实质上是气体爆炸并且氧化放热速率要受到质量传递的制约，即颗粒表面氧化物气体要向外界扩散，外界氧也要向颗粒表面扩散，这个速度比颗粒表面氧化速度小得多，就形成控制环节。所以，实际氧化反应放热消耗颗粒的速率，最大等于传质速率。3粉尘爆炸的特点1）发生频率高，破坏性强。随着粉尘生产、干燥、运输、储存等工艺的连续化和生产过程中收尘系统的出现，使得粉尘爆炸频率更加增多了。粉尘爆炸产生的能力大，爆炸威力大，爆炸温度普遍达到2000—3000度，最大爆炸压力可得700KPa；2）易造成二次爆炸。粉尘爆炸时很容易扬起沉积的粉尘。其浓度往往比第一次粉尘要大。在粉尘爆炸中心，有可能产生粉尘负压区，新鲜空气向爆炸中心内流与扬起的新粉尘重新组成爆炸性粉尘而发生二次爆炸，甚至是三次爆炸。由于粉尘浓度大，在随后的爆炸可能比前一次还大，破坏性更大；3）发生爆炸时，有燃烧粒子飞出，如果飞到可燃物或人体上，会使可燃物局部严重炭化和人体严重烧伤；4）粉尘爆炸中伴随着不完全燃烧，燃烧气体中含有大量的CO气体，所以会引起人员中毒。三、气体爆炸爆炸分为三种，核爆炸、物理爆炸和化学爆炸。其化学爆炸为一些可燃气体，其爆炸不可小觑。1可燃气体爆炸条件1）可燃气体在空气中含量达到爆炸极限。可燃气体与空气混合量达到一定值时，遇到火花就会发生爆炸。能够发生爆炸的浓度范围，叫该可燃气体的爆炸极限。当可燃气体的浓度比爆炸下限低时，只能发生闪燃，而后就熄灭了。当可燃气体的浓度比爆炸上限高时，只能发生燃烧，而不会爆炸。2）足够点火能的点火源。点火源提供一个初始能量，在这个能量的激发下，使可燃物与氧化剂发生剧烈的氧化反应，从而引起燃烧。在一定条件下，燃烧转为爆轰。要使可燃物发生燃烧，点火源必须具有足以将可燃物加热到发生燃烧的温度，否则燃烧不能发生。2气体爆炸机理通常按气体燃烧和爆炸的危险性把气体分为四大类：可燃性气体、助燃性气体、分解爆炸性气体及惰性气体。一般情况下对气体爆炸机理可以从以下两个方面说明：1）分解爆炸性气体的分解爆炸：某些气体在没有空气和氧气的条件下同样可以发生爆炸，如乙炔在没有空气和氧气的条件下，若被压缩到200Kpa以上，遭遇火星就会引起爆炸。此外还有一些其他分解反应为放热反应的气体如：乙炔、氧化乙烯、氧化乙炔、四氟乙烯、丙烯、臭氧等都具有这样的性质。出现这种状况在于这类气体在分解时放出大量的热量，使气体受热膨胀，造成压力急剧上升和释放从而导致爆炸。气体的分解爆炸过程是以伴随着放热的分解反应为主的，同时产生特殊的分解火焰。2）爆炸性混合气体的爆炸：可燃性气体与助燃性气体混合并达到爆炸极限便可能会引起爆炸，这一类气体混合物称为爆炸性混合物。例如可燃性气体和空气预混合后在一定范围内遇火可以发生燃烧，它是由发火源产生的火焰在混合气体中向前传播的所谓“火焰传播”现象，这时，在已燃气体和未燃气体的界面有火焰产生，出现高温和强光。因为燃烧气体能够自由膨胀，所以在火焰传播速度较慢时每秒只有几米或更小，几乎不产生压力波和爆炸声响，只有当火焰速度很快时，才可能产生压力波和爆炸声响，而当火焰速度进一步加快，达到每秒数百米甚至上千米时，则燃烧可向爆轰转变，形成强大的冲击波给周围环境以巨大的破坏力。在可燃气体（或蒸气）与空气均匀混合成预混合气的情况下，若其浓度在爆炸范围内，则其燃烧物理模型如图二所示。图二当预混气被一点火源点燃时，立即形成一个小火球，成为中心火源，在其周围形成的燃烧波以球面波的形式向周围传播，火焰向四周蔓延，中心点火源外层的预混气被点燃，成为一个较大的火球，也就是一个新的燃烧波面，它又继续向外蔓延，使球壳形的反应区逐层增大。由此可知，火球以一层层同心球面波的形式往各个方向蔓延和扩展，最终将空气中的预混气点燃，如果燃烧过程发生在密闭的容器中，则由于气体燃烧产物的温度上升，以及由此引起的压力急剧增加，便形成爆炸，可以造成极大的破坏作用。3气体爆炸的特点这种爆炸的实质是物质高速度地燃烧,其作用时间极短,仅百分之几秒或千分之几秒。随着燃烧产生大量的气体和热量,气体骤然膨胀产生很大的压力,因此混合气体爆炸有很大的破坏性。四、粉尘爆炸和气体爆炸的异同1气体爆炸和粉尘爆炸在反应条件上的异同1）粉尘爆炸和气体爆炸都具备燃烧的基本三要素，可燃物、助燃物、点火源。但气体爆炸不仅仅只有化学爆炸，还具有物理爆炸。其特点是气体迅速膨胀，压力急剧增加，并大大超过了容器的极限压力而发生爆炸。如蒸汽锅炉、液化气刚瓶等爆炸；2）粉尘爆炸需要五要素，即必须在密闭空间和形成粉尘云。而气体爆炸不需要密闭的空间。只要反应剧烈同样可以发生爆炸；3）气体爆炸和粉尘爆炸都需要在一定的浓度下才能发生爆炸，即都具有反应上限和反应下限；4）气体爆炸和粉尘爆炸对于点火源的敏感程度的不同。气体对于火源更加敏感。2气体爆炸和粉尘爆炸在反应机理和性质上的异同1）气体与空气混合物和粉尘与空气混合物在物理性质上截然不同气体/空气混合物中，最小的单位是分子，它们互相靠近，而粉尘/空气混合物中，气体分子接近粉尘粒子，这些粉尘粒子大小和重量比分子大几个数量级，即使经过仔细筛选的粒子，粒子尺寸也不会均匀一致。因此，对爆炸来讲，粒子尺寸必须低于某些极限值，同时粉尘悬浮在空气中必须有足够的密集度和均匀性；2）如同可燃气体一样，粉尘爆炸物的爆炸激烈程度也是用压力上升速率来量度的。压力上升速率是压力/时间曲线上升段通过拐点的切线斜率如图三（气体）和图四（粉尘）；图三图四同样，气体爆炸和粉尘爆炸的拟合曲线同样相似，在爆炸都具有最大爆炸压力，如图五（气体）和图六（粉尘）图五图六3)粉尘燃烧速度或爆炸压力上升速度比气体爆炸要小，但燃烧时间长，产生的能量大，所以破坏和焚烧程度大；4)粉尘爆炸时的氧化反应主要是在气相内进行的，实质上是气体爆炸；5)粉尘爆炸和气体爆炸相比容易形成不完全燃烧产物。与一般气体爆炸性相比，由于可燃物中相对的量较多，粉尘爆炸时燃烧的是分解出来的气体，灰分是来不及燃烧的。2粉尘爆炸和气体爆炸特点上的异同1）粉尘爆炸和气体爆炸同样受到初始温度和初始压力的影响，并且随着初始压力和初始温度的升高，更易发生爆炸；2）粉尘发生爆炸时，有可能燃烧粒子飞出，如果飞到可燃物或人体上，会使可燃物局部严重炭化和人体严重烧伤；3）粉尘爆炸产生的冲击波吹起积聚在地面或者其它表面的粉尘使其悬浮在空气中，引起第二次爆炸，甚至三次爆炸。而气体爆炸很少会有二次爆炸；4）粉尘爆炸中伴随着不完全燃烧，燃烧气体中含有大量的CO气体，所以会引起人员中毒。而气体爆炸主要是冲击波对人的伤害。4结语气体和粉尘爆炸对于人类的生命财产构成了严重的威胁，通过大体了解气体粉尘爆炸的异同，可以使人们能够更加关注于对气体和粉尘爆炸防治的研究，促进经济健康发展。