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粉尘爆炸为何如此恐怖
2015-07-02 | 编辑: | 【 】【打印】【关闭

  最近,看了网上出现的一份科普作品《粉尘爆炸为何如此恐怖》,觉得编辑题目和内容不配合,内容说的是粉尘为何会点燃,而题目却是燃爆的结果,所以有外行科普,只看表面的嫌疑,这里我来就同一话题说一说为何粉爆比气爆更危险? 

  为什么粉尘会点燃?最正宗的说法是比表面积增加,换热效率提高,所以容易点燃。一定浓度的粉尘空气混合物与一定浓度的燃气混合物相似,都能够在开放空间爆燃,在封闭空间爆炸。然而,按照消防工程的点火理论来说,粉尘直径缩小,会导致预热损失的减少(因为空气是不良导体),本来表面吸热会有很大一部分传到内部(固体燃料的特征是点火需预热),称作预热损失。粉尘体积减小之后,表面吸热无处可传,停留在表面的结果,就是传热时间尺度的降低,升温加速,所以点火不需要时间,就是危险性增加的传热学理由了。粉尘容易点火,可以说是粉尘为何爆炸的一个重要环节,但不是后果严重的全部理由。 

  然而和气爆(比如青岛黄岛下水道爆炸、台湾高雄化学品泄漏爆炸)相比,粉爆还会有额外的风险,这包括如下理由。 

  第一,  气爆中,燃料气体占据一定的体积,所以有效的氧气供给有所降低。任何反应都与氧气的供给有关,所以降低氧气含量,就会降低总体放热量。粉爆中,由于粉尘密度高,体积小,几乎不会降低混合物中的氧气含量,所以粉爆的平均放热量高,这是背景氧气供给量决定的结果。 

  第二,  一般燃料的基于氧气的放热量是13.1MJ/kg,对于常规的碳氢燃料(如木材),这一常数是固定的。然而,这一常数对固体燃料来说,有可能达到很高的水平,比如固体金属的燃烧温度高、放热效率很高,其单位氧气的放热能力远远超过普通燃料。如果一种燃料的基于氧气的放热量大大超过13.1MJ/kg,那么,它是一种炸药(或高能危险品)。所以,可燃的气雾剂和粉尘产品,有着类似于爆炸危险品的安全控制等级,需要特殊对待,持合格的培训执照才能上岗。 

  第三,  火场伤害,特别是辐射伤害,取决于所接触的火焰温度。一般而言,气体预混火焰温度要低于固体燃料预混火焰温度,所以固体火焰温度的辐射散热效率高,这意味着固体火焰更危险,更容易发生烧伤。当然,这是从散热角度来衡量的结果。按照火灾辐射理论,传热效率是火焰温度的3次方(本来辐射理论是温度的4次方,但传热效率只有3次方,差别是温度差),所以火焰温度增加10%,带来的传热效率增加相当可观。 蜡烛之所以能够照明,是因为其中的烟黑(soot)是固体,其辐射效率高。如果是没有Soot的预混火焰,蜡烛火焰便如同灶台的蓝色火焰,根本发挥不了明亮的照明功能。   

  

   图解:美国糖厂爆炸事故是近年来的典型粉爆事故。

  综合上述三点原因,粉爆比气爆更危险,因此需要更严格的防范措施。(摘自科学网,编辑:麻庭光 )

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