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粉尘火灾(英语:Dust fire),化学上称为粉尘燃烧(Dust combustion)指悬浮在封闭或局限空间中,或户外环境的可燃粉尘颗粒燃烧,如果在封闭环境中,可燃颗粒或局限在大气或是氧分子等其他合适的气体介质中分散浓度足够高,更剧烈的粉尘爆炸(Dust explosion)就有可能出现。
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粉尘爆炸常被特效艺术家、电影工作者和烟火设计师使用。
粉尘起火燃烧(闪火)(1~4点)或爆炸(1~5点)有下列必备条件:
据研究:[1]
粉尘具有非常大的表面积质量比。燃烧只发生在与氧发生反应的固体或液体表面上,这导致粉尘比散装物料更易燃。如1公斤球状物质的密度为每立方公分1克,直径为12.4公分,表面积为0.048平方米。然而,若将其分解成直径50微米的球形尘埃颗粒(约面粉颗粒大小),表面积为120平方米,物质的燃烧速率就会大大增加,每个颗粒的质量非常小,因为热传导材料的损失,还使其着火时比主体材料用更少的热量,尤其是仓库或地窖等压力显著增加的密闭空间。铝等传统意义上不可燃物质或燃烧缓慢的木材,被细碎时也可产生剧烈的爆炸,即便是微小的火花亦能将其引燃。
粉尘爆炸时会释放大量的能量,即高温燃烧气体并使环境空气升至高温状态。这种能量可以点燃附近的可燃物,或导致周围人员之灼伤。如此形成二次火灾,经常发生在相对宽敞分散之区划空间,其起爆处形成大面积火球,此种热辐射具有高强度及较短持续时间。[1]
粉尘爆炸有原发性(一次)和继发性(二次)之分。粉尘爆炸主要发生在工厂或类似建筑内,一般可通过专用管道将压力释放到大气。继发性粉尘爆炸指工厂内的灰尘堆积被扬起,因原发性爆炸起火,导致工作场内的爆炸危险多不受控制。从历史上看,造成人员伤亡的粉尘爆炸,基本上由继发性粉尘爆炸导致。
基本上,当细粒固体物质分散(悬浮)在空气中,即有可能起燃。包括粮食(谷物、饲料、面粉、奶粉、糖)、粉末状金属(铝、镁、钛),还有木屑、纸屑、染料、颜料、合成橡胶等[3]。[1]面粉厂、锯木厂、糖厂在加工过程中排放的屑,尤其是滚动、展开、被切割成薄片的情况下,并处于封闭的厂区,在世界各地都有爆炸记录。
若粉尘由具备高表面积与体积比且非常小的颗粒构成,从而使所有的粒子组成比颗粒更大的灰尘还要大的表面积,这就使燃烧更可能发生。粉尘定义为颗粒直径小于500微米的粉末,但较小的粉末,会比总表面积较大的颗粒组成的粗颗粒更加危险。在特效中,石松粉和脱脂奶粉是安全生产、控制火焰效果的不二之选。
在21世纪流行的彩色粉末娱乐活动中,曾有玉米淀粉做成爆炸意外的记录。
2005年德国的粉尘燃烧统计:[4]
然而,通常很难在爆炸后确定火的确切来源。当源头不能发现时,通常被认为是静电。静电荷可通过颗粒表面摩擦产生,正负电荷彼此吸引,会导致霎时间的接地放电。
可用喷雾法将空气的相对湿度提高到65%以上,除可减少粉尘飞扬外,还因为水分子能大量吸收粉尘氧化产生的热量,增加空气和粉尘的导电性能而减少静电,并且空气中水分除了吸热作用外,水蒸气占据空间会稀释氧含量而降低粉尘的燃烧速度,而且水分增加粉尘的凝聚沉降,使爆炸浓度不易出现。[1]
欧洲等地已展开众多研究以了解如何控制这些危险,但爆炸仍时有发生。制造工艺和设备安全的替代方案,依赖于整个行业。在煤炭开采业中,甲烷爆炸诱发煤尘爆炸,会殃及整个坑的工作。石粉沿着矿井巷道传播,或悬浮于盘顶,以冲击波冲淡煤尘引发的提前燃烧,这种地步不会导致燃烧。矿区可通过喷水抑制起火。一些行业在灰尘升高过程中需排斥空气,被称为“惰化”。通常使用氮气、二氧化碳、氩气等不可燃气体抑制燃烧。同样的方法也可用于易燃气体积聚的大型储罐。但使用无氧气体会造成工人窒息。工人常使用潜水灯照明的封闭空间,引发粉尘爆炸的风险很高。由于防水,没有产生开放火花的风险。
美国消防协会(National Fire Protection Association)针对可燃性粉尘的最佳控制措施包括:
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