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典型可燃粉塵熱危險(xiǎn)性分析 版權(quán)信息
- ISBN：9787030732576
- 條形碼：9787030732576 ; 978-7-03-073257-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
典型可燃粉塵熱危險(xiǎn)性分析 本書特色
本書的推出旨在普及粉塵爆炸預(yù)防控制的安全技術(shù)，為有效防范我國工貿(mào)行業(yè)粉塵爆炸重大安全風(fēng)險(xiǎn)、堅(jiān)決遏制重特大粉塵事故發(fā)生提供研究基礎(chǔ)。
典型可燃粉塵熱危險(xiǎn)性分析 內(nèi)容簡介
本專著篩選了煤粉制備系統(tǒng)、木制品加工、金屬制品加工、食品加工、塑料生產(chǎn)等行業(yè)的典型可燃粉塵進(jìn)行了熱危險(xiǎn)性的重點(diǎn)闡述。基于熱重-差熱曲線，提供了上述可燃粉塵化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)、反應(yīng)機(jī)理函數(shù)的詳細(xì)分析數(shù)據(jù)。詳細(xì)闡述了熱環(huán)境、熱表面、電火花、機(jī)械火花等粉塵爆炸常見點(diǎn)火源作用下，可燃堆積粉塵著火蔓延規(guī)律，以及堆積粉塵著火后作為點(diǎn)火源引發(fā)粉塵爆炸的危險(xiǎn)性。本書的目的是使讀者對(duì)涉爆粉塵行業(yè)中典型可燃粉塵的危險(xiǎn)性有系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)，幫助讀者辨識(shí)分析實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中可燃粉塵發(fā)生火災(zāi)爆炸的常見危險(xiǎn)因素。
典型可燃粉塵熱危險(xiǎn)性分析 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 粉塵爆炸事故的危害 1
1.2 粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性 2
1.2.1 粉塵爆炸與氣體爆炸的差異 2
1.2.2 粉塵爆炸發(fā)生的條件 4
1.2.3 粉塵爆炸的影響因素 5
1.3 粉塵爆炸事故的常見點(diǎn)火源 7
1.4 主要內(nèi)容 10
參考文獻(xiàn) 10
第2章 典型可燃粉塵的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 11
2.1 煤粉的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 11
2.1.1 煤粉的熱反應(yīng)機(jī)理 11
2.1.2 煤粉化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 21
2.2 金屬粉塵的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 31
2.2.1 金屬粉塵的TG/DTG曲線特征 31
2.2.2 金屬粉塵化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 44
2.3 玉米淀粉的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 55
2.3.1 玉米淀粉的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 55
2.3.2 玉米淀粉的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 59
2.4 木粉的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 65
2.4.1 木粉的TG/DSC曲線特征 65
2.4.2 木粉化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 67
參考文獻(xiàn) 68
第3章 可燃堆積粉塵的著火特性 71
3.1 熱環(huán)境下可燃堆積粉塵的著火特性 71
3.1.1 熱環(huán)境下煤與瓦斯混合物的著火特性 71
3.1.2 熱環(huán)境下潮濕鋁粉的自熱著火特性 90
3.1.3 潮濕鋁粉自熱著火的影響因素分析 95
3.1.4 熱環(huán)境下干燥鋁粉的自熱著火特性 96
3.2 熱表面作用下可燃堆積粉塵的著火特性 99
3.2.1 恒溫?zé)岚遄饔孟露逊e粉塵層內(nèi)溫度變化 99
3.2.2 粉塵層著火的臨界熱板溫度 103
3.2.3 堆積粉塵層內(nèi)著火過程分析 110
3.2.4 熱表面與熱環(huán)境作用下堆積粉塵的著火特性對(duì)比 115
3.3 熾熱顆粒作用下可燃堆積粉塵的著火特性 117
3.3.1 熾熱顆粒類型對(duì)粉塵層點(diǎn)火特性的影響 117
3.3.2 熾熱顆粒作用下粉塵層的陰燃蔓延規(guī)律 123
3.3.3 熾熱顆粒作用下粉塵云的著火特性 133
3.4 電火花作用下可燃堆積粉塵的著火特性 138
3.4.1 電火花的能量估算 138
3.4.2 電火花作用下粉塵層著火特性的測(cè)試裝置 139
3.4.3 電火花作用下堆積粉塵的噴濺現(xiàn)象 140
3.4.4 電火花沖擊產(chǎn)生的粉塵凹坑 141
3.4.5 層狀堆積金屬粉塵的*小點(diǎn)火能 143
3.5 機(jī)械摩擦火花作用下可燃堆積粉塵的著火特性 145
3.5.1 機(jī)械摩擦火花的形成及存在形式 145
3.5.2 機(jī)械摩擦火花的發(fā)生實(shí)驗(yàn) 147
3.5.3 機(jī)械摩擦火花的引燃能力 155
參考文獻(xiàn) 158
第4章 可燃堆積粉塵的火蔓延 160
4.1 可燃堆積粉塵的火蔓延測(cè)試裝置 160
4.2 自然對(duì)流條件下可燃粉塵層的火蔓延速度 160
4.2.1 粉末惰化對(duì)可燃粉塵層火蔓延速度的影響 160
4.2.2 粉塵粒徑對(duì)可燃粉塵層火蔓延速度的影響 165
4.2.3 粉塵層寬度對(duì)可燃粉塵層火蔓延速度的影響 166
4.2.4 粉塵層厚度對(duì)可燃粉塵層火蔓延速度的影響 167
4.2.5 表面傾角對(duì)可燃粉塵層火蔓延速度的影響 168
4.3 通風(fēng)條件下可燃粉塵層的火蔓延速度 170
4.3.1 通風(fēng)條件下可燃粉塵層火蔓延速度測(cè)試裝置 170
4.3.2 順風(fēng)及逆風(fēng)條件對(duì)可燃粉塵層火蔓延速度的影響 171
4.3.3 自然對(duì)流與通風(fēng)條件下粉塵層火蔓延速度差異分析 173
參考文獻(xiàn) 174
第5章 堆積粉塵內(nèi)著火顆粒的引燃能力 175
5.1 玉米淀粉堆積著火揚(yáng)起后的引燃能力 175
5.1.1 玉米淀粉在熱板加熱條件下的燜燒著火特性 175
5.1.2 玉米淀粉著火顆粒揚(yáng)起后的引燃能力 177
5.2 煤粉堆積著火揚(yáng)起后的引燃能力 180
5.2.1 煤粉在熱表面作用下的著火特性 180
5.2.2 煤粉著火顆粒對(duì)煤粉塵云的引燃能力 182
5.3 金屬粉塵堆積著火揚(yáng)起后的引燃能力 185
附錄 粉塵爆炸事故統(tǒng)計(jì) 187
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典型可燃粉塵熱危險(xiǎn)性分析 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 粉塵爆炸事故的危害 世界上**次有記錄的粉塵爆炸事故發(fā)生在1785年12月意大利都靈（Turin）的一個(gè)面包作坊。盡管粉塵爆炸防護(hù)理論與技術(shù)的研究已經(jīng)歷了100多年，但隨著近代工業(yè)中可燃粉體的多樣化、生產(chǎn)工藝的復(fù)雜化，粉塵爆炸事故仍然是目前較為嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)威脅[1，2]。以發(fā)達(dá)國家美國為例（圖1.1），1980～2005年的粉塵爆炸事故基本呈上升趨勢(shì)，共發(fā)生了280起粉塵引起的火災(zāi)爆炸事故，共造成119人死亡、700人受傷[2]。根據(jù)表1.1所示的事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我國的各類可燃粉塵爆炸事故也時(shí)有發(fā)生[3]。僅2014年一年公開報(bào)道的導(dǎo)致傷亡的粉塵爆炸事故就發(fā)生了7起，其中昆山中榮金屬制品有限公司重大鋁粉爆炸事故，造成75人死亡，185人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.51億元[4]。圖1.2總結(jié)了中國和美國常見涉爆粉塵的粉塵爆炸事故比例，其中金屬、木材、食品、塑料粉塵造成粉塵爆炸事故比例的總和超過粉塵爆炸事故總數(shù)的一半。 圖1.1 美國1980～2005年粉塵爆炸事故次數(shù) 表1.1 我國20世紀(jì)80年代粉塵爆炸事故發(fā)生頻率及傷亡人數(shù)[3] 圖1.2 中國和美國常見涉爆粉塵的粉塵爆炸事故比例分布 1.2 粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性 1.2.1 粉塵爆炸與氣體爆炸的差異 粉塵爆炸是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，它伴隨著物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的變化，同時(shí)也受各種外界條件的影響。與可燃?xì)怏w相比，可燃粉塵爆炸涉及的因素更多，使得粉塵爆炸事故危險(xiǎn)源的辨識(shí)、評(píng)價(jià)與控制更為困難[5]，導(dǎo)致粉塵爆炸事故頻發(fā)。與可燃?xì)怏w相比，可燃粉塵爆炸的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1．形成爆炸性混合物的機(jī)制不同 可燃?xì)怏w通過濃度梯度向空間擴(kuò)散，在很短時(shí)間內(nèi)可形成均勻的爆炸性混合物。由于重力沉降作用，可燃粉塵顆粒需要借助外部作用力才能分散成云狀，形成爆炸性混合物。粉塵分散程度與多種因素有關(guān)，如粒徑、密度、工藝條件等，通常粉塵在空間的濃度分布是不均勻的，很難通過局部點(diǎn)的粉塵濃度預(yù)警來預(yù)防粉塵爆炸的發(fā)生。因此，粉塵爆炸的危險(xiǎn)具有隱蔽性。氣體爆炸一般可以通過監(jiān)控濃度進(jìn)行事故預(yù)警，而粉塵爆炸一般很難通過粉塵濃度監(jiān)測(cè)進(jìn)行事故預(yù)警。 2．點(diǎn)燃需要的能量和引燃誘導(dǎo)時(shí)間不同 可燃粉塵點(diǎn)燃能量的范圍很大，可在1mJ～105J范圍內(nèi)變化。大部分可燃性粉塵的點(diǎn)燃能量小于100mJ。氣體點(diǎn)燃能量相對(duì)較低，通常小于1mJ，著火誘導(dǎo)時(shí)間相對(duì)于可燃粉塵較短。 3．粉塵爆炸能量大且有二次爆炸特性 粉塵與空氣混合物的能量密度比氣體空氣混合物大。粉塵顆粒著火后，燃燒速度慢、燃盡時(shí)間長。粉塵云一旦點(diǎn)燃后，爆炸產(chǎn)生的能量很高。若按產(chǎn)生能量的*高值進(jìn)行比較，粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍，溫度可達(dá)3000℃，*大爆炸壓力在300kPa以上。初始爆炸產(chǎn)生的沖擊波可揚(yáng)起生產(chǎn)環(huán)境中大量沉積的未燃粉塵，使其懸浮補(bǔ)充到當(dāng)前的爆炸進(jìn)程中，引發(fā)更猛烈的二次爆炸。 4．燒傷程度不同 與可燃?xì)怏w不同，由于粉塵爆炸持續(xù)時(shí)間短、顆粒燃盡時(shí)間長，常存在未燃盡的熾熱著火顆粒，導(dǎo)致更嚴(yán)重的燒傷。例如，碳不完全燃燒產(chǎn)生一氧化碳，塑料、樹脂、農(nóng)藥等燃燒產(chǎn)物或分解產(chǎn)物中含有有毒氣體。昆山“8?2”拋光鋁粉爆炸事故中，現(xiàn)場(chǎng)共收治傷者191人，大部分傷者的燒傷面積超過90%，傷勢(shì)*輕的燒傷面積也要超過了50%，幾乎所有人都是深度燒傷。 1.2.2 粉塵爆炸發(fā)生的條件 可燃粉塵通常呈粉塵層、粉塵云兩種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)粉塵層火災(zāi)和粉塵云爆炸兩種事故后果，具體如圖1.3所示。從圖中可以看出，粉塵發(fā)生爆炸須具備以下五個(gè)條件[6]。 圖1.3 火災(zāi)三角形與爆炸五邊形 1．可燃粉塵 粉塵是可燃的，且粉塵濃度要在爆炸范圍內(nèi)。濃度太低，粉塵顆粒間距離過大，火焰不能持續(xù)傳播；粉塵濃度太高，因?yàn)檠鯕馊狈蜕形磪⑴c反應(yīng)粉塵的吸熱作用，火焰也不能持續(xù)傳播。可燃粉塵的氧化反應(yīng)需要一定的接觸面積，即比表面積。粉塵粒徑越小，比表面積越大，一般粉塵的粒徑在420μm以下才具備爆炸性。 2．足夠的氧含量 一定氧含量是粉塵燃燒的基礎(chǔ)，當(dāng)空氣中的氧含量減少到一定濃度時(shí)，粉塵氧化反應(yīng)速率太低，放熱速率不足以維持火焰持續(xù)傳播。 3．點(diǎn)火源 粉塵云發(fā)生爆炸需要點(diǎn)火源的存在，且點(diǎn)火源具有足夠的能量，如靜電火花的能量大于粉塵云的*小點(diǎn)火能，高熱表面的溫度超過粉塵云的著火溫度等。在一定散熱條件下，粉塵必須具有足夠的氧化放熱速率才可能著火，不同種類粉塵的熱力學(xué)常數(shù)和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)不同，氧化反應(yīng)放熱速率也不同。不論何種粉塵，提高溫度通常有利于反應(yīng)速率增加。粉塵點(diǎn)燃的常見火源包括：熱表面、電火花、靜電和粉塵自熱等。 4．粉塵與空氣混合 只有粉塵與空氣混合處于懸浮粉塵云狀態(tài)，才能使粉塵與氧氣有足夠的氧化反應(yīng)接觸面積。如果粉塵層不被揚(yáng)起分散或擾動(dòng)形成粉塵云，則粉塵層只能著火發(fā)生火災(zāi)，而不會(huì)發(fā)生爆炸。 5．足夠的空間密閉程度 必須在密閉或部分密閉的包圍體內(nèi)粉塵燃燒才能產(chǎn)生較高的壓力。 1.2.3 粉塵爆炸的影響因素 可燃性粉塵的著火敏感度及爆炸猛度受各種因素的影響，具體如下。 1．粉體性質(zhì) 粉體性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩個(gè)方面，物理性質(zhì)是指粉塵粒度、形狀、表面致密度或多孔性等特性；化學(xué)性質(zhì)受化學(xué)組成等因素影響，粉塵化學(xué)組成不同，燃燒熱、表面燃燒速率也不同。 1）物理性質(zhì) 粉體粒徑、形狀和表面狀況等都會(huì)影響顆粒表面反應(yīng)速率，其中又以粒徑的影響較為顯著。粒徑影響主要表現(xiàn)在粉塵爆炸指數(shù)方面。一方面，顆粒比表面積及其與氧氣的接觸面積隨粉塵粒徑增大而減小，顆粒表面燃燒放熱速率隨之減慢；另一方面，顆粒與周圍氣體對(duì)流換熱速率隨粒徑增大而減慢，導(dǎo)致粉塵顆粒點(diǎn)火延遲時(shí)間增長。 2）化學(xué)性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì)包括反應(yīng)放熱及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。燃燒熱是燃燒單位質(zhì)量的可燃粉體所產(chǎn)生的熱量。燃燒熱越大，粉塵爆炸通常越猛烈。因此，根據(jù)粉體燃燒熱值大小，可粗略預(yù)測(cè)粉塵爆炸猛烈程度。不同粉體的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)不同，如指前因子和活化能等。指前因子值越大，反應(yīng)速率愈快；活化能越大，反應(yīng)愈難進(jìn)行，粉體愈穩(wěn)定。反應(yīng)放熱量與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)共同決定了粉體物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)放熱速率。 2．粉塵云特征 1）粉塵濃度 粉塵爆炸指數(shù)隨粉塵濃度增大而增大，當(dāng)濃度增大到某一值，即*佳爆炸濃度后，粉塵爆炸指數(shù)則又隨濃度增大而下降。這主要是因?yàn)楫?dāng)粉塵濃度小于*佳爆炸濃度時(shí)，燃燒過程放熱速率及放熱量隨粉塵濃度增大而增加，粉塵爆炸指數(shù)隨粉塵濃度增大而增大；當(dāng)粉塵濃度超過*佳爆炸濃度后，氧含量不足，導(dǎo)致顆粒表面燃燒速度減慢，粉塵燃燒不完全，粉塵爆炸指數(shù)隨粉塵濃度增大而下降。 2）氧含量 粉塵爆炸指數(shù)隨氧含量減小而降低。粉塵云中氧含量降低，爆炸下限增大，爆炸上限減小，可爆濃度范圍變窄，*小點(diǎn)火能（minimum ignition energy，MIE）增大。這主要是因?yàn)殡S著氧含量減小，一方面，顆粒之間因供氧不足而出現(xiàn)爭奪氧氣的情況，使已燃顆粒表面燃燒速率及放熱速率減慢，導(dǎo)致粒徑較大的顆粒不能完全燃燒；另一方面，未燃粉塵顆粒因升溫較慢而變得愈加難以被點(diǎn)燃，甚至不能發(fā)生著火。 3）粉塵濕度 增大粉塵濕度，不僅會(huì)消耗更多的點(diǎn)火能量，使粉塵活性降低，同時(shí)還會(huì)使粉體顆粒凝聚并變大。因此，粉塵濕度的增大會(huì)導(dǎo)致著火敏感度和爆炸猛度的降低，即著火溫度、*小點(diǎn)火能和爆炸下限都會(huì)升高，而粉塵爆炸指數(shù)則下降。 4）初始湍流 粉塵云湍流度增大，可增大已燃和未燃粉塵之間的接觸面積，致使反應(yīng)速度加快，*大壓力上升速率增大；另外，湍流度增大又會(huì)使熱損失加快，使*小點(diǎn)火能增大。
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