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粉尘爆炸及粉尘防爆电气设备

文档作者：王云生、刘绮映		点击数：	更新时间： 2025年10月22日
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上一篇：粉尘的爆炸性危害

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1 9 9 年第 1 期 5 爆炸性环境电气防爆技术 总第 1 13 期
粉尘爆炸及粉尘防爆电气设备
一、粉尘爆炸灾害不容忽视
提到工业生产过程的爆炸灾害, 人们首先
想到的是煤矿瓦斯爆炸, 或是石油化工企业的
可燃性气体的爆炸, 这些灾害的严重性各种媒
体常有详实报道。但是, 如果说到粉尘爆炸, 过
去很多人都了解甚少, 甚至以为难以理解
—
难道人们日常接触的面粉、植物纤维竟然会产
生可怕的灾害性爆炸。1 9 8 7 年哈尔滨亚麻厂的
爆炸事故, 震惊了国人。自此人们开始关注粉尘
爆炸和防爆的问题。其实, 关于粉尘爆炸灾害国
外早已有大量报道。1 7 8 5 年意大利首次报道了
谷物粉尘爆炸灾害, 此后各国对这类事故屡有
报道。美国到1 9 5 6 年止共发生粉尘爆炸8 14
次, 其中粮食粉尘爆炸2 03 次, 1 9 5 8 一1 9 7 5 年
美国在谷物贮仓、碾磨厂和饲料加工厂就发生
了1 8 8 次粉尘爆炸, 死亡51 人, 27 1 人致伤。70
年代后期, 美国更是粉尘爆炸事故迭起, 1 9 7 6
年圣诞节前夕, 美国大陆粮仓公司容量为20 万
吨的粮食筒仓发生粉尘爆炸, 死亡35 人。1 9 7 7
年2 月美国科克粮仓公司一个粮仓发生粉尘爆
炸, 死亡24 人, 经济损失1 亿多美元。特别是
18 7 7 年12 月2 日至27 日在不到一周的时间
里, 竟相继发生5 起筒仓爆炸事故, 其中特大伤
亡事故3 起, 死亡56 人, 致伤48 人。日本在
1 9 5 2~ 1 9 7 9 年间, 在农产品加工过程中共发生
40 起粉尘爆炸。1 9 8 2 年法国和比利时的食糖加
工业均发生过严重爆炸事故。至于煤尘爆炸和
煤尘伴随甲烷的爆炸, 其灾害更为严重。如
1 90 6 年法国古利耶尔煤矿发生煤尘爆炸, 死亡
1 0 9 9 人。1 9 6 2 年德国路易任塔尔矿煤尘爆炸,
死亡29 9 人; 1 9 6 3 年日本三池煤矿煤尘爆炸,
死4 58 人。煤尘爆炸事故不但在煤矿井下发
生, 而且在使用微粉炭( 实质上也是煤尘) 的发
电厂、炼铁厂等必威体育官方网站
也常有发生, 1 9 5 9 一1 9 7 9
年美国煤矿的地面设施: 煤仓、皮带走廊、烘干
机、洗煤厂等共发生煤尘爆炸“ 次。
我国除了1 9 8 7 年哈尔滨亚麻厂发生的亚
麻粉尘爆炸之外, 其他的粉尘爆炸事故也屡有
发生, 如1 9 8 7 年前后发生在克山和延边等地的
亚麻粉尘爆炸; 1 98 1 年和1 9 8 8 年分别发生在
郑州和上海纺织必威体育官方网站
的棉尘、棉睛尘爆炸; 1 9 6 3
年发生在天津的铝粉尘爆炸; 1 98 1 年发生在黄
埔港的粮食粉尘爆炸等。随着农业的发展和人
口集中于城市, 粮食储运业发展很快, 机械化程
度不断提高, 粮食粉尘爆炸的危险还会随着增
力口。
综上可见, 各类粉尘的存在在日常生产和
生活中虽司空见惯, 不为人们所注意, 但是它们
在许多场合引起的爆炸事故, 其灾害的严重性
却不容忽视。
二、粉尘爆炸危险存在哪些部
门
从粉尘爆炸的灾害例中我们知道了一些存
在粉尘爆炸危险的环境, 但是在实际生产和生
活中其危险性远不止这些环境, 还有很多环境
虽然未发生或较少发生爆炸危险, 但并不说明
其危险性就小或不存在, 正如哈尔滨亚麻厂爆
炸事故之前, 人们大都不知道亚麻粉尘场所存
在可能发生爆炸的严重危险一样, 所以了解清
楚现实各种存在粉尘爆炸危险的环境是非常必
要的。
1 .
煤矿
煤矿生产中不仅存在着瓦斯( 甲烷) 这种爆
炸危险性气体, 而且存在着具有爆炸性危险的
煤尘。在煤矿井下, 回采、掘进、运输及提升等各
种生产过程的几乎所有作业都产生煤尘, 并可
能使其飞扬。煤矿地面设施: 煤仓、皮带、走廊、
烘干机、洗煤厂等也存在煤尘场所。
2
.
化工生产
所有的化工生产都具有若干个基本单元操
1 9 9 8 年第1 期爆炸性环境电气防爆技术总第31 1 期
作过程, 其中的流体动力过程、机械过程就存在
着粉尘爆炸的危险。
1) 流体动力过程: 包括物料输送、分离、搅
拌等固体块状物料与粉料的输送。这种输送作
业有的是采用皮带输送机、螺旋输送机、刮板输
送机、链斗输送机、斗式提升机, 有的是采用气
力输送, 也有利用位差采用密闭溜槽输送。这些
作业中形成粉尘爆炸危险的原因有如下几种:
①皮带、刮板、螺旋等设备在运行中飞扬的粉尘
形成爆炸性混合物, 极易被物料与物料之间、物
料与传输设备之间的摩擦碰撞产生的静电叫燃
爆炸。
② 气力输送中物料在系统中同管壁摩擦币
使系统产生静电, 也是引起爆炸的主要原因。
2) 机械过程: 包括筛分、过滤和粉碎、混合。
其电
,
筛分、过滤作业中粉尘极易被碰撞和静电
引燃; 粉碎、混合过程, 前者要防止设备磨擦发
热引燃粉尘, 后者要防止静电引燃粉尘。
3) 化工生产的其他环境: 如原料、半成品与
成品的收发、包装、秤量过程也易由静电引燃粉
尘。
3.
冶金工业
l) 烧结球团生产工艺: 烧结球团所需焦粉、
煤粉的制备, 包括细碎、磨细、贮存和输送操作
过程中有煤尘引燃爆炸危险。
2) 炼铁生产工艺: 高炉喷吹煤粉系统主要
的危险是煤粉爆炸, 如煤粉喷吹罐发生爆炸; 煤
粉处理系统煤粉自燃爆炸、某些烟煤磨碎时释
放可燃性气体, 在设备和管道中形成更易爆炸
的混合物等。
.4 烟花爆竹生产
烟花爆竹生产过程中的原料粉碎与筛选、
烟火药的配制与混合、药物干燥等环节都极易
引燃爆炸。
.5 医药生产
l) 医药生产中需要采用的易燃固体类物质
有二硝基化合物类、氨基钠、镁粉、锰粉、硫磺
粉、三聚甲醛、甲基蔡等, 这些物质在生产中都
要防止粉尘飞扬和摩擦、碰撞等。
2 ) 中药材的粉碎过程中有时粉尘较多, 可
能达到爆炸下限。
3) 固体物料的搅拌、输送、来回料、分离、干
燥时, 均应防止静电引燃粉尘爆炸。
6 .
纺织生产
纺织必威体育官方网站
是粉尘爆炸危险比较突出的行
业。
纺织厂滤尘系统在截获的粉尘, 在浓缩收
集时, 其浓度往往达到爆炸下限, 而清梳车间由
于杂质碰击、绕花摩擦等均易产生火花, 此外,
纤维粉尘在气流输送过程中, 因摩擦升温和静
电积聚也可引起火花, 若火源进入高浓度的粉
尘集聚区, 将会引起燃爆.
棉纺织厂的棉尘主要产生于清棉、梳棉、细
纱车间, 以及回花室( 废棉处理间) , 其他车间,
如整径、织布、整理等车间也产生一些棉尘。
毛纺织厂在羊毛加工过程中, 如选毛、开
毛、梳毛、粗妙、细纱、整径、织布等生产环节均
产生程度不等毛尘。总的来看, 它比棉纺织生产
中产生的棉尘要少。
麻纺织厂: 麻尘的产生主要是两方面的原
因: 一是在手工分梳( 拣麻) 、软麻、梳麻、成条等
加工过程中抖落、梳理产生大量麻尘; 二是机器
在运转时产生的尘杂和短纤维。麻纤维较脆, 在
加工中由于机械作用容易破断、破碎, 也增加了
尘量。如亚麻纺织厂的联梳机, 每台设备每小时
要产生麻尘、麻屑、麻绒约9 ~ 10 公斤, 一台粗
纱机每小时要产生0.
83 公斤粉尘。因此, 麻纺
织厂产生的粉尘要比棉、毛纺织厂严重得多。
除了上述棉、毛、麻纺织生产要产生粉尘之
外, 丝绸、合成纤维、粘胶生产也会产生有爆炸
危险性的粉尘。
7 .
粮食贮运和加工
粮食贮运和加工企业也是产生粉尘爆炸危
险比较多的部门之一。据资料报道, 德国平均每
天发生1 ’次粉尘爆炸, 大约每2 次爆炸中就有
l 次是粮食粉尘爆炸。粮食贮运和加工主要是
指各类谷物及其成品在仓库内的贮藏和中转,
以及小麦制粉、稻谷、碾米、饲料和杂粮的加工
等产业部门, 它们遍布城乡及沿海口岸, 粮食贮
运和加工生产的各环节中常产生大量的粮食粉
1 9年9第 18期 爆炸性环境电气防爆技术 总第 1 1 期3
尘悬浮于空气中, 从而构成具有爆炸性的混合
物, 另一方面, 各作业环节中使用的各类电气
设备又经常可能因撞击、摩擦、电气短路、过载
以及现场维修等产生电弧、火花、高温等点火
源, 因此粮食贮运加工企业存在着粉尘燃爆的
危险。
l) 粮食贮运
粮食贮运是指粮食的贮藏和中转, 它所采
用的设施是粮食立筒库, 它广泛用于港口码头、
粮食仓贮、粮食加工企业。立筒库主要由卸粮装
置、筒仓群和工作塔构成, 并配备有检测设备和
输送机械。
卸粮装置: 港口的卸粮设备大都采用大型
吸粮机, 也有用带式垂直输送机, 然后通过胶带
机或气垫机将粮食输入工作塔。公路、铁路来粮
的接收装置, 最普遍的是由卸粮坑水平输送设
备和斗式提升机组成。
筒仓群: 筒上层布置有进粮用的顶仓输送
机, 筒下层有出粮用的仓底输送机。
工作塔: 是将来粮经过初步清理、计量、提
升等工序分配至各个筒仓, 此外也可将粮食输
到加工厂或倒仓作业。工作塔内有输送、清理、
称重和除尘设备。水平输送设备一般采用胶带
输送机、埋刮板机和气垫胶带机。垂直提升主要
采用斗式提升机, 也有用带式垂直输送机的。
2 ) 粮食加工
粮食加工是指对小麦、稻谷、玉米及杂粮等
谷物的加工, 其加工成品则分为粉体和颗粒体
两类。粮食加工一般由清理、粉碎和成品包装三
个环节组成。粮食清理车间采用的主要设备有
筛理设备、精选设备、去石设备、磁选设备、表面
处理设备、输送设备、通风除尘设备等。
粮食粉尘碎研磨车间采用的主要设备有:
磨粉机组、碧谷机组、碾米机组、粉碎机组、筛理
机、混合机、输送设备等。
粮食打包车商采用的主要设备有: 计量机、
打包机、皮带输送机、除尘风网等。
3) 粮食粉尘的形成
粮食的可燃性粉尘云的形成有两种方式。.
一种是尘化作用形成的, 所谓尘化作用即尘粒
从静止或相对静止的状态变成悬浮于周围空气
中的作用。贮运和加工的原粮, 通常含有一定量
的粉尘, 在输送或清理过程中, 由于空气的诱导
作用和气流与粉尘的剪切压缩作用, 粮流中的
部分粉尘会被尘化而悬浮于空气中形成粉尘
云。在碾磨、筛理或混合半成品时, 也会因上述
作用形成粉尘云. 粉尘云另一种形成方式是积
尘的转化, 积尘主要来源于: ① 悬浮状粉尘云在
重力作用下的慢慢降落在地面、设备、管道内外
表面; ② 粉尘从密封不良的设备缝隙处泄漏, 降
落于地面、设备上; ③ 设备、管道内因有风量不
足, 而沉积于设备管道内的粉尘; ④ 设备、管道
内因设计不合理、表面粗糙、通风死角等滞留形
成的积尘; ⑤ 皮带输送机上洒落的粉尘; ⑥ 因粉
尘的吸附和粘连作用, 沉积在设备、管道内外表
面的粉尘; ⑦ 除尘器滤袋、集灰箱集结的积尘。
由于积存分布广, 且积尘比同种粉尘云的
点火温度低, 容易被引燃, 再加上积尘随时都可
能变成粉尘云, 不论是作业或停机, 只要当空气
中有热浪、冲击波、湍流或机械震动时, 积尘都
会被扬起, 在空气中形成高浓度粉尘云, 一台长
56 m , 截面积为0 . 5 x 0 . g m , 的埋刮板机内, 如
果有kI g 的积尘, 其扬起形成的粉尘云浓度可
达到39
. 6 8 9 / m , , 这已经达到爆炸下限浓度。此
外积尘也是导致二次爆炸的重要原因。因此, 积
尘比局部空间悬浮的粉尘云具有更大的危险
性。
4) 粮食贮运和加工作业中可能出现的点火
源
由于粉尘爆炸的现场往往被爆炸所破坏,
因此点火源的查找确认很困难, 据已分析、查明
的点火源有以下几种形式: 机械摩擦发热或火
花、电气火花、电气设备热表面、碰撞火花、静电
火花、自燃、焊接切割作业、明火等。
( l) 电气火花和电气设备热表面: 粮食贮运
和加工生产过程中使用的电机、电器、照明、导
线等会因接触不良、断路、短路或击穿而产生电
火花; 电气设备选型不当、超免荷运行会出现
过热, 如电机过载、欠压、缺相运行、绕组匝间短
路, 通风散热不良、自动保护失灵等都会导致过
1 9 9 8年第1 期爆炸性环境电气防爆技术总第1 31 期
热; 各种导线老化、绝缘失效、过载、短路、电阻
过大、接触不良、选型不当、保护失灵等也会引
起导线过热或起火, 普通照明灯具, 如40 ~
Zo ow 的白炽灯, 表面温度可达50 ~ 3 0 0 ℃ ,
4 0 o w 的高压汞灯表面温度可达1 50 一2 50 ℃ ,
高温热表面可引燃堆积其表面的粉尘。
( 2) 摩擦撞击高温或火花: 电动机、排风机
等的风扇叶片与风扇罩的距离过小或风扇罩变
形, 或防护等级不够, 异物进入等原因均可能产
生摩擦高温或火花; 磨粉机、粉碎机、混合机、碧
谷机、碾米机、刮板输送机、螺旋绞龙输送机、斗
式提升机等, 当机内进入金属、砂石等异物时会
出现摩擦、撞击高温或火花; 出料口堵塞造成物
料在机内连续长时间的摩擦发热、炭化而起火;
皮带打滑、轴承过载、润滑不足、各种滚筒与粮
食粉尘的摩擦等也都可能引燃粮食粉尘。
( 3) 静电火花: 谷物在装卸和加工过程中,
由于谷物或粉料本身的相互摩擦、粉料与筛网
的摩擦、谷物与仓壁的摩擦、谷物与排风管道的
摩擦等都会使谷物和粉尘带静电, 静电积聚且
设备接地不良, 则可能产生放电火花。厂房、设
备避雷系统失灵也可能遭受雷击产生点火源。
( 4) 谷物或粉尘堆积自燃: 大量谷物或粉料
长期堆积, 内部温度逐渐升高可能达到自燃温
度, 如s m m 厚的谷物粉尘其引燃温度在1 90 ~
2 2 0 ℃ 之间, 比7 3 号汽油的引燃温度( 3 0 ℃ )还
低, 可见其自燃危险不容忽视。
8
.
烟草生产
烟草加工过程中, 烟草粉尘浓度可能达到
爆炸极限, 其爆炸下限为68 9 / m 3 。目前我国大
型卷烟厂室内粉尘浓度10 ~ 20 m g / m , , 有的高
达58
. s mg / m , , 中小烟厂室内的粉尘浓度更
高, 而原苏联标准列出的烟草粉尘爆炸下限为
10
. 19 / m , 。卷烟生产企业的制丝车间、打叶车
间、除尘室等生产、维修和清扫过程容易达到爆
炸下限浓度. 此外, 烟草加工过程中可能会出现
电气火花、静电、摩擦撞击火花、高温表面或明
火, 这些均可能成为烟草粉尘的点火源.
9
.
酒类生产
酒的主要原料有高粱、玉米、薯干、大小麦
等, 原料粉碎中的粉尘, 容易达到爆炸极限。
10 、其它: 存在粉尘爆炸危险的必威体育官方网站
远不止
上述几种, 其它如食品加工、制糖、茶叶加工、金
属制品加工、合成树脂生产、橡胶及天然树脂加
工、沥青、蜡类生产、饲料加工、赛璐璐及乒乓球
生产、木材加工等必威体育官方网站
都程度不同的存在粉尘
爆炸危险, 此外, 随着科技进步和国民经济的发
展, 一些新的必威体育官方网站
和部门中也可能出现粉尘爆
炸危险, 这需要人们不断去认识和预防。
三、可燃性粉尘及其爆炸危险
场所
粉尘种类、温度级别及场所危险等级的划
分都是在粉尘特性研究的基础上, 作出的人为
区分, 目的是为了更合理更经济地采取相应的
预防爆炸措施。
1.
粉尘种类
由于粉尘的种类繁多, 因此必须按一定的
方法将其分门别类, 考虑的角度不同, 划分方法
不同。如:
l) 按粉尘存在的工业部门不同, 可分为:
① 农林类: 粮食、饲料、食品、肥料、木材、
糖、茶等;
② 矿冶: 煤炭、金属、硫磺等;
③ 纺织: 棉、麻、丝绸、化纤等;
④ 轻工: 塑料、纸张、橡胶、药物等;
⑤ 化工: 多种化合物粉体。
2) 按粉尘存在的爆炸场所不同, 可分为:
①室内: 通道、地沟、厂房、仓库等;
设备内部: 集尘器、除尘器、混合机、输送
机、筛选机、料斗、高炉、打包机等;
3) 也可按粉尘的粒径来分成不同的标准筛
号. 也可按粉尘的聚集状态来分: 悬浮状( 粉尘
云) 、沉积状(积尘) .
4) 从防爆工程角度来分是我们感兴趣的,
如按燃烧性能来分, 可分为:
① 不可燃粉尘( 或称惰性粉尘) : 与氧不发
生反应, 或不发生放热反应的粉尘;
②可燃性粉尘: 与空气中的氧反应能放热
的粉尘。有机物都含有C 、H 元素, 与氧反应能
1 年第 1期 爆炸性环竟电气防爆技术 总第 1 1 期 燃烧, 生成CO , C O Z 和H ZO ; 许多金属粉可与空
气中的氧生成化合物, 并放出大量的热。这些都
是可燃粉尘
。
因此, 可燃性粉尘又, ,丁细分为:
①金属粉尘: 铝粉、镁粉
、
钦扮等;
②矿物粉尘: 煤粉、矿磺等;
③有机物粉尘: 亚麻扮尘、木粉、纸粉、烟草
粉尘、粮食粉尘等。
可燃性粉尘按其导电性( 电阻系数) 来分,
可分为:
① 可然性粉尘导电性粉尘: 铝粉、镁粉、铁
粉等;
②半导体粉尘。
非导电性粉尘: 橡胶粉尘、聚乙烯粉尘、亚
麻粉尘、木粉、纸粉等
2 .
温度组别
温度组别是按粉尘点燃温度划分几个组
别, 按国标G B 1 2 4 7 6. 1一90 的规定划分为
T l l 、T 2 2 、T 3 三个组别, 这种做法表面上是把
通常涉及的粉尘划为三个温度段来区分, 其实
是从防爆技术的需要来设定的, 为了使设备的
设计、制造、选型和管理, 尽可能做到既科学合
理( 防爆安全) , 又具有较好的经济性。这样就不
必对每一种不同点燃温度的粉尘, 去单独设计
一种表面温度与之相适应的电气设备, 而是对
包含在每一段点燃组别内的粉尘, 只需设计一
种表面温度与该温度段下限温度相适应的电气
设备即可。
表1
—
温度组别} 粉尘点燃温度T ( ℃ )
n 区: 未划为10 区的场所, 但在异常条件
可能在该场所出现粉尘云或粉尘层, 与空气混
合达到爆炸浓度的区。
上述定义中应注意到: ①“ 正常”过程不仅
包括“ 加工” 、“ 处理” , 而且也包括“ 清理” , 因为
“ 清理” 是使粉尘由危险性相对较小的沉积“ 状
态” , 转化为危险性较大的“ 粉尘云状态” 的重要
原因之一。②“ 爆炸浓度” 是指以粉尘云状态散
布在空气中的单位体积内粉尘总质量。而对于
“沉积状态” 的粉尘, 难以用“ 浓度” 来表征, 因此
这时可以理解为对爆炸有重要影响的“ 沉积厚
度” 。因为实验表明沉积状态的粉尘的主要危险
是热自燃, 它是引起粉尘云爆炸的重要诱因。而
决定沉积状态粉尘热自燃的主要因素则是粉尘
的沉积厚度。
上述粉尘的分类和粉尘危险场所的划分是
粉尘防爆电气设备选型的重要条件。
四、粉尘爆炸成因及特点
T > 2 7 0
27 0 ) T > 2 0 0
20 0 ) T > 1 5 0
lTl1213T
3 .
粉尘爆炸危险场所的划分
按照国际上的通行做法, 我国标准
G B 12 4 7.6 1一90 也是根据爆炸性或可燃性粉
尘环境出现的频度和持续的时间, 将粉尘爆炸
危险场所划分为:
10 区: 在正常加工、处理或清理过程中, 出
现或可能出现的粉尘云或粉尘层与空气混合达
到爆炸浓度的区。
1.
粉尘爆炸的形成条件
众所周知, 物质燃烧的三要素是: l) 存在可
燃性物质; 2) 具有足够助燃物质- 一氧乙、; 3 ) 存
在具有足够能量的点火源。对于粉尘来说上述
的第l) 条应该有更明确的要求, 即不仅要求粉
尘必须是可燃性的, 而且还要求其存在的状态
必须是呈悬浮状的粉尘云, 同时“ 悬浮状” , ,上有
进一步的定量要求, 即呈悬浮状的粉尘, 其浓度
必须在爆炸浓度范围之内。
粉尘云的爆炸浓度通常在1 0、/ m , 至
5 0 0 0 9 / m , 范围内, 当粉尘浓度在5 09 / m 3 时, 其
粉粒间距约为1 . 3 m m , 这时已基本上不透光。
用2 5W 灯泡照射浓度为4 0 9 / m , 的煤粉尘云
时, 在Zm 内人眼看不见灯光。这种浓度在一般
环境是不可能达到的。即使在这种爆炸浓度下
限时, 也足以使人呼吸困难, 难以忍受, 况且能
见度也几乎达到伸手不见五指的程度, 因此, 人
是完全可以感受到这种危险浓度。但实际上, 发
生爆炸时, 爆炸源往往并不处于人的呼吸范围
之内。许多情况下, 它是发生在设备或管道内部
或某局部点, 随后这局部爆炸( “ 一次爆炸” ) , 引
9
年第 8期 爆炸性环境电气防爆技术 总第 期 起周围环境的扰动, 使得原来那些沉积于地面
和设备表面的粉尘层扬起, 形成达到爆炸浓度
的粉尘云, 而产生“ 二次爆炸” 。这种“ 二次爆
炸”所形成的破坏程度和范围往往比“ 一次爆
炸” 更严重。因此, 不能认为人们视觉所及的空
间范围粉尘浓度没有达到爆炸浓度就是安全
的, 而应特别重视地面和设备表面积尘被扬起
的危险性。
粉尘爆炸的另一个重要条件是点火源, 粉
尘爆炸所需的最小点火能量比气体大l ~ 2 个
数量级, 大多数粉尘云的最小点火能量在5 ~
s o m J 量级范围。虽然粉尘云比可燃性气体要求
较高的最小点火能量, 但总的来看, 粉尘云还是
很容易被点燃的, 如人体所产生的静电火花能
量(5 ~ 18 m )J 就可能点燃一些粉少云。
2
.
粉尘爆炸机理
粉尘爆炸是一个非常复杂的过程, 受很多
因素的影响, 所以其爆炸机理至今尚不十分清
楚。一般认为, 粉尘爆炸经过以下发展过程:
粉尘粒子表面通过热传导和热辐射, 从点
燃源获得能量, 由于粉尘表面积大, 与空气接触
充分, 故表面温度急剧升高, 达到粉尘粒子的加
速分解或蒸发温度, 形成粉尘蒸气或分解气体。
这种蒸气或气体与空气混合后能引起点火( 气
相点火) , 这是一种情况。另一种情况是粉尘粒
子获得热能后, 本身从表面一直到内部, 都相继
发生熔融和气化, 进发出炽热微小质粒或火花,
成为周围未燃烧粉尘的点火源, 从而扩大了燃
烧范围, 并可能发展成爆炸。由上可见粉尘爆炸
中, 气、固两相均同时存在, 因此使燃烧过程变
得更复杂了。
上述的着火过程是在微小的粉尘粒子处于
悬浮状态的短时间内完成的。对较大的粉尘粒
子由于其悬浮时间短, 不能着火, 有时只是粒子
表面烧焦或根本未燃烧。粉尘云中的粒子大小
和形状不可能是完全一样的, 粉尘的悬浮时间
因粒子的大小与形状而异, 因此能保持一定浓
度的时间和范围是极有限的。若条件都能满足,
则粉尘爆炸的威力是相当大的, 否则爆炸威力
可能很小, 甚至不发生。
O
3 .
粉尘与气体防爆的比较
l) 爆炸性混合物的状态
可燃性气体与空气容易达到充分混合, 且
重力影响可以忽略不计。粉尘粒子比空气分子
大得多, 重得多, 重力影响很明显。随着带来的
是粉尘在空气中悬浮的空间分布均匀性与时间
持久性都远不如可燃性气体混合物的均匀性和
持久性。因此粉尘的粒子大小、形状、重量, 分布
的均匀性、浓度对粉尘云的形成及其燃烧爆炸
性能都有影响。例如, 一个边长为k m 的立方
体固态物, 若分成边长为0 . o 01 m m 的粉尘颗
粒时, 其表面积增加了1 0 , 0 0 倍, 其所有颗粒
总和的表面积为6m , 。因此, 当其与空气接触,
发生氧化反应时, 其燃烧之剧烈, 放热之大, 可
想而知。这也说明危险的粉尘爆炸只发生在呈
悬浮状分布的粉尘云中, 而沉积在地面和设备
表面的粉尘层的危险性, 则主要表现在热自燃
或被扬起而呈粉尘云分布状态时。粉尘层沉积
在设备表面, 由于其绝热性能, 使设备过热, 在
粉尘层增厚时, 一些粉尘点燃温度也会降低。
2) 爆炸极限
气体爆炸极限往往是在人们不易觉察时就
悄悄达到了, 尤其是爆炸下限, 因此危险性比较
大。而粉尘云即便在爆炸浓度下限, 对人的呼吸
来说也是难以忍受的, 因此人很容易觉察其危
险性。粉尘云的爆炸下限浓度约10 一6 09 / m 3 ,
爆炸上限浓度约2 一6 k g / m , , 这种浓度一般只
发生在贮运或加工设备中。
3) 出现故障的持续时间
气体爆炸危险场所出现故障时, 应尽可能
降低气体浓度, 故障排除后, 气体和环境又恢复
到最初状态。粉尘一旦出现不易散掉, 而且会沉
积下来, 增加通风往往会扬起粉尘层形成粉尘
云, 比原来粉尘层更危险。因此, 可燃粉尘可能
出现的场所, 不能根据时间划分为正常条件和
不正常条件, 因为粉尘不会随着时间和通风而
扩散。
4) 最小点燃能量
大多数粉尘的最小点燃能量均比气体大几
个数量级。当然对于几种特例(如磷、苯酚) 来
l
1 9年9 第 8 期 爆炸性环境电气防爆技术 总第 1 1 期3 说, 最小点燃能量低于10 m J , 与气体的数值范
围差不多。
5) 介质的外壳密封性
与气体密封外壳不同, 尘密外壳可利用相
对简单的机械方法( 密封)制造。此方法可以在
电气设备内部形成“ 2 区”或“ 无危险区” 。这种
简单的原理就是粉尘防爆的一个重要组成部
分。
按E N 5 0 0 18 , 隔爆型“ d ” 电气设备, 因设备
级别和外壳容积不同, 其隔爆间隙大约在0 .
1
~ o · 7 5 m m ( 即1 0 0 ~ 7 50 拼m ) , 可燃性粉尘的颗
粒大小为0 . 0 2 ~ 0 . 0 4 m m ( 即2 0 ~ 4 0 0拌m ) , 由
此可见, 气体防爆的隔爆外壳并不是不加改变
即可满足尘密要求的。
6) 粉尘防爆更取决于工况条件
粉尘防爆比气体防爆更取决于设备现场的
工况条件。如一台粉尘防爆电气设备, 其表面温
度在标准规定的s m m 厚积尘时处于规定的限
值之内, 尽管取得了检验合格证书, 但如果与此
条件相违: 设备上积着厚厚的粉尘, 或者完全被
粉尘淹没, 那么, 也会变成危险源。因此, 粉尘防
爆与气体防爆相比, 更大程度地取决干设备的
正确选型、使用条件和持续的监控及维护。
五、粉尘防爆电气设备
1.
粉尘防爆电气设备的防爆原理
从物质燃烧的三要素( 存在可燃性物质具
有足够助燃物质、具有足够能量的点火源) 分析
可知, 使用于粉尘爆炸危险场所的电气设备如
果不采取防爆措施, 那么它就是存在点燃危险
的多种点火源, 因此, 对于粉尘爆炸危险场所使
用的电气设备, 其防爆原理应该是:
l ) 如果能把电气设备的各种点火源的能量
完全降低到安全水平以内, 即低于粉尘的最小
点燃能量, 则这种电气设备就是防爆安全的。
由现有的防爆电气设备类型可知, 本质安
全型电气设备可以满足粉尘防爆要求。
2) 如果不能把电气设备的各种点火源的能
量完全降低到安全水平之内, 则只能将可燃性
粉尘混合物与电气设备存在的各种点火源隔
离。并且从提高安全性出发, 应尽可能防止或降
低点火源出现的的可能。粉尘防爆电气设备即
是根据这种原理考虑的, 具体来说:
① 防止粉尘的进入和沉积;
②限制设备最高表面温度;
③ 防止或降低其它火花、电弧或高温出现
的可能。
2
.
粉尘防爆电气设备的防爆措施
1 .
防止粉尘的进入和沉积
1) 按照设备外壳限制粉尘进入设备内部的
能力, 将设备外壳分为二类:
尘密外壳( 标志: D T ) : 外壳防护等级为
IP 6 X , 意即这种外壳具有6 级防外物能力。实
际上它是一种能够阻止所有可见粉尘颗粒进入
的外壳。
防尘外壳( 标志: D P ) : 外壳防护等级为
I P SX , 意即这种外壳具有5 级防外物能力。实
际上它是一种不能完全阻止粉尘进入, 但其进
入量不会影响设备安全运行的外壳。
由上可见, 尘密外壳( D T ) 是一种具有较强
防护能力的特殊防尘外壳; 而防尘外壳( D P ) 只
是一种具有一般防护能力的普通防尘外壳。后
者仅适用于非导电性可燃粉尘存在的n 区场
所; 前者可用于各种可燃性粉尘存在的10 、n
区场所。
不论是尘密外壳, 或是防尘外壳, 其防尘能
力主要是靠外壳接合面的结构来实现的, 对于
各种不同型式的接合面( 平面式, 止口式、密封
式、螺纹式、圆筒式等) 国家标准G B 1 2 4 7 .6 1一
9 0 推荐了典型结构, 并规定了应该满足的结构
参数, 这些结构和参数的安全有效性, 最后都要
通过试验来考核。
2) 为保证整个接合面的紧密配合, 凡用螺
栓或螺钉紧固时, 应具有足够数量的紧固螺栓
或螺钉。
3) 密封垫须采用石棉、橡胶或其它耐久的
优质材料, 并应适合电气设备的负荷状况和预
计的工作寿命温度。
4) 接合面须有防锈措施, 但不准涂油漆。
5) 接合面还应具有一定的表面粗糙度。
1 l
年第 期 爆炸性 环境电气防爆技术 总第 全期 设备外壳表面应设计成不利于粉尘堆积
并易于清理的结构。
限制设备最高表面温度
限制设备最高表面温度是防尘粉尘防爆电
气设备点燃可燃性粉尘的一条主要措施, 在实
际运行中将电气设备表面可能达到的最高温度
限制在允许的最高表面温度之内。这个温度值
取决于粉尘的类型、粉尘层厚度及采用的安全
系数。因为与气体防爆不同, 在气体防爆电气设
备中最高表面温度只考虑设备本身的发热因素
和散热结构影响, 而粉尘防爆电气设备由于表
面沉积粉尘层, 甚至会因为清扫维护不及时, 粉
尘层愈积愈厚, 这一方面粉尘层的隔热作用导
致电气设备表面温度升高; 另一方面粉尘层发
生闷燃的色险性增大。
I E C 标准对价尘云和粉社层状态山`
启饱设备
表面温度分别有限制规定: 前者电气设备最高
表面温度不允许超过该粉尘一空气爆炸性混合
物点燃温度的粤; 后者应低于这种粉尘闷燃温
rJ/ ` ’、、乃、、, ~ ~ “ J 3 ” “ 曰’一’州` 一” ` / `
一
’ “ ’ ”、,
一
度7 5 K 。以上两个温度值的较低者而为限制设
备最高表面温度的依据。
以上粉尘层的闷燃温度是在sm m 厚度粉
尘层前提下测定的, 如果粉尘层厚度超过
s m m , 则需进一步降低设备表面温度。
我国标准G B 1 2 4 7 6 . 1一90 参考日本和美
国标准物粉尘按点燃温度( 粉尘云和粉尘层点
燃温度中较低值) 划分为3 个组别( 见表1 ) , 电
气设备也按这3 个组别来设计, 限制其最高表
面温度, 并考虑到设备有无过负荷运行的情况,
将电气设备允许的最高表面温度值列于表2 。
表2
温度点燃温度( ℃ ) 允许最高表面温度( ℃ )
组别无过负荷时有认可的过负荷
T l l T > 2 7 0 2 1 5 19 0
T 生2 2 7 0 ) T > 2 00 1 6 0 14 5
T 1 3 2 0 0 ) 飞’ > 1 50 1 2 0 1 10
这种划分为3 个组别的方法, 较之对每一
种粉尘单独考虑其点燃温度及安全系数的方
法, 更有利于设备制造厂的生产经济性, 对用户
设备选型也佼方便。
粉尘防爆电气设备由于对设备外壳采取了
有效的防粉尘进入的结构, 因此一般不考虑设
备内表面的最高允许温度。但是在下述情况下
应采取安全措施: 如果电气设备外壳盖或门的
开启时间小于内部元件冷却到低于设备允许最
高表面温度所需的时间时, 须在外壳上设置警
告牌, 标明盖或门开启前最少延迟的时间。
3 .
防止或降低其他火花、电弧或高温出现
的可能
上述二项( 防止粉尘进入和沉积; 限制设备
最高表面温度) 是粉尘防爆电气设备的主要防
爆措施, 但是对确保防爆安全性, 提高可靠程
度, 保持足够的安全裕度来说还是不够的, 也即
是对其他可能出现的火花、电弧、高温等因素仍
要采取措施, 防止或降低其可能的危险性。
l) 材质
粉尘防爆电气设备外壳材质在选用的时
候, 主要考虑两点: ① 保证外壳具有足够的强
度、刚度, 防止设备接合面的紧密接合性受到破
坏或降低, 某些设备外壳也会因材质强度、刚度
不够产生不应有的变形, 引起碰撞和摩擦, 产生
危险的点火源。
② 设备外壳材质必须是不会因冲击、摩擦
面产生点火源的。如试验证明轻金属合金外壳
易受冲击引起爆炸事故, 这可能是由于冲击生
成的轻金属合金微粒, 在空气中着火燃烧而形
成的高温灼热颗粒, 引起其他可燃物着火造成
的。又如青铜材质不易引起摩擦火花, 而铝与铁
锈材质摩擦时却容易产生点火火花等。因此合
理的选择外壳材质不仅是外壳强度、刚度的需
要, 而且是避免产生点火源的措施之一。
2) 塑料外壳
塑料作为现在广泛应用的工程材料, 如用
作防爆电气设备的外壳材质主要考虑其安全要
求是: 机械强度、防止燃烧、防止积聚静电、具
有较好的热稳定性。
3) 紧固件
从防爆安全角度出发对紧固件的要求也不
可轻视。紧固件须有防松装置, 以确保外壳接合
面的紧密性达到防护等级要求; 紧固件必须是
1 2
年第 期 爆炸性环境 电气防爆技术 总第 期 使用专用工具才能打开的结构紧固件的材料
或表面处理要求。
绝缘套管 )
绝缘套管是固定接线端子的绝缘件, 在接
线过程中会承受扭力矩作用, 因此须通过连接
件扭转试验来考核连接的可靠性和机械强度。
此外为保证绝缘性能对材料性能亦响一
要求。
5) 联锁装置
联锁是保证电气设备在带电状态下, 设备
外壳不被随意开启的必要措施, 对防爆安全有
着直接的关系。其结构应保证不易拆除, 而且应
设计成非专用工具不能解除其联锁功能的结
构。
6) 粘接材料
用于粉尘防爆电气设备的粘接材料, 为确
保其良好的粘接功能, 应通过试验考核其机械
性能和热、化学、溶剂等作用下的稳定性。
7) 连接和连接件
连接和连接件似乎是一个简单问题, 但在
电气设备中却是一个直接关系到产生火花、电
弧或高温的重要间题, 主要的关键是保证连接
的有效性和可靠性。有效性指良好的接触导电
性, 可靠性指在机械、热等因素影响下保持连接
的有效性不降低。
8) 接线盒
接线盒是供电气设备和外部配线连接的空
腔。它也是防爆电气设备可能出现事故较多的
部位, 主要考虑的问题是结构设计的合理性和
连接的可靠性, 具体包括: ①接线盒空腔的防尘
结构应与设备主体的防尘性能一致: ② 接线盒
空腔与设备主体空腔之间应可靠密封; ③ 盒内
接线方便; ④ 盒内电气间隙和爬电距离应符合
气体防爆标准的相应要求。
9 ) 引入装置
粉尘防爆电气设备的引入装置的结构和各
项要求与气体防爆电气设备的引入装置相同。
因为气体防爆电气设备的引入装置的防爆原理
是密封隔离, 这与粉尘防爆的原理是一致的, 因
此两者结构和要求可以通用。
1 0 ) 接地
接地虽是许多电气设备的通用要求, 但是
对防爆电气设备来说, 接地还是一项不可缺少
的防爆安全措施。粉尘防爆电气设备的接地要
求与气体防爆电气设备相同。
1 1 )其他
涉及具体的电气设备, 如电动机、变压器、
断路器、隔离开关、插销、控制器、灯具等, 如使
用在粉尘爆炸性场所, 除必须符合粉尘防爆电
气设备标准的通用要求之外, 还须符合有关的
专用规定。
参考文献
1 防火检查手册, 上海科技出版社, 1 98 2 12
2 工业防爆实用技术手册, 辽宁幸! 技出版社, 工9 9 6 . 1
3 G B 工2 4 76 1 一90 爆炸性粉尘环境用防爆电气设备
粉尘防爆电气设备
4 赵衡阳等, 气体和粉尘爆炸原理, 北京理工大学出版
社, 19 9 6
5 刘恒云, 爆炸性粉尘环境用电气设备, 电气防爆技术,
1 9 9 6. 4
6 刘恒云, 易燃环境电气设备IE C 1 24 1 标准系列发展,
电气防爆技术, 1 9 96 2
7 宋荣敏, 压c 12 4 1一l 二l ( 1 99 7) 可燃性粉尘环境用电
气设备第1 部第一篇用外壳保护的电气设备
,
技术要
求。
8 冯长根等, 沉积状态工业粉尘的防火防爆与实验( 工
业粉尘防爆与治理) , 中国科学技术出版社, 1 99 0 . 6
9 李和娣等, 粉尘爆炸实验装置和小麦粉尘爆炸特性
( 工业粉尘防爆与治理) , 中国科学技犬出认注, 1叼。
刘伟钦等, 粉尘爆炸砂完弓点火方式及能量测取的
探讨(工业粉尘防爆与治理) , 中国科学技术出版社,
1 9 9 0 . 6
张家平, 烟草粉尘的防火防爆( 工业粉生防爆与治
理) , 中国科学技术出版社, 1 9 90 6
卢鉴章, 煤尘的爆炸危险性(工业粉尘防爆与治理) ,
中国科学技术出版社, 1 99。, 6
浦以康等, 粉尘爆炸机理研究国外现况综述( 工业粉
尘防姗与治理) 中国科学技术出版杜, 1 9 9 0 . 6
寇晓光, 电气设备的粉尘爆炸, 电气防爆技术, 1 9 .6
巧项云林, 粉尘爆炸, 化学工业出版社, 1 9 93
16 项云林, G B 1 247 6. l 一9。《爆炸性粉尘环境用防爆电
气设备粉尘防爆电气设备》介绍。
(王云生、刘绮映)

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