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高爆性金屬粉末火災爆炸因素的安全分析

發表時間:2016-04-08 14:17

1.1.1.保護性潤滑劑涂層的很細的片狀粉末對著火特別敏感.
因為來源于粉末加工或燃燒反應并截留在金屬粉末中的活性氣體,由于粉末的自身發熱和細粉的散熱性能很差,可能達到很高的溫度,這些易燃氣體可能著火,從而點燃粉塵云,所以,化學處理和氧化物膜可以改變金屬粉末的爆炸性.

1.1.2.鋁熱反應影響金屬混合物的爆炸性
鋁熱反應是指用另一種更活潑的金屬的粉末放熱性還原金屬氧化物.這種反應不需要由外界供給任何氧,因為氧是由金屬氧化物供給的.但鋁熱反應將粉末引燃,并使未參與反應的粉塵散入周圍空氣中,就形成了粉塵云.粉塵---空氣混合物混合的不均勻可減小發生重大爆炸的危害,但是在空氣或設備中積存的粉塵可能使情況變得嚴重和困難,例如,像粉碎機和錘磨機之類的加工設備,由于可產生很強的擾動和混合,從而使粉塵與空氣生成相當均勻的混合物,從而就為形成一種活性的粉塵云創造了適當的條件.

1.1.3.金屬粉末有水分的情況下產生極大的活性
鉀、銣和鈀一但與水(作用同氧化劑一樣)接觸時,就迅速猛列的燃燒.某些金屬在有水分存在的情況下會產生易燃性氣體或蒸氣(例如氫氣), 若有粉塵云存在時,這就有爆炸的危險.像鎂鋁和鋅之類的金屬粉末皆與水反應,并可能自行發熱到足以引起局部燃燒.此外,一些金屬粉末,如鋁,可能與鹵代烴或其它化學物質由于發生無氧的氧化/還原反應而產生劇烈反應.在空氣存在的情況下的自燃性或自發的活性,這也是金屬粉末爆炸時引燃的一個原因.

1.2.物理因素

1.2.1.粒度和表面積的影響
粒度和表面積決定著粉塵云是否會引燃,或一旦引燃是否會蔓延.粒度減小時,金屬粉塵云變得較易引燃,同時反應速率較快.通常,當粒度減小到149m(100 目)以下時,金屬粉末較易引燃,爆炸時壓力升高的速率較快,倘若金屬粉末混合物中的較易爆炸組分是粒度較小者,那么,較大和較重的顆??赡苡尚纬傻姆蹓m云中沉積下來,而留下的粉塵云,其爆炸性遠比原來的粉末混合物大得多.

1.2.2 顆粒形狀的影響
片狀鋁粉和鎂粉的表面積對體積之比,比其它顆粒形狀者大,因此,就比其它形狀的霧化鋁粉和鎂粉容易燃燒得多.再者,片狀鋁粉或鎂粉較易破碎成較細的顆粒,從而產生較強烈的二次效應,-較脆的金屬顆粒(粉末)多半會生成可形成粉塵云的較細顆粒和發生二次效應.

粉末云中顆粒的濃度是爆炸的主要決定因素,發生的爆炸要擴展,粉末顆粒和空氣必須形成比較均勻的混合物,同時粉末顆粒必須懸浮于粉塵云(緩慢沉積)中.靜電力也影響顆粒滯留于均勻懸浮體中的能力.依據材料的特性,在粉塵云上升時產生的靜電力可能阻礙或有助于粉塵在空氣中的彌散.

1.2.3.聚集靜電荷的影響
顆粒表面的成分決定顆粒在表面是聚集靜電荷,還是固有地具有自由離子.例如,在鋁顆粒上涂覆的硬脂酸使之在表面上生成自由離子,從而使它們在懸浮中相互排斥,并在氣體區域尋找帶相反電荷的離子.霧化鋁粉在靜電性上較趨于保持中性和沉積較快.

粉塵云中的擾動將加快爆炸的擴展速率和加劇其總的破壞程度.粉塵擾動可能起始于粉塵云內部的起爆,或是由給與顆粒較大能量使之保持懸浮的加工設備從外部引起的.一般說來,擾動增大時,爆炸壓力和壓力升高的速率都較高.

1.2.4.粉塵云外型影響爆炸力
處于一較小容器中的粉塵云,由于壓力輸出波的多次反射(反射增強壓力波的強度并加速反應), 爆炸壓力增高的速率較高.粉塵云的大小決定了爆炸可能擴展的范圍,粉塵云的形狀決定了爆炸擴展的主要方向.總之,粉末的化學和物理參數都影響它對引燃的敏感性,粉末上升和形成粉塵云的趨勢以及粉末產生二次爆炸的可能性.

2.氣氛因素

粉塵上升所處的氣氛大大影響粉塵的爆炸特性.氧含量可決定金屬是否著火和爆炸或燃燒是否擴展:某些金屬只需要很少的氧即可燃燒,而另外一些金屬則只有氧含量高時才會燃燒.

在粉塵云中發生燃燒的一些金屬粉末(例如,鋰、鎂和鉿)是與氣體(諸如二氧化碳), 而不是與空氣相反應.易燃性氣體和蒸氣的存在,通常由于可顯著減低爆炸限,而強烈影響燃燒和爆炸的參數.

依據金屬和水的相容性,周圍空氣的相對濕度可能增強或抑制爆炸和燃燒的擴展.雖然,氣氛的壓力和溫度在一定程度上會影響可燃性和爆炸烈度,但是,它們的影響不會像氧含量那樣大.

3.火源因素
火種的能量大小和能源的類型決定了粉塵云是否燃燒,以及爆炸力有多強.通常的火種是熱度、機械火花、電或靜電放電火花及火焰.在粉塵云爆炸中,火種較強(著火能量較大)時,一般地壓力升高的較高和較快.

4.爆炸力的估計

最近,研究出了一些將粉塵云的爆炸力由實驗室結果按比例增大的新方法.這些方法都是基?quot;立方"規律,其公式為:Kst = dp/dt max (v1/3)式中,dp/dt 是在一特定容器中粉塵爆炸時,壓力升高的最大速率(bar/s);V 是特定容器的容積(m3);Kst 是Barknecht 常數.用Barknecht 常數來比較各種材料的爆炸性.

式中,F1 是為防止燃燒時壓力超過給定值,試驗容器上排氣口的面積;F2 是為防止燃燒時壓力超過給定的同一值,實際尺寸外殼容積的排氣口面積;V1 是試驗容器的容積;V2 是實際尺寸外殼的容積.對于正確的設計外殼和排氣口還必須考慮到其它復雜的因素.設計排氣口時,建議認真研究和嚴格遵守現行標準.

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