這幾天八仙樂園彩色派對「粉塵爆炸」 上百人燒燙傷送醫的新聞的各種實時進展牽動著我們每個人的心,真的希望不要有再多傷害,事故中的人都可以堅強挺過去。
那麼,所謂的粉塵爆炸,又到底是怎麼一回事呢?
這裡為大家整理了一些解釋:
粉塵爆炸嚴格來說是一種氣-固兩相的爆轟現象。在特殊情況下,例如,FAE(Fuel-Air-Explosive )有可能是氣-固-液三相的爆轟現象。
所以,粉塵爆炸是多相爆轟現象的一種。而爆轟現象,是一種由衝擊波引導著的劇烈化學反應現象。根據爆轟波經典的一維Z-N-D模型,爆轟波的結構就是由前導衝擊波和緊隨其後的化學反應區組成。對於炸藥來說,這個化學反應就是炸藥的快速劇烈分解,無論它是RDX,TNT,奧克托今,等等。
再回到粉塵爆炸,粉塵爆炸其爆轟波結構也與普通爆轟波結構一樣,只不過其劇烈的化學反應是氣(空氣)-固(粉塵)兩相的快速劇烈的化學反應罷了。
但是,不要小瞧這一小小的變化。在爆轟現象,這一十分劇烈的非線性現象中,小小的變化往往導致結果(即爆轟參數)的突變。我們生活中,粉塵爆炸並不少見,只不過新聞媒體統一說成爆炸,如礦井下,經常發生空氣瓦斯-煤塵爆炸現象。有時候,瓦斯爆炸形成的衝擊波導致煤塵的卷揚,又會形成空氣瓦斯-煤塵爆炸(二次爆炸)現象。甚至,麵粉廠也時有麵粉-空氣爆炸的事故發生。
所以,在可燃性粉塵遍布的環境中,尤其是通風不暢的環境下一定格外小心。
其實,在世界的其他地方,也曾發生過粉塵爆炸的案例。比如大陸崑山的鋁粉-空氣爆炸事件。
在當時,根據當地警方推斷,是鍋爐爆炸,產生的衝擊波,使鋁粉卷揚,與空氣充分混合發生的鋁粉爆炸事故,是連鎖爆炸。鍋爐爆炸,是物理現象,注意到事故現場大部分傷者都處於被燒傷,衣服殘缺不全,頭髮幾乎燒光,物理爆炸其產生的超壓和溫度不可能造成如此多的人燒傷。警方的推斷是合理的。
但是,引爆鋁粉的原因就太多了。根據英國標準:BS EN 13821:2002(Potentially explosive atmospheres — Explosion prevention and protection — Determination of minimum ignition energy of dust/air mixtures)
僅僅舉出幾個例子比較:
Sample ---------------------------------------------------MIE (mJ)
Coal dust(煤塵)-------------------------------------> 1000
Flour(麵粉)---------------------------------------------300 - 1000
Sugar(糖)------------------------------------------------10 - 30
Aluminium dust(鋁粉)-------------------------------- 100 - 300
Sewage sludge(污水污泥)----------------------------- 30 -100
註:MIE表示最小點火能(minimum ignition energy)
可以看出鋁粉需要的點火能十分小才300毫焦,如果顆粒直徑更小的鋁粉,其需要的點火能量就更小,如下表:
Subject------------------------------------- MIE(mJ)
Al-35 nm ------------------------------------ < 1
Al-100 nm------------------------------------- < 1
Al-40 μm ----------------------------------------59.7
所以小粒徑的鋁粉是十分危險的,小小的電火花放電就能引爆這個魔鬼。
但是,鋁粉不僅僅是易引爆,更危險的是它高高的反應熱。我們知道鋁熱反應產生的熱量可以將鐵熔化,我們知道鋁條,鎂條可以做燃燒彈,鋁的氧化反應的的確確是真正的高能!在軍事上,根據鋁的這一特性,將鋁粉用於製作溫壓炸藥(顧名思義,利用高溫度,高壓力毀傷目標)。對於工業爆炸事故而言,鋁粉的存在是其大量的放熱使爆轟波的壓力更高,反應產物燃燒的溫度更高,這也是很多人燒傷的原因。
根據文獻,實驗室條件下,當鋁粉的質量濃度為400 g/ m3 時, 鋁粉-空氣混合物的平均爆速取得最大值1 770m/ s。當鋁粉的質量濃度為350~400g / m3 時, 平均爆轟峰值超壓較大, 為5. 95~6. 12MPa。(註:0.1Mpa就完完全全可以致死)。
所以現實生活中,粉塵爆炸往往比氣體爆炸的威力大,危害性大。
再來回到最近幾天的八仙樂園粉塵爆炸事件,其實在國外甚至台灣,早就有很多媒體報導過粉塵可能會引起爆炸,遇到火源,比瓦斯氣爆還嚴重,但是主辦單位卻沒有因此引起足夠重視。
那麼,哪些粉塵具有爆炸性?
凡是呈細粉狀的固體物質均稱為粉塵。能燃燒和爆炸的粉塵叫做可燃粉塵。七類物質的粉塵具有爆炸性:
金屬,如鎂粉、鋁粉等;
煤炭;
糧食,如小麥、澱粉;
飼料,如血粉、魚粉;
農副產品,如棉花、菸草;
林產品,如紙粉、木粉;
合成材料,如塑膠、染料。
粉塵爆炸的條件
(1)可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮,形成粉塵雲;
(2)有充足的空氣和氧化劑;
(3)有火源或強烈震動與摩擦。
通常認為,易燃粉塵只要滿足條件(1)和(2)就具備可能發生事故的苗頭。
粉塵爆炸的過程
(1)懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地乾餾或者氣化而產生可燃氣體;
(2)可燃氣體與空氣混合而燃燒;
(3)粉塵燃燒釋放的熱量,以熱傳導和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚起來的粉塵,這些粉塵受熱氣化後是燃燒循環進行。隨著循環逐次進行,其反應速度逐漸加快,通過劇烈燃燒最後形成爆炸。
粉塵爆炸的特點
(1)多次爆炸是其最大特點;
(2)所需的最小點火能量較高,一般在幾十毫焦耳以上;
(3)壓力上升緩慢,較高壓力持續時間長,釋放的能量大,破壞力強。
粉塵爆炸的危害
(1)具有較強的破壞性;
(2)容易產生二次報站;
(3)能產生有毒氣體。
如何預防粉塵爆炸
(1)減少粉塵在空氣中的濃度;
(2)控制溫度;
(3)控制火源,有粉塵爆炸危險的場所,要使用防爆電機、防爆電燈及防爆開關等;
(4)控制濕度和含氧度。
再說到現在全世界流行的彩跑,雖然關於「顏色粉末」官網解釋道,The Color Run™顏色粉末主要成分為玉米澱粉,100%純天然,對人無害。但是即便是純天然的玉米澱粉,依然會有「粉塵爆炸」的風險。
也許有的人認為我們現在在這裡普及粉塵爆炸危害很大的知識,有點為時過晚,但是真的希望不管是以後舉辦什麼活動,還是說可能引發粉塵爆炸的工廠內的工作,所有人尤其是負責人真的要將人的安全放在第一位,天災我們無法制止,人禍卻是有更多辦法去避免。
▼再看一個國外試驗的影片
▼爆炸當時的現場影片(另一全景)
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