粉尘爆炸危险
这是粉尘爆炸时的情形
2008年美国皇家糖厂
2008年美国皇家糖厂
2014年中国江苏有69人死于一家汽车车轮制
造厂
您现在仍能够看到残余的浓烟
火灾发生要素：
1. 易燃粉尘（燃料）；
2. 着火源（热量）；
3. 空气中的氧气（助燃剂）；
易燃粉尘发生爆炸所需的其他要素：
4. 颗粒在足够多的数量与足够高的浓度情况
下的分散作用
5. 尘云限制
粉尘爆炸五角形
在我们的工业当中有很多物质都会产生易燃
性粉尘。
• 木材、塑料、有机物粉料、煤以及金属（例如铝、
镁、铁、铬，锌等）。
• 如果您在制造厂存放有任何种类的粉料或粉末，
那您必须要考虑其可燃率。
• 并且其具有爆炸或急骤燃烧的危险
将会有多严重？
• 粉尘爆炸非常剧烈
• 第一次的粉尘爆炸会引发二次粉尘爆
炸，其范围很可能比第一次更大。
（详见二次爆炸）
固体物质正常燃烧以及粉尘爆炸问题。
• 当大量固体易燃物质受热时，它会由于小面积的
表面接触空气中的氧气而慢慢开始燃烧。所产生
的能量会逐渐释放，且无害，因为它会随着释放
而快速消散。
• 如果将相同数量的物质碾碎成细粉料，并使其与
空气混合，形成尘云，那结果经完全不同。
• 在暴露在空气中的表面的面积非常大，且如果立
即点燃的情况下，整个物质就会迅速燃烧，并释
放大量的热量。
粉尘爆炸的条件
• 虽然易燃性粉尘与空气的均匀混合物会燃烧，并
产生爆炸力，但并不是所有的混合物都会如此。
• 此种混合物在一定的粉尘与空气浓度范围内会发
生爆炸。
• 上述或以下的混合物在此范围内不会发生爆炸。
• 能导致粉尘发生爆炸的最小浓度简称爆炸下限。
• 上述粉尘浓度不会导致粉尘爆炸的称作爆炸上限。
• 许多物质的爆炸下限已经得到了测量。
• 它们从每立方米10克到每立方米大约500克不等。
• 对于大多数实际用途，可以假设每立方米30克是
大部分易燃粉尘的爆炸下限。这是我们最关心的
问题。（其看起来非常像浓雾，通常是在固体加
工设备以及储存室内）
• 爆炸上限尚未得到很好的界定。因为爆炸上限没
有什么实际意义。
粉尘爆炸条件
• 大部分剧烈爆炸反应是在所存在的氧气的
含量远远没有从导致完全燃烧的比重中的
基础减少的情况下发生的。尘云的引发爆
炸危险的浓度的范围并不仅仅是粉尘所含
化学成分的作用；爆炸极限会随着尘云中
颗粒的大小以及形状而变化。
粉尘爆炸条件
燃烧过程
• 粉尘爆炸过程中粉尘颗粒的燃烧所产生的热量及
所有形成的气体都会导致气压在含有尘云的容器
壁迅速增大。
• 在工厂中，正是工厂与建筑物相对较弱项的压力
波效应才导致处理引起粉尘爆炸的物质的人员伤
亡。
• 由于爆炸反应所产生的压力波会产生更多的粉尘，
其可能会聚集在工厂内或建筑物内部，以致落下
而悬浮于空气中，再加上其他的燃料继续燃烧，
因此就会导致灾难性的二次爆炸。
二次粉尘爆炸
• 由于爆炸所产生的压力波会产生更
多的粉尘，其可能会聚集在工厂内
或建筑物内部，以致落下而悬浮于
空气中，再加上其他的燃料继续燃
烧，因此就会导致灾难性的二次爆
炸
尘云的可燃性
• 能够影响粉尘爆炸的严重程度的最大压力以及压
力上升速率随着粉尘的化学成分以及某种物理性
质不同而不断变化。有些金属粉末，例如铝、镁
及铝镁合金，可以产生最大12巴的压强以及超过
500巴/秒的最大压强上升速率。有机物质通常能
够产生高达10巴的最大爆炸压力以及低于200巴/
秒的压力上升速率。
粉尘成分
• 形成尘云的易燃物质可能是由两种或两种以上物质混合
而成。金属粉尘会被氧化；煤含有挥发性的成分及不同
数量的不可燃灰分；化学物品可能含有之前处理过程中
的溶剂，有些粉尘可能是由许多不同种类的物质混合而
成的。以惰性固体物质、不可燃挥发性成分或水份的形
式存在的不燃物往往会因颗粒的化学抑制作用及冷却作
用而降低粉尘的可燃性。粉尘中含有大量水份同样也会
阻碍尘云的形成。尘埃中挥发性可燃成分会增加爆炸的
风险。
大气层中的成分
• 尘云的可燃性可以通过减少其分散的介质中氧气的含
量而降低。随着氧气含量的减少，使尘云燃烧所需的
最低热表面温度会逐步升高；并且当尘云在特定温度
下暴露于火源中，在氧气含量临界百分率以下，粉尘
将不会发生爆炸。该极限取决于大气其他成份的惰性
属性。二氧化碳和氮气是富碳物质的有效惰化剂，但
是有些金属粉末可以在二氧化碳中点燃并燃烧，甚至
也可以在一定条件下，在氮气中燃烧。
颗粒大小与形状
• 物质的颗粒大小对尘云的爆炸性具有很大的影响。
• 粉尘颗粒越细，越容易分散成云状物，在悬浮物
中就会存在更久。
• 减小颗粒的大小意味着每单位重表面面积的增加
以及可燃性增大。
• 同种物质的细扁颗粒比 球形颗粒更容易燃烧，最
小的点火能量很大程度上受颗粒大小的影响。
关于确然指标与温度系数的粒度大小效应例解
物质 平均粒径
（微米）
确然指标
（巴.米/秒）
温度系数
（巴）
ST 等级
糖 290 11 ST1
糖 29 59 ST1
糖 30 138 ST1
糖 <20 205 ST2
粉尘着火因素
• 最低燃点
最低燃点是指能够使尘云点燃并产生火焰的热表
面最低温度。
最小点燃能量
最小点燃能量是指测量易燃性粉尘对电点火或静
电点火的敏感度的手段。其对工厂人员释放的静
电来点火或加工条件是否有可能在实际生活中出
现具有一定的指导作用。
可燃气体或蒸气的存在
• 存在低浓度的可燃气体（或高度依然液体的蒸气）
会大大地加强尘云的爆炸威力。此种组合物称作
“混合式混合物”，需要做特别的考虑；应寻求
专业工程建议。易燃/高度易燃的液体的分类由燃
点试验决定。
粉尘爆炸危险性的风险评估
• 第一步：鉴别危险
• 列出一张所有用于工厂中，会形成尘云的物质清
单，要么将其作为该过程的一部分，要么使用其
他的方式（例如走火）。通过材料安全数据表、
粉尘测试或所发表的爆炸性数据来鉴别那些众所
周知具有爆炸性的物质。
• 这些资料必须存入工艺安全管理的工艺安全信息
文档中（单元2）
考虑潜在的着火源。
其可能包括:
(a) 热能，例如暖气装置、内燃机、明火与火焰、
热表面、吸烟、热作业（包括焊渣）、激光或其
他强烈的辐射源；
(b) 电能，如电力照明装置、电磁辐射、短路、电
弧、接地故障、导体故障、雷击、放静电、接触
不良、由于超载导致的温升过高、感应生热、电
阻加热、与不当电源连接。
c) 机械能，如摩擦（包扎、研磨，过热）、
超声波、冲击、研磨、压缩（包括绝热压
缩与冲击波）；
(d) 化学能，如自动加热、冲击与热敏材料，
包括可自然物质及铝热剂反应火花塞、无
法控制的放热反应
考虑潜在的着火源。
第二步：确定谁可能会受到伤害以
及如何受的伤害
• 考虑爆炸反应的后果。它是否会蔓延至工
厂其他地方（例如扩散为二次爆炸）或其
是否可以封闭于原来的容器内。此次爆炸
是否有可能会引发火灾。
• 保管不当意味着会存在二次爆炸的风险。
第三步：对风险进行评估，并确定
防范措施
• 一般来说，粉尘爆炸的后果是非常严重的；
会导致伤亡、严重损害、过多的建筑物与
工程受损、生产长期损失。在许多方面，
必须要采取简化风险评估过程的措施来防
止发生爆炸或缓解其影响。
防范措施
(a)用可燃材料代替不燃材料。
(b)防止形成易燃性空气。这可以通过减少氧气含量
（惰化）或降低在最小发生爆炸浓度以下尘云形
成的机率来实现。粉尘抑制物质，比如用油品添
加剂来阻止尘云的形成。螺旋提升机、不同的传
送带及斗式提升机不会产生内部尘云。
防爆(a
降低风险
(a)将尘云的数量减少至最低。
(b)尽可能地清除潜在的着火源。例如，用健全的工
作许可制度来防止在热工作过程中着火，包括在
进行工作时制定书面说明。
(c) 配备适用的人员防护设备。
(d)对工厂人员进行充分的培训，包括风险评估的结
果。
(e)将工作流程维持在有效的状态下，以及维持良好
的工作秩序及良好的维修。
防爆
(a)安装足够的爆炸排气装置，将气体排放至
安全的地方。或者使用无火焰防爆通风装
置。
(b)安装抑爆装置。
(c) 安装爆炸容器。
(d)安装爆炸隔离设备。
第四步：记录结果并将其进行实施
记录风险评估的结果，并将其与相关工厂员工进行
分享。你可以这样进行：
(a) 进行适当检查。
(b) 你考虑了谁有可能受影响。
(c) 你已经处理了所有的重大危险，考虑了可能会
涉及到的人员的数量。
(d) 防范措施非常合理，剩余的风险很小，并且你
将工作流程中的人员或其代表考虑进来了。
火源
• 粉尘爆炸只有在粉尘在爆炸范围内与空气或氧气接
触及同时出现适当的火源的情况下才会发生。
• 防范措施的目的在于防止其中之一或最好是两者均
出现，
• 由于尘云的不同性质，所以控制爆炸范围不是总那
么简单的
• 想要把所有潜在的火源都排除掉也很困难。
• 正是由于这些原因，通常格外采取一定的防范措施
来减小爆炸的扩散及影响是很有必要的（详见救援、
隔离及抑制内容）
火焰与热表面
• 明火和热表面是目前工厂流程中最常见的火源。
• 能够使尘云燃烧的最低表面温度称为最低着火温
度。
• 在进行焊接及类似作业的情况下，如果没有采取
措施来将该区域的粉尘清除的话，不得进行此种
作业。
自燃
• , 聚集大量粉尘容易促使自燃的发生。如果未将热量驱散，
那么很可能会达到粉尘的着火温度。自燃的直接后果就是
火灾，
• 但是如果粉尘随后分散形成尘云的话，就会发生爆炸。
• 有机物质是特别容易发生自燃的，例如污水污泥、玉米面、
肥料、农药、游泳池药剂、鱼粉及废橡胶等。
• 如将金属粉末制成一种惰性气体，其应含有小比例的氧气，
使颗粒表面形成一层氧化保护膜。否则，通常将此种粉末
储存在密闭的含有惰性空气的容器中是很有必要的。
• 有些化学物品，例如二硫化碳，具有非常低的自燃温度，
但却可以引起粉尘燃烧及爆炸。
摩擦火花
• 许多的爆炸反应都是由于外物进入装有给料的研磨机或粉
碎机中结果引起的。
• 在给研磨机喂料的过程中，应在合适的地方安装一个磁铁
分离器以防止有亚铁夹杂金属进入。
• 电磁分离器所使用的设备应能在当前正在运行的研磨机发
生故障时将给料从研磨机中转移出来。
• 机器本身也会引起燃烧。轴承上的摩擦力会产生大量的热
量，使粉尘燃烧，给轴承适当上润滑油并包养是很重要的。
理想化地说，作为机械设计内容的一部分，应将轴承设在
尘云的外面。
电气设备
• 易燃性粉尘会被电气设备所产生的火花点燃，例如，在开关设备的运
行过程中，如果设备的表面温度过高的话，也会导致着火，尤其是该
设备表面聚集有大量粉尘。
• 在可行的情况下，应将所有的电气设备置于无大量粉尘的地方。通常
情况下，应将开关设备放在与主要车间隔开的控制室内。
• 应使用适用于粉尘危险的电气分区制（分区20、21、22）以及证实
可用于所使用的分区的设备。
• 需要注意的是，为了能够标出该电气设备的温度等级，就需要掌握粉
尘的层着火点温度方面的知识。
静电
• 应采取适当的防范措施来减少设备上形成静电荷的几率。所有的导电
材料都必须通过借助导电的铅条进行充分接地，且应经常对接地电阻
进行常规试验。
• 在有非导电材料，例如皮带及胶皮套等制成的的设备上有可能产生静
电荷的情况下，这些部件通常可以用抗静电橡胶或类似的导电材料代
替。
• 如果其电阻率很高的话（比如高于109 ），那么大量的粉尘就
会长时间带有电荷-详见粉尘电阻率部分内容。
粉尘爆炸设计资料
• 确然指标值与温度系数都是在实验室中进行测量的，用来量化粉尘爆炸的严
重程度的爆炸性能。爆炸指数测试应按照英国-欧洲标注14034-1:2004（尘云
最大爆炸压力温度系数的确定）及英国-欧洲标准14034-2:2006（尘云确然指
标的爆炸气压上升的最高速率的确定）进行。该实验应在一个20公升，能够
产生很高的大气湍流状态，模拟制炼厂条件最糟的情况的压力球装置中进行。
20公升粉尘爆炸
用试验装置
易燃粉尘的等级
• ST等级根据下面的确然指标值确定：
0级ST等级-确然指标值=0
1级ST等级-确然指标值小于200巴∙米/秒
2级ST等级-确然指标值在200巴∙米/秒与
300巴∙米/秒之间
3级ST等级-确然指标值大于300巴∙米/秒
设计
• 确然指标值与温度系数的爆炸试验队验证
防护设计的效果是必不可少的（泄爆、抑
爆及爆炸容器）。某些常见粉尘的试验结
果如下表所示。
试验结果范本
样品
确然指标值
(巴∙米/秒)
Pmax温度
系数
(巴)
ST 等级
谷物尘 89 1
煤尘 85 1
面粉 63 1
糖 138 1
木粉 224 2
铝粉 515 3
污水污泥 102 1
玻璃钢粉 216 2
电阻率
• 电阻率（又称作电阻系数、电阻率或体积电阻率）是测定某种材料对
电流流动的阻碍作用的能力大小的一种手段。电阻率低代表该种材料
很容易允许电荷运动。电阻率的国际单位是欧姆∙米[Ω m]。
• 粉尘电阻率是一种测定传播电荷能力大小的方法。
• 如果其电阻率很高的话，那么该粉尘就可以以高于其传导至外界（比
如接地导体）的速率将静电荷聚集起来。
• 应特别注意那些电阻率大于109 欧姆∙米的粉尘。
防护措施
• 将工艺设备进行惰化
–通常使用氮气或二氧化碳
– 将氧气浓度降低至发生燃烧的最低氧气浓度以
下。
• 使用爆炸排气装置
• 使用抑爆装置
• 使用爆炸隔离装置
抑爆装置
• 非常迅速，完全自动化的灭火系统。
–压力传感器
–链接一个喷射系统
–喷射系统将粉尘通过喷嘴排放到刚刚开始发生
爆炸的工艺设备中。（起抑制作用的介质可以
将气体及粉末物质进行惰化）
000
爆炸压力探测器
抑制剂
快速运行阀
喷嘴
注入压缩气体
爆炸隔离
• 爆炸压力可以用仪器设备进行探测。
• 关闭与其他设备相连的阀门信号
• 进行爆炸反应的工艺设备需要能够含有爆
炸的全部温度系数（通常大于10巴）
粉尘爆炸排气
• 安全阀通常采用防爆阀，防爆阀具有良好的防尘密封性，但在随后可能引起
火灾的爆炸发生后使空气进入该设备。防爆门通常可以设计成在运行后是关
闭状态，但要做到防尘却更加困难，并且由于其自身重量，导致排气效率相
当的低。应使用专用的防爆阀与防爆门，并将爆炸试验至适当标准（例如英
国欧洲标准14797）。过去20多年的大量的研究很好地提供了基于计算的方
法来确定所需的排气面积。设计应根据下面内容进行：（a）要保护的容器的
容积（b）要保护的容器的形状（c）估算容器的强度（d）粉尘危险性的爆炸
指数（确然指标&温度系数）（e）排气阀阀口的压力（f）排气阀效率（g）
所有相关排气导管的长度与形状。
当爆炸致使阀门打开时会发生什么？
• 若将防爆阀打开，就会引起粉尘爆炸，产生体积相当大的
火球，其通常是容器体积的十倍，将会喷射至相当远的距
离。如果建筑物里面的防爆阀打开了，任何距离其周围很
近的人员都有可能会被严重烧伤。除此之外，任何产生的
二次粉尘（如聚集在容器、壁架等上面形成一层粉尘）会
引发更大的二次爆炸。
• 因此，将气体经过大气排放到外界的常规做法是利用的专
用短导管进行排放，必须要考虑火焰会蔓延到外面的情况
以及导管的回压的影响。或者，在阻焰器元件阻止正在燃
烧的物质通过，却仍不能阻止爆炸压力降低的情况下可以
使用无焰防爆阀。
集尘器上的通气孔
标准滤尘器
通气孔
