2015年6月27日 星期六

粉塵爆炸 (Dust explosion )


粉塵爆発（ふんじんばくはつ、英: Dust explosion、独: Staubexplosion）とは、ある一定の濃度の可燃性の粉塵が大気などの気体中に浮遊した状態で、火花などにより引火して爆発を起こす現象である。
粉塵爆炸指懸浮在封閉空間中的可燃粉塵顆粒快速燃燒。煤塵爆炸是地下煤礦的常見危險。但如果在封閉環境中，可燃顆粒在大氣或是氧分子等其他合適的氣體介質中分散濃度足夠高，粉塵爆炸就有可能出現。粉塵爆炸常被特效藝術家、電影工作者和煙火設計師使用，他們有控制安全的能力。

所需條件[編輯]

粉塵爆炸或閃燃有六大必備條件：
  1. 易燃粉塵
  2. 灰塵以高濃度漂浮在空氣中
  3. 受限於塵埃雲
  4. 有氧化劑（一般為大氣中的氧）
  5. 有火源
  6. 戶外亦會粉塵爆炸(例：八仙樂園粉塵燃爆 400人傷 負責人被移送 - 中廣新聞網 – 2015年6月28日 上午5:30)，不一定要有明火，靜電、熱源也可閃燃。

粉塵來源[編輯]

有許多物質被認為氧化可導致粉塵爆炸，如煤、木屑和鎂。然而，有許多其他普通物質可引發危險的塵埃雲，如穀物、麵粉、糖、奶粉和花粉。許多粉末狀金屬（如鋁和鈦）可與空氣結合成具爆炸性的懸浮粉塵。
運送糧食和糧倉等可能涉及粉塵的活動，也經常爆炸。像開採煤炭引發煤塵，麵粉廠制粉也有大量的粉塵。1878年5月2日，明尼蘇達州沃什博恩麵粉廠發生麵粉粉塵爆炸，14名工人死亡，另有4人死於相鄰建築物[1]。類似的問題也出現在鋸木廠等地。
儘管加工過程中排放的紙屑，尤其是滾動、展開、被切割成薄片的情況下，不是嚴格意義上的粉塵，卻是另一種已知的爆炸危險。封閉的造紙廠區常受到這種危險，因而常保持高空氣濕度，以減少空氣中紙粉塵爆炸的可能性。
為支持燃燒，粉塵也必須由具備高表面積與體積比且非常小的顆粒構成，從而使所有的粒子組成比顆粒更大的灰塵還要大的表面積。粉塵定義為顆粒直徑小於500微米的粉末，但較小的粉末，會比總表面積較大的顆粒組成的粗顆粒，呈現更大的危險性。在特效中，石松粉和脫脂奶粉是安全生產、控制火焰效果的不二之選。

火源[編輯]

火源並不都是明火，2005年德國有一半以上的粉塵爆炸沒有火源。常見火源包括[2]：
  1. 靜電放電
  2. 摩擦
  3. 機械設備或其他設備產生電弧
  4. 表面發熱，包括軸承過熱
  5. 明火、菸蒂餘燼
然而，通常很難在爆炸後確定火的確切來源。當源頭不能發現時，通常被認為是靜電。靜電荷可通過顆粒表面摩擦產生，正負電荷彼此吸引，會導致霎時間的接地放電。

濃度[編輯]

低於爆炸下限（LEL）最低定值時[2]，有些灰塵根本不足以支持燃燒爆炸所需的速率。這一數值比爆炸下限低20%就是安全的。同樣，若燃料或空氣係數的增加高於爆炸上限，是不足以使氧化劑以必要速度繼續燃燒。

原理[編輯]

粉塵具有非常大的表面積質量比。燃燒只發生在與氧發應的固體或液體表面上，這導致粉塵比散裝物料更易燃。如，1kg球狀物質的密度為1g/cm3，跨度為12.4cm，表面積0.048m2。然而，若將其分解成直徑50μm的球形塵埃顆粒（約麵粉顆粒大小），表面積為120m2，物質的燃燒速率就會大大增加，每個顆粒的質量非常小，因為熱傳導材料的損失，還使其著火時比主體材料用更少的熱量，尤其是倉庫或地窖等壓力顯著增加的密閉空間，通常結構拆分綽綽有餘。鋁等傳統意義上不可燃物質或燃燒緩慢的木材，被細碎時可產生劇烈的爆炸，即便是很小的火花，也能將其引燃。

術語[編輯]

粉塵爆炸有原發性和繼發性之分。粉塵爆炸主要發生在工廠或類似建築內，一般可通過專用管道將壓力釋放到大氣。繼發性粉塵爆炸指工廠內的灰塵堆積被揚起，因原發性爆炸起火，導致工作場內的爆炸危險多不受控制。從歷史上看，造成人員傷亡的粉塵爆炸，基本上由繼發性粉塵爆炸導致。

防護與減災[編輯]

歐洲等地已展開衆多研究以了解如何控制這些危險，但爆炸仍時有發生。製造工藝和設備安全的替代方案，依賴於整個行業。在煤炭開採業中，甲烷爆炸誘發煤塵爆炸，會殃及整個坑的工作。石粉沿著礦井巷道傳播，或懸浮於盤頂，以衝擊波沖淡煤塵引發的提前燃燒，這種地步不會導致燃燒。礦區可通過噴水抑制起火。一些行業在灰塵升高過程中排斥空氣，被稱為「惰性」。通常使用氮氣、二氧化碳、氬氣等不可燃氣體抑制燃燒。同樣的方法也可用於易燃氣體積聚的大型儲罐。但使用無氧氣體會造成工人窒息。工人常使用潛水燈照明的封閉空間，引發粉塵爆炸的風險很高。由於防水，沒有產生開放火花的風險。
美國國家防火協會（National Fire Protection Association,NFPA）針對可燃性粉塵的最佳控制措施包括：
  • 增濕除塵
  • 降低氧化劑濃度
  • 爆燃時通風
  • 爆燃壓力容器
  • 抑制爆燃
  • 通過滯塵和火焰墮裝置在爆燃時通風

事故[編輯]

另見[編輯]

參考資料[編輯]

    ^ http://www.mnopedia.org/event/1878-washburn-mill-explosion
  1. ^ 2.0 2.1 !StaubEx_0805_e.pdf

発生状況[編集]

過去46年間の統計では、281件の事故が発生し、負傷者587人、死者110人が出ている（粉塵爆発火災対策より引用）。
種類負傷者死者
石炭417
金属15842
農産物11117
化学合成品626
有機化学薬品6813
繊維948
その他257

粉塵爆発の例[編集]

ワッシュバーン製粉所大爆発の遺構

金属粉塵の特性[編集]

金属粉末は、酸化する過程が通常の塊とは異なる挙動を示す。これは酸素イオンによって形成される電気二重層内の電位勾配が塊では一定であるのに対して、微粒子では粒子半径に反比例するためである。このため、粒子半径が小さいほど酸化されやすい傾向が強くなる。表面に酸化膜が形成されない種類の金属の微粒子は、空気に触れただけで発火する場合もある。このような特性から、本来であれば不燃物であるはずの金属が可燃物となって粉塵爆発を起こす。

粉塵爆発の危険性評価[編集]

2002年に、JIS規格で測定法が制定されている。
  • JIS Z8817 可燃性粉塵の爆発圧力及び圧力上昇速度の測定方法
  • JIS Z8818 可燃性粉塵の爆発下限濃度測定方法
独立行政法人産業安全研究所からも指針が出されている。危険性評価は、頻度と強度の両面から評価される。一般的なリスク管理では、発生頻度が低いほど安全ではあるが、爆発事故が発生した場合の被害は、設備被害、人的被害の両面で極めて大きいため、僅かな発生頻度でもリスクが高いと評価される。粉塵爆発の場合には一般的な火薬学の理論は適用できないため、リスク評価にはFK理論と呼ばれる熱爆発理論を用いた計算が利用されている。





玉米粉易閃燃「拿生命開玩笑」

 
「怎麼會有人拿命開玩笑？」清華大學材料系教授周卓煇指出，辦趴用的粉彩主要成分為玉米粉，在一定的空間、一定的濃度，遇到靜電或火花，不用高溫就很容易引發閃燃現象，且引發的熱能極高，粉類又易附著於人體，整個人都會被灼燒，相當危險。
周卓煇指出，過去美國的小麥、玉米穀倉曾無故發生大爆炸，造成嚴重傷亡，就是粉塵閃燃導致，因此美國穀倉都控制在一定溫度，甚至做好防靜電裝置，且禁止使用電器，「用玉米粉玩color play真的超級危險，只要稍微有火花，就會整個閃燃，真的是拿民眾的生命開玩笑！」
周卓煇建議民眾不要參加color run、color play等活動，除避免造成環境污染，吸入太多粉塵有礙健康，甚至可能置身於危險環境。他呼籲政府要重視相關活動，甚至禁止舉辦類似活動。 
台北市消防局災害搶救科長王證雄指出，澱粉類粉末具可燃性，只要遇到火花就可能瞬間爆炸，舉辦類似活動時，主辦單位首要就是做好現場火源管制，此外，若民眾被灼傷，可先冷敷自救，依「沖、脫、泡、蓋、送」5步驟處理。 
中華民國急診醫學會榮譽理事長、馬偕醫院新竹分院急診室主任蔡維謀說，燒燙傷可能從輕微的表皮淺層，到最嚴重的肌肉骨骼燒傷，若還有吸入性燒燙傷，則可能造成肺部感染，引發其他併發症，嚴重可能致死。 
◎記者楊勝裕、張芳榮 
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