粉尘爆炸 | 粉尘爆炸环境电气设备如何选型？

前  言

化工生产过程中，可燃性粉尘众多。操作过程中稍有不慎就会引发爆炸，粉尘爆炸的威力巨大，伤害也极大。今天，就为大家详细介绍粉尘爆炸的条件和机理，让大家对粉尘爆炸有一个初步的了解。

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粉尘爆炸定义

粉尘爆炸，指可燃粉尘在受限空间内与空气混合形成的粉尘云，在点火源作用下快速燃烧，并引起温度压力急骤升高的化学反应。

粉尘爆炸多在伴有铝粉、锌粉、铝材加工研磨粉、各种塑料粉末、有机合成药品的中间体、小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末、烟草粉末、煤尘、植物纤维尘等产生的生产加工场所。

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粉尘爆炸条件

粉尘爆炸除了需要满足火三角的三个要素，即燃料、氧化剂、引燃源，同时也需要满足粉尘与空气混合成粉尘云，以及在有限空间内。因此，粉尘爆炸需要满足五个条件才能发生。这其中也牵扯到了粉尘爆炸的极限和点火能。粉尘浓度一般采出质量浓度来表示，即单位体积内粉尘的质量，单位为g/m³或mg/L。下表列出几种类型的浓度。

表1  几种类型的粉尘云

一般来说，不同物质形成粉尘的爆炸极限不同，也和粉尘的大小和形态有关。一般工业粉尘爆炸下限介于20~60mg/m³,爆炸上限介于2000~6000mg/m³。粉尘爆炸的最低点火能比气体爆炸所需要的大两个数量级以上，大多数粉尘云爆炸的最低点火能在 5~50mJ。

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粉尘爆炸特点

粉尘爆炸有如下的特点：

（1）粉尘爆炸的能量释放速率比不上气体爆炸，但是燃烧的时间长，产生的能量大，破坏和焚烧程度大。

（2）粉尘爆炸发生过程中，有燃烧的粒子抛射出来，接触到可燃物或人体的话，那么可燃物会局部严重的碳化甚至燃烧爆炸或人体严重烧伤。这是粉尘爆炸一个可怕之处。像凝固汽油弹一样，到处抛洒，杀伤力面积大。

（3）粉尘爆炸过程中产生的冲击波会激起堆积的其他的粉尘，而引起第二次爆炸，最后导致整个粉尘场所发生爆炸。这是粉尘爆炸另一个可怕之处。

（4）由于粉尘爆炸过程存在粒子的不完全燃烧，会产生有毒气体如CO，引起人的中毒。

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粉尘爆炸机理

粉尘爆炸是一个非常复杂的过程，目前粉尘爆炸的机理还没有完全弄清，一般认为，粉尘爆炸经过以下的发展过程，如图1所示。

图1  粉尘爆炸形成过程

首先，粉尘粒子表面通过热传导和热辐射，从引燃源得到能量，表面温度急剧升高，达到了粉尘粒子的分解或蒸发温度，形成可燃气体。可燃气体与空气混合被引火源点燃，此外粉尘粒子本身从表面到内部相继发生熔融和气化，迸发出微小的火花，成为了周围粉尘的引燃源。从而导致了连锁反应，扩大了爆炸的范围。这一过程由于涉及到了辐射能而变得很复杂。由于光也具有辐射能，因此在粉尘云形成过程中，闪光灯拍照也是相当危险的。

从粉尘爆炸的过程可知,粉尘爆炸的粒子虽然很小，但是相比于分子来说还是相当大的，此外考虑到粉尘粒子的粒径分布和形状不同，其悬浮时间是不同的，因此粉尘粒子要保持一定浓度的时间和范围是极有限的。如果条件满足的话，就会发生威力相当大的爆炸，要是不满足，则不会发生爆炸。

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粉尘环境电气设备分类

可燃性粉尘环境用电气设备在爆炸电气设备保护等级中分组分类为III类，分为以下3个等级。

Ⅲ类A级	可燃性飞絮如棉纤维、亚麻纤维
Ⅲ类B级	非导电性粉尘如玉米粉、糖粉
Ⅲ类C级	导电性粉尘如镁粉、铝粉、火药、炸药性粉尘

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爆炸性粉尘环境下电气设备的原则

爆炸性粉尘环境用防爆电气设备配置的设计原则除执行通用技术要求的规定外，尚应符合以下技术要求：

1、爆炸性粉尘环境内所用有可能过负荷的电气设备，应装设可靠的过负荷保护

2、爆炸性粉尘环境内事故排风用电动机，应在生产装置发生事故的情况下便于操作的地方设置其紧急启动按钮，或与事故信号、报警装置有联锁的启动。

3、在爆炸性粉尘环境内，应少装插座和局部照明灯具。如必须装设时，插座宜安置在爆炸性粉尘不易积聚的地方；局部照明灯具宜安置在事故发生时气液不易冲击的位置。

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粉尘防爆电气设备如何选型

爆炸性粉尘环境电气设备防爆类型，应按下表中的规定进行选型。

根据具体施工环境中所具有粉尘类别进行电气设备的具体选择，例如在粉尘物质浓度较高的情况下就必须选择“尘密型”的外壳，防止粉尘进入电气设备造成爆炸。而在一些粉尘浓度较小的无粉尘云只有粉尘层的场所，对于防尘外壳就可以选择“防尘型”外壳，这样便可以防止粉尘爆炸现象的产生。粉尘防爆电气的类型主要有ExtD外壳保护型、ExiD本质安全型、ExmD浇封保护型、ExpD正压保护型，同时要辨识防爆电气设备的标志，正确选择防爆电气。

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粉尘防爆电气设备的要求

01 外壳要求

能够防尘的外壳主要有两大类，第一类为6级的尘密外壳，可以完全防止所有粉尘的进入；第二类为5级的防尘外壳，这种外壳比尘密外壳的防尘性能稍差，但是也能够防止绝大部分粉尘的进入，并不影响整个设备的正常运行。整个的防尘外壳对于防止粉尘爆炸具有非常重要的作用，因此在制作防尘外壳时要在其表面刻印Ex永久性标志，同时对于整个防尘外壳的数据信息、警告等都要标明，防止出现防尘外壳被破坏的情况。

02 电气设备材料的选择

为了防止整个的防尘外壳出现裂的情况，以及为了确保整个防尘外壳的防尘性能，在选择防尘外壳的材料时一定要选择强度较大的材料，例如铸铁、铜等。如果在某些特殊情况下整个的防尘外壳的体积小于了 2L，这个时候可以选择塑料进行防尘外壳的制作，但是不能选择普通的塑料，而要选择质量较好的工业塑料，同时要确保整个工业塑料的厚度不能太大，防止出现影响正常施工的情况，同时选择工业塑料后，要重视防止静电的产生，要确保整个工业塑料的电阻小于10Ω，同时还要在紧固螺栓的过程中设置金属埋封件，这样可以有利于静电的流出，防止静电导致的粉尘爆炸现象。

03 粉尘外壳允许最高表温度

使用了防尘外壳后有效阻止了粉尘的进入，防止了电弧火花点燃粉尘，但是电气设备的发热仍然会导致粉尘爆炸的产生，因此需要采用一定的方法来降低整个的电气设备的温度，防止出现电气设备发热而导致的粉尘爆炸。在进行电气设备表面温度限制的工作之前，首先要对空气中的粉尘有所了解，不同的粉尘的点燃温度存在着很大的差异，要根据粉尘的点燃温度来限制电气设备的发热温度，不能一味的降低整个电气设备的外壳温度。在整个的工作过程中要对施工环境内的粉尘进行长期的清扫，降低整个环境内的粉尘温度，同时要对电气设备进行定期的清理工作，防止出现灰尘堆积的现象。

在整个的工作过程中如果需要打开电气设备，那么必须确保这个电气设备内部的温度小于表面所设置的最高限制温度，防止出现设备打开后引起的粉尘爆炸现象。

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