海运中煤粉粉尘爆炸危险与预防

河北海事局  2023-02-15 13:52:57

    近年来,可燃性粉尘引发的燃烧、爆炸事故仍时有发生,不断造成人员伤亡和财产损失。粉尘及粉尘爆炸在大宗海运过程中的抑制与预防,应当引起各方重视。本文对煤粉在大宗海运过程中的爆炸风险进行简要介绍,并做了灭火禁忌提醒。

粉尘爆炸

    首先,何为粉尘爆炸?

    粉尘爆炸:是指可燃粉尘与空气混合形成的粉尘云,在点火源作用下,形成的粉尘空气混合物快速燃烧,并引起温度压力急骤升高的化学反应。

 粉尘的危险性

    平常诸如铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末、烟草粉末、煤粉、植物纤维尘等,在大气环境中都容易发生燃爆。这些物料的粉尘易发生爆炸燃烧的原因是都有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在,大气的氧化环境造成其容易发生化学反应,短时间放出极大的燃烧热。

    粉尘爆炸的特点:粉尘爆炸容易被忽视,因为平常看起来人畜无害,经常能接触到,而不会引起过多的警惕而毫无防备,一旦爆炸,威力较大,比如铝粉爆炸的威力,等量情况下能量为TNT威力的8倍,一般会造成较大损失。

粉尘爆炸的特点----多次爆炸

    1)第一次爆炸气浪,会把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来,在爆炸后短时间内爆炸中心区会形成负压,周围的新鲜空气便由外向内填补进来,与扬起的粉尘混合,从而引发二次爆炸。后续连爆时,粉尘浓度会更高,威力会更大。

    2)粉尘爆炸所需的最小点火能量相对气体较高,一般在10毫焦耳以上。但自身静电也可引起爆炸。

    3)与可燃性气体爆炸相比,粉尘爆炸压力上升较缓慢,较高压力持续时间长,离爆源越远,威力越大,释放的能量大,破坏力越强。

粉尘爆炸事故案例

    1942年,我国本溪煤矿曾发生世界上最大的煤尘爆炸,死亡1549人,重伤246人。

    1987年,哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故,死亡58人,轻重伤177人。

    2010年2月,河北省秦皇岛发生的玉米淀粉粉尘爆炸事故,造成19人死亡、49人受伤。

    2015年6月,台湾省八仙乐园里的彩虹粉(玉米粉,其与煤粉的最小点火能量基本一致)遇灯泡热表面造成爆燃,随后灭火使用二氧化碳,落地粉尘卷扬而起,造成第三爆、第四爆,15人死亡,烧伤484人。

关于处于海运运输阶段的煤粉

    煤粉是日常生活中常见粉尘的一种,也是船舶大宗散装运输的常见货种。

上图为较为常见的煤粉,该煤粉颗粒度约为500μm至更小

煤粉的理化特性

      一般煤粉颗粒直径为1-1000μm,大多为可燃物质,乙类火灾危险品,直径为5μm-10μm爆炸下限浓度为34g/m³-47g/m³,高温表面堆积粉尘5㎜厚引燃温度225-285℃,云状粉尘的引燃温度为580-610℃。当煤粉颗粒直径为20-50μm的颗粒爆炸下限浓度110g/m³-335g/m³,上限浓度较高,并且因重力加速度影响,日常工作中无意义,其可燃爆粒度上限为在直径为0.5-0.8毫米(关于煤粉的爆炸极限,各个煤矿的煤均有不同,具体需要查阅各批次煤粉的检测报告)。共同特性为颗粒越细,比表面积越大,吸附的氧就越多,因而越易发生爆炸,而且,发火点越低,爆炸下限也越低。随着粉尘颗粒的直径的减小,不仅化学活性增加,而且还容易带上静电。随着颗粒直径的增加,爆燃危险性下降。

    需要注意的是,爆炸并不仅仅限于有限空间内,开敞、半开敞空间也可以发生。其发生的三要素为:粉尘、助燃剂、点火源。比如煤粉发生爆炸的三要素为煤粉、氧气(14%及以上)、点火源。

    拿氧气浓度来说,14%氧气含量是一个什么概念呢?船舶工业中,即使煤粉在货舱封闭后,货舱用于消防的二氧化碳,按其法规要求设计量全部释放至淹没货物以后,粉尘浓度达到,其依然可以爆炸。

处于海运运输阶段的煤粉粉尘爆炸事故的预防

    海运中,煤粉粉尘爆炸危险主要存在于货物装卸期间。      

    在船舶靠泊码头装卸货(煤粉)过程中,煤粉粉尘被扬起悬浮并与空气混合,此时云雾抑尘防爆的措施最为可行。云雾抑尘技术是通过高压离子雾化和超声波雾化 ,可产生1μm~100μm的超细干雾;超细干雾颗粒细密,充分增加与粉尘颗粒的接触面积,水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚,形成团聚物,团聚物不断变大变重,直至最后自然沉降,达到消除粉尘的目的。

    另外十分重要的是“点火源”尤其需要控制,比如装卸货期间的热工作业、附近船舶的旁靠碰撞火花,锅炉、主机的吹灰作业或者自身和附近船只其它由内燃机废气管带出的燃烧聚集团状物,都有可能是点火源。

煤粉粉尘爆炸事故的扑救

    扑救煤尘爆炸事故的有效灭火剂是水,尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧,又可湿润未燃粉尘,驱散和消除悬浮粉尘,降低粉尘在空气中的浓度,但忌用直流喷射的水和泡沫,也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸。
   在实际中,块状煤炭、煤粉装船过程中问题少一些,卸船过程中问题多一些,部分装卸货作业,疏忽了防爆抑尘。这里提示装卸方、载运方多多留意,有备无患才能做到降低伤亡发生概率。