铝粉生产过程中的火灾危害及防范对策

1引言

　　铝粉，亦称银粉，是一种重要的工业原料和产品，广泛应用于颜料、油漆、烟花、冶金和飞机、船舶制造业。铝粉制备生产属于高危冶炼行业，其生产过程中会产生大量的粉尘，由于铝粉特有的遇湿易燃特性、点火能量低、爆炸下限范围小，决定了铝粉生产过程中存在着极大的火灾爆炸危险性。因此，充分了解粉尘爆炸对铝粉生产过程的危害性并采取一定的防范措施，对铝粉安全生产是十分必要的。

　　2铝粉的危险特性

　　铝粉生产过程中的易燃、易爆介质是铝粉，铝粉的危害主要体现于其本身属于乙类可燃性粉末，易吸潮；其在空气中的爆炸下限37～50mg/m3，最低点火温度645℃，最小点火能量15mJ，最大爆炸压力0.415MPa，氮气中爆炸最低氧含量9%。

　　铝粉粉末在空气中与空气混合能形成爆炸性混合物，当达到一定浓度时，遇火星或一定的静电能量就会发生爆炸。与酸类（如盐酸、硫酸等）或与强碱接触能产生可燃性危险气体（氢气），易引起燃烧爆炸；与氧化剂混合能形成爆炸性混合物；与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。因此铝粉应严禁与酸、碱、氧化剂等物品混合存放。

　　3铝粉火灾的特点

　　铝粉火灾的危险性表现在：在空气中遇到较小的着火源即能起火燃烧；在空气中沾有油脂的铝粉，如长期堆集存放，集热不散，也易引起自燃或爆炸，而且铝粉的颗粒度越小爆炸危险性越大，当其在空气中浓度达到37-50mg／m3时，遇明火即能爆炸。因此，在化学危险物品管理中，铝粉被列为二级易燃物品。

　　铝粉火灾的特点是火焰温度高、燃烧速度快、爆炸威力大、辐射热强。燃烧时，一般呈绿蓝色火焰，放出银白色耀眼的强光，爆炸压力可达6.3公斤／厘米2。对周围建筑物及人身安全均具有较大的破坏力和危害性。由此可见，扑救铝粉火灾的难度较大。

　　4铝粉火灾的成因及危害

　　4.1粉尘爆炸是导致铝粉火灾的主要原因

　　4.1.1粉尘爆炸的条件

　　铝粉粉尘极易引起火灾爆炸事故。铝粉粉尘在与足够的空气混合后，并在一定的火源作用下，任何超细固体燃料粉尘都会发生爆炸。而且，空气中悬浮的铝粉粉状可燃物完全可能发生扩散型二次爆炸。一般粉尘颗粒越小，越易发生燃烧。

　　国内外的研究成果表明，粉尘发生爆炸燃烧事故的条件一般有三种：①可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮，其表面分子与空气充分接触，产生热分解或干馏作用，而成为气体排放在粒子周围，形成爆炸性混合物，即人们常说的粉尘云；②有充足的空气和氧化剂；③要有足够的引起粉尘爆炸的起始能量，如有火源或者强烈振动与磨擦，具备电晕和火花放电的条件，产生电晕和火花放电的能量必须等于或大于可燃物的最小点火能量。一般，堆积的粉尘不会发生爆炸，但当发生悬浮粉尘爆炸时，初始爆炸的冲击波会使这些堆积的粉尘扬起形成粉尘云，并被其后的火焰引燃，而发生第二次爆炸，产生更大的爆炸能量，加重火灾事故的危害程度。

4.1.2粉尘爆炸的机理

　　铝粉具有粉尘爆炸危险性的物质之一，其独特的遇湿易燃特性，以及爆炸极限范围小，爆炸压力危害大，是导致铝粉制备行业潜在危害的重要因素，因此，了解铝粉的爆炸机理，对于防范铝粉粉尘爆炸具有深远的意义。

　　铝粉粉尘爆炸是一个瞬间的连锁反应，属于一个气固二相流反应，其爆炸过程比较复杂，它将受诸多因素的制约。铝粉粉尘爆炸的机理（如图所示）。

　　铝粉粉尘粒子表面通过热传导和热辐射，从火源获得能量，使表面温度急剧升高，达到粉尘粒子加速分解的温度和蒸发温度，形成粉尘蒸气或分解气体，这种气体与空气混合后就容易引起点火（气相点火）。另外，粉尘粒子本身相继发生熔融气化，迸发出微小火花，成为周围未燃烧粉尘的点火源，使之着火，从而扩大了爆炸范围，这一过程与气体爆炸相比就复杂的多。

　　4.1.3铝粉粉尘爆炸的危害

　　从铝粉粉尘爆炸过程可以看出其爆炸有如下特点：

　　（1）粉尘爆炸速度或爆炸压力上升速度比爆炸气体小，但燃烧时间长，产生的能量大，破坏程度大。

　　（2）爆炸感应期较长，粉尘的爆炸过程比气体的爆炸过程复杂，要经过尘粒的表面分解或蒸发阶段及由表面向中心延烧的过程，所以感应期比气体长的多。

　　（3）有产生二次爆炸的可能性。因为粉尘初次爆炸产生的冲击波会将堆积的粉尘扬起，悬浮在空气中，在新的空间形成达到爆炸极限浓度范围内的混合物，而飞散的火花和辐射热成为点火源，引起第二次爆炸，这种连续爆炸会造成严重的破坏。

　　铝粉粉尘爆炸属于爆炸式燃烧，其危害性巨大，当空气中粉尘与适量的空气预混，达到一定浓度范围，点燃后爆炸就会发生。从机理上粉尘爆炸被认为是一种瞬间的过程，爆炸的结果可能威力极大，造成巨大的破坏，如将整栋建筑物摧毁；因为爆炸时产生的空气温度高达2000～3000℃，甚至更高，通常爆炸气体产生的热量瞬间内扩散，会引起附近的可燃物质产生高温后燃烧，既而引发铝粉火灾，加重爆炸的破坏程度。

　　如：1963年6月16日，某铝制品厂磨光车间突然发生猛烈爆炸，整个车间及相邻的部分包装车间共678m2厂房顿时被炸塌，造成了19人死亡，24人受伤的惨重事故。导致事故发生的直接原因是由于通风除尘系统设计不当，除尘管道曲率半径明显偏小，气流不畅通，积聚了大量的粉尘，在除尘过程中，受到风力的作用，铝粉粉尘被扰动，遇到静电火花引发一次爆炸事故；另外，该厂磨光车间各处积存大量的铝粉尘，加之天气高温，气候干燥，车间各处积存的大量铝粉尘突然受震飞扬，形成空间粉尘云，从而酿成了二次爆炸。这起事故虽然发生在20多年前，但是一起相当典型的的铝粉尘爆炸事故。

　　进入八十年代，我国铝粉冶炼技术不断发展，但人们对铝粉粉尘爆炸引发的火灾危害性仍认识不足，教训十分惨重。如1978年1月31日，济南向阳化工一厂铝粉车间在更换筛网试车时，因活络带上的铁螺钉与铁轮摩擦打出火花，引起地面铝粉燃烧，由于职工缺乏灭火常识，在扑救过程中人员迅速集中到狭窄的车间，致使铝粉飞扬，引起粉尘爆炸，造成死亡17人，重伤17人，轻伤33人的重大恶性事故。

　　以上事故案例充分验证了铝粉粉尘的危害性，它所导致的铝粉火灾其危害程度远大于可燃液体火灾。

   4.2静电火花易引发燃爆事故

　　4.2.1静电火花的产生

　　在铝粉制备生产和输送过程中，由于铝粉气流在设备、管线中的流动，粉体间不断的接触、分离、相互摩擦造成的电荷分离，使粉体带上某种电荷，特别容易带电，由于物料与管道壁及设备之间产生的摩擦，产生很高的静电积累。

　　铝粉属于可燃性粉尘，在气力输送和收集过程中，因粉尘颗粒超细，点火能量极低（Emin=15mJ），摩擦起电容易，一旦粉尘达到一定浓度（爆炸下限为37-50mg/m3），最具有爆炸危险，其危害威力相当巨大。

　　另外，静电火花的产生不排除现场使用非防爆工机具，以及无静电导出设施，操作人员劳保着装放电所致。

　　4.2.2静电的危害

　　静电在铝粉制备过程中造成的危害主要是由于它能在物体表面上聚集形成很高的静电位并容易发生静电放电火花。通常情况下，铝粉生产过程中，引起铝粉火灾爆炸的最关键因素是静电，静电电量虽然不大，但因其电压很高而容易发生放电，出现静电火花；国内外很多粉尘爆炸事故案例证明，固体粉尘达一定浓度即爆炸极限时，一旦遇静电放电火花即会成为点火源引发燃爆。静电火花能引发铝粉粉尘爆燃，直至导致火灾和恶性事故发生。如1967年4月24日10时40分，某冶炼厂铝粉车间，由于自制的滚筒筛机制造质量不合格，在筛铝粉的生产过程中发生爆炸，又引起铝尘管道爆炸。由于连续两次的铝粉爆炸，喷出巨大的火焰，形成炽热白球，瞬间温度高达数千度，使铝粉车间周围的树木全部烧毁。当即烧死筛粉操作工王某等3人，火焰从厂房内喷出15米，又伤及路过的某航空学院的汽车司机及装卸工等3人。发生该起事故的直接原因是滚筒筛内的铝粉遇到磨擦而产生的火花引起铝粉爆炸。同时铝粉管道和机电设备铝尘大量沉积，导致扬起的粉尘二次爆炸。

　　经过二十多年科学技术的发展，我国在易燃易爆粉尘研究领域有了较大的认识，也采取了一定的防范措施，但对静电的危害程度认识的仍然不足，没有从根本上杜绝静电危害的根源。如：2005年3月1日上午，某超细铝粉制备厂在进行铝粉袋式过滤器接收料罐处清粉作业时突然发生闪爆现象，造成两名外用工轻度烧伤，因闪爆引发保温材料及电缆着火，经现场及时扑救，未造成人员伤亡和较大经济损失。根据现场调查了解，事故发生的直接原因是由于现场清理的粉尘达到爆炸极限，现场清粉作业产生静电火花，导致闪爆。

　　以上事故案例说明，静电火花能引发空气中飞扬的铝粉粉尘云瞬间爆燃，同时释放大量的能量。因此，铝粉生产过程中，要防止这一类火灾爆炸事故的发生，必须采取一系列措施，以控制作业空间粉尘浓度，并减少静电的积累和火花的产生，切断粉尘爆炸的连锁反应。

5铝粉火灾的防范对策

　　粉尘爆炸和静电火花是引发铝粉火灾的最主要因素。因此，如何控制铝粉火灾的发生，必须从生产工艺技术、操作空间环境和安全管理入手，严格控制作业现场粉尘的浓度，杜绝一切可能产生静电明火花的作业。

　　吉化集团公司超细铝粉厂自2002年起，不断探索和改进铝粉生产工艺，采用国际上先进的氮气雾化系统循环技术，在铝粉粉尘治理和消除静电火花等方面采取了一定的防范措施，收到了良好的成效。下面具体介绍如下：

　　5.1改进工艺生产技术，采用惰性气体气力输送，控制物料尽量不产生静电

　　为消除静电给铝粉制备生产带来的危害，控制铝粉粉尘爆炸引发的条件，吉化集团公司自2002年6月起，先后两次对原铝粉制备装置进行了技术改造，即在原有铝粉制备装置的基础上，将原空气雾化改为氮气雾化技术，并增加了一套铝粉分级系统，通过技术改造，不仅满足了国内外市场对高档球形铝粉的需求，同时，将铝粉雾化及分级系统连接成一体，利用氮气压缩机不断给系统运行补充足量的氮气来源，确保系统氮气中的最低氧含量大大低于9%（目前控制在0.8%）。

　　5.2采取静电接地措施使已产生的静电尽快逸散，避免产生积累

　　5.2.1铝粉生产所用的每台设备与设备、设备与管线、管线与管线、阀门与管线之间的法兰、电气、仪表之间的跨接等均应用扁铜制编织线连接起来，之后与防雷接地装置互相连接起来；

　　5.2.2工厂所用的所有公用工程管线、采暖管线必须连接成一个连续的整体，并予以接地。

　　5.2.3生产区域内的所有电气设施，包括电气开关、照明开关、临时机电仪电工设备等，均有可靠的静电接地，并应该构成一个闭合回路的接地干线，静电接地连接要求牢固，应有足够的机械强度承受机械运转引起的振动，防止脱落或虚接。

　　5.3采用防静电导电包装桶（包括包装工作台）、不发火花地面

　　吉化集团公司超细铝粉厂目前铝粉成品包装分别采用50公斤铁制包装桶和防静电导电塑料桶进行包装，每个包装桶和电子称均须用静电导线夹子连接到静电接地网上，并要求连接良好；而且，铝粉分级厂房、铝粉包装间、袋式过滤器及铝粉仓库等建筑物其耐火等级均为二级，地面均采用30mm厚C20不发火花细石混凝土面层，各建筑物耐火等级、防火分布、疏散通道、安全出口均满足规范要求。

　　5.4严禁穿戴化纤衣物进入包装现场或进行包装作业，防止静电火花的产生

　　由于铝粉生产装置爆炸危险等级属于Ⅱ区防爆场所，且铝粉的最小点火能量在0.15mJ，根据导体间静电放电能量W=1/2CV2计算，人体自身所携带的静电能量可达到0.45mJ以上，远远大于铝粉的最小点火能量。因此，为杜绝人身静电放电，工厂要求所有操作人员进入作业现场必须穿戴统一发放的防静电工作服，同时在粉尘浓度相对较大的分级包装间出入口增设了静电释放棒，这样，操作人员可以及时排除人体所带静电，是防止人身静电危害的有效措施之—。

　　5.5生产和检修过程中的安全管理措施

　　在铝粉生产或检修过程中，由于阀门质量、设备密封不严及包装过程中容易发生铝粉泄漏，一旦因风机和机器停车或因关闭门窗而引起的气流扰动，形成铝粉粉尘云达到一定浓度，这时使用铁制工机具存在相当大的火灾爆炸隐患；因此，工厂要求现场严禁使用非防爆工、机具，应使用防爆型铜制工具和木制工具。

　　在生产及检修过程中，要避免一切静电火花的产生，坚决杜绝用非防爆工具振打设备、管线，特别是在分级、输送、包装过程中，撞击火花及电气火花等都会引起火灾爆炸的产生。

　　工厂制定了“铝粉清粉安全管理规定”，要求定期对作业场所的落地粉进行清理，避免沉积；同时，要求在清理地面、设备、管线上的积粉时，要避免铝粉粉尘飞扬，操作人员要保证佩戴好防护用具，清扫出来的铝粉要统一包装封好，避免吸潮或氧化。

5.6本质安全设计，消除静电产生

　　吉化集团公司超细铝粉厂改造后的氮气雾化生产铝粉技术，采用密闭循环氮气作为铝粉输送气力，系统确保密封避免空气的进入，使氧含量在自动控制连锁范围内，一旦超标，系统自动启动补加氮气，使系统氧含量控制在小于0.8%。

　　通过改造后两条铝粉分级生产线，所有机械电气设备均采用防电气火花、静电火花、机械火花及雷电侵袭的有效措施，防止意外事故发生；如：分级包装岗位专门设计的减压除尘料斗可以有效防止包装过程粉尘粉尘气流静电外泄放电，保证生产安全。

　　另外，所有袋式过滤器和扁袋过滤器内部的布袋均采用防静电过滤布，每个布袋之间用铜制导电线互相连接起来再与设备外壳的静电接地互相连接，形成一体，可以不断泄漏静电或进行电晕放电，以降低布袋电位，防止火花放电的发生。

　　6铝粉火灾有效灭火措施

　　6.1正确使用灭火剂

　　为了有效地扑灭铝粉火灾，必须正确选择与使用灭火剂。

　　6.1.1铝粉发生火灾不能用水和泡沫进行扑救，这是因为铝粉生产过程中泄漏的铝粉表面未被氧化，火场上正在燃烧或处于高温烘烤下的铝粉会迅速发生化学反应，放出有爆炸燃烧危险的氢气与空气混合形成爆炸性混合物。因此，铝粉火灾禁止用水和泡沫扑救。

　　6.1.2铝粉在常温下能与氯和溴进行燃烧反应，还可与卤代烷发生反应生成少量氯化铝起催化作用，往往导致爆炸燃烧。因此，铝粉火灾也不能用四氯化碳、1211灭火剂进行扑救。

　　6.1.3铝粉比重轻，细度小，一旦遇到风吹或气喷极易飞扬在空中形成爆炸性混合物。因此，铝粉火灾也不能用二氧化碳等气体灭火器进行扑救。

　　根据上述特点，扑救铝粉火灾应当选用化学干粉（如氧化铝等）、干沙以及石墨粉、干镁粉等进行扑救。通过几年来的实践表明，采用干沙和硅酸铝毯（毡）等灭火物资是最经济有效的，因为这类物资可以覆盖在燃烧铝粉的表面，使其与空气隔绝，并能有效地防止铝粉飞扬与空气混合，从而达到窒息灭火的目的。

　　6.2铝粉火灾灭火对策

　　6.2.1如果铝粉发生地面火灾可使用干沙、硅酸铝毯（毡）进行灭火，采用“一围、二盖、三埋”的方法，即在围攻火势时，必须用铜锹或专门的灭火沙桶小心洒干沙或干粉，或用干沙袋将燃烧的铝粉从四周围起来，围到一定程度，再用硅酸铝毯或石棉被覆盖，最后，用干沙轻轻地掩埋（一般沙厚达30—50公分即可）。

　　6.2.2如果作业空间发生粉尘爆炸并形成干铝粉大火是很难被扑灭的，所以一定要控制初始起火。初起火灾必须用隔热的硅酸铝毯盖住火焰，再用干沙、干惰性粉（如氧化铝），覆盖隔离。操作时必须特别注意避免气流扰动引起的铝粉飞扬，以防止二次爆炸事故。被覆盖注的火会产生一层坚硬的氧化物硬皮，它将最终隔绝氧而使火自行熄灭，通常是在采取了以上作法后，离开此区域，直到燃烧停止和冷却下来之前不要进入此区域。

　　6.2.3应采取先阻击，后灭火的战术。先阻击是指对已经起火的车间、仓库以及受到严重威胁的毗连建筑物，用水或泡沫进行冷却降温，以防止火势蔓延。但用水和泡沫时，一定不要使水与铝粉接触,防止发生更大面积的爆炸燃烧；后灭火是指在完成了阻击火势蔓延和救人疏物之后，应抓住有利战机，集中优势兵力围歼铝粉燃烧。

　　6.2.4抢救时，最好穿上隔热服，戴上口罩、手套，以便行动。进入火场的人员不宜过多，而要少而精，动作也要轻而快。灭火时也可先施放化学干粉，在火势瞬间减弱的情况下，再利用干砂掩埋。在施放干粉时，应打向燃烧铝粉的外围1.5—2米处，使干粉随着燃烧气浪的升腾和空气的流动卷入燃烧区域起到窒息灭火的效力，切记不要直射燃烧的铝粉堆，以防干粉随着燃烧气浪卷跑，失去灭火的效能。

　　6.2.5建立强有力的火场指挥部。铝粉一旦发生爆炸燃烧，往往造成人员伤亡，而且火场情况较为复杂，并有二次爆炸的危险。因此，在扑救过程中应成立强有力的火场指挥部，以对整个灭火任务进行统盘考虑。火场指挥部的任务主要是迅速组织力量侦察火情，制订正确的战术措施，布置战斗任务，下达战斗命令，调集各种车辆进行救人、疏散物资、供给灭火剂（运输干沙、干粉）等。

　　7结束语

　　铝粉粉尘爆炸是一个比较复杂的过程，它所引发的铝粉火灾给铝粉制备生产带来极大的危害。人们只有不断认识它的危害性，在生产过程或检维修作业中，必须采取综合的粉尘治理技术和防静电火花措施，才能收到良好的效果，从而避免铝粉火灾的发生。