粉尘为何会爆炸？ | 深度访谈

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粉尘为何会爆炸？ | 深度访谈2015-06-29                                                 闫凯，赵燕枫                                                 [url=]科学世界[/url]

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事故回放台湾新北市八仙乐园27日晚间举办的彩色派对起火，导致助燃性粉尘爆炸造成498人受伤。
在此之前，2014年8月2日，江苏昆山的一家公司也发生了粉尘爆炸特别重大事故。那么，粉尘为什么会爆炸？为什么会对人造成如此严重的伤害？为此，本刊记者采访了两位相关领域的专家。在此，小编再次将这篇访谈整理给大家。
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孙金华

中科大火灾科学国家重点实验室副主任

4 R5 h7 P- @' n/ S- Z6 `吴军

第三军医大学西南医院烧伤研究所所长

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0 `; o  {4 M' V* Q2 ?2 R粉尘为何会爆炸？
3 a4 `) o/ _+ K/ o: v; B1 e; ^  o+ x粉尘为何会爆炸？Newton
孙金华：粉尘是一种非常细小的颗粒。当小到一定程度，它们的比表面积（单位体积的表面积）就会很大，也就是说，颗粒能接触到氧气的面积就会增大许多。如果粉尘正好是一种可燃物质的话，它与空气中的氧气接触，一旦被点燃，燃烧速率就会非常快。随着燃烧的加速以及能量的积累，最后就会导致爆炸。许多我们平时看起来不能燃烧的材料，变成粉末颗粒以后就容易燃烧了，就是这个道理。比如说，在很多人的印象里，铁是不可燃烧的。但是，如果铁的粉尘颗粒小到微米级别并悬浮在空气中的时候，遇到火源也会发生爆炸。
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其实，很多种类的粉尘都会爆炸，比如粮食、纤维、金属的粉尘，只要它们的颗粒足够细、悬浮在空气中、浓度足够大，并且有外界的点火或者能量的激发，都会发生粉尘爆炸事故。
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【以下是一段玉米粉爆炸的实验视频，请勿在缺乏防护措施的情况下模仿。】
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不同材料的粉尘是如何燃烧的？Newton
8 @, o( ~0 O( s# w8 b孙金华：不同材料的粉尘，燃烧的机制是不一样的。这是一个非常深奥的科学问题。

如果是碳氢类物质的粒子，比如硬脂酸粉尘，它是一种有机物。这种有机物粉尘燃烧时，粉尘粒子往往是先熔融成为液滴，液滴再蒸发成气体，然后燃烧。如果是棉麻类纤维的话，由于它是高分子的碳氢化合物，往往是以边分解、边燃烧的方式进行。对于煤尘颗粒，由于煤粉里面含有一些挥发性成分（原子数比较少的碳氢化合物），接受了外界能量以后，就会蒸发成气体，然后燃烧；而挥发性成分蒸发后剩余的碳颗粒，也会和氧气发生反应，释放出大量的热量。
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1 g( q# B5 ?' p+ J# t不同种类的金属，燃烧机制也不同。铁颗粒完全是表面燃烧，燃烧的时候生成三氧化二铁和四氧化三铁，并产生大量的热量。轻金属（镁、铝等）的燃烧情况又不一样。由于这些轻金属的熔点比较低，表面反应产生的能量就可以把这个颗粒熔融形成金属液滴，这个液滴在高温之下也会变成气体继续燃烧。
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发生粉尘爆炸，需要满足哪些条件？Newton
孙金华：首先，组成粉尘的物质必须是可燃的。其次，粉尘的粒度足够细，通常在几微米到几十微米之间。第三，空气中粉尘的浓度要足够大，要超过该粉尘的爆炸下限。第四，要有足够量的氧气存在。正常空气中，氧气的体积浓度约为21%，通常，如果氧气浓度低于13%的话，就不会发生爆炸了。最后，还要有足够的能量来完成点火，比如火花、明火或者电弧等。
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9 R  w7 f! t1 s- P7 ?▲漂浮在空气中的粉尘颗粒会造成安全隐患

粉尘爆炸，这个过程是怎样进行的？Newton
. h3 s+ D  y' S孙金华：粉尘是有重量的，即便可以长时间悬浮在空气中，但随着时间的推移，最终也会慢慢地沉降到地面或者工作面上。粉尘爆炸可以分为“一次爆炸”和“二次爆炸”。一次爆炸是指那些悬浮在空气中的粉尘遇到了明火、满足了爆炸条件，就会发生爆炸。在一次爆炸的瞬间，爆炸中心会形成大量的热量和气体，形成气体冲击波（激波）。这种激波又会把原来沉积在地面上的粉尘卷起并再次扬到空气中，这些粉尘与空气混合，在一次爆炸产生的能量影响下，会发生二次爆炸。像这种把粉尘扬起来以后再次爆炸的情况，可能会发生多次。
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▲一次爆炸和二次爆炸

在充满粉尘的工厂里，如果不慎掉落金属零件、或者衣服上带有静电，会不会引发爆炸呢？Newton
孙金华：静电会引起火花，金属和金属撞击时，也会产生火花。当这些火花的能量达到足够大（毫焦耳量级）时，都可以引发爆炸。但这些都是可能性，并不一定是必然的原因，只有当产生火花的能量大于可燃粉尘的最小点火能，满足了点火条件才会引发爆炸。

我国发生过哪些重大粉尘爆炸事故？Newton
孙金华：其实，在煤矿事故里，经常就会有粉尘爆炸。煤矿发生瓦斯爆炸时，往往会把沉积在煤矿巷道里的大量微细的煤炭颗粒重新扬起来，发生煤尘爆炸。
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' i* D2 \) _5 _据我所知，我国曾经发生过几次大的粉尘爆炸事故。1987年，哈尔滨的一个亚麻加工厂发生了粉尘爆炸，死亡58人，重伤177人。往近了说，2010年2月24日，秦皇岛的一家淀粉厂发生了粉尘爆炸，死亡19人，49人受伤。2014年4月16日，如皋的一家化工厂发生了硬脂酸粉尘爆炸，死亡8人，9人受伤。
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[size=0.9em]美国一家制糖厂爆炸

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[size=0.9em]昆山粉尘爆炸事故现场
粉尘爆炸可以出现在多个行业，如棉纺厂、金属粉末加工厂、粮食加工厂等企业，都有发生粉尘爆炸的可能性。
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" g& ]; A  |* P8 V粉尘爆炸的破坏作用是怎样体现出来的？Newton
6 c* U. D& C/ U) Z+ s* I; _孙金华：发生粉尘爆炸的时候，会产生高温和压力冲击波。尽管我们看不见冲击波，但是它的威力是很大的。冲击波的传播速度是每秒几百米甚至上千米，当传播到物体上时，物体会在极短的时间内受到巨大的压力。当冲击波的“超压”达到一定程度的时候，可以击碎厂房的玻璃。当超压进一步增大时，房屋的砖墙结构会被一下子冲垮，就像电影里砖块乱飞的爆炸场面。若超压再增大的话，就连钢筋混凝土的墙都能被炸碎。有时候，粉尘爆炸产生的冲击波可以把工厂里的笨重设备推到很远的地方去，可见它的破坏力是非常大的。
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怎样才能减少粉尘爆炸的风险？直接开窗通风可以降低封闭空间的爆炸机会吗？Newton
! h. ]0 ^' {3 A5 t孙金华：工业中产生的粉尘是污染物，不能随意排放在大气中。最根本的解决办法还是对粉尘进行有效收集，减少悬浮在空气里的粉尘浓度。这样做，一方面是为了减少工人得尘肺病等职业病的机会，另一方面，也可以减少发生粉尘爆炸的风险。

工业上除尘的办法有很多，比如悬浮除尘、布袋除尘、水雾降尘等。

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! o# H5 S" \/ G& {粉尘爆炸为何伤亡惨重？
" E. b6 M- O8 R+ L9 `粉尘爆炸为什么会造成这么严重的伤亡？Newton
吴军：这次事故，主要是三个因素的叠加造成了严重的伤亡。爆炸时，会对人的皮肤产生热力致伤，就是我们平时说的烧伤；还有吸入性损伤，是指人吸入了高温气体和烟尘后，在身体内部造成的伤害；此外，爆炸产生冲击波，也会对人体造成损伤，形成“冲击伤”，也叫“爆震伤”。
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+ O. m( f. ]) Q由金属粉尘爆炸导致的烧伤，和生活中常见的烧伤有什么区别？Newton
+ @9 y9 I- K- d% t# H吴军：常见的烧伤中，一多半都是热力损伤或电击伤；在开放场所形成的烧伤，也很少伴有吸入性损伤的情况。总体来看，由于爆炸导致的烧伤病例，相对是比较少见的。金属粉尘爆炸与一般的爆炸区别不大，但可能会在伤者的皮肤或角膜中嵌入一些金属微粒或异物。

2 N% V4 n( f; a3 R/ y+ L什么是Ⅲ度烧伤？它有多严重？Newton
吴军：我们一般按照“三度四分法”来评价烧伤程度。Ⅰ度烧伤局限于表皮角质层、透明层和颗粒层，损伤最浅，比如人在紫外线下照射久了，就会造成Ⅰ度烧伤。除了表皮损伤，还有一点真皮损伤的，是浅Ⅱ度烧伤；而深Ⅱ度烧伤的损伤就会更深一点。浅Ⅱ度和深Ⅱ度烧伤都会在伤处出现水疱，所以也叫水疱性烧伤。像Ⅰ度、Ⅱ度这些烧伤都是可以治愈的，只是需要的时间长短不同而已。如果是Ⅲ度烧伤的话，全层皮肤都被烧伤，皮肤里的毛囊、皮脂腺等都被破坏了，这些结构就肯定无法长好，也不能再生了。此外，也有人按照“四度五分法”，将Ⅲ度烧伤中损伤已经达到深筋膜以下的最严重烧伤另分一类，称为Ⅳ度烧伤。

根据“烧伤皮肤面积占患者本人体表面积的百分比”的大小，可以将烧伤分为轻度烧伤、中度烧伤、重度烧伤和特重烧伤。如果患者的烧伤总面积在50%以上，或者Ⅲ度烧伤面积在20%以上，就是特重度烧伤。由此可见，这次的事故中，很多患者都已经属于最严重的特重度烧伤了。

/ ^+ x/ p. i0 E& J( z6 P  W& g特重度烧伤的死亡率非常高吗？Newton
' ?. F* l- C& _  x5 _+ e2 c吴军：在烧伤医学中有一个概念，叫“半数致死率”（LD50），是指“烧伤面积占患者本人体表面积的百分比”达到多少时，预期会有一半的病人死亡。我们用这个半数致死率来评价烧伤病人死亡的风险。根据我国的一个包含6万例重度和特重度烧伤（包括Ⅱ度、Ⅲ度烧伤）病人的统计数据可知，这个半数致死率对应着70%左右的烧伤面积，也就是说，如果重度和特重度烧伤的皮肤面积占据了体表总面积70%左右的话，预期就会有一半的病人死亡。在重度和特重度烧伤方面，我国的救治成功率是世界上最高的，如果是其他国家，同样的烧伤面积到不了70%，死亡率就已经超过一半了。即便如此，像这次事故中很多患者的烧伤面积都已经达到了80%、90%，这么严重的烧伤，死亡率确实会非常高。

这种程度的烧伤，对幸存下来的患者会有什么影响呢？Newton
吴军：烧伤是一种很特殊的损伤。人如果受了刀伤或者骨折之类的伤害，一段时间后就可以愈合。但是重度或特重度烧伤对人的影响是终生的，即便人被救活了，他以后一辈子的生活也会备受煎熬。因为他的身体会有一些功能障碍，比如肌腱损伤会造成手无法写字，部分肢体可能被截肢甚至无法走路，身体也会因为疤痕而挛缩等，以及由此产生的心理障碍，都会伴随终生。所以，现在医院救治烧伤病人，不仅要救活生命，还要关注患者出院以后的生活质量，帮助他回归社会并自信地生活。烧伤康复，是烧伤医学在未来要重点发展的方向。
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如果我们在生活中遇到被烧伤的人，应该如何处理呢？Newton
, g/ a+ T8 S$ q8 s/ g吴军：要帮助患者马上脱离火源等热源，然后用大量的冷水冲洗患处，并脱去烧伤部位的衣服。之后尽快送到正规医院的专业烧伤科室进行治疗。在送往医院之前，记得千万不要自行在患处涂抹任何粉末或者药水之类的东西，这些只会耽误后续的抢救和治疗。


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fywanghui1967

感谢孙老师，学习了。
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雪域青松

谢谢楼主。