摘 要

2010年以来，中国各地频频发生粉尘爆炸事故，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，因而对粉尘爆炸的机理研究，探索合理、高效的安全评价方法，就显得迫在眉睫。本文以玉米淀粉为研究目标，利用20L球形爆炸测试装置进行实验研究，主要研究的爆炸特性参数有：爆炸下限、最大爆炸压力、爆炸指数。所得的数据和结果对于分析造成工业粉尘爆炸的原因及特点具有重要指导意义，从而为对已有的抑爆设备、技术、方法进行改进提供理论基础。本文的主要结论如下：

（1）利用20L球形爆炸测试装置和Origin软件，对玉米淀粉的爆炸下限进行了实验研究。实验条件为：实验室温度30℃，喷粉压力0.3MPa,化学点火头质量1.2g，粒径为200目的玉米淀粉的爆炸下限在50～60 g/m³之间。不同粒径的玉米淀粉粉尘爆炸下限不一样，粒径越小的玉米淀粉粉尘爆炸下限越低，造成的危害就越大。

（2）利用20L球形爆炸测试装置和Origin软件，对玉米淀粉的最大爆炸压力进行了实验研究。实验条件为：实验室温度30℃，喷粉压力0.3MPa,化学点火头质量1.2g，对于同一浓度不同粒径的玉米淀粉而言，其爆炸最大压力随目数的增大而增大。对于粒径为325目的玉米淀粉，当玉米淀粉粉尘浓度低于750g/m³时，随着粉尘浓度的增大，最大爆炸压力也增大，当玉米淀粉粉尘浓度高于750g/m³时，随着粉尘浓度的增大，最大爆炸压力减少，因此在粉尘浓度为750g/m³时，玉米淀粉粉尘爆炸产生的压力最大,为0.65MPa。

（3）利用20L球形爆炸测试装置和Origin软件，对玉米淀粉的爆炸指数进行了分析。实验条件为：实验室温度30℃，喷粉压力0.3MPa,化学点火头质量1.2g，对于粒径为325目的玉米淀粉，当玉米淀粉粉尘浓度低于500g/m³时，随粉尘浓度的增大，爆炸指数也增大。当玉米淀粉粉尘浓度高于500g/m³时，随着粉尘浓度的增大，爆炸指数减少，因此在粉尘浓度为500g/m³时，爆炸指数最大，为14.21MPa。

关键词：玉米淀粉；爆炸下限；爆炸压力；爆炸指数；安全技术

Abstract

Since 2010, all over China occurred frequently dust explosion. It has caused huge casualties and property losses and Study on the mechanism of dust explosion, to explore a reasonable and efficient safety evaluation method is imminent. This paper with corn starch as the research object, using 20L spherical explosion test device of corn starch dust explosion, explosion limit, the maximum explosion pressure and explosion index explosion parameters of experimental research. The results for the analysis of caused the causes and characteristics of industrial dust explosions with have an important guiding significance, so as to the existing explosion suppression equipment, technology and method is improved to provide theoretical basis. The main conclusions of this paper are as follows:

(1) The lower limit of the explosion of corn starch was studied by using the 20L spherical explosion test device and Origin software. Experimental conditions: laboratory temperature of 30 ℃, injection pressure is 0.3MPa, chemical ignition head quality 1.2g, particle size of 200 to corn starch lower explosion limit between 50 ~ 60 g/m³ University. Different size of corn starch dust explosion lower limit is not the same, the smaller the particle size of corn starch dust explosion lower limit, the greater the harm.

（2）The maximum explosion pressure of corn starch was studied by using the 20L spherical explosion test device and Origin software. Experimental conditions: laboratory temperature of 30 ℃, injection pressure is 0.3MPa, chemical ignition head quality 1.2g, for the same concentration of different particle size of corn starch, the explosion pressure increases with the increase of the mesh. For particle size of 325 to corn starch, when corn starch dust concentration is lower than the 750g/m³, the maximum explosion pressure increases with the increase of dust concentration, when the corn starch dust concentration is higher than the 750g/m³. With the increase of dust concentration, the maximum explosion pressure reduction, and the dust concentration at the 750g/m³ maize starch dust explosion pressure the best is 0.65.

（3）The explosion index of corn starch was analyzed by using 20L spherical explosion test device and Origin software. Experimental conditions: laboratory temperature of 30 ℃, injection pressure is 0.3MPa, chemical ignition head quality 1.2g, for particle size of 325 to corn starch, when corn starch dust concentration is lower than the 500g/m³. With the increase of dust concentration and explosion index also increased. When the corn starch dust concentration is higher than 500g/m³, with the increase of dust concentration, the explosion index decreased so in the dust concentration of 500g/m3, the maximum explosion index was 14.21MPa.

Key Words: corn starch; Lower Explosive Limit; Explosion pressure; Explosion Index; Security technology

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1粉尘爆炸特性研究 2

1.2.2粉尘爆炸安全技术研究 3

1.3论文的主要内容 4

第2章 粉尘爆炸特性理论 5

2.1粉尘爆炸机理 5

2.2粉尘爆炸的基本条件 5

2.3粉尘爆炸的特点 5

2.4粉尘爆炸强度分级 6

第3章 粉尘爆炸参数的测定实验 7

3.1实验样品 7

3.2测试系统 7

3.3实验步骤 9

3.4实验现象 9

第4章 数据分析 10

4.1爆炸极限 10

4.1.1爆炸下限 10

4.1.2粒径对爆炸下限的影响 11

4.2最大爆炸压力 12

4.2.1粒径对最大爆炸压力的影响 12

4.2.2浓度对最大爆炸压力的影响 13

4.3爆炸指数 14

4.3.1浓度对爆炸指数的影响 14

4.4安全评价 15

第5章 粉尘爆炸灾害的防护与控制 18

5.1粉尘浓度的控制 18

5.2减小粉尘的产生 18

5.3避免点火源的形成 18

5.4预先抑爆 18

5.5泄爆 19

5.6隔爆 19

第6章 结论与展望 20

6.1结论 20

6.2展望 20

致谢 21

参考文献 22

第1章 绪论

1.1研究的目的及意义

矿山在采掘生产过程中，由于放炮、机械凿动、切割、摩擦、振动容易产生岩尘、矿尘等固体物质的细微颗粒，统称为矿山粉尘。因为粉尘具有可燃性和可爆性，如果没有相应的处理措施就会导致粉尘爆炸的事故发生。自从2010年以来，粉尘爆炸事故频频发生，破坏力也呈增加之势。例如：2014年8月2日7时34分，昆山中荣金属制品有限公司抛光二车间发生特别重大铝粉尘爆炸事故，当天就造成了75人死亡、185人受伤，直接经济损失3.51亿元。2015年6月27日晚8点40分左右，台湾新北市八里的八仙水上乐园舞台，在举办彩色派对最后5分钟发生粉尘爆炸，事故造成500余人受伤，12人死亡。因为粉尘爆炸事故频频发生，这就要求人们提高对粉尘爆炸危险的认识程度、加强安全规章制度建设、加强安全管理，把研究粉尘爆炸机理、防止爆炸和加强个体防护措施推向了新的高度。纵观这些粉尘爆炸事故，究其原因无外乎，管理的缺陷，没有及时的消除粉尘爆炸的点火源，没有采取有效的技术措施消除扬尘和落尘危害，没有采取本质安全的理念去设计工厂车间的空间布局以有效的预防灾害的发生。安全教育不力、企业安全文化建设的缺失、安全管理体系不完善以及安全责任体系不明确都是其中的重要因素。因为在实验室中研究矿山粉尘的爆炸特性具有一定的危险性，出于安全的考虑，使用玉米淀粉来进行实验。通过使用玉米淀粉粉尘来模拟矿山粉尘的爆炸过程。对矿山企业的安全有一定的指导作用。

玉米淀粉是典型的粮食粉尘，同时也是粮食粉尘爆炸事故多发的粉尘种类之一。淀粉（[C6H10O5]n）是一种由葡萄糖分子聚合而成的多糖类物质，是常见的碳水化合物。玉米经过破碎、过筛、沉淀、干燥、磨细等工序加工制作成玉米淀粉。玉米淀粉具有资源丰富、价格低廉、可再生等特点，其作为一种重要的工业辅助原料，在食品加工、饲料配制、化工合成、医药制造、造纸纺织等方面发挥着越来越重要的作用。据统计，我国玉米淀粉的产量约占全国淀粉总产量的90%左右^[1]。由于玉米淀粉应用范围广泛，因而粉尘燃烧爆炸危险性始终威胁着玉米淀粉的生产、加工、运输、储存等各个环节。基于当前十分严峻的粮食粉尘爆炸灾害形势，深入研究玉米淀粉粉尘爆炸灾害发生原因和基本条件，对科学地研究粉尘爆炸防治技术、指导事故救援处理具有积极的帮助作用。

1.2国内外研究现状

磨坊粮食粉尘爆炸事故在风车水磨时代就已经屡有发生。在粉尘爆炸研究中，把粉尘分为可燃粉尘和不可燃粉尘。在空气中能燃烧的任何固体物质，当其分裂为细粉末状并分散悬浮于空气中时，就有可能发生爆炸。粉尘爆炸是非常复杂的物理、化学过程，虽然经过了百多年的研究，人类对粉尘爆炸产生原因有了一定的认识，但仍然有许多复杂问题尚未解决，例如化学反应动力学问题、燃烧模型问题、湍流模型问题等。