粉塵爆炸為何如此恐怖

最近，看了網上出現的一份科普作品《粉塵爆炸為何如此恐怖》，覺得作者題目和內容不配合，內容說的是粉塵為何會點燃，而題目卻是燃爆的結果，所以有外行科普，只看表面的嫌疑，這里我來就同一話題說一說為何粉爆比氣爆更危險？

為什么粉塵會點燃？最正宗的說法是比表面積增加，換熱效率提高，所以容易點燃。一定濃度的粉塵空氣混合物與一定濃度的燃氣混合物相似，都能夠在開放空間爆燃，在封閉空間爆炸。然而，按照消防工程的點火理論來說，粉塵直徑縮小，會導致預熱損失的減少（因為空氣是不良導體），本來表面吸熱會有很大一部分傳到內部（固體燃料的特征是點火需預熱），稱作預熱損失。粉塵體積減小之后，表面吸熱無處可傳，停留在表面的結果，就是傳熱時間尺度的降低，升溫加速，所以點火不需要時間，就是危險性增加的傳熱學理由了。粉塵容易點火，可以說是粉塵為何爆炸的一個重要環節，但不是后果嚴重的全部理由。

然而和氣爆（比如青島黃島下水道爆炸、臺灣高雄化學品泄漏爆炸）相比，粉爆還會有額外的風險，這包括如下理由。

第一，氣爆中，燃料氣體占據一定的體積，所以有效的氧氣供給有所降低。任何反應都與氧氣的供給有關，所以降低氧氣含量，就會降低總體放熱量。粉爆中，由于粉塵密度高，體積小，幾乎不會降低混合物中的氧氣含量，所以粉爆的平均放熱量高，這是背景氧氣供給量決定的結果。

第二，一般燃料的基于氧氣的放熱量是13.1MJ/kg，對于常規的碳氫燃料（如木材），這一常數是固定的。然而，這一常數對固體燃料來說，有可能達到很高的水平，比如固體金屬的燃燒溫度高、放熱效率很高，其單位氧氣的放熱能力遠遠超過普通燃料。如果一種燃料的基于氧氣的放熱量大大超過13.1MJ/kg，那么，它是一種炸藥（或高能危險品）。所以，可燃的氣霧劑和粉塵產品，有著類似于爆炸危險品的安全控制等級，需要特殊對待，持合格的培訓執照才能上崗。

第三，火場傷害，特別是輻射傷害，取決于所接觸的火焰溫度。一般而言，氣體預混火焰溫度要低于固體燃料預混火焰溫度，所以固體火焰溫度的輻射散熱效率高，這意味著固體火焰更危險，更容易發生燒傷。當然，這是從散熱角度來衡量的結果。按照火災輻射理論，傳熱效率是火焰溫度的3次方（本來輻射理論是溫度的4次方，但傳熱效率只有3次方，差別是溫度差），所以火焰溫度增加10%，帶來的傳熱效率增加相當可觀。 蠟燭之所以能夠照明，是因為其中的煙黑（soot）是固體，其輻射效率高。如果是沒有Soot的預混火焰，蠟燭火焰便如同灶臺的藍色火焰，根本發揮不了明亮的照明功能。

圖解：美國糖廠爆炸事故是近年來的典型粉爆事故

綜合上述三點原因，粉爆比氣爆更危險，因此需要更嚴格的防范措施。