第1章　緒論

1.1　納米粉塵爆炸研究背景

粉塵爆炸是指粉塵在爆炸極限范圍內，接觸到熱源（明火或高溫表面等），形成火焰并瞬間傳播至易燃粉塵散布空間，同時釋放出大量熱量，產生高溫和爆燃超壓導致破壞效應的現象。粉塵爆炸破壞性強、爆炸機理復雜，對眾多涉及易燃粉體制備、使用和處理，如金屬、木材加工及林產品、煤炭、合成材料、輕紡化纖、軍工、糧食、農副產品加工等行業構成嚴重威脅。

由于粉塵爆炸比氣體爆炸現象復雜得多，因此，人們對它的認識經歷了一個相當長的歷史過程。1785年發生在意大利Turin面粉倉庫的爆炸事故是世界上首次有明確記載的粉塵爆炸事故。但是直到20世紀初期法國Courriers煤礦爆炸造成1099人死亡后，各國學者才開始對粉塵爆炸進行研究[1]。據統計，1952—1979年間，日本共發生209起粉塵爆炸事故，死傷人數達546人。美國在1970—1980年間有記載的工業粉塵爆炸事故有100起，共計25人在事故中喪生，平均每年因粉塵爆炸事故造成的直接損失近2000萬美元（不包括糧食粉塵爆炸造成的損失）。據美國勞工部統計，美國在1958—1978年間發生糧食粉塵爆炸事故250起，死亡人數共164人[2]。面對頻發的粉塵爆炸事故，美國、日本、英國、法國、德國、挪威以及許多其他歐洲國家相繼開展了關于粉塵爆炸的研究，研究領域涉及塑料、染料、織物、藥物、糧食、木材、金屬等。我國則是在1981年廣州黃埔港糧食筒倉爆炸事故、1987年哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸事故等數次爆炸事故之后[1]，開始就粉塵爆炸事故開展積極的安全防護研究，且取得了顯著成果，但2000年后我國各行業粉塵爆炸事故再次呈現上揚趨勢，且破壞程度也有所提高[3]。圖1.1為我國2007—2019年間粉塵爆炸發生事故起數及傷亡人數的不完全統計情況。可見我國粉塵爆炸事故起數呈波動變化，事故傷亡人數在2014—2015年達到最大值，事故后果十分嚴重，對企業安全生產構成嚴重威脅，敲響了工業粉塵防控的警鐘。近年來我國高度重視工貿行業粉塵爆炸防控工作，專項整治持續深化，取得了積極進展。然而，我國粉塵涉爆企業量大面廣，企業的安全基礎依然薄弱，粉塵爆炸風險還沒有得到有效防控，近年來粉塵爆炸事故雖明顯減少但仍時有發生。涉粉企業的安全形勢仍不容樂觀，粉塵爆炸的防控工作仍然任重而道遠。

隨著現代工業的高速發展，農林、化工、輕工等許多行業都采用粉體為原料進行加工生產，有些中間體或者產品也為粉體，因此粉體的種類繁多且用量大大增加，同時粉體相關工業也向機械化、規模化發展，大大增大了粉塵爆炸事故發生的可能性[2]。特別是2000年以后，納米材料逐漸應用于高密度磁記錄材料、微芯片導熱基片與布線材料、太陽能電池材料、高韌性陶瓷材料及人體修復材料等領域。納米微粒的獨特結構使納米材料表現出光、電、熱、磁、吸收、反射、吸附、催化以及生物活性等特殊功能，應用前景十分廣闊，經濟效益十分巨大。相比于微米級材質，由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，其形成的納米粉塵具有更大的潛在爆炸危險性。如何預防納米粉塵爆炸事故的發生，降低納米粉塵爆炸事故危害，保障人民生產生活安全，已成為亟待解決的問題。從20世紀70年代開始各國學者對粉塵爆炸機理及防護理論展開了一系列研究，取得了較多的成果。但是，粉塵爆炸過程極其復雜，是集固相粒子、熱解氣化可燃氣體及液化粒子共存的異相燃燒，并伴隨高溫及超壓的瞬態湍動多相流動力學過程，涉及化工熱力學、反應動力學、傳熱傳質過程、多相燃燒流體力學、氣體動力學等諸多學科，這使得對粉塵爆炸機理的認識與研究存在很多問題與困難。特別是對于爆炸危險性復雜的納米粉塵，無法從根本上構建有效的防控手段與技術，這對涉及易燃粉體行業的安全生產極為不利。因此，針對粉塵爆炸現象的研究，特別是對納米級粉塵爆炸特性及機理的研究，已然成為各國學者關注的熱點。

圖1.1　我國2007—2019年間粉塵爆炸事故不完全統計情況Fig.1.1 IncompletestatisticsofdustexplosionaccidentsinChinaduring2007—2019