用語解説

粉じん爆発

粉じん爆発とは

可燃性の固体微粒子が空気中に浮遊し、そこに発火源が存在した場合、ある条件下で爆発燃焼します。これを粉じん爆発といい、この微粒子を爆発性粉じんと呼びます。急激な発熱や空気膨張で、火炎と爆発音を発し大きな被害をもたらします。

粉じん爆発発生の3条件

粉じん爆発は、粉体と酸素(空気)との接触面積が増大し酸化反応が促進されるために発生し、その発生には、主たる3つの条件があげられます。

(1)
粉じんの粒子が微粉の状態で、空気中に一定の濃度で浮遊(粉じん雲)
(2)
発火源(エネルギー)の存在
(3)
空気中の酸素

粉じん爆発をおこす粒子の大きさ

粉じんの粒子は細かいほど着火に必要なエネルギーが小さく、単位質量あたりの表面積が増え空気との接触面積が増加するほど、酸化速度が大きくなり爆発の危険性が増します。危険性が増すのは爆発性ガス状態に近づくともいえ、粉じん爆発を起こす微粉の大きさの限界は、100~0.1ミクロンと云われています。

発火点

可燃性の物質が空気や酸素と接触した状態で徐々に加熱されると、外部から直接火気を近づけなくても一定の温度に達すると発火します。この発火する最低温度を発火点といい、一般には酸素との親和力の大きい物質ほど発火点が低く、発火しやすい傾向があります。

爆発限界とは

粉じんが爆発するためには、空気中の粉じん濃度がある範囲内にあるときに、そこに発火源があれば爆発が起こります。その粉じん濃度の範囲の限界を、爆発限界または燃焼限界といい、爆発限界には、爆発下限界と爆発上限界との2つがあります。例えば一個の粉じん粒子が、あるエネルギーにより空気中の酸素と反応して燃焼した場合、これが熱源となり隣の粉じんに次々に熱を反応させ連鎖的に燃焼を起こします。この場合、粉じん粒子の相互間距離はある値以下でなければならず、この単位体積あたりの最低数、最低濃度が爆発下限界になります。又、粉じんの数が増加すると、粉じんの冷却作用で熱の連鎖的な反応が起こらなくなり、この濃度を爆発上限界といい、これら二つの限界の間を爆発範囲といいます。

粉じん爆発の発生する過程

(1)
粉じんの粒子の表面に熱エネルギーが与えられると表面温度が上昇。(図1)
(2)
粒子表面の分子が熱分解あるいは乾留作用を起こして気体となって粒子の周囲に放出。(図2)
(3)
この気体が空気と混合して、爆発性の混合気体をつくり、発火して、火炎に。(図3)
(4)
この火炎により発生した熱は、さらに他の粉じん粒子の分解を促進し、次々連鎖的に可燃性の気体を放出させ空気と混合して発火、火炎と爆圧を伝播させます。その為に堆積粉じんの存在する箇所は全部粉じんの爆発の被害を受けます。粒子の表面温度を上昇させる手段としては熱伝導だけでなく、遠くからの光や熱のような輻射電熱によっても発火することがあり、これはガス爆発と異なる点です。(図4)
  • 図1
  • 図2
  • 図3
  • 図4

粉じん爆発の一般的な発火源

(1)
マッチ・ライター・たばこのような裸火
(2)
ベルトコンベア等のベルトのスリップなどによる摩擦熱
(3)
機械のメタル・電気機器・ベルトの摩擦などによる加熱発火
(4)
モーターのスリップリングやスイッチ・配線などの電気設備損傷によるスパーク花火
(5)
粉砕機やロール機等への異物混入による衝撃花火、ストックの詰まりによる発火及びコンベア等の機械局部摩擦による加熱発火
(6)
溶接・溶断・半田付等による花火
(7)
静電気の放電花火
(8)
サイロ内や工場内での自然発火

粉じん爆発の予防と対策

粉じん爆発を防ぐには、爆発物である粉じんの除去と発火源の排除を行ないます。
日常の掃除と、発生しないような設備設置及びその適切な管理が必要です。
対策としては、爆発解放口(ベント)や危険予知装置があげられます。

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