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ABS树脂粉尘爆炸特性研究

文档作者：刘学武林晖徐峰贺辉宗文档来源： 1．中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院 2．中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院		点击数：	更新时间： 2025年10月23日
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石油4t-y-安全环保技术
PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 2010年第26卷第3期
防火防爆
ABS树脂粉尘爆炸特性研究
刘学武 ，林 晖 ，徐 峰 ，贺辉宗
(1．中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001；
2．中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071)
摘要：介绍ABS树脂粉尘爆炸特性的测试设备和测试方法。对ABS粉尘云最低着火温
度、ABS粉尘最大爆炸压力及压力上升速率、ABS粉尘爆炸下限和ABS粉尘层最低着火温度
进行测试并得出相应的数据结论。测试结果表明，ABS粉尘的爆炸危险等级为st1，可以采用
爆炸泄压和爆炸隔离措施。
关键词：ABS树脂；粉尘爆炸；研究
ABS树脂是重要的通用合成树脂，它是由
5O％以上的苯乙烯和丙烯腈以及丁二烯组成的高
分子聚合物，是苯乙烯系列树脂中发展与变化最
大的品种⋯。它是一种重要的化工产品，具有抗
冲击强度高、耐热和耐低温性能好等特点，加工
容易，广泛应用于电子电器、汽车零部件、文教
用品、生活用品和工业零件等领域 J。近年来，
随着我国国民经济的高速增长，ABS树脂的生产
和消费也呈现飞速发展的态势，但目前我国ABS
树脂的生产能力和产量还不能满足国内实际生产
的需求，每年都需要大量进口，因此，其开发利
用前景广阔 。
ABS树脂也是工业粉尘的一种，它的生产
过程存在发生粉尘爆炸事故的危险。1997年，
台湾一个生产ABS的工厂发生了一系列严重的
爆炸事故(见图1)，6个装有ABS粉末的料仓
相继发生爆炸，只有一个料仓保持完好。目击
者称，330 m 的储存罐的顶盖和袋式除尘器被
掀翻(见图2)，爆炸产生的大火5个小时后才
被扑灭，工厂被迫停产，直接经济损失达3千
万美元 。
目前，中国处于经济高速发展阶段，随着
工业生产活动的13益频繁和生产节奏的日益加
快，国家对石油化工产品的需求量激增，对生
产过程中安全的要求也越来越高，这就需要做
好安全预防工作，把发生危险的概率降到最
低，所以对ABS树脂粉尘爆炸特性的研究是非
图1 ABS工厂爆炸后的情景
图2 ABS工厂爆炸后仓体顶盖被掀翻
常必要的。
收稿日期：2010—04—07。
作者简介：刘学武，男，1991年毕业于辽宁石油化
工大学管理专业，现在中石化抚顺石油化工研究院
从事安全管理工作，政工师。电话：0413—6389305
2010年第26卷第3期 砖 刘学武等．ABS树脂粉尘爆炸特性研究
1 ABS树脂粉尘爆炸的机理和研究进展
1．1 ABS树脂的化学组成
ABS[英文名称]：Acrylonitrile—Butadiene—
Styrene terpolymer
大分子理论结构式：
c
n
H2一H=CH一司n [CH
ABS树脂通常是指聚丁二烯橡胶与单体苯乙
烯和丙烯腈的接枝共聚物，其中A代表丙烯腈，
B代表丁二烯，s代表苯乙烯。ABS树脂一般由
50％以上的苯乙烯(ST或S)、25％一35％的丙
稀腈(AN或A)和适量丁二烯(BD或B)组
成，3种成分各显其能，使其具有优良的综合性
能。丙烯腈赋予ABS良好的耐化学腐蚀性、耐油
性、热稳定性和一定的刚性及表面硬度。丁二烯
提高了ABS的韧性、耐冲击性和耐寒性，苯乙烯
则使ABS具有良好的介电性能、光泽、刚性和加
工流动性 。
但是，在聚丁二烯橡胶与苯乙烯和丙烯腈的
接枝共聚反应中，除了生成聚丁二烯橡胶与苯乙
烯和丙烯腈的接枝共聚物外，单体苯乙烯和丙烯
腈会发生共聚生成游离SAN (丙烯腈和苯乙烯共
聚物)。所以，实际上得到的是聚丁二烯与苯乙
烯、丙烯腈接枝共聚物和游离SAN的混合物。商
业上通常将这种混合物与其它SAN的掺混物称之
为ABS树脂。。 。
1．2 粉尘爆炸的机理及条件
凡是能被氧化的粉尘，在一定条件下都会发生
爆炸 J。粉尘受热，表面粉尘颗粒分子就会分解
或于馏出可燃气体分布在周围，然后这些可燃气体
与空气混合形成可燃性混合气体，进而产生燃烧现
象。由于粉尘颗粒的表面积很大，初步的燃烧热大
部分被颗粒本身吸收，这就加速了上述的干馏、混
合、点燃的进程，进而发生粉尘爆炸现象。
如果环境内粉尘满足下述一定条件，粉尘爆
炸将不可避免，即：
(1)粉尘的浓度必须高于最低爆炸浓度；
(2)容器中的可爆炸粉尘必须与空气形成混
合物；
(3)点火源必须具有足够的点火能量(最小
点火能)使粉尘点燃爆炸。
1．3 ABS树脂粉尘爆炸的研究进展
我国对粉尘爆炸的研究工作始于80年代，在
在哈尔滨亚麻厂粉尘爆炸等大规模事故发生后开
始的 J，在一些专家，如：胡双启，张景林、邓
煦帆等人的研究下已取得了很大的进展。
但是国内外对ABS粉尘爆炸特性的研究很
少。1997年，一家生产ABS树脂的工厂发生粉尘
爆炸，造成严重的后果。随后Kao，Dun对此次
事故进行描述分析，发现料仓顶部的管道、阀门
和料仓旁边的一些设备被掀翻并损坏，仓顶和袋
式除尘器落在附近的区域。爆炸后通过观察发
现，料仓1中充满了饼状黑色的坚硬残渣，这些
残渣是表面粉末剧烈燃烧的结果。
经过对ABS树脂粉末物理、化学特性的分
析，Kao等人认为爆炸引起的原因有两个，一是
自身的氧化放热；二是静电点燃。而通过差热分
析、VSP测试和IR光谱测试将氧化放热产生爆炸
的可能性排除；而刷型放电由于产生能量过低不
足以点燃粉尘也被排除；火花放电的可能性由于
管道系统周围的电阻大约是0．5 Q左右，电阻过
低而被排除；电晕放电在工业容器中从没有被发
现过从而也被排除。因此，爆炸的最可能原因就
是大量小颗粒粉尘由于重力作用与接地的仓体产
生电势差而产生料堆放电，这也是为什么爆炸发
生如此之快的原因(1 min内)。
2 ABS树脂粉尘爆炸实验设计
2．1 粉尘云最低着火温度实验设计
2．1．1 实验装置
粉尘云最低着火温度(MITC)是按IEC的测
试方法和装置测定的，即在G—G炉中进行 J。
粉尘云最低着火温度测试装置是实验室进行
粉尘云最低着火温度实验的常用装置，因为它有
操作方便，容易清扫，重复实验周期短等优点而
被广泛使用。
测定ABS粉末粉尘云最低着火温度的实验装
置(见图3)，实验系统由加热炉、储尘器、电磁
阀、u型管、温度控制仪、温度记录仪等组成。
2．1．2 实验着火判据
粉尘云最低着火温度测试原理和判据：测试
石油化工安全环保技术谢 2010年第26卷第3期
1一加热炉；2一连接头；3一储尘器；4一电磁阎；5一储气罐；
6一闸阀；7一U型管；8一稳压电源；9一温度控制仪；10一温
度记录仪
图3 粉尘云最低着火温度测定装置
时首先将炉内壁控制在某一恒定温度，然后利用
储气室高压气体将粉尘喷人炉管内，从炉管下部
观察是否有火焰喷出。通过调整喷粉压力及粉尘
浓度，能使粉尘着火的最低炉内壁温度称为粉尘
云最低着火温度。若火焰喷出滞后时间超过3 S，
或只有火星而没有火焰，则判定为未着火。
2．2 粉尘云最大爆炸压力P 和压力上升速率
(dp／dt) 实验设计
2．2．1 实验装置
实验装置系统见图4所示，主要由20 L球型
容器、储粉罐、压力气瓶、点火器、压力传感
器、控制器和电脑组成。
电极
控制器
图4 20 L球型爆炸测试装置系统示意
2．3 粉尘爆炸下限实验设计
粉尘爆炸下限测试方法常用的有三种，分别
采用20 L球型、20 L筒型爆炸装置和15 L北欧
标准装置，这里应用20 L球型装置。
点火源是总能量为5 kJ的烟火点火具，其点
火剂质量为1．2 g，由40％的锆粉、3O％的硝酸
钡和30％的过氧化钡组成。点火源位于罐中心，
由一电引火头点燃。点火源通过线路与PLC控制
器相连。
2．4 粉尘层最低着火温度实验设计
2．4．1 实验装置
测试粉尘云最低着火温度和粉尘层最低着火
温度的实验装置是不一样的，按照国际标准 “
建立的粉尘层最低着火温度的测试装置见图5
所示。
实验装置主要由热表面、热电偶高度调节旋
纽、加热器底座、加热器、金属环、裙边、加热
器引出线、热表面记录热电偶、热表面控制热电
偶和粉尘层热电偶组成。
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1一弹簧；2一热电偶高度调节旋纽；3一加热器底座；
4一热表面记录热电偶；5一热表面；6一加热器；7一金
属环；8一裙边；9一热表面控制热电偶；10一加热器引
出线；11一粉尘层热电偶
图5 粉尘层最小点火温度测试装置
2．4．2 实验着火判据
首先将热板加热到预定温度，然后将粉尘自
然堆放在盛粉环内，观察是否有明火产生，或者
粉尘内部温度是否超过热板温度20 qC。每次实验
至少要维持恒温2 h，满足粉尘着火条件的最低
2010年第26卷第3期 寅 刘学武等．ABS树脂粉尘爆炸特性研究 谢
热板温度称为粉尘层最低着火温度。
除非能证明这个反应没有成为有焰或无焰燃
烧，下列过程都视为着火：
(1)能观察到粉尘有焰燃烧或无焰燃烧；
(2)温度达到450 oC；
(3)高出热表面温度250℃。
3 ABS树脂粉尘爆炸特性测试结果
3．1 粉尘云最低着火温度测试结果
实验采用吉林石化合成树脂厂干燥器内的
ABS粉末，称量0．3 g的ABS粉尘装入储尘器中，
将加热炉温度调到450 oC，并将储气罐气压调到
3×10 Pa，打开电磁阀，将粉尘喷人加热炉内。
如果未出现着火，则以50℃ 的步长升高温度，
重新装入相同质量的粉尘进行实验，直至出现
着火。
一旦出现着火，则改变粉尘的质量和喷粉
压力，直到出现剧烈的着火。然后将这个粉尘
质量和喷粉压力固定不变，以20℃的间隔降低
加热炉的温度进行实验，直到10次实验均未出
现着火。
实验结果见表1。ABS粉尘云在3个大气压
下进行实验，当温度最低为422℃时出现着火现
象，随后调整喷粉压力大小以及温度，在415 oC
左右连续进行了10次实验后均未发生着火。
表1 ABS粉尘云最低着火温度实验数据
粉尘质量／mg 喷粉压力／大气压 温度／℃ 是否着火
300 3 465 、／
300 3 441 、／
30H0 3 420 ×
3oo 3 420 ×
300 2 430 ×
3oo 3 445 、／
3(x】 3 422 、／
300 3 408 ×
3cHD 3 415 ×
3．2 粉尘云最大爆炸压力P 和压力上升速率
(dp／dt) 测试结果
由表2以及图6可以看出，在粉尘浓度100
g／m 时，ABS粉末的最大爆炸压力P 为0．56
MPa，压力上升速率 为2．19 MPa·m／s。随着
粉尘浓度的增加，尸 、 不断升高，当粉尘浓
度达到500 g／m 时，最大爆炸压力P 达到最大
值，为0．77 MPa；当粉尘浓度达到600 g／m。时；
压力上升速率 达到最大值，为5．72 MPa m／s。
当粉尘浓度升高到700 g／m 时，最大爆炸压
力P⋯和压力上升速率 开始下降，所以对于
ABS粉尘来说，当粉尘浓度达到500 g／m 时，最
大爆炸压力P⋯ 达到最大值；当粉尘浓度达到
600 g／m 时，压力上升速率 达到最大值。只要
是超出这个值的范围，无论粉尘浓度是升高还是
降低，最大爆炸压力P 和压力上升速率 都会
下降。
表2 ABS粉末最大爆炸压力P 及
压力上升速率(dP／dt)
试样浓度／(g·m。) P ／MPa K ／ (MPa m／s)
100 0．56 2．19
250 O．63 2．69
400 0．72 3．74
50o 0．77 4．54
60H0 0．76 5．72
70HO O．73 5．72
8oo 0．69 3．87
蔓
浓度／(g·HI。)
图6 ABS粉末最大爆炸压力P 及
压力上升速率(dP／dt)
图7为粉尘浓度为500 g／m 时，ABS粉末爆
炸压力一时间曲线。
3．3 粉尘爆炸下限测试结果
实验分别应用ABS粉末进行测试(见表3)，
当浓度达到150 g／m 时，最大爆炸压力达到0．14
MPa，粉尘发生爆炸，当浓度为100 g／m 时，经
O 9 8 7 6 5 4 3 2 ● O O O O O O O O
常 石油化工安全环保技术 嚏 2010年第26卷第3期
图7 ABS粉末爆炸压力一时间曲线
过连续三次实验没有发生爆炸。
表3 ABS粉末爆炸下限
试样浓度(g·m。) P ／MPa K ／(MPa．m／s)
50 0．02 0．84
100 O．02 3．2O
150 O．14 1．5】
100 0．02 0．84
1o0 O．02 O．86
3．4 粉尘层最低着火温度测试结果
先将热板温度加热到200℃ ，经过一段时间
观察，粉尘层温度不断升高并超过热板温度，经
过大约30 min后，粉尘层温度下降并低于热板温
度，未发生着火现象。
将热板温度加热到400 oC，ABS粉尘层迅速
碳化，并未出现着火。
4 ABS粉尘爆炸防护方法
4．1 爆炸泄压
泄爆是降低粉尘爆炸程度、减少爆炸损失与
人员伤亡的一项重要举措。它主要是指在易爆设
备或管道上设置泄爆口，当粉尘爆炸发生时，压
力冲破泄爆口而迅速释放，从而降低爆炸的破坏
程度，科学的泄爆关键在于选定泄爆位置、确定
泄爆面积、选择泄爆材料。爆炸泄压因为其经
济、方便而成为广泛应用的防爆方法。
爆炸泄压的局限在于：
(1)爆炸泄压如果直接泄放到建筑物内，泄
出的可燃物质可能在建筑物内发生二次爆炸；
(2)造成环境污染；
(3)如果采用爆破片泄压，爆炸后粉尘在设
备内继续燃烧。金属粉尘产生的热量比其它种类
的粉尘大得多，设备基本被破坏。
4．2 爆炸隔离
爆炸隔离是防止爆炸由系统的一部分传播到
另一部分的防爆技术，是限制爆炸损失的重要
方法。
爆炸隔离的具体实现方法有多种，其中一些
方法特别简单，但是在防爆实践中却能发挥重要
作用。作为最简单的隔离方法，在停机状态，应
尽可能关闭所有的阀门。也可以应用物料隔离、
管道换向隔爆装置、芬特克斯阀、监控式隔爆闸
板阀／蝶阀、监控式隔爆喷射罐等爆炸隔离方法
和设备。
5 结论
(1)ABS粉尘云最小着火温度在415～425'C
之间；
(2)随着ABS粉尘浓度的增加，P⋯ 、K
不断升高，当粉尘浓度达到500 g／m 时，最大
爆炸压力P 达到最大值；当粉尘浓度达到600
g／m 时，压力上升速率 达到最大值；只要是
超出这个值的范围，无论粉尘浓度是升高还是
降低，最大爆炸压力P⋯和压力上升速率K 都
会下降；
(3)ABS粉尘的爆炸极限为100～150 g／m。，
爆炸等级属于stl级；
(4)ABS粉尘层最低着火温度高于400 c(=，
而ABS粉体的生产环境远远低于此温度，所以
ABS粉尘层着火的几率很小；
(5)可以采用爆炸泄压和爆炸隔离，如：防
爆门、爆破片等应对事故的发生。
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