飼料企業(yè)的粉塵爆炸風(fēng)險識別及預(yù)防

中圖分類號：F273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C 文章編號：1001-0769（2014）08-0061-02

【編者按】2014年8月2日，江蘇省昆山市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間在生產(chǎn)過程中發(fā)生粉塵爆炸，造成75人死亡，100多人受傷。這次事件的發(fā)生使“大部分人”都感到驚訝，原以為除了發(fā)揮性氣體會發(fā)生爆炸外，其他細(xì)小物質(zhì)，如粉塵，尤其是不能燃燒原料在加工中產(chǎn)生的粉塵根本不會爆炸。然而，事實(shí)勝于雄辯，許多物質(zhì)，無論是可燃的還是不燃的，在形成粉塵后，當(dāng)其積聚到一定的濃度后均會發(fā)生爆炸。目前，粉塵爆炸仍然是我國安全生產(chǎn)的主要威脅之一，原因是人們對此類威脅的不了解或相關(guān)知識的匱乏。糧食加工和飼料加工在生產(chǎn)中很容易形成粉塵，因此它們屬于粉塵爆炸的高威脅領(lǐng)域。上海富朗特動物保健有限公司是一家專業(yè)從事飼料添加劑——維生素的知名企業(yè)，其利用先進(jìn)的HSE安全生產(chǎn)體系對生產(chǎn)過程中所涉及的人、物（原料、設(shè)備等）、環(huán)境的安全進(jìn)行全方位的監(jiān)控和管理，較好地實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)的目的。為此，我們特邀請該公司負(fù)責(zé)工廠運(yùn)營的副總經(jīng)理褚慎強(qiáng)先生（圖1）介紹粉塵爆炸的原理及預(yù)防措施。

1 什么是粉塵

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。我們平時在生活和工作中，習(xí)慣上對粉塵有許多名稱，如灰塵、塵埃、煙塵、礦塵、砂塵、粉末等，這些名詞沒有明顯的界限。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，粒徑小于75 μm的固體懸浮物定義為粉塵。粉塵幾乎到處可見。除去自然產(chǎn)生的粉塵以外，人們工作生活中的行為也會產(chǎn)生粉塵，如：固體物質(zhì)的機(jī)械加工或粉碎；物質(zhì)加熱時產(chǎn)生的蒸汽在空氣中凝結(jié)或被氧化所形成的塵粒；有機(jī)物質(zhì)不完全燃燒所形成的微粒；粉狀物質(zhì)的混合，過篩、包裝、搬運(yùn)等操作過程；以及沉積的粉塵由于振動或氣流運(yùn)動，使沉積的粉塵重又浮游于空氣中（產(chǎn)生二次揚(yáng)塵）也是粉塵的來源。

2 粉塵為什么會爆炸

曾經(jīng)有一位同事對我說，他取了一些維生素E吸附型顆粒（由維生素E油吸附到二氧化硅顆粒內(nèi)）去燃燒發(fā)現(xiàn)是不能點(diǎn)燃的，所以他認(rèn)為維生素E吸附型顆粒的粉塵應(yīng)該是不會引燃的。相信很多朋友也和他有著相同的認(rèn)識吧！要想了解真相，我們首先要了解粉塵和固體材料的不同。我們知道，飼料廠里的粉碎機(jī)要把物料加工成細(xì)的顆粒，粉碎機(jī)就要消耗電能而對被加工的物料做功，使物料被粉碎。其中，粉碎機(jī)所做的功的一部分轉(zhuǎn)化成能量，而儲存在被粉碎以后的物質(zhì)顆粒表面，這部分能量在物理化學(xué)中被叫做“表面吉布斯自由能”。并且，對于一定的物質(zhì)來說，被粉碎的程度越大，即顆粒越小，則比表面積（specific surface area）越大，那么表面能也就越大。例如，一塊1 kg重的二氧化硅的表面能為0.2 J，這是很小的，它只相當(dāng)于把1 kg的物體舉高0.02 m所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一樣細(xì)小的粉塵后，其表面能可達(dá)2.7×106 J，即相當(dāng)于把同樣重的物體舉高2 700 m所做的功，表面能竟增大了1 000萬倍！由于粉塵具有這么高的表面能，同大塊的物料相比，它就很容易發(fā)生物理變化或化學(xué)變化將其能量釋放出來。這個道理就好似汽車發(fā)動機(jī)會將燃油霧化后再燃燒產(chǎn)生的能量要遠(yuǎn)高于將燃油直接燃燒產(chǎn)生的能量一樣。所以，這些平時看起來微不足道的細(xì)小粉塵一遇適宜的條件，與空氣充分混合，遇火后，它就會迅速地發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，在瞬間放出巨大的能量——粉塵爆炸也就隨之發(fā)生（圖2）。

3 什么樣的粉塵容易爆炸

1977年12月22日中午，一聲驚天動地的爆炸聲在美國威斯威科市響起，方圓十幾公里的居民明顯地感覺到爆炸時巨大的沖擊波引起的震動，建筑物上的玻璃窗紛紛震落下來。是什么發(fā)生了爆炸？被突如其來的爆炸嚇蒙了的人們實(shí)在想不出來。要知道，威斯威科市是一個僅有數(shù)萬人口的小城市，此地既沒有軍隊的彈藥倉庫，也沒有易燃易爆的工廠?。∪藗儗⒀酃鈷呦蛄吮晜鱽淼姆较?。那里升騰起了10多層樓房高的火柱，而且，有大朵蘑菇狀的煙云正在升起。那情景，就像發(fā)生了原子彈爆炸。被此情景驚駭?shù)娜藗兏右苫蟛唤饬耍耗抢锸且蛔A存面粉的糧庫啊，面粉怎么可能發(fā)生爆炸呢？

粉塵和其他物質(zhì)一樣具有一定能量。由于粉塵的粒徑小，表面積大，從而其表面能也增大。粉塵與空氣混合，能形成可燃的混合氣體，若遇明火或高溫物體，極易著火，頃刻間完成燃燒過程，釋放大量熱能，使燃燒氣體驟然升高，體積猛烈膨脹，形成很高的膨脹壓力。燃燒后的粉塵，氧化反應(yīng)十分迅速，它產(chǎn)生的熱量能很快傳遞給相鄰粉塵，從而引起一系列連鎖反應(yīng)。粉塵爆炸往往不止于一次，極有可能發(fā)生二次甚至三次爆炸。第一次爆炸把沉積在地面上、設(shè)備上的粉塵吹起來，而爆炸后短時間內(nèi)，爆炸中心會形成負(fù)壓，把周圍新鮮空氣吸進(jìn)來，與揚(yáng)起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時，粉塵的濃度一般比較高，所以威力會更大。粉塵發(fā)生爆炸必須具備一定的條件：

（1）粒徑大小——這是影響其反應(yīng)速度和靈敏度的重要因素。顆粒越小越易燃燒，爆炸也越強(qiáng)烈。粒徑在200 μm以下，且分散度較大時，易于在空中飄浮，吸熱快，容易著火。

（2）化學(xué)成分——有機(jī)物粉塵中若含有COOH、OH、NH2、NO、C=N、C=N和N=N的基團(tuán)時，發(fā)生爆炸的危險性較大。

（3）爆炸濃度——在一個給定容積中，能夠傳播火焰的懸浮粉塵的最小重量稱為爆炸濃度。通常，達(dá)到粉塵爆炸濃度的粉塵才會發(fā)生爆炸。

（4）空氣濕度——當(dāng)空氣濕度較大時，親水性粉塵會吸附水分，從而使粉塵難以彌散和著火，傳播火焰的速度也會減小。

（5）有足夠的點(diǎn)火溫度——粉塵爆炸大都起源于外部明火，如機(jī)械撞擊，電焊和切割，靜電火花或電火花，摩擦火花，火柴和高溫體傳熱等。

（6）足夠的氧氣——粉塵懸浮環(huán)境中需含有足夠維持燃燒的氧氣。

看完上面的內(nèi)容后，我們來看一下美國威斯威科市糧庫的爆炸原因：威斯威科市糧庫有著幾十個高大的貯糧倉。面粉入庫時，要經(jīng)過提升塔從平地提升到高處，再由皮帶運(yùn)輸機(jī)分配到各貯糧倉去。那天中午，一批面粉正在進(jìn)倉，提升塔的皮帶運(yùn)輸機(jī)“吱吱”地響著，源源不絕地將面粉送入。長時間運(yùn)行的皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中因為摩擦生熱，引起面粉粉塵著火，緊接著就形成了爆炸。那大朵蘑菇狀的煙云，乃是大量面粉粉塵受到爆炸的激蕩而形成的。這次爆炸，炸死了36人，重傷9人，有48個貯糧倉的大糧庫被夷為平地，連附近的一座辦公樓也徹底炸毀。聞此兇信的人們不禁為之咋舌：小小粉塵發(fā)起脾氣來竟是這樣的厲害?。▓D3）

4 如何防止粉塵爆炸

防止粉塵爆炸第一步，了解你的工廠的粉塵，我們需要了解每一種工廠所使用的物質(zhì)的粉塵的參數(shù)：點(diǎn)燃溫度（Inflammable）、極限氧濃度（LOC）、粉塵爆炸極限濃度、粉塵的粒徑、環(huán)境濕度、最小引燃能量（MIE）、最低著火溫度（MIT）這些參數(shù)將有助你制定接下來的工作。

第二步，按照粉塵爆炸的可能性為工廠劃分區(qū)域：

分區(qū)22：爆炸危害僅短期存在；如< 10 h/年。

分區(qū)21：爆炸危害存在于正常操作中；例如每年10 h～1 000 h。

分區(qū)20：爆炸危害長期持續(xù)存在；如>1 000 h/年。

防止粉塵爆炸第二步，控制粉塵，將工廠環(huán)境的粉塵濃度控制在一個絕對安全的值內(nèi)，如<5 mg/m3，要注意的是，飼料廠一般使用大型的脈沖除塵裝置來除塵，對于這些設(shè)備，內(nèi)部的粉塵一定會超過安全值，所以要確保這些設(shè)備內(nèi)部不會有引燃源，我們可以用防靜電的過濾袋，并將設(shè)備的外殼接地以及將傳動部分設(shè)計在設(shè)備外部等措施來防止引燃源的產(chǎn)生。

第三步，確保您的工廠所使用的電機(jī)的防護(hù)等級不低于IP54，照明源及其它的電器具有防塵或防爆的能力。吸塵器在使用前請將外殼接地，保持工廠的環(huán)境衛(wèi)生等。

最后，管理層要經(jīng)常巡檢上工作是否落實(shí)，形成制度?？傊?，只要我們注意除塵和杜絕火種，悲劇是可以避免的。

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