粉塵爆炸的成因及安全管理對策

夏杰

摘 要：隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)企業(yè)數(shù)量和規(guī)模在逐年增加，安全生產(chǎn)問題也給企業(yè)、政府和社會帶來壓力和挑戰(zhàn)。在一些企業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備在不斷地更新，對粉塵爆炸控制的措施也在不斷地加強(qiáng)，但粉塵爆炸事故仍有上升的趨勢。主要是因為：能產(chǎn)生爆炸危險的粉狀固體物料處理量的大量化，隨著技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展出現(xiàn)一些新的可燃粉塵物質(zhì)，以及粉塵的燃燒特性、工藝操作特性等因素所造成的。粉塵爆炸不僅多發(fā)于石油、化工、冶金、機(jī)械、輕紡等工業(yè)企業(yè)，煤炭企業(yè)、食品加工企業(yè)中也較為常見。因此掌握粉塵爆炸事故的成因、特點和處置對策對于安全管理來說具有十分重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：粉塵；爆炸；安全；管理

1 概述

2014年8月2日，江蘇昆山市開發(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)生爆炸，造成了75人死亡，185人受傷的特別重大安全生產(chǎn)事故。主要原因是汽車輪轂拋光車間粉塵濃度超標(biāo)，遇到火源發(fā)生爆炸。這次事故再次給我們敲響安全警鐘。

應(yīng)該說，自2010年以來，中國各地粉塵爆炸開始頻頻發(fā)生。在此次昆山爆炸之前的2012年8月，溫州郭溪曾發(fā)生一起拋光爆炸事件；2011年年4月初，浙江一家摩托車廠的零件拋光車間發(fā)生了粉塵爆炸，4月底，該省另外一家木材廠，也發(fā)生粉塵爆炸；而在2010年河北秦皇島市的一個淀粉車間的粉塵爆炸，最終造成了19人死亡。

在人類歷史上，粉塵爆炸伴隨著工業(yè)化的進(jìn)展而越來越頻繁。最先一波爆炸，都出現(xiàn)在較為發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，比如美國、英國、日本。據(jù)統(tǒng)計，1913年至1973年間美國僅工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，就發(fā)生過72次比較嚴(yán)重的粉塵爆炸事故。而在英國和加拿大的化工和造紙等行業(yè)中，從上個世紀(jì)開始也發(fā)生過多起粉塵爆炸事故，僅英國就243次，死傷204人。1966年，日本橫濱飼料廠的玉米粉塵爆炸，引起累積性連鎖燃燒，使整個粉塵爆炸前沒有任何征兆，其后果卻會使建筑毀于一旦。而能導(dǎo)致粉塵爆炸的情況很多，從農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲存和運輸以及工業(yè)廢物的產(chǎn)生，到藥物、食品、有機(jī)、無機(jī)物的生產(chǎn)等眾多的工業(yè)生產(chǎn)過程中，粉塵的爆炸時有發(fā)生，危害性極大。

2 粉塵爆炸事故的特點

粉塵爆炸，指粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源（明火或溫度），火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射，具有很強(qiáng)的破壞力。

粉塵爆炸多在伴有鋁粉、鋅粉、、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機(jī)合成藥品的中間體、小麥粉、糖、木屑、染料、膠木灰、奶粉、茶葉粉末、煙草粉末、煤塵、植物纖維塵等產(chǎn)生的生產(chǎn)加工場所。粉塵是被破碎成細(xì)小顆粒的固體物質(zhì)。固體物質(zhì)被粉碎成粉塵以后，其燃燒特性有了很大變化。原來是不燃物質(zhì)可能變成可燃物質(zhì)，原來是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì)，在一定條件下就可能發(fā)生爆炸。粉塵爆炸是工業(yè)企業(yè)防火工作中不可忽視的重要問題，我國幾乎每年都有粉塵爆炸的事故發(fā)生，而且還常常引發(fā)重大、特別重大火災(zāi)。在這些事故中，最嚴(yán)重的是鋁粉塵爆炸；其它發(fā)生爆炸事故較多的粉塵還有煤粉、飼料粉、塑料粉、鈦酸酐粉、木粉等。

3 粉塵爆炸的事故機(jī)理分析

粉塵的爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成的：第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾或氣化而產(chǎn)生出可燃?xì)怏w；第二步是可燃?xì)怏w與空氣混合而燃燒；第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導(dǎo)和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著每個循環(huán)的逐次進(jìn)行，其反應(yīng)速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應(yīng)以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展?？扇挤蹓m具有燃燒的特性，也具有爆炸的特性，粉塵的燃燒主要取決于粉塵的干燥程度和粒度大小兩個因素，粉塵越干燥、粒度越小，則越容易產(chǎn)生燃燒和爆炸。例如沉積在加熱表面上的粉塵，由于高溫作用，經(jīng)過一段時間后會發(fā)生陰燃，而且最易發(fā)生陰燃的粉塵層厚為10-20mm，沉積的陰燃粉塵甚至在極輕微的震動下也能引起著火和爆炸。某些可燃粉塵在沉積狀態(tài)下具有自燃的特性是由于某些物質(zhì)在微粒粉碎狀態(tài)下與空氣接觸時會吸附氧，并在一定條件下其粉層內(nèi)溫度上升，當(dāng)熱量不能充分散發(fā)時，溫度即可繼續(xù)升高而引起自燃。粉塵的自燃性不僅取決于粉層的厚度、氣流方向及其風(fēng)力、空氣溫度，而且還與粉塵顆粒的細(xì)度和結(jié)構(gòu)、細(xì)孔的內(nèi)外表面積等因素有關(guān)。各種不同的混雜物能對粉塵的自燃性產(chǎn)生極大的影響。例如，含油和含脂物質(zhì)的摻合料，就能促進(jìn)粉塵的自燃。粉塵的燃燒速度比氣體的要小，由于其燃燒時間長及產(chǎn)生的能量大，所以造成的破壞及燒毀的程度嚴(yán)重得多。這是因為粉塵中的碳、氫含量高，即可燃物含量多。如果按產(chǎn)生能量的最高值進(jìn)行比較，粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍，溫度可達(dá)2000—3000℃以上，最大爆炸壓力為345—690kPa。粉塵燃燒要經(jīng)過加熱熔融、離解、蒸發(fā)等復(fù)雜過程，粉塵從接觸火源到發(fā)生爆炸所需的時間即感應(yīng)期要比氣體爆炸長，達(dá)數(shù)十秒。粉塵爆炸感應(yīng)期長使得有可能探測爆炸的苗頭。粉塵爆炸能引起建筑物其它部位的粉塵再次爆炸。第一次爆炸所揚起的沉積粉塵，其濃度往往比第一次爆炸時的粉塵濃度還要大，再加上粉塵爆炸中心空氣受熱膨脹，密度變稀，經(jīng)過一個極短時間后形成負(fù)壓區(qū)，新鮮空氣向爆炸中心逆流，與新?lián)P起的粉塵重新組成爆炸性粉塵而發(fā)生第二次爆炸。而且第二次爆炸壓力比第一次爆炸壓力大，破壞性更嚴(yán)重。粉塵爆炸由于時間短，容易引起不完全燃燒，燃燒產(chǎn)物中含有大量一氧化碳，容易使人員中毒，因此粉塵爆炸毒性比較大。

4 國內(nèi)外粉塵爆炸典型案例分析

案例一：“8·2昆山工廠爆炸”案。2014年8月4日晚，國務(wù)院昆山爆炸事故調(diào)查組對事故作出判定，總結(jié)出5大原因，認(rèn)為昆山爆炸事故是一起重大責(zé)任事故，事故的責(zé)任主體是中榮公司，原因在于企業(yè)存在問題和隱患長期沒有解決，粉塵濃度超標(biāo)，遇到火源，發(fā)生爆炸。爆燃是由爆炸粉塵被引燃引發(fā)，這些物質(zhì)附著性較強(qiáng)，裹在人身上難以甩脫。事故導(dǎo)致大部分人燒傷面積超過90%，傷勢最輕的燒傷面積也超過50%，幾乎所有人都是深度燒傷。

調(diào)查組總結(jié)的五點原因：1、企業(yè)廠房沒有按二類危險品場所進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)，違規(guī)雙層設(shè)計建設(shè)生產(chǎn)車間，且建筑間距不夠。2、生產(chǎn)工藝路線過緊過密，2000平方米的車間內(nèi)布置了29條生產(chǎn)線，300多個工位。3、除塵設(shè)備沒有按規(guī)定為每個崗位設(shè)計獨立的吸塵裝置，除塵能力不足。4、車間內(nèi)所有電器設(shè)備沒有按防爆要求配置。5、安全生產(chǎn)制度和措施不完善、不落實，沒有按規(guī)定每班按時清理管道積塵，造成粉塵聚集超標(biāo)；沒有對工人進(jìn)行安全培訓(xùn)，沒有按規(guī)定配備阻燃、防靜電勞保用品；違反勞動法規(guī)，超時組織作業(yè)。

案例二：1999年2月，美國麻薩諸塞州的某鑄造廠發(fā)生一起火災(zāi)爆炸案。美國職業(yè)安全衛(wèi)生署（OSHA）與州及當(dāng)?shù)卣畬Υ舜问鹿手毙新?lián)合調(diào)查。聯(lián)合調(diào)查報告指出，火災(zāi)起因于未知點火源引燃?xì)つｈT造機(jī)（shell molding machine），再借由灌入鑄造造機(jī)而形成大量沉積的酚醛樹酯粉塵原料蔓延至通風(fēng)系統(tǒng)的導(dǎo)管。小型的初始爆燃（deflagration）先于導(dǎo)管內(nèi)發(fā)生，并使粉塵在導(dǎo)管外開始沉降。接踵而至的粉塵氣云成為了二次爆炸所需的燃料，而二次爆炸的威力足以掀起屋頂并造成墻壁損毀。

聯(lián)合調(diào)查報告中所列的事故原因，包括下列缺失項目：1、控制粉塵累積方面管理不善；2、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計存在缺陷；3、火爐的維護(hù)不善；4、設(shè)備缺乏有效的安全裝置。

案例三：2003年1月，美國北卡羅來納州的某制藥廠發(fā)生一起火災(zāi)爆炸案。破壞力極大的火災(zāi)爆炸毀壞一家位于北卡羅來納州以生產(chǎn)合成橡膠制藥物傳遞元件的制藥廠，造成6名員工死亡，38名人員受傷，其中包括2名消防隊員。美國化學(xué)安全與危害調(diào)查委員會負(fù)責(zé)調(diào)查化學(xué)品事故，公布最終報告，結(jié)論為可燃性聚乙烯粉塵的累積于天花板上而引起爆炸，并沒有確定是何種原因引燃初始火災(zāi)，或粉塵是如何在隱蔽的天花板空間內(nèi)散布而產(chǎn)生爆炸性氣云。爆炸嚴(yán)重毀損此座工廠，造成附近工廠輕微損害。

美國化學(xué)安全與危害調(diào)查委員會指出事故原因，包括下列缺失項目：1、沒有進(jìn)行危險評估；2、對危害認(rèn)識不足；3、工程管理不善。

5 預(yù)防粉塵爆炸的安全管理對策

預(yù)防粉塵爆炸的主要對策是首先應(yīng)該是排除形成粉塵-空氣爆炸性混合物的可能性和杜絕火源。裝置、管道和設(shè)備的受熱表面經(jīng)常是燃燒的點火源，因此設(shè)備的表面溫度不允許過高。任何條件下，設(shè)備的表面溫度都應(yīng)稍低于粉塵層的陰燃溫度。另處，可燃粉塵在破碎機(jī)、粉碎設(shè)備、風(fēng)管和其它帶攪拌裝置的設(shè)備中，經(jīng)常因打出的火花而引爆，因而上述設(shè)備的零件必須用不產(chǎn)生火花的材料制造。

⑴防止粉塵沉積和及時清理粉塵。對于處理粉料的設(shè)備或場所，要防止泄漏而使粉塵到處飛揚，尤其應(yīng)將易于產(chǎn)生粉塵的設(shè)備隔離設(shè)置在單獨房間內(nèi)，并設(shè)專門的保護(hù)罩和局部排風(fēng)罩或考慮吸塵裝置。此外，要及時清理沉積于廠房內(nèi)各角落、設(shè)備、電纜和管道上的粉塵。一般說來，這是一項技術(shù)上困難，并非經(jīng)常能夠順利解決。清理前必須濕潤粉塵，遇有不能用水濕潤的粉塵，應(yīng)該用機(jī)械除塵法，例如用抽氣法定期清除粉塵，保持操作環(huán)境的清潔。當(dāng)然，從改進(jìn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝入手，消除和減少粉塵向廠房內(nèi)擴(kuò)散是最根本的措施。

⑵加強(qiáng)管理，消除粉塵爆炸的點火源。由前述分析可知，粉塵爆炸的點火源有多種，必須根據(jù)操作環(huán)境可能出現(xiàn)的點火源種類進(jìn)行針對性預(yù)防。例如，面粉加工廠的磨面機(jī)中混入金屬或砂石碎塊，就會打出火花而造成粉塵爆炸，為此，在凈麥等前處理工序就應(yīng)加強(qiáng)操作管理，避免能造成點火源的金屬等硬物混入磨面工序，尤其要注意磁鐵失效問題。

⑶避免設(shè)備中粉塵爆炸。對于設(shè)備內(nèi)極易形成粉塵-氣體爆炸混合物的操作，在設(shè)備中充入惰性介質(zhì)、降低系統(tǒng)中的氧含量是目前防止設(shè)備爆炸的唯一可靠方法。在這種情況下，粉塵-空氣混合物中的氧含量會減少至火焰不能傳播的數(shù)值。惰性介質(zhì)可以采用氮氣、二氧化碳、煙道氣和用惰性氣體稀釋到必要最低含氧量的空氣或其它工業(yè)廢氣以及惰性粉塵等。

6 粉塵爆炸事故的應(yīng)急措施

萬一發(fā)生粉塵爆炸，一定要尋求科學(xué)合理應(yīng)急處置方案。撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒，又可濕潤未燃粉塵，驅(qū)散和消除懸浮粉塵，降低空氣濃度，但忌用直流噴射的水和泡沫，也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。對一些金屬粉塵（忌水物質(zhì)）如鋁、鎂粉等，遇水反應(yīng)，會使燃燒更劇烈，因此禁止用水撲救?？梢杂酶缮?、石灰等（不可沖擊）；堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后內(nèi)部可能還陰燃，也因引起足夠重視；對于面積大、距離長的車間的粉塵火災(zāi)，要注意采取有效的分割措施，防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發(fā)連鎖爆炸。

7 結(jié)語

粉塵并不可怕，可怕的是不懂安全管理知識，不嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)法律法規(guī)和安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范和安全生產(chǎn)的責(zé)任心和安全生產(chǎn)意識的淡薄。掌握了粉塵爆炸的機(jī)理，就可據(jù)以采取相應(yīng)的安全措施，如密閉設(shè)備，通風(fēng)除塵，抽風(fēng)吸塵、潤濕降塵、清掃積塵、控制電源，清除靜電隔絕火源等。在撲救粉塵的火災(zāi)中，應(yīng)注意不要使沉積粉塵飛揚起來，最好采用噴霧水流，以防發(fā)生二次爆炸。隨著塑料、有機(jī)合成、粉末冶金及糧食加工等工業(yè)不斷發(fā)展，粉塵的種類和產(chǎn)生量也在急劇增加，加之操作工藝的自動化、連續(xù)性，粉塵爆炸的潛在危險性大大增加，預(yù)防粉塵爆炸有較高的現(xiàn)實意義。因此，在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格執(zhí)行國家的技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程，落實各項安全規(guī)章制度，避免粉塵爆炸事故的發(fā)生。為有效防止粉塵爆炸事故的發(fā)生，生產(chǎn)可燃粉塵的工廠或車間的建設(shè)和管理及操作，要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB15577-2007《粉塵防爆安全規(guī)程》技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，從而保障社會經(jīng)濟(jì)健康、持續(xù)、穩(wěn)定和快速發(fā)展。

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