生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵防爆

近年來，隨著粉體制造加工企業(yè)越來越多，尤其是工貿(mào)行業(yè)中涉及產(chǎn)生粉塵的工藝環(huán)節(jié)越來越多，由于管理缺陷、安全意識薄弱、粉塵爆炸科學(xué)知識缺乏等原因，粉塵爆炸事故頻發(fā)。科學(xué)合理地評估粉塵爆炸風(fēng)險性，一直是企業(yè)和政府各級安全生產(chǎn)監(jiān)管部門當前應(yīng)高度重視和關(guān)注的熱點。受廣東省安全生產(chǎn)監(jiān)管部門和企業(yè)委托，廣州特種機電設(shè)備檢測研究院、國家防爆設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（廣東）（以下簡稱“CQCEX”）通過對廣東省不同區(qū)域的粉塵涉爆場所進行現(xiàn)場檢查，系統(tǒng)地建立了一整套適用于粉體加工、工藝涉及粉塵產(chǎn)生的企業(yè)的爆炸風(fēng)險評估流程，科學(xué)地給出爆炸風(fēng)險等級，提出相應(yīng)的粉塵爆炸防護措施，從而既避免因“草木皆兵”而草率“關(guān)?！?，又避免因“心存僥幸”而釀成慘禍。

評估流程

粉塵爆炸是指一定濃度的可燃性粉塵和空氣混合物（粉塵云）分散在相對密閉的空間中，被適當?shù)狞c火能量點燃后，發(fā)生爆炸而造成嚴重破壞的現(xiàn)象。通常認為，工業(yè)爆炸均應(yīng)該具備三大必要條件：可燃性物質(zhì)、氧化劑和點燃源，即俗稱的“爆炸三要素”。工業(yè)粉塵爆炸亦不例外，但是要真正發(fā)生爆炸還需要若干個充分條件，例如，粉塵與空氣均勻混合形成粉塵云，粉塵濃度達到爆炸極限，足夠的氧濃度，點燃源具備足夠的溫度（或能量），且處于相對密閉的空間等，所以行業(yè)中有時也有粉塵爆炸“五要素”甚至“六要素”等的說法，其本質(zhì)是一樣的。對于每個單獨的粉塵涉爆場所，粉塵爆炸風(fēng)險評估流程具體步驟見圖1。

粉塵防爆檢測檢驗

粉塵爆炸風(fēng)險評估的基礎(chǔ)是對粉塵制造加工企業(yè)的危險源進行辨識，危險源辨識的內(nèi)容包括對涉粉場所不同生產(chǎn)工藝的粉塵類型采樣、粉塵著火敏感程度參數(shù)測試檢測，以及引發(fā)爆炸的危險性環(huán)境的檢驗。

粉塵爆燃特性參數(shù)測試

衡量粉塵著火敏感，需通過實驗儀器對粉塵爆燃特征參數(shù)的研究。CQCEX已按照ISO和IEC標準，建立了國際先進的粉塵爆炸測試實驗室，實驗室儀器已具備對粉塵爆燃特性的測試要求。圖2分別為1 m3粉塵爆炸測試裝置、粉塵云最小點火能測試裝置、粉塵爆炸篩選測試裝置和自燃點測試裝置。

粉塵涉爆場所現(xiàn)場檢驗

根據(jù)國家有關(guān)法規(guī)、標準，CQCEX專門設(shè)計了《工貿(mào)行業(yè)粉塵涉爆危險企業(yè)風(fēng)險評估信息表》，檢查表分為通用部分和作業(yè)場所防爆安全檢查部分。

第一，通用部分。檢查項目設(shè)置為建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)與布局、爆炸危險場所、防爆電氣設(shè)備、防雷防靜電、通風(fēng)、除塵系統(tǒng)、作業(yè)安全等。

江蘇昆山“8·2” 特別重大爆炸事故、內(nèi)蒙古根河“1·31” 較大粉塵爆炸事故，均是由除塵器起火導(dǎo)致，因此通風(fēng)、除塵系統(tǒng)應(yīng)細致檢驗，檢查要點說明見表1。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況來看，企業(yè)所選用的除塵系統(tǒng)典型不符合項有：集塵器放在室內(nèi)，除塵管道選用PVC塑料管或方形界面磚砌巷道、管道布置雜亂交錯等（見圖3）。

根據(jù)現(xiàn)場情況來看，企業(yè)對防爆電氣設(shè)備的認識不足，大部分企業(yè)未安裝防爆電氣設(shè)備，或者選用假冒偽劣產(chǎn)品等（見圖4）。因此，在檢驗中應(yīng)加大對GB12476-2013《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備》標準的普及和防爆電氣設(shè)備的規(guī)范化。

對于作業(yè)安全檢查要點，主要有：嚴格執(zhí)行明火管理制度；作業(yè)安全強調(diào)清掃工作需及時、徹底，嚴防粉塵堆積，清掃和維修時使用防爆工具，嚴禁使用壓縮空氣正壓吹掃（見表2）。

第二，作業(yè)場所防爆安全檢查部分。按照不同行業(yè)工藝的特點，增加作業(yè)場所防爆安全檢驗，其中涉及的作業(yè)場所分為鋁鎂粉加工系統(tǒng)、木材加工系統(tǒng)和糧食加工、儲運、飼料加工系統(tǒng)。具體安全檢查內(nèi)容如圖6所示。這一部分是企業(yè)中最常見的不符合項，也是最難以整改的不符合項。主要原因是上述行業(yè)雖然均有相應(yīng)的粉塵防爆安全規(guī)程，但是相應(yīng)的工藝設(shè)備，例如木工機械、糧食加工機械、金屬制品刨工打磨等設(shè)備，因歷史原因在設(shè)計中均未考慮防爆危險性。

風(fēng)險評定

對于每個單獨的粉塵涉爆場所，在對現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的危險源進行識別后，需要對危險源引發(fā)粉塵爆炸的可能性和造成的損失程度進行量化風(fēng)險評估，即風(fēng)險評估的重點在于對風(fēng)險可能性和后果嚴重度分析。

風(fēng)險可能性分析

首先，確定易燃性或可燃性粉塵的爆燃特性參數(shù)。易燃性或可燃性粉塵被看作是能夠形成爆炸危險性環(huán)境的物質(zhì)，它們與空氣的混合物一旦被有效點燃源點燃后，能夠自行傳播爆炸，與之有關(guān)的潛在危險就釋放出來。此時，風(fēng)險評估的第一步要求是對現(xiàn)場粉塵的點燃特性、點燃要求和爆炸特性進行實驗研究。

其次，確定可能出現(xiàn)的爆炸性環(huán)境以及出現(xiàn)的量。爆炸危險性環(huán)境是粉塵發(fā)生爆炸的基本前提，爆炸性環(huán)境的出現(xiàn)取決于工作環(huán)境可燃性粉塵的產(chǎn)生量、擴散程度，以及可燃性粉塵與空氣混合后濃度是否在爆炸極限內(nèi)。在實際應(yīng)用中，根據(jù)粉塵釋放源的位置和釋放的可能性進行分區(qū)，從而方便對爆炸危險性環(huán)境的評估。

最后，確定爆炸性環(huán)境的點燃源和點燃的可能性。點燃源是促進粉塵爆炸發(fā)生及發(fā)展的動力因素。工業(yè)生產(chǎn)過程中潛在的點燃源類型有13種，其中常見的點燃源有熱表面、火焰和氣體、機械產(chǎn)生的火花、電氣裝置、靜電和自燃。點燃源點燃爆炸危險性環(huán)境的能力與可燃性粉塵的點燃特性有關(guān)。

后果嚴重度分析

如果發(fā)生粉塵爆炸事故，其破壞效應(yīng)與爆炸過程產(chǎn)生的沖擊波、碎片和火焰、熱輻射、毒性危害有關(guān)。粉塵爆炸過程連鎖反應(yīng)明顯，災(zāi)難性破壞來自于二次爆炸和其他次生爆炸。評估爆炸后果嚴重度只能是針對每種具體的情況，對人員預(yù)期到的損傷或物體預(yù)期造成的破壞及受危險危及的場所的大小進行評定。

粉塵爆炸預(yù)防措施

粉塵爆炸防護措施分為兩類：一類是預(yù)防性措施，即通過控制和消除爆炸事故發(fā)生的條件，以減少或避免爆炸事故的發(fā)生；另一類是防護性措施，即通過控制爆炸破壞力的形成，以減輕粉塵爆炸事故的后果，即損失的嚴重程度。粉塵爆炸預(yù)防和防護性原理如圖7所示。

根據(jù)粉塵爆炸的要素，有些條件在生產(chǎn)中難以消除，而下面提到的前三個條件是可以控制的。預(yù)防粉塵爆炸的關(guān)鍵即消除“可燃性粉塵”“氧化劑”“點火源”中一個或多個要素。

第一，消除點火源。粉塵爆炸必須要有足夠的點火能量，因此通過對點火源的預(yù)防，可以有效地防止粉塵爆炸事故的發(fā)生。點火源分為可預(yù)見點火源和不可預(yù)見點火源。其中焊接火焰、煙頭、明火等為可預(yù)見的點火源，這些點火源易于通過安全管理消除。如凡是產(chǎn)生可燃性粉塵的場所，均應(yīng)列為禁火區(qū)，控制非生產(chǎn)性明火的使用，制定動火作業(yè)制度，并嚴格執(zhí)行。

不可預(yù)見的點火源有機械火花、熱表面、靜電、電氣火花等，是預(yù)防粉塵爆炸的重中之重。預(yù)防電氣火花的產(chǎn)生，主要是通過定期檢查電氣設(shè)備，防止其線路老化、短路?；蛘哌x用粉塵防爆電氣設(shè)備，替代一些易發(fā)生故障的設(shè)備設(shè)施?？刂旗o電的產(chǎn)生和電荷積聚的有效途徑是依照GB 12158-2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》標準，進行生產(chǎn)工藝的防靜電設(shè)計，對工藝流程中材料的選擇、裝備安裝和操作管理等過程采取預(yù)防措施。

另外，在有條件的生產(chǎn)加工車間，可以安裝火花探測和熄滅系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常安裝在除塵管道上，在探測到點火源后，用適量的水霧或其他惰性介質(zhì)將火花熄滅。江蘇昆山“8·2” 特別重大爆炸事故，是一起典型除塵系統(tǒng)的粉塵未及時清掃，粉塵濃度達到爆炸極限，遇到鋁粉受潮，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，引發(fā)除塵系統(tǒng)及車間的系列爆炸。

大量的粉塵爆炸事故發(fā)生在維護和清理期間，常常在設(shè)備不運作時工藝規(guī)程含糊不清，維修人員也經(jīng)常忽略停車期間殘留粉塵產(chǎn)生的危險。此時應(yīng)注意選擇正確的工具，不可以使用在維修時產(chǎn)生沖擊或摩擦起火花的工具。2010年2月24日秦皇島驪驊淀粉廠爆炸事故，淀粉車間4名工人在清理和維修振動篩時，使用鐵質(zhì)工具，作業(yè)中撞擊引發(fā)的機械火花，引燃了處于爆炸濃度范圍的玉米淀粉粉塵云，繼而引發(fā)整個車間內(nèi)積累的粉塵層二次爆炸，產(chǎn)生毀滅性破壞。

第二，控制可燃性粉塵。只有當可燃性粉塵與空氣混合達到爆炸極限濃度，才會有爆炸危險。在實際生產(chǎn)中，可盡量消除可燃性粉塵或合理控制空氣中的粉塵濃度。采取的措施有：首先，保障處理粉料的設(shè)備、容器和輸送系統(tǒng)具有良好的密閉性能，盡可能防止粉塵從設(shè)備中泄漏。其次，消除粉塵或縮小粉塵擴散范圍，降低可燃粉塵的濃度。如安裝有效的通風(fēng)和除塵系統(tǒng)，加強通風(fēng)排塵和抽風(fēng)排塵。最后，防止粉塵在工作面、設(shè)備表面的堆積，采取正確的清掃方法。如可燃性粉塵車間宜采用負壓清掃，禁止使用壓縮空氣清掃；清掃工具應(yīng)當無火花、防靜電和防揚塵；清掃位置多注意死角之處，如高處、墻壁、管道和設(shè)備表面、地面等。

第三，限制氧含量。限制氧含量的方法是依據(jù)惰性氣體保護原理。惰化防爆是一種防爆技術(shù)措施，通過向可燃粉塵和空氣混合物中人為加入一定量的惰化介質(zhì)，如氮氣、二氧化碳等，使混合物中的氧濃度或粉塵云濃度低于其不發(fā)生爆炸所允許的最大值。但是惰性防爆不利于工作人員的身體健康，一般使用在密閉條件好、內(nèi)部無人作業(yè)的筒倉等設(shè)備中。

粉塵爆炸保護技術(shù)

預(yù)防技術(shù)用來完全消除粉塵爆炸的發(fā)生肯定是不可能的。因此必須對存在可燃性粉塵爆炸風(fēng)險的任何場所，采用粉塵爆炸保護技術(shù)，從而減少爆炸事故帶來的嚴重損失。

第一，泄爆。泄爆是指在粉塵云發(fā)生爆炸初始及發(fā)展階段，通過在包圍體上，人為開設(shè)泄壓口的方法，將高溫、高壓燃燒產(chǎn)物和未燃物料朝安全方向泄放出去，使包圍體本身及周圍環(huán)境免遭破壞的一種爆炸防護技術(shù)。因成本低和易于實現(xiàn)等顯著優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。但是泄壓標準中泄壓面積的計算方法只適用于單個的設(shè)備。

第二，隔爆。對于管道相連的設(shè)備，應(yīng)采取隔爆措施，隔爆是在爆炸發(fā)生后，通過物理化學(xué)作用撲滅火焰，阻止爆炸傳播，從而將爆炸限制在一定范圍。

第三，抑爆。爆炸抑制主要適用于不允許進行爆炸泄壓的情況，爆炸抑制是在爆炸燃燒火焰發(fā)生顯著加速的初期，通過噴灑抑爆劑的方法，來抑制爆炸作用范圍及猛烈程度，使設(shè)備內(nèi)爆炸壓力不超過其耐壓強度，避免設(shè)備遭到損壞或人員傷亡的防爆技術(shù)。

〔作者簡介：王新華，博士，教授級高工，國家防爆設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（廣東）常務(wù)副主任，全國防爆電氣設(shè)備標準化技術(shù)委員會防爆電器分技術(shù)委員會副秘書長，現(xiàn)從事防爆設(shè)備檢測認證及工業(yè)爆炸風(fēng)險評估?！?/p>

編輯 包冬冬