卷煙工廠生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中煙草粉塵爆炸危險(xiǎn)性檢測(cè)試驗(yàn)分析

文 / 劉彬 毛華初 張智勇

1 2 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，安全管理部，長(zhǎng)沙市萬(wàn)家麗中路三段188號(hào) 410014；

3 湖南中煙常德卷煙廠，安保法規(guī)部，常德市洞庭大道西段199號(hào) 415000；

前言

煙草纖維屬于ⅢA非導(dǎo)電可燃性飛絮，高溫表面堆積粉塵層（5mm）的引燃溫度為290℃，粉塵云的引燃溫度為485℃，無(wú)爆炸下限數(shù)據(jù)，粉塵平均粒徑50-100微米[1]。根據(jù)企業(yè)當(dāng)前煙草粉塵防爆存在的主要問(wèn)題，急需對(duì)企業(yè)粉塵現(xiàn)狀進(jìn)行深入研究，尤其是爆炸危險(xiǎn)參數(shù)的測(cè)試，從而為制定防爆炸針對(duì)性措施提供依據(jù)。

本文擬對(duì)煙草生產(chǎn)產(chǎn)生的煙草粉塵進(jìn)行爆炸性能試驗(yàn)，并對(duì)粉塵粒徑、形狀、水分進(jìn)行檢測(cè),以探討其爆炸特性的關(guān)鍵影響因素，為做好實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程粉塵安全防護(hù)措施提供依據(jù)。

1 生產(chǎn)工藝

卷煙生產(chǎn)主要包括卷煙配方、卷煙制絲、煙支制卷、卷煙包裝工藝。其中涉及粉塵的生產(chǎn)流程及工藝有煙葉拆包、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)，切塊、切絲、烘絲、煙絲流動(dòng)、烘梗、卷煙、煙絲膨脹切葉以及人工清掃作業(yè)等。

2 檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 樣品的選取

卷煙廠除塵系統(tǒng)，基本流程相同，煙草加工設(shè)備自帶除塵管道，與除塵器連接，煙草塵落入收塵斗，除塵房主管道設(shè)防火閥，收塵斗采用連續(xù)鎖氣卸灰，經(jīng)螺旋輸送機(jī)推送至壓棒料倉(cāng)，壓棒后集中處理。除塵器、螺旋輸送機(jī)、壓棒是粉塵集中場(chǎng)所，因此在除塵器內(nèi)布袋外壁、螺旋輸送機(jī)、壓棒設(shè)取樣點(diǎn)。

2.2 樣品形貌

2.2.1 一般形貌

共取樣品48個(gè)，大部分樣品以顆粒為主，雜少量絲狀。樣品外觀見圖2.2.1-1形貌圖。

圖2.2.1-1電鏡掃描放大200、500倍后的圖片見圖2.2.1-2。

2.2.2 異常形貌

36#、37#、38#樣品表現(xiàn)異常，樣品呈現(xiàn)大顆粒片狀，尺寸90%大于0.5mm，見圖2.2.2-1。

2.3 粒徑分布

本文對(duì)樣品粒徑分布進(jìn)行了測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果可以看出：

① 除塵器收集的煙草粉塵與設(shè)計(jì)參數(shù)900-50μm 是基本一致的，粒徑小于50μm的粉塵極微，一般粘附在除塵器布袋外壁。

② 同一個(gè)取樣點(diǎn)，樣品粉塵粒徑分布呈現(xiàn)一定波動(dòng)。

圖2 .1-1

③ 同一卷煙廠，制絲和卷包的粉塵粒徑分布呈現(xiàn)較大差異，制絲小于100μm粒徑的粉塵占比不足3%；卷包小于100μm粒徑的粉塵占比在10%左右。

圖2 .2.1-1

圖2 .2.1-2

圖2 .2.2-1

④ 設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)制絲切絲工段的粉塵均為大顆粒物，小于500μm粒徑的粉塵占比不足10%。

⑤ 不同卷煙廠之間，由于品牌不同，煙草塵的粒徑分布呈現(xiàn)較大差異，如吳忠卷煙廠制絲小于100μm粒徑的粉塵占比達(dá)10%。

2.4 樣品含水量

根據(jù)中煙公司提供的參考數(shù)據(jù)，煙絲正常含水量為12%左右，為了準(zhǔn)確了解樣品中含水量情況，本文對(duì)樣品進(jìn)行了含水量測(cè)試，測(cè)試條件為60℃烘干24小時(shí)，由測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

① 所取樣品含水量普遍低于煙絲正常含水量，原因很可能是因?yàn)闊煵蓊w粒物經(jīng)負(fù)壓吸至除塵室過(guò)程中，部分水分蒸發(fā)所致。

② 烘絲排潮工序樣品的含水量明顯高于其他樣品。

③ 除塵器布袋外壁粘附樣品含水量明顯低于其它樣品，說(shuō)明顆粒越細(xì)，表面積越大，越容易風(fēng)干。

2.5 布袋外壁粘附粉塵特性參數(shù)

布袋外壁粘附粉塵17#樣品外觀、電鏡掃描放大500倍形貌、粒徑分布見圖2.5-1、2、3。

2.6 粉塵爆炸參數(shù)

GB 12476.1-2013可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求 粉塵（Dust）定義為在大氣中依靠自身重量可沉淀下來(lái)，但也可持續(xù)懸浮在空氣中一定時(shí)間的包括纖維和飛絮在內(nèi)的固體微小微粒。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織粉塵定義為粒徑小于75μm的固體懸浮物。

根據(jù)本文粒徑分布測(cè)試結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)所取的48個(gè)樣品中，8個(gè)樣品粒徑小于100μm占比在10.81%-24.86%之間，39個(gè)樣品粒徑小于100μm占比小于10%，均不符合粉塵定義。僅布袋外壁煙草粉塵粒徑小于79.89μm占比90%，基本符合粉塵定義要求。

布袋外壁煙草塵樣品爆炸下限測(cè)試結(jié)果見表2.6-1.

根據(jù)GB 12476.8-2010 可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第8部分試驗(yàn)方法 確定粉塵最低點(diǎn)燃溫度的方法等，測(cè)試樣品較粗時(shí)，應(yīng)能夠通過(guò)500μm標(biāo)準(zhǔn)篩。

由于實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙草塵為粗顆?；旌衔铮伊酱笥?00μm的質(zhì)量占比較大，無(wú)法直接得到測(cè)試結(jié)果，因此，本文根據(jù)粒徑分布情況，將篩分后的粒徑分別為50-100微米，100-500微米范圍內(nèi)兩個(gè)樣品進(jìn)行了爆炸全參數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2.6-2、3。

3 測(cè)試結(jié)果分析

煙草粉塵形貌上以顆粒為主，雜少量絲狀；煙草粉塵含水量在5.8-11.31%范圍波動(dòng)。

粒徑分布范圍較廣，其中粒徑小于50μm的粉塵極微，大部分粒徑在100-500μm及500μm以上范圍內(nèi)。小于500μm的粉塵占比不少于70%的樣品數(shù)量共20個(gè)，占總樣品數(shù)的41.7%。

粒徑d(0.5)=25μm的煙草粉塵爆炸下限為75-100g/m3。

粒徑在50-100μm范圍內(nèi)的煙草粉塵爆炸下限為300-400g/m3，最小點(diǎn)火能大于1000mJ，最大爆炸壓力0.67MPa，爆炸指數(shù)7.03MPa·m/s，粉塵云引燃溫度450℃，粉塵層引燃溫度220℃。

粒徑在100-500μm范圍內(nèi)的煙草粉塵爆炸下限為500-600g/m3，最大爆炸壓力0.62MPa，爆炸指數(shù)4.08MPa·m/s，粉塵云引燃溫度470℃，粉塵層引燃溫度230℃。

圖2 .5-1

圖2 .5-2

圖2 .5-3

表2 .6-1 布袋外壁煙草塵17#樣品爆炸下限測(cè)試結(jié)果

表2 .6-2 50-100μm煙草粉塵爆炸參數(shù)表

4 粉塵作業(yè)場(chǎng)所可燃性、爆炸性結(jié)論

本次測(cè)試覆蓋湖南中煙6家卷煙廠（長(zhǎng)沙、常德、郴州、零陵、四平、吳忠卷煙廠）48個(gè)樣品，其中有20個(gè)樣品小于500微米范圍內(nèi)的煙草粉塵占比不少于70%，存在煙草粉塵爆炸危險(xiǎn)；28個(gè)樣品小于500微米范圍內(nèi)的煙草粉塵占少于70%，可認(rèn)為不屬于爆炸性粉塵。

表2 .6-3 100-500μm煙草粉塵爆炸參數(shù)表

5 建議防爆分區(qū)

正常工況下，粉塵最大濃度均低于爆炸下限，對(duì)應(yīng)除塵器的內(nèi)部、除塵管道內(nèi)部、螺旋輸送機(jī)內(nèi)部、料倉(cāng)內(nèi)部及下料口1米范圍內(nèi)，可劃分為21區(qū)。

21區(qū)周邊3米范圍劃為22區(qū)，如除塵器卸灰口周邊3米；如果除塵房面積相對(duì)較小，除塵器所在除塵房均應(yīng)劃為22區(qū)。

對(duì)于生產(chǎn)車間作業(yè)場(chǎng)所除塵效果好，設(shè)備密閉，運(yùn)行正常沒(méi)有積塵可劃為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)。

6 隱患排查重點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)存在主要問(wèn)題有：無(wú)泄爆面，員工未配置防靜電工作服、防靜電鞋，采用IP44等級(jí)非防爆電機(jī)，管道漏塵，值班室設(shè)在除塵室內(nèi)，除塵器布在生產(chǎn)線上，壓差表維護(hù)保養(yǎng)不到位，壓棒機(jī)停用等。

由于煙草粉塵點(diǎn)火能（大于1焦耳）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人體產(chǎn)生的靜電能（約0.2焦耳），員工未配置防靜電工作服、防靜電鞋的風(fēng)險(xiǎn)較小；由于除塵器內(nèi)很難形成粉塵云，即使具備點(diǎn)火能，也不會(huì)發(fā)生粉塵爆炸，因此，無(wú)泄爆面，風(fēng)險(xiǎn)很小。

異常工況下，如果除塵管道損壞，出現(xiàn)漏風(fēng)導(dǎo)致風(fēng)力不足，收集的粉塵粒徑會(huì)偏小，小粒徑粉塵占比升高，會(huì)增大危險(xiǎn)性。除塵器壓差表?yè)p壞，未及時(shí)對(duì)布袋除塵器內(nèi)的積塵進(jìn)行清理，會(huì)導(dǎo)致布袋積塵過(guò)厚，危險(xiǎn)性增大。如果設(shè)備接地不良，導(dǎo)致靜電積聚，或雷擊導(dǎo)致形成點(diǎn)火源。當(dāng)上述要素均具備時(shí)，可能會(huì)引發(fā)粉塵爆炸事故。由于煙草粉塵層引燃溫度較低，存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

7 主要應(yīng)對(duì)措施和建議

7.1 本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

在新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目時(shí)應(yīng)充分考慮粉塵粒徑分布，對(duì)于小于500微米范圍內(nèi)的煙草粉塵占比不小于70%時(shí)，應(yīng)視為爆炸性粉塵。

（1）除塵器與除塵管道之間應(yīng)設(shè)置阻火閥，在室內(nèi)應(yīng)布置消火栓。

（2）除塵房電機(jī)設(shè)備應(yīng)按照粉塵爆炸危險(xiǎn)21、22區(qū)選型。

（3）異常工況下，除塵器內(nèi)小粒徑粉塵濃度可能低于爆炸下限，存在爆炸危險(xiǎn)性，除塵房的建筑結(jié)構(gòu)宜設(shè)置泄爆面；除塵器布置在除塵房?jī)?nèi)時(shí)宜設(shè)置泄爆管。

7.2 工程技術(shù)措施

（4）建筑物應(yīng)按第二類防雷建筑要求防雷、防靜電；

（5）煙草塵火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，除塵房入口主管道已設(shè)置阻火閥時(shí)，21區(qū)宜設(shè)置連續(xù)的溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。

7.3 安全管理措施

（6）完善除塵器作業(yè)安全規(guī)程，將管道泄漏、除塵器壓差表異常作為重點(diǎn)巡查內(nèi)容，根據(jù)布袋粘附煙草細(xì)塵情況，合理確定停機(jī)正壓清灰時(shí)間；

（7）完善員工個(gè)體防護(hù)用品配備標(biāo)準(zhǔn)，配備防靜電工作服、防塵口罩。

（8）完善粉塵壓棒作業(yè)安全規(guī)程，當(dāng)壓棒機(jī)布置在粉塵爆炸危險(xiǎn)22區(qū)時(shí)，電氣應(yīng)滿足防爆要求。