中美兩國粉塵爆炸風險評估對比研究與分析

樂有邦 張發(fā)濤 胡維西 吳曉煜 張倩倩

(中鋼集團武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

粉塵爆炸是指火焰在粉塵云中傳播，引起壓力、溫度明顯躍升的現(xiàn)場[1]。粉塵防爆是安全生產(chǎn)的一個重要組成部分，而要開展粉塵防爆工作，企業(yè)必須首先開展粉塵爆炸風險評估，辨識企業(yè)存在的風險爆炸危險場所，確定可燃性粉塵爆炸危險性以及粉塵爆炸危險場所的數(shù)量、位置、危險區(qū)域等，分析存在的粉塵爆炸危險因素，評估粉塵爆炸風險，才能制定消除或有效控制粉塵爆炸風險的措施。然而作為粉塵防爆中極其重要的粉塵爆炸風險評估工作，在我國還存在無標準可依、現(xiàn)有的評估方法多樣且針對性不強、細化不夠、評估內(nèi)容缺失、可操作性差等問題。

因此，全面評估我國粉塵防爆風險評估現(xiàn)狀，提出完善我國粉塵爆炸風險評估工作，判斷我國與美國先進做法的差距，提出完善我國粉塵爆炸風險評估的對策和建議，實現(xiàn)與國際先進做法接軌，對規(guī)范企業(yè)粉塵爆炸風險評估工作，提高我國安全生產(chǎn)水平具有重要意義。

1 美國粉塵危險分析概況

1.1 美國粉塵危險分析標準要求

美國消防協(xié)會標準NFPA 652 可燃粉塵基礎(chǔ)標準(standard on the fundamentals of combustible dust)第7章明確提出“粉塵危險分析” (dust hazards analysis， DHA)。按照標準的要求，只要涉及可燃或可爆物料的，則此物料所在設(shè)施的業(yè)主應(yīng)負責按照要求完成粉塵危險分析(DHA)。按照標準的要求，對于進行改造的現(xiàn)有工藝和設(shè)施，企業(yè)主應(yīng)將DHA作為工程的一部分來完成，對于未進行改造的現(xiàn)有工藝和設(shè)施，企業(yè)主應(yīng)在標準生效日期起3年內(nèi)安排并完成現(xiàn)有工藝和設(shè)施的DHA。DHA作為一個強制性工作，在美國要求所有粉塵涉爆企業(yè)開展。

1.2 美國粉塵危險分析主要內(nèi)容

DHA主要內(nèi)容包含：識別和評估存在火災(zāi)、閃爆和爆炸危險的工藝或?qū)嵤﹨^(qū)域；確定安全操作范圍；確認已有的管控火災(zāi)、燃爆和爆炸事故的安全保護措施；建議增加的安全保護措施及其實施計劃。DHA的范圍包括物料評估，對物料進行粉塵爆炸特性參數(shù)進行測試，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析。工藝系統(tǒng)評估，對工藝系統(tǒng)中每個存在可燃粉塵或存在可燃固體顆粒而形成可燃粉塵的部分進行評估，評估工藝系統(tǒng)部件之間可能存在的可燃粉塵傳輸；可燃粉塵可能溢散、排放到建筑物或建筑物隔間以及工藝系統(tǒng)各部分之間潛在的燃爆傳播。建筑物或車間評估，對每個存在可燃性粉塵的建筑或車間進行評估，評估建筑或車間之間潛在的可燃粉塵傳輸問題、評估建筑或車間之間潛在的爆炸傳播問題。

1.3 美國粉塵危險分析類型和方法

DHA的類型一般有兩種：一種為傳統(tǒng)(traditional)的模式，就是系統(tǒng)地評估每個粉塵爆炸危險區(qū)域，通過危害管理，從而達到滿足NFPA標準的規(guī)定要求，其基于對標準規(guī)范的對應(yīng)，按照標準規(guī)范逐條進行評估，分析企業(yè)對標準的遵循性。

另一種基于風險的模式(risk-based)，這個模式同傳統(tǒng)的模式一樣也是一種系統(tǒng)的方法，風險評價每個節(jié)點，是一種基于可接受的風險管理方法，這個方法有可能不能滿足NFPA標準的要求，但也有可能比傳統(tǒng)的方法更加嚴格，是一種綜合性的評估方法。

1.4 美國粉塵危險分析步驟

美國DHA分為3個步驟，見圖1所示。

圖1 美國粉塵危險分析步驟

第一步為核實涉及到的粉塵是否具有可燃性。篩選實驗可以用來確定粉塵在空氣中懸浮時是否能夠支持燃燒。可燃材料可以進行測試以確定點火靈敏度和爆炸的嚴重程度。如果在爆炸性篩選測試中發(fā)現(xiàn)粉塵是可爆的，那么根據(jù)情況需要考慮對最大爆炸壓力Pmax、爆燃指數(shù)Kst、粉塵云爆炸下限濃度MEC、極限氧濃度測試LOC、粉塵云最小點火能量測試MIE、最低著火溫度測試(粉塵云&粉塵層)、自熱效應(yīng)、燃燒特性、粉塵荷電率、體積電阻率和電荷弛豫時間等參數(shù)進行測試。

第二步為工藝與建筑風險評估。工藝系統(tǒng)風險評估是根據(jù) NFPA 652要求進行DHA分析，確定材料可以形成粉塵云或粉塵層，并能接觸點火源的工藝范圍。針對粉塵出現(xiàn)的全部區(qū)域，DHA應(yīng)能夠解答以下關(guān)鍵問題：工藝系統(tǒng)部件之間可能存在的有意、無意的可燃粉塵傳輸；可燃粉塵可能逃逸、排放到建筑物或建筑物隔間中；工藝系統(tǒng)各部分之間潛在的燃爆傳播。建筑或車間的分析是對每個存在可燃性粉塵的建筑或車間進行評估，包括含有可燃固體顆粒并可能同時出現(xiàn)氧化氣氛和有效點火源的車間。

第三步為給出建議。從防火、防爆、除塵器粉塵清理、粉塵清掃方面給出粉塵防爆建議，必要時給出設(shè)計和設(shè)備安裝建議。

2 我國粉塵爆炸風險評估概況

2.1 我國粉塵爆炸風險評估標準要求

我國標準《粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 15577—2007)第4.2條要求“企業(yè)應(yīng)清楚本企業(yè)有無粉塵爆炸危險場所，并采取能有效預(yù)防和控制粉塵爆炸的措施”。從2007年，我國標準就要求所有的粉塵涉爆企業(yè)開展粉塵爆炸風險評估工作，但對評估的內(nèi)容沒有給出具體的要求。

2018年，在總結(jié)多年粉塵防爆經(jīng)驗和重特大粉塵爆炸事故案例的基礎(chǔ)上，對GB 15577進行了修訂，《粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 15577—2018)第4.1條要求“企業(yè)應(yīng)辨識所存在的粉塵爆炸危險場所，確定可燃性粉塵爆炸危險性以及粉塵爆炸危險場所的數(shù)量、位置、危險區(qū)域等，分析存在的粉塵爆炸危險因素，評估粉塵爆炸風險，并制定能消除或有效控制粉塵爆炸風險的措施”。該標準對粉塵涉爆企業(yè)開展風險評估進行了強制性要求。

此外，新制定的《工貿(mào)企業(yè)粉塵防爆安全規(guī)定》從部門規(guī)章的層次對粉塵爆炸風險評估提出了要求，并從2016年開始立項起草國家推薦性標準《粉塵爆炸風險評估指南》，指導企業(yè)開展粉塵爆炸風險評估工作。

2.2 我國粉塵爆炸風險評估主要內(nèi)容

我國粉塵爆炸風險評估主要內(nèi)容有爆炸性粉塵辨識、建筑風險辨識、工藝及設(shè)備辨識、管理缺陷辨識等內(nèi)容。同時分析爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻率、點火源引燃有效性、粉塵爆炸事故后果嚴重度及粉塵爆炸風險等級，并提出改進措施及建議。

2.3 我國粉塵爆炸風險評估類型和方法

目前，我國的粉塵爆炸風險評估工作最主要的目的是滿足政府或者行業(yè)監(jiān)管的要求。因此，粉塵爆炸風險評估目前的主要做法還是對照相應(yīng)的國家標準規(guī)范，進行逐條地評估，確認企業(yè)是否已達到標準規(guī)范的要求。

從單純的風險分析的方法來說，目前在國內(nèi)主要的方法有檢查表法(Checklist)、事故樹分析法(ETA)、故障樹分析法(FTA)、故障類型與影響分析法(FMECA)、危險性與可操作性研究(HAZOP)和道化學火災(zāi)爆炸指數(shù)法(F&EI)等，此外，矩陣分析法也是常見的風險分析方法之一?？茖W合理地選擇風險分析的方法有助于快速、高效地分析系統(tǒng)中存在的粉塵爆炸風險。

2.4 我國粉塵爆炸風險評估步驟

我國粉塵爆炸風險評估的主要步驟分為以下3步(見圖2)：第一步為前期準備，主要工作為收集企業(yè)相關(guān)信息；第二步為危險源辨識、風險分析、風險評價；第三步為得出評價結(jié)論、給出風險等級并提出改進建議。

圖2 我國粉塵爆炸風險評估流程

3 對比分析

粉塵防爆標準，國際上以美國、德國最為權(quán)威[2]，美國的標準需求是由市場來決定的[3]，而非政府計劃標準的需求，且很多也不是作為強制性的要求。但在粉塵爆炸風險評估上，美國卻將DHA作為一項強制性內(nèi)容，要求企業(yè)在3年內(nèi)完成粉塵爆炸風險評估工作，這在強制性要求上，同我國保持了一致性。

在粉塵爆炸風險評估指導上，相比美國，我國粉塵爆炸風險評估僅有標準的要求，尚未頒布實施粉塵爆炸風險評估指導標準。目前，我國的粉塵涉爆企業(yè)多數(shù)為中小微企業(yè)，企業(yè)人員對粉塵爆炸認識較低，技術(shù)能力不足，因缺乏相應(yīng)的國家文件指導，企業(yè)較難開展相應(yīng)的風險評估工作。此外，在粉塵爆炸的基礎(chǔ)研究方面如點火能量對粉塵爆炸特性參數(shù)的影響[4]、工業(yè)粉塵惰化抑爆技術(shù)的研究上[5-6]，我國也相對滯后。

在評估類型上，美國有基于風險的粉塵爆炸風險分析和基于法規(guī)標準的粉塵分析，我國粉塵爆炸風險僅能按照相關(guān)標準規(guī)范進行評估。

在分析步驟上，美國與我國粉塵爆炸風險評估步驟相近，但在內(nèi)容上，我國粉塵爆炸風險評估給出了粉塵爆炸風險等級，比美國DHA內(nèi)容更加詳細、更加廣泛。

4 建議

4.1 將粉塵爆炸風險評估作為執(zhí)法檢查重要內(nèi)容

《全國安全生產(chǎn)專項整治三年行動計劃》將粉塵涉爆企業(yè)整治作為一項重要內(nèi)容納入計劃，我國標準規(guī)范也強制要求所有的粉塵涉爆企業(yè)要開展粉塵爆炸風險辨識工作，但目前政府安全生產(chǎn)監(jiān)管部門主要的工作重心還是依據(jù)《工貿(mào)行業(yè)重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準(2017版)》(安監(jiān)總管四[2017]129號)和《粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 15577—2018)開展相關(guān)的安全生產(chǎn)執(zhí)法檢查，企業(yè)粉塵爆炸風險評估這項工作并未納入重點執(zhí)法檢查內(nèi)容。粉塵爆炸風險評估工作是粉塵防爆最基礎(chǔ)性的工作，也是雙重預(yù)防機制的重要工作，應(yīng)將其作為重要執(zhí)法檢查內(nèi)容納入執(zhí)法計劃。

4.2 加快制定粉塵爆炸風險評估標準

我國2016年開始立項起草國家推薦性標準《粉塵爆炸風險評估指南》，但因一些原因，標準遲遲未能公布實施，現(xiàn)有企業(yè)因無有效指導，開展的粉塵爆炸風險評估不能有效地反映企業(yè)的粉塵爆炸風險水平。因此，應(yīng)在借鑒美國消防協(xié)會標準NFPA 652 可燃粉塵基礎(chǔ)標準(standard on the fundamentals of combustible dust)第7章明確提出粉塵危險分析 (dust hazards analysis，DHA)相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，加快制定我國《粉塵爆炸風險評估指南》，指導企業(yè)開展粉塵爆炸風險評估工作。

4.3 探索基于風險的粉塵爆炸風險模式

我國粉塵涉爆企業(yè)中小微企業(yè)較多，很多企業(yè)在涉可燃性粉塵工藝設(shè)備上，可能僅有一臺打磨機、拋光機、鋸床等，涉粉作業(yè)人員也可能僅1人，按照我國基于標準的風險評估方式，很多企業(yè)可能不能滿足國家法規(guī)標準的要求，但從風險分析的角度，粉塵爆炸風險可能并不高。

美國聯(lián)邦職業(yè)安全健康局(OSHA)在健康安全上，并不是要求所有的企業(yè)都完全按照法規(guī)、標準條款去做。如OSHA雖然要求所有進行可燃固體處理的企業(yè)開展DHA，但是DHA給出了兩條途徑，一種是常規(guī)的基礎(chǔ)標準規(guī)范的安全路線，一種則是風險分析的途徑。企業(yè)如果經(jīng)過風險分析認為其可燃性粉塵是安全的，則企業(yè)完全可以不需要按照法規(guī)標準去做，極其務(wù)實實用。美國NFPA標準除了常規(guī)的標準要求，也提出基于性能的設(shè)計與考慮，只要企業(yè)能夠達到最后防范事故發(fā)生的效果，企業(yè)也可以不完全按照標準規(guī)范開展工作。

因此，應(yīng)盡快從法規(guī)上要求企業(yè)開展粉塵爆炸風險評估工作，同時探索粉塵爆炸風險評估方式，允許企業(yè)根據(jù)自身管理特點和管理水平，從性能角度出發(fā)，開展粉塵爆炸風險評估工作。