木質(zhì)粉塵爆炸特性及其典型生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估應(yīng)用研究

王 濤

（安徽博達(dá)項(xiàng)目管理咨詢有限公司，安徽 合肥 230000）

在木材加工行業(yè)，為了最大限度地保持木材的基本特性，一般都是采用機(jī)械加工或者化學(xué)加工的方式，加工過程中會產(chǎn)生大量的木質(zhì)粉塵，如果不能及時對其進(jìn)行清理，可能會引發(fā)木質(zhì)粉塵爆炸事故，造成嚴(yán)重?fù)p失。對此，需要對木材加工場所生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，構(gòu)建起科學(xué)的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估方法，依照風(fēng)險(xiǎn)等級的劃分，采取有效的管控措施，為風(fēng)險(xiǎn)的識別、評估和防范提供指導(dǎo)。

1 粉塵爆炸概述

粉塵爆炸是指一些可燃性的粉塵（小麥粉、木屑、塑料粉末、染料粉末、茶葉粉末、煤塵等），在相對局限的空間內(nèi)，與空氣充分混合，形成粉塵云，然后受點(diǎn)火源作用的影響，粉塵空氣混合物快速燃燒并且引發(fā)溫度和壓力急劇升高的特殊化學(xué)反應(yīng)。粉塵爆炸需要滿足五個基本條件：一是粉塵本身必須具備可燃性或者易爆性；二是粉塵必須懸浮在空氣中，與空氣充分混合，達(dá)到相應(yīng)的爆炸極限；三是應(yīng)該有足夠引發(fā)粉塵爆炸的熱能源，這個熱能源被稱為點(diǎn)火源；四是粉塵必須具備一定的擴(kuò)散特性；五是粉塵爆炸的空間相對有限，在狹小的密封空間內(nèi)最容易產(chǎn)生爆炸。

粉塵爆炸的特點(diǎn)體現(xiàn)在三個方面：一是多次爆炸，在第一次爆炸后，產(chǎn)生的氣浪會將附著在物體表面或者地面存在的粉塵吹起，而在爆炸后的一定時間內(nèi)，中心區(qū)域會形成負(fù)壓，將周圍的新鮮空氣吸引過來，與揚(yáng)起的粉塵充分混合，引發(fā)二次爆炸；二是所需能量高。粉塵爆炸需要的最小點(diǎn)火能量較高，通常在數(shù)十毫焦耳以上；三是對比可燃性氣體爆炸，粉塵爆炸的壓力上升速度相對緩慢，不過會維持高壓力很長時間，釋放的能量更大，破壞性也更強(qiáng)。

2 木質(zhì)粉塵爆炸特性

2.1 粉塵層最低著火溫度

粉塵層最低著火溫度指在受熱情況下，能夠令粉塵層發(fā)生燃燒的最低環(huán)境溫度，能夠反映出堆積狀態(tài)下粉塵對于點(diǎn)燃的敏感性。工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行過程中，或多或少都會出現(xiàn)溫度升高的情況，而在熱量不斷積聚的情況下，就會出現(xiàn)自燃著火的問題。結(jié)合粉塵層最低著火溫度測定方法（GB/T 16430）的相關(guān)要求，木質(zhì)粉塵層的最低著火溫度為10℃的整數(shù)倍，對照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，5mm厚度的紅木粉塵層最低著火溫度為320℃。

2.2 粉塵云最低著火溫度

粉塵云最低著火溫度指粉塵與空氣混合物在受熱情況下，能夠令粉塵云發(fā)生燃燒的最低環(huán)境溫度。進(jìn)行粉塵加工、儲存和運(yùn)輸?shù)倪^程中，經(jīng)常會處于懸浮狀態(tài)，與堆積粉塵層不同，懸浮的粉塵云一旦遇到溫度足夠高的著火源，很容易被點(diǎn)燃，并且在能量傳遞作用下，引發(fā)粉塵爆炸問題。結(jié)合粉塵云最低著火溫度測定方法（GB/T 16429）的相關(guān)要求，對粉塵云最低著火溫度進(jìn)行確定的方法有兩種：一是在粉塵著火時，如果加熱爐最低溫度在300℃以上，應(yīng)該減去20℃；二是在粉塵著火時，如果加熱爐最低溫度為300℃或者低于該數(shù)值，應(yīng)該減去10℃。粉塵云發(fā)生燃燒時的溫度為480℃，因此其最低著火溫度為460℃。

2.3 粉塵云最小點(diǎn)火能

粉塵云最小點(diǎn)火能指粉塵云內(nèi)可燃粉塵在最易著火濃度時，能夠令粉塵云著火的點(diǎn)火源能量最小值，其會受到粉塵濃度、粉塵分散質(zhì)量、湍流度等因素的影響。使用MIED-1.2最小點(diǎn)火能測試儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。粉塵云最小點(diǎn)火能會隨著粉塵粒徑的增大而增加，當(dāng)粒徑小于71μm時，粉塵濃度對于點(diǎn)火能的影響較小，需要木材加工場做好必要的防范工作。

3 木材加工場所粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估

3.1 評估思路

為了對典型的木材加工場所粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，結(jié)合粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)可能性指標(biāo)，利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣對粉塵爆炸的可能性及潛在后果進(jìn)行了分析。可能性分析涉及指標(biāo)體系中的爆炸風(fēng)險(xiǎn)五邊形分析、指標(biāo)權(quán)重分析、指標(biāo)等級分析以及潛在后果分析則主要是針對環(huán)境影響、人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的分析。

3.2 可能性分析

借助組合賦權(quán)法的風(fēng)險(xiǎn)評估方法，可以獲取木材加工場所中粉塵爆炸的危險(xiǎn)性環(huán)境、點(diǎn)火源以及安全補(bǔ)償措施構(gòu)成的木質(zhì)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)可能性評估模型，如圖1所示。不過，考慮到上述三個因素之間只能單純地采用數(shù)值相乘的方式，并不能十分準(zhǔn)確地代表爆炸風(fēng)險(xiǎn)的可能性，這里采用了“三維風(fēng)險(xiǎn)魔方”的思想，確定準(zhǔn)則層風(fēng)險(xiǎn)等級后，借助風(fēng)險(xiǎn)等級組合的方式，獲取相應(yīng)的評估結(jié)果。依照評估結(jié)果來對爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境、點(diǎn)火源和安全補(bǔ)償措施進(jìn)行等級劃分。

圖1 木質(zhì)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)可能性評估模型

三維風(fēng)險(xiǎn)魔方是在傳統(tǒng)二維風(fēng)險(xiǎn)矩陣模型的基礎(chǔ)上，加入風(fēng)險(xiǎn)的第三種屬性形成的評估模型。確定爆炸的危險(xiǎn)性環(huán)境、點(diǎn)火源以及安全補(bǔ)償措施三個影響因素的等級后，可以結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣思想，針對等級實(shí)施評估結(jié)果組合，然后將其體現(xiàn)在三維風(fēng)險(xiǎn)魔方中，更加清晰直觀地看到不同要素組合下風(fēng)險(xiǎn)值的變化情況。

3.3 潛在后果分析

粉塵爆炸本身屬于氣-固兩相爆炸，爆炸反應(yīng)區(qū)域廣，缺乏穩(wěn)定性，很容易受到外界環(huán)境因素和限制條件的影響。在木材加工場中，可能引發(fā)木質(zhì)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的因素有很多，尤其是干燥系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等，更能為粉塵二次爆炸提供相應(yīng)的條件。粉塵爆炸是一個能量釋放的過程，會在極短的時間內(nèi)釋放出極大的能量，對比常規(guī)可燃物著火，粉塵爆炸中火焰的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)，無論是溫度還是壓力，都會在瞬間達(dá)到很高水平，引發(fā)巨大威脅。粉塵爆炸事故的危害主要體現(xiàn)在沖擊波、碎片、火焰以及二次爆炸等方面，一次事故造成的破壞往往都是由一種或者多種因素綜合作用引發(fā)的。

對爆炸的后果進(jìn)行分析，對比氣體爆炸或者炸藥爆炸，粉塵爆炸的沖擊波初始壓力要小得多，但是衰減慢、持續(xù)時間長，總能量巨大，具有突然性，破壞效應(yīng)巨大。同時，粉塵爆炸過程有著很強(qiáng)的連鎖反應(yīng)，二次爆炸和次生爆炸會導(dǎo)致爆炸后果的加劇，在這種情況下，僅僅分析加工系統(tǒng)中某個部件或者設(shè)備粉塵爆炸的后果，顯然是不合理的。對各方面的影響因素進(jìn)行綜合考量后，應(yīng)該從人員傷亡、設(shè)備損失和環(huán)境影響三個方面，評估和分析粉塵爆炸產(chǎn)生的后果，而人員傷亡與設(shè)備損失和其是否處于爆炸區(qū)域內(nèi)存在直接關(guān)聯(lián)。

4 木材加工場所粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀及防范

4.1 風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀

4.1.1 防護(hù)水平偏低

當(dāng)前，許多木材加工場所都存在著粉塵爆炸整體防護(hù)水平偏低的問題，不管是在建筑設(shè)計(jì)、設(shè)備布局還是工藝設(shè)計(jì)方面，都存在很大的安全隱患。例如，部分家具企業(yè)的生產(chǎn)廠房建設(shè)時間較早，沒有經(jīng)過相應(yīng)的消防驗(yàn)收，也沒有設(shè)置完善的防雷設(shè)施，粉塵爆炸危險(xiǎn)場所與員工宿舍、居民區(qū)等人員密集區(qū)域沒有安全距離，甚至有個別企業(yè)直接在加工車間內(nèi)設(shè)置沉降室，導(dǎo)致粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)偏高，極易引發(fā)粉塵爆炸。

4.1.2 防塵設(shè)備不足

相關(guān)調(diào)查顯示，多數(shù)木材加工場所使用的都是比較簡單的除塵設(shè)備，如雙桶布袋吸塵器等，除塵效果相對較差，無法很好地滿足車間粉塵清除的現(xiàn)實(shí)需求。也有部分企業(yè)設(shè)置了相應(yīng)的除塵系統(tǒng)，但是存在著系統(tǒng)設(shè)計(jì)不規(guī)范的問題，在除塵器下部使用沉降室來對木質(zhì)粉塵進(jìn)行收集，但是沒有設(shè)置相應(yīng)的防爆措施，導(dǎo)致工作崗位中粉塵沉積嚴(yán)重，除塵系統(tǒng)無法發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

4.1.3 防爆措施欠缺

很多木材加工場所沒有設(shè)置有效的防火防爆措施，存在著布線不規(guī)范、沒有設(shè)置防靜電跨接等，例如，與砂光機(jī)連接的風(fēng)管沒依照相關(guān)規(guī)范的要求設(shè)置火花探測報(bào)警裝置，沒有采用防爆電氣設(shè)備等，甚至于將風(fēng)機(jī)設(shè)置在沉降室內(nèi)，存在巨大的爆炸風(fēng)險(xiǎn)和電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.4 安全管理缺陷

多數(shù)木材加工場所都存在著木質(zhì)粉塵防爆安全管理缺陷，其表現(xiàn)在很多方面，如缺乏對木質(zhì)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的正確認(rèn)識，缺乏對主體責(zé)任的貫徹落實(shí)，人員風(fēng)險(xiǎn)防范意識不強(qiáng)，粉塵清掃方法不正確等，導(dǎo)致作業(yè)現(xiàn)場存在巨大的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 防范措施

一是應(yīng)該盡量減少粉塵的產(chǎn)生。木材加工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，對通風(fēng)除塵系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和使用，做好必要的空氣檢測和粉塵清理工作，盡可能減少木質(zhì)粉塵在作業(yè)場所內(nèi)的沉積和擴(kuò)散；二是應(yīng)該對粉塵與氧氣混合的濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)該對生產(chǎn)工藝進(jìn)行改善，積極引入新的技術(shù)和設(shè)備，也可以采用密閉性生產(chǎn)設(shè)施，在條件允許的情況下，在密閉容器或者管道中充入二氧化碳、氮?dú)獾榷栊詺怏w，降低氧氣含量，從而有效抑制粉塵爆炸；三是應(yīng)該對點(diǎn)火源進(jìn)行消除。應(yīng)該嚴(yán)格禁止在木質(zhì)粉塵的作業(yè)環(huán)境中，使用明火或者高溫?zé)嵩础?yīng)該使用質(zhì)量達(dá)標(biāo)的防爆電氣設(shè)備，做好防雷和防靜電工作。應(yīng)該確保生產(chǎn)設(shè)備能夠可靠接地，避免在作業(yè)場所使用可能產(chǎn)生高溫或者火花的工具設(shè)備；四是應(yīng)該進(jìn)一步加大對木材加工場所木質(zhì)粉塵爆炸隱患的排查工作，對于存在風(fēng)險(xiǎn)的企業(yè)，應(yīng)該督促其進(jìn)行整改，在整改結(jié)束前不能開工；五是應(yīng)該督促木材加工企業(yè)建立起完善的清掃制度，要求其做好粉塵清掃工作，同時加強(qiáng)對工作人員粉塵防爆知識的培訓(xùn)，提升其粉塵防爆安全意識，通過這樣的方式來最大限度地防范木質(zhì)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)，保障作業(yè)安全。

5 結(jié)束語

總而言之，木質(zhì)粉塵作為易燃粉塵，在木材加工場所的生產(chǎn)加工過程中，往往都是以伴生的形式存在，也存在一定的爆炸風(fēng)險(xiǎn)?；诖耍枰獜哪静募庸ば袠I(yè)典型的生產(chǎn)環(huán)境著眼，做好風(fēng)險(xiǎn)評估工作，建立起可靠的風(fēng)險(xiǎn)可能性評估模型，對照木質(zhì)粉塵爆炸可能引發(fā)的潛在后果，實(shí)現(xiàn)對木材加工場所統(tǒng)一的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估流程，為木材加工企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理提供支持，切實(shí)保障木材加工行業(yè)的生產(chǎn)安全。