工業(yè)廠房爆炸性粉塵環(huán)境分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)研究

◎ 袁 亮，李 飛，李昌劍，嚴(yán)福紅，周開翔

（1.中國輕工業(yè)武漢設(shè)計工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430060；2.上海森松制藥設(shè)備工程有限公司，上海 201323）

粉塵爆炸是可燃粉塵在有限空間內(nèi)與空氣混合形成的粉塵云，其在點火源作用下，形成的溫度、壓力顯著躍升的現(xiàn)象。20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外在糧食、食品、飼料和金屬制品等農(nóng)產(chǎn)品和金屬加工與儲運行業(yè)曾發(fā)生過多起嚴(yán)重的粉塵爆炸事故。

工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要用到可燃物質(zhì)或易燃物質(zhì)，在生產(chǎn)中也可能產(chǎn)生爆炸危險性物質(zhì)，從人員安全和財產(chǎn)安全的角度出發(fā)，廠房必須依法依規(guī)進(jìn)行防爆設(shè)計。防爆設(shè)計的前提是劃分爆炸危險區(qū)域，爆炸危險區(qū)域根據(jù)來源又可分為爆炸性氣體環(huán)境和爆炸性粉塵環(huán)境，本文僅就工業(yè)廠房內(nèi)粉塵防爆區(qū)域分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。

1 國外粉塵防爆安全標(biāo)準(zhǔn)體系

目前，關(guān)于粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)體系在國際上以美國、德國最為權(quán)威，美國以NFPA粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)體系為主，德國為VDI系列粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)體系[1]。歐盟的防爆標(biāo)準(zhǔn)體系以EN系列標(biāo)準(zhǔn)為主，內(nèi)容基本與德國的VDI體系類似。綜合可見，國外粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)主要包括通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)領(lǐng)域粉塵防爆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、防爆產(chǎn)品技術(shù)等。

美國的NFPA防爆標(biāo)準(zhǔn)體系以《爆炸防護(hù)系統(tǒng)》（NFPA 69）和《可燃粉塵基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA 652）等通用基本類標(biāo)準(zhǔn)為主。包含了可燃粉塵、蒸氣和可燃?xì)怏w的風(fēng)險評價及防爆系統(tǒng)要求，同時對特殊可燃粉體及行業(yè)防爆給出了詳細(xì)的防爆規(guī)程或技術(shù)要求。其防爆標(biāo)準(zhǔn)體系如圖1所示。

圖1 NFPA防爆標(biāo)準(zhǔn)體系圖

NFPA防爆標(biāo)準(zhǔn)體系具有下述特點。

（1）通用基礎(chǔ)類防爆標(biāo)準(zhǔn)，以NFPA 69為主，標(biāo)準(zhǔn)明確易燃易爆物質(zhì)包括可燃薄霧、可燃?xì)怏w、可燃粉塵、可燃蒸氣或其混合物。爆炸預(yù)防主要基于抗爆、隔爆和抑爆3個要素進(jìn)行防控。同時通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)也給出了防爆系統(tǒng)的安裝、監(jiān)控和維護(hù)等要求，以及被動防爆產(chǎn)品的技術(shù)要求。

（2）防爆技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)，以NFPA 68為主，主要是薄霧、可燃?xì)怏w、可燃粉塵或混合物的通風(fēng)和爆炸泄壓系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)監(jiān)測和安裝等要求。同時還包含了其他技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)如《爆炸物手冊》（NFPA 495）等。

（3）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要是木材加工業(yè)、硫磺、鍋爐系統(tǒng)、食品行業(yè)、農(nóng)業(yè)、金屬粉塵和易燃固體微粒生產(chǎn)、加工和處理等行業(yè)類防爆標(biāo)準(zhǔn)。

防爆規(guī)范NFPA 69為NFPA防爆標(biāo)準(zhǔn)體系的主要脈絡(luò)，強調(diào)對爆炸性環(huán)境的系統(tǒng)防爆技術(shù)要求，對特殊的可燃粉塵和防爆泄壓做了專門的防爆標(biāo)準(zhǔn)要求，同時針對不同行業(yè)給出行業(yè)類防爆標(biāo)準(zhǔn)。

2 我國粉塵防爆安全標(biāo)準(zhǔn)體系

我國于20世紀(jì)50年代開始對煤礦粉塵爆炸進(jìn)行研究，但企業(yè)作業(yè)場所粉塵防爆研究卻始于80年代初[2]。目前，據(jù)筆者統(tǒng)計我國現(xiàn)行與粉塵防爆安全直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范近80余本（含類似標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范）。按功能體系分類，可分為基本標(biāo)準(zhǔn)、不同工藝粉塵防爆安全規(guī)程、爆炸防護(hù)系統(tǒng)或防爆設(shè)備技術(shù)要求、粉塵爆炸危險場所電氣設(shè)備或非電氣設(shè)備要求、爆炸性參數(shù)測試及與粉塵防爆相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)6大類。有關(guān)粉塵防爆安全的基本標(biāo)準(zhǔn)詳表1。

表1 有關(guān)粉塵防爆安全的基本標(biāo)準(zhǔn)表

有關(guān)不同工藝粉塵防爆安全規(guī)程見表2。

表2 有關(guān)不同工藝粉塵防爆安全規(guī)程表

有關(guān)粉塵爆炸防護(hù)系統(tǒng)或防爆設(shè)備技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范見表3。

表3 有關(guān)粉塵爆炸防護(hù)系統(tǒng)或防爆設(shè)備技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范表

有關(guān)粉塵爆炸危險場所電氣設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范見表4。

表4 有關(guān)粉塵爆炸危險場所電氣設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范表

有關(guān)粉塵爆炸危險場所非電氣設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范見表5。

表5 有關(guān)粉塵爆炸危險場所非電氣設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范表

有關(guān)粉塵爆炸性參數(shù)測試的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范見表6。

表6 有關(guān)粉塵爆炸性參數(shù)測試的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范表

與粉塵防爆相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 與粉塵防爆相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)表

3 我國工業(yè)廠房爆炸性粉塵環(huán)境的分區(qū)及要求

3.1 爆炸性粉塵危險區(qū)域的分區(qū)

對于爆炸性粉塵環(huán)境，對其危險的識別和評定是防爆設(shè)計的首要要求，一般從以下幾點展開：①危險的識別。②判斷是否可能出現(xiàn)爆炸性環(huán)境以及出現(xiàn)的概率。③評估點燃源及點燃的可能性。④評估爆炸的后果。⑤收集可能采取的預(yù)防措施。⑥評定危險——危險環(huán)境分區(qū)。⑦實施將危險降低至最低的措施。

對于工程設(shè)計而言，危險環(huán)境的分區(qū)確定至關(guān)重要。設(shè)計是安全保障的初始環(huán)節(jié)，從源頭避免隱患比后期通過管理預(yù)防事故要有效的多。然而，為了安全，將危險環(huán)境范圍劃的越大，危險等級劃分的越高，這樣雖然降低了安全風(fēng)險，但也造成工藝流程不暢，工程造價大幅增大和工程效益降低。

我國粉塵防爆安全標(biāo)準(zhǔn)體系和NFPA標(biāo)準(zhǔn)體系對于爆炸性粉塵危險區(qū)域的分區(qū)，均要求根據(jù)環(huán)境的釋放源級別引起爆炸性粉塵環(huán)境的可能來劃分，主要分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。

20區(qū)主要包括粉塵云連續(xù)生成的管道、生產(chǎn)和處理設(shè)備的內(nèi)部區(qū)域。當(dāng)粉塵容器外部持續(xù)存在爆炸性粉塵環(huán)境時，可劃分為20區(qū)，同時也禁止生產(chǎn)場所產(chǎn)生20區(qū)。

21區(qū)為空氣中的可燃性粉塵云在正常運行時偶爾可能出現(xiàn)的場所。一般發(fā)生在含有一級釋放源的粉塵處理設(shè)備內(nèi)部，或由一級釋放源形成的設(shè)備外部，其區(qū)域的范圍應(yīng)受到粉塵量、釋放速率、顆粒大小和物料濕度等粉塵參數(shù)的限制，并應(yīng)考慮引起釋放的條件。對于受氣候影響的建筑物外部場所可減小21區(qū)范圍。21區(qū)的范圍應(yīng)按照釋放源周圍1 m的距離確定。

22區(qū)為空氣中的可燃粉塵云在正常運行時不可能出現(xiàn)的場所，即使出現(xiàn)持續(xù)時間也是短暫的。一般發(fā)生在由二級釋放源形成的場所，其區(qū)域的范圍應(yīng)受到粉塵量、釋放速率、顆粒大小和物料濕度等粉塵參數(shù)的限制，并應(yīng)考慮引起釋放的條件。對于受氣候影響的建筑物外部場所可減小22區(qū)范圍。22區(qū)的范圍應(yīng)按超出21區(qū)3 m及二級釋放源周圍3 m的距離確定。

3.2 不同行業(yè)對危險分區(qū)的要求

我國對不同行業(yè)工藝粉塵防爆都頒布了相應(yīng)的安全規(guī)程，這些規(guī)程中對危險分區(qū)都做了一定的要求，其中涉及工程建設(shè)方面的規(guī)定，如表8所示。

表8 不同行業(yè)防爆安全規(guī)程中危險分區(qū)的規(guī)定表

4 疑問和思考

4.1 不同標(biāo)準(zhǔn)對爆炸危險區(qū)域要求的差異

通過對比我國粉塵防爆安全標(biāo)準(zhǔn)體系和美國NFPA的粉塵防爆安全標(biāo)準(zhǔn)體系，及我國粉塵防爆安全標(biāo)準(zhǔn)體系的組成發(fā)現(xiàn)，美國設(shè)立了眾多的技術(shù)委員會來制定各管轄范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)技術(shù)委員會只負(fù)責(zé)一個或一個系列的標(biāo)準(zhǔn)制定，針對性和專業(yè)性較強。同時美國消防協(xié)會統(tǒng)一協(xié)調(diào)不同標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)避了標(biāo)準(zhǔn)間的相互沖突。我國標(biāo)準(zhǔn)體系雖類似與美國，但技術(shù)歸口委員會屬于不同層級的單位，不同系列標(biāo)準(zhǔn)間甚至同系列的標(biāo)準(zhǔn)間，標(biāo)準(zhǔn)要求差異頗大。

在工程建設(shè)中，《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018版）》（以下簡稱《建規(guī)》）是需執(zhí)行的通用類規(guī)范，但《建規(guī)》在爆炸危險區(qū)域的要求方面，與一些行業(yè)防爆安全標(biāo)準(zhǔn)的要求有較大的差異，詳見表9。

表9 《建規(guī)》與行業(yè)防爆安全標(biāo)準(zhǔn)的主要差異點表

在實際操作中，《建規(guī)》作為通用標(biāo)準(zhǔn)，其往往作為其他規(guī)范的上位規(guī)范出現(xiàn)，導(dǎo)致一些粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定無執(zhí)行依據(jù)。從表9可以看出，《建規(guī)》作為防火類的通用規(guī)范，對防爆安全也的提出了針對性的要求，但其出發(fā)點是防火安全，爆炸物的分類是根據(jù)生產(chǎn)或儲存物的火災(zāi)危險性，沒有涉及爆炸性粉塵環(huán)境的分區(qū)，從而導(dǎo)致《建規(guī)》對于“泄壓區(qū)域”和“與相鄰區(qū)域連通方式”等條文要求的可執(zhí)行性大打折扣。

以《建規(guī)》中“與相鄰區(qū)域連通方式”的要求為例，有爆炸危險區(qū)域內(nèi)的樓梯間、室外樓梯或有爆炸危險的區(qū)域與相鄰區(qū)域連通處，應(yīng)設(shè)置門斗等防護(hù)措施，且門斗的門需錯開設(shè)置。但現(xiàn)實情況是，隨著現(xiàn)代物流設(shè)備自動化水平的提高，甲乙類包裝間內(nèi)成品物料的連續(xù)跨區(qū)輸出是不可避免的技術(shù)發(fā)展需求。若不考慮跨區(qū)的隔爆處理措施，而將包裝后的工序（外包甚至連續(xù)至庫存區(qū)）均按甲乙類設(shè)防，即甲乙類設(shè)防區(qū)域進(jìn)一步人為擴(kuò)大，不僅風(fēng)險點增多，被擴(kuò)大的設(shè)防區(qū)域中各專業(yè)設(shè)施也要同時按高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，導(dǎo)致危險性較?。ū悾﹨^(qū)域過度設(shè)防[4]。另外，爆炸危險區(qū)域與非爆炸危險區(qū)域間若設(shè)置門斗，且門斗的門為錯開的防火門，則普遍的自動化連續(xù)輸送線無法實現(xiàn)，其功能或輸送效率會大大降低?？梢?，如何在滿足《建規(guī)》的要求前提下，實現(xiàn)甲乙類包裝間物料連續(xù)輸出的跨區(qū)已成為工程建設(shè)中的棘手問題。

當(dāng)通用規(guī)范與行業(yè)規(guī)范沖突時，能否以行業(yè)規(guī)范的要求為準(zhǔn)，或者加強規(guī)范在防爆安全方面的可操作性已成為不可忽視的現(xiàn)實問題。

4.2 可燃性粉塵的特性是否是分類的唯一標(biāo)準(zhǔn)

在工程建設(shè)中，尤其是一些民生工程的工廠運行中，其在生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或貯存過程中均可能涉及或產(chǎn)生可燃性粉塵，比如不同面粉制品企業(yè)均會有面粉投料工序、制藥廠以變性淀粉作為填充劑壓片和填充工序等。在《工貿(mào)行業(yè)重點可燃性粉塵目錄（2015版）》中民生工程會使用的各類淀粉、果糖粉、大米粉、奶粉和魚骨粉等均為重點可燃性粉塵，導(dǎo)致在實際工程建設(shè)中易出現(xiàn)問題。

大部分民生工程中，涉及可燃性粉塵僅為其中一部分工序。比如在現(xiàn)代化的面粉制品企業(yè)中，在連續(xù)面粉投料后大部分均為連續(xù)加水和面工序，實際生產(chǎn)中二者均在同一房間，若同一房間均按高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，則會增加建設(shè)和設(shè)備投資，甚至有些行業(yè)目前還沒有相應(yīng)的防爆型設(shè)備，但若強行將工序拆開，分設(shè)在不同的房間，則會降低工序的連續(xù)性和設(shè)備效率，甚至可能會產(chǎn)生食品安全問題。

《工貿(mào)行業(yè)重點可燃性粉塵目錄（2015版）》中的物質(zhì)，按照《建規(guī)》的分類標(biāo)準(zhǔn)均為乙類火災(zāi)危險性物質(zhì)，其相關(guān)建筑物需進(jìn)行乙類設(shè)防。在相應(yīng)的行業(yè)防爆安全標(biāo)準(zhǔn)中（大部分行業(yè)并未有相應(yīng)的行業(yè)防爆安全標(biāo)準(zhǔn)），分區(qū)是按區(qū)域劃分，這樣很可能在一個乙類建筑物或房間中出現(xiàn)20區(qū)、21區(qū)或22區(qū)并存的狀況（若均按高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，則分區(qū)失去意義），從而出現(xiàn)建筑物或房間究竟按何規(guī)定設(shè)防，無明確規(guī)定或規(guī)定難以操作的狀況。這些沖突的規(guī)定要求導(dǎo)致在實際工程建設(shè)中，建設(shè)方或設(shè)計方“有規(guī)難依”，從而可能演變成為“有規(guī)不依”，可能導(dǎo)致粉塵爆炸的風(fēng)險加大。

在一些民生行業(yè)的生產(chǎn)過程中，或多或少均會涉及到可燃性粉塵，其環(huán)境是否一定為爆炸危險環(huán)境，當(dāng)采取相應(yīng)措施后是否可降低爆炸環(huán)境的危險等級，甚至歸為非爆炸危險環(huán)境，以及爆炸危險環(huán)境如何進(jìn)行系統(tǒng)的工程建設(shè)和驗收，這些均是實際工程建設(shè)中有待迫切解決的問題。

5 結(jié)語

在進(jìn)行工業(yè)廠房防爆設(shè)計過程中，會涉及較為復(fù)雜的過程，不同的工業(yè)廠房的具體情況與工藝要求也不盡相同，應(yīng)當(dāng)依照各自的情況，對不同的粉塵爆炸危險場進(jìn)行合理分區(qū)，確保分區(qū)方案在技術(shù)上是安全的，在實際操作中是可行的，最大限度地避免爆炸隱患的出現(xiàn)，確保企業(yè)生產(chǎn)的安全性。

同時，建議加強不同標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會之間的協(xié)作，使規(guī)范體系統(tǒng)一一致，減少條款間的沖突。為加強粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，應(yīng)在爆炸危險區(qū)域劃分、風(fēng)險評估方法、工藝設(shè)備防爆等方面制定操作性強的標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵應(yīng)急管理部門、企業(yè)和設(shè)計院參加標(biāo)委會的工作組，參與標(biāo)準(zhǔn)的制定與修定工作。