生產現場粉塵防爆

近年來，隨著粉體制造加工企業越來越多，尤其是工貿行業中涉及產生粉塵的工藝環節越來越多，由于管理缺陷、安全意識薄弱、粉塵爆炸科學知識缺乏等原因，粉塵爆炸事故頻發。科學合理地評估粉塵爆炸風險性，一直是企業和政府各級安全生產監管部門當前應高度重視和關注的熱點。受廣東省安全生產監管部門和企業委托，廣州特種機電設備檢測研究院、國家防爆設備質量監督檢驗中心（廣東）（以下簡稱“CQCEX”）通過對廣東省不同區域的粉塵涉爆場所進行現場檢查，系統地建立了一整套適用于粉體加工、工藝涉及粉塵產生的企業的爆炸風險評估流程，科學地給出爆炸風險等級，提出相應的粉塵爆炸防護措施，從而既避免因“草木皆兵”而草率“關停”，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，被適當的點火能量點燃后，發生爆炸而造成嚴重破壞的現象。通常認為，工業爆炸均應該具備三大必要條件：可燃性物質、氧化劑和點燃源，即俗稱的“爆炸三要素”。工業粉塵爆炸亦不例外，但是要真正發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，所以行業中有時也有粉塵爆炸“五要素”甚至“六要素”等的說法，其本質是一樣的。對于每個單獨的粉塵涉爆場所，粉塵爆炸風險評估流程具體步驟見圖1。

粉塵防爆檢測檢驗

粉塵爆炸風險評估的基礎是對粉塵制造加工企業的危險源進行辨識，危險源辨識的內容包括對涉粉場所不同生產工藝的粉塵類型采樣、粉塵著火敏感程度參數測試檢測，以及引發爆炸的危險性環境的檢驗。

粉塵爆燃特性參數測試

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。

粉塵涉爆場所現場檢驗

根據國家有關法規、標準，CQCEX專門設計了《工貿行業粉塵涉爆危險企業風險評估信息表》，檢查表分為通用部分和作業場所防爆安全檢查部分。

第一，通用部分。檢查項目設置為建（構）筑物結構與布局、爆炸危險場所、防爆電氣設備、防雷防靜電、通風、除塵系統、作業安全等。

江蘇昆山“8·2” 特別重大爆炸事故、內蒙古根河“1·31” 較大粉塵爆炸事故，均是由除塵器起火導致，因此通風、除塵系統應細致檢驗，檢查要點說明見表1。根據現場調研情況來看，企業所選用的除塵系統典型不符合項有：集塵器放在室內，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）。

根據現場情況來看，企業對防爆電氣設備的認識不足，大部分企業未安裝防爆電氣設備，或者選用假冒偽劣產品等（見圖4）。因此，在檢驗中應加大對GB12476-2013《可燃性粉塵環境用電氣設備》標準的普及和防爆電氣設備的規范化。

對于作業安全檢查要點，主要有：嚴格執行明火管理制度；作業安全強調清掃工作需及時、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，作業場所防爆安全檢查部分。按照不同行業工藝的特點，增加作業場所防爆安全檢驗，其中涉及的作業場所分為鋁鎂粉加工系統、木材加工系統和糧食加工、儲運、飼料加工系統。具體安全檢查內容如圖6所示。這一部分是企業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雖然均有相應的粉塵防爆安全規程，但是相應的工藝設備，例如木工機械、糧食加工機械、金屬制品刨工打磨等設備，因歷史原因在設計中均未考慮防爆危險性。

風險評定

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

風險可能性分析

首先，確定易燃性或可燃性粉塵的爆燃特性參數。易燃性或可燃性粉塵被看作是能夠形成爆炸危險性環境的物質，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，與之有關的潛在危險就釋放出來。此時，風險評估的第一步要求是對現場粉塵的點燃特性、點燃要求和爆炸特性進行實驗研究。

其次，確定可能出現的爆炸性環境以及出現的量。爆炸危險性環境是粉塵發生爆炸的基本前提，爆炸性環境的出現取決于工作環境可燃性粉塵的產生量、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。在實際應用中，根據粉塵釋放源的位置和釋放的可能性進行分區，從而方便對爆炸危險性環境的評估。

最后，確定爆炸性環境的點燃源和點燃的可能性。點燃源是促進粉塵爆炸發生及發展的動力因素。工業生產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、機械產生的火花、電氣裝置、靜電和自燃。點燃源點燃爆炸危險性環境的能力與可燃性粉塵的點燃特性有關。

后果嚴重度分析

如果發生粉塵爆炸事故，其破壞效應與爆炸過程產生的沖擊波、碎片和火焰、熱輻射、毒性危害有關。粉塵爆炸過程連鎖反應明顯，災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，對人員預期到的損傷或物體預期造成的破壞及受危險危及的場所的大小進行評定。

粉塵爆炸預防措施

粉塵爆炸防護措施分為兩類：一類是預防性措施，即通過控制和消除爆炸事故發生的條件，以減少或避免爆炸事故的發生；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。粉塵爆炸預防和防護性原理如圖7所示。

根據粉塵爆炸的要素，有些條件在生產中難以消除，而下面提到的前三個條件是可以控制的。預防粉塵爆炸的關鍵即消除“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防，可以有效地防止粉塵爆炸事故的發生。點火源分為可預見點火源和不可預見點火源。其中焊接火焰、煙頭、明火等為可預見的點火源，這些點火源易于通過安全管理消除。如凡是產生可燃性粉塵的場所，均應列為禁火區，控制非生產性明火的使用，制定動火作業制度，并嚴格執行。

不可預見的點火源有機械火花、熱表面、靜電、電氣火花等，是預防粉塵爆炸的重中之重。預防電氣火花的產生，主要是通過定期檢查電氣設備，防止其線路老化、短路。或者選用粉塵防爆電氣設備，替代一些易發生故障的設備設施。控制靜電的產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則》標準，進行生產工藝的防靜電設計，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防措施。

另外，在有條件的生產加工車間，可以安裝火花探測和熄滅系統。這種系統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，發生氧化還原反應，引發除塵系統及車間的系列爆炸。

大量的粉塵爆炸事故發生在維護和清理期間，常常在設備不運作時工藝規程含糊不清，維修人員也經常忽略停車期間殘留粉塵產生的危險。此時應注意選擇正確的工具，不可以使用在維修時產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，使用鐵質工具，作業中撞擊引發的機械火花，引燃了處于爆炸濃度范圍的玉米淀粉粉塵云，繼而引發整個車間內積累的粉塵層二次爆炸，產生毀滅性破壞。

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，保障處理粉料的設備、容器和輸送系統具有良好的密閉性能，盡可能防止粉塵從設備中泄漏。其次，消除粉塵或縮小粉塵擴散范圍，降低可燃粉塵的濃度。如安裝有效的通風和除塵系統，加強通風排塵和抽風排塵。最后，防止粉塵在工作面、設備表面的堆積，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、管道和設備表面、地面等。

第三，限制氧含量。限制氧含量的方法是依據惰性氣體保護原理。惰化防爆是一種防爆技術措施，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，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、內部無人作業的筒倉等設備中。

粉塵爆炸保護技術

預防技術用來完全消除粉塵爆炸的發生肯定是不可能的。因此必須對存在可燃性粉塵爆炸風險的任何場所，采用粉塵爆炸保護技術，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生爆炸初始及發展階段，通過在包圍體上，人為開設泄壓口的方法，將高溫、高壓燃燒產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境免遭破壞的一種爆炸防護技術。因成本低和易于實現等顯著優點而得到廣泛應用。但是泄壓標準中泄壓面積的計算方法只適用于單個的設備。

第二，隔爆。對于管道相連的設備，應采取隔爆措施，隔爆是在爆炸發生后，通過物理化學作用撲滅火焰，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，使設備內爆炸壓力不超過其耐壓強度，避免設備遭到損壞或人員傷亡的防爆技術。

〔作者簡介：王新華，博士，教授級高工，國家防爆設備質量監督檢驗中心（廣東）常務副主任，全國防爆電氣設備標準化技術委員會防爆電器分技術委員會副秘書長，現從事防爆設備檢測認證及工業爆炸風險評估。〕

編輯 包冬冬