鏡片樹脂粉塵爆炸案例分析及防范措施應(yīng)用研究

王躍文 方江敏

摘 ?????要： 針對(duì)某樹脂鏡片廠發(fā)生的粉塵爆炸事故，運(yùn)用粉塵爆炸原理分析原因，歸納出此種爆炸的特點(diǎn);提出了防范措施：采用濕法除塵和切削工藝可降低粉塵濃度;控制磨頭等點(diǎn)火源，可減少粉塵爆炸的幾率;對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行泄爆和抑爆設(shè)計(jì)，可減輕粉塵爆炸的損失。案例分析對(duì)樹脂鏡片生產(chǎn)企業(yè)防范粉塵爆炸事故具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

關(guān) ?鍵 ?詞：鏡片樹脂;粉塵爆炸;粉塵云;點(diǎn)火源

中圖分類號(hào)：TQ086 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）02-0422-05

Abstract： According to the dust explosion accidents that occurred in the production process of resin lens in an enterprise， the basic principle of dust explosion was used to explore the root cause of the accidents. The features of the accidents were summarized， and some safety measures were put forward， such as reducing the dust concentration， controlling the ignition sources， the design of vent explosion and explosion suppression， and so on. The case study is of practical guiding significance to prevent dust explosion in those enterprises which produce resin lens.

Key words： Lens resin; Dust explosion; Dust cloud; Ignition source

近年來(lái)，各類粉塵爆炸事故造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。金屬粉塵爆炸事故如2014年昆山中榮金屬制品有限公司發(fā)生特別重大鋁粉爆炸事故，導(dǎo)致75人死亡，185人重傷。煤礦粉塵爆炸事故如2003年烏海市駱駝上煤礦粉塵爆炸，導(dǎo)致6人死亡，1人重傷。食品粉塵爆炸事故如2015年臺(tái)灣八仙樂(lè)園發(fā)生粉塵爆炸，導(dǎo)致500人重傷，1人死亡。這些事故主要存在于金屬加工行業(yè)、礦產(chǎn)行業(yè)、食品加工行業(yè)，已經(jīng)引起行業(yè)內(nèi)人士對(duì)粉塵爆炸的廣泛重視，并對(duì)粉塵爆炸的機(jī)理和防護(hù)措施進(jìn)行了深入研究[1]。

樹脂加工行業(yè)也不例外，但是由于樹脂產(chǎn)品豐富多樣，生產(chǎn)工藝各不相同，粉塵爆炸事故的發(fā)生和防范也各具特點(diǎn)。鏡片樹脂生產(chǎn)行業(yè)有自身的特點(diǎn)，例如樹脂原料不可替代，粉塵可燃，鏡片成型后必須進(jìn)行磨邊等等，導(dǎo)致這類企業(yè)存在粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。然而，目前對(duì)這類企業(yè)粉塵爆炸的專題研究卻十分鮮見(jiàn)，因此相關(guān)的分析與探討很有必要。結(jié)合某樹脂鏡片生產(chǎn)企業(yè)連續(xù)出現(xiàn)的粉塵爆炸事故案例，對(duì)事故的原因進(jìn)行深入分析，結(jié)合《工貿(mào)行業(yè)可燃性粉塵作業(yè)場(chǎng)所工藝設(shè)施防爆技術(shù)指南（試行）》對(duì)防范措施進(jìn)行研究，旨在對(duì)同類生產(chǎn)企業(yè)起到參考和借鑒作用，以防同類事故再次發(fā)生。

1 ?鏡片樹脂粉塵爆炸機(jī)理

1.1 ?鏡片樹脂粉塵的化學(xué)成分

常見(jiàn)的鏡片樹脂又稱CR-39鏡片樹脂，是烯丙基二甘醇碳酸脂單體在催化劑過(guò)碳酸異丙酯的作用下加熱聚合而成，固化后的鏡片是一種熱固性塑膠，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，受熱不再軟化[2]。持續(xù)點(diǎn)火能夠燃燒，實(shí)驗(yàn)表明1片70 g的鏡片點(diǎn)燃后夠?qū)?壺500 g自來(lái)水從常溫煮至沸騰。

1.2 ?樹脂鏡片生產(chǎn)工藝流程

鏡片采用樹脂單體和其他助劑等原材料加工而成，先用膠圈或綁帶和前后模具組合成三位一體的模組，操作工人通過(guò)澆鑄設(shè)備將配制好的混合物料注入模組，然后將模組送入固化爐加熱。物料中單體在受熱條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，固化形成樹脂鏡片[3]。 鏡片冷卻成型后從模組取出，其邊緣極不規(guī)整，需要進(jìn)行外形磨邊處理，使鏡片邊緣光潔平整，成為可進(jìn)行光學(xué)加工的產(chǎn)品。整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中在磨邊環(huán)節(jié)產(chǎn)生了樹脂粉塵，按每片鏡片去掉邊緣5 mm左右的厚度，某企業(yè)一天生產(chǎn)2萬(wàn)片鏡片，每天的粉塵量將近100 kg。

1.3 ?樹脂鏡片加工過(guò)程的除塵工藝流程

常見(jiàn)的除塵工藝是在磨邊工序通過(guò)除塵系統(tǒng)對(duì)磨邊機(jī)的每個(gè)工位抽風(fēng)，使粉塵經(jīng)除塵管道統(tǒng)一送往樓面的集塵塔。集塵塔內(nèi)裝有濾袋和脈沖裝置，粉塵經(jīng)過(guò)濾袋只有極少量排向大氣，絕大部分粉塵粘附在濾袋上，由脈沖器定期抖落，匯入接灰桶。集塵塔內(nèi)濾芯以下的腔體是含粉塵的空氣環(huán)境，上腔體是過(guò)濾后的潔凈空氣，如圖1所示。

1.4 ?粉塵爆炸原理

粉塵爆炸的發(fā)生首先是存在可燃性粉塵云，當(dāng)粉塵云濃度達(dá)到爆炸極限濃度范圍時(shí)，一旦遇到能量足夠的點(diǎn)火源，會(huì)引發(fā)溫度和壓力明顯上升，在有限空間內(nèi)引發(fā)爆炸事故。粉塵爆炸須具備五個(gè)條件：一，粉塵可燃;二，存在氧化物;三，存在“有效的”點(diǎn)火源;四，粉塵呈云狀;五，存在有限空間。以上五點(diǎn)，又稱粉塵爆炸五邊形，如圖2所示。“有效的”點(diǎn)火源是指點(diǎn)火源的能量足夠大，可以引燃粉塵，常見(jiàn)的有：明火、機(jī)械火花、電火花、靜電火花、熱表面、雷電[4]。

2 ?鏡片樹脂粉塵爆炸事故案例

連續(xù)三次事故暴露出鏡片磨邊車間在工藝的不同部位存在的風(fēng)險(xiǎn)，由不同的點(diǎn)火源導(dǎo)致，企業(yè)一開(kāi)始采取了局部的防范措施：第一次針對(duì)非防爆電器這個(gè)點(diǎn)火源的問(wèn)題采取了防范措施;第二次改善針對(duì)機(jī)械火花進(jìn)行防范;第三次首先是針對(duì)表面高溫采取了控制措施。由于點(diǎn)火源具有多樣性，為了可靠地控制粉塵爆炸，企業(yè)最后從降低粉塵濃度的角度采取了根本性的改善措施，見(jiàn)表2。系列措施的落實(shí)大大降低了爆炸風(fēng)險(xiǎn)，提升了現(xiàn)場(chǎng)的安全水平。

3 ?鏡片樹脂粉塵爆炸的特點(diǎn)

事故暴露出鏡片樹脂粉塵爆炸具有如下特點(diǎn)：

1）樹脂鏡片粉塵是可燃性粉塵。

2）傳統(tǒng)的干式磨邊和干式除塵工藝中存在粉塵云有限空間，分別在磨邊設(shè)備內(nèi)部、除塵管道、集塵塔和接灰室。

3）鏡片磨邊工藝過(guò)程點(diǎn)火源的特點(diǎn)：

a）采用打磨式磨邊工藝，磨頭連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)表面溫度能夠達(dá)到粉塵云燃燒的溫度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明粉塵云的最低著火溫度為420 ℃， 如表3。

2.接塵室內(nèi)電磁閥非防爆，老化打火引爆接灰室，引起濾袋箱二次爆炸。 1.更換新的集塵塔，塔壁安裝爆破片以便泄壓。

2.安裝防爆電磁閥。

3.取消集塵塔下方的接灰室，消除該有限空間。

2016年4月 1.工人清潔現(xiàn)場(chǎng)時(shí)將鐵釘、螺絲等金屬物品一同吸入除塵管，金屬物在管道內(nèi)受到向上的抽力和向下的重力作用，反復(fù)碰撞產(chǎn)生機(jī)械火花。

2.機(jī)械火花引起管道爆炸，引發(fā)濾袋箱發(fā)生二次爆炸。 1.在除塵管道前端安裝過(guò)濾箱防止金屬物品進(jìn)入除塵管道。

2.定期清理除塵管道，減少管道內(nèi)部粉塵聚集。

3.設(shè)定風(fēng)壓表檢測(cè)抽風(fēng)效果，當(dāng)抽風(fēng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行抽風(fēng)系統(tǒng)檢修。

2016年5月 1.設(shè)備腔體內(nèi)部是稀薄的粉塵云空間。

2.車間溫度高散熱不良。

3.磨頭持續(xù)作業(yè)與鏡片邊緣摩擦導(dǎo)致表面溫度逐漸升高，達(dá)到粉塵最低著火溫度，引燃磨頭表面粉塵，繼而引爆設(shè)備內(nèi)部的粉塵云空間。 1.加大風(fēng)機(jī)功率改善抽風(fēng)效果。

2.對(duì)磨頭進(jìn)行局部降溫控制磨頭表面溫度。

3.更換磨邊機(jī)，摩擦打磨式改成切刀切削式，減少粉塵量的產(chǎn)生。

4.除塵管道的過(guò)濾緩沖箱安裝火花探測(cè)熄滅器。

5.干式集塵塔升級(jí)改造成濕式除塵塔。

b）非防爆電器打火能夠引起鏡片粉塵的燃燒。

c）金屬零件在抽風(fēng)管道內(nèi)部的反復(fù)撞擊產(chǎn)生的機(jī)械火花能夠引起鏡片粉塵的燃燒。

d）不排除其它點(diǎn)火源，如雷電火花、靜電火花。

4）由于樹脂鏡片生產(chǎn)過(guò)程中粉塵僅在磨邊過(guò)程中以廢棄物的形式產(chǎn)生，不是以粉塵為產(chǎn)品，粉塵總量不多，發(fā)生爆炸的時(shí)間較短。

5）集塵塔安裝在室外或樓面是減小爆炸損失的有效措施，能夠防止在作業(yè)場(chǎng)所導(dǎo)致的人員傷亡。

4 ?鏡片樹脂粉塵爆炸的防范措施

我國(guó)《工貿(mào)行業(yè)可燃性粉塵作業(yè)場(chǎng)所工藝設(shè)施防爆技術(shù)指南（試行）》對(duì)鏡片樹脂粉塵爆炸的防護(hù)很有指導(dǎo)價(jià)值。《指南》指出防止粉塵爆炸的方法就是打破粉塵爆炸五邊形，消除當(dāng)中一個(gè)或幾個(gè)條件。由于在樹脂鏡片磨邊工藝中，粉塵的可燃性是不可改變的;磨邊機(jī)、除塵管路、集塵器、車間都是的有限空間，這是不可避免的;而磨邊作業(yè)系統(tǒng)不是完全密閉的系統(tǒng)，無(wú)法控制氧濃度。所以，現(xiàn)實(shí)的防護(hù)措施為：降低粉塵云濃度、管控點(diǎn)火源和減輕爆炸的損失[5]°

4.1降低粉塵云濃度

4.1.1 ?濕法除塵

濕法除塵的原理是用水或其他液體對(duì)含塵氣體中的塵粒潤(rùn)濕而捕集[6]。在集塵塔環(huán)節(jié)是濃度最高的粉塵云空間，采用濕法除塵可以消除粉塵云空間，使收集到集塵塔的粉塵完全不參與粉塵爆炸。濕法除塵利用風(fēng)機(jī)的吸力將粉塵進(jìn)行捕集，除塵塔內(nèi)裝有水噴淋裝置潤(rùn)濕粉塵，利用水滴及水膜和粉塵顆粒的慣性碰撞及其他捕集作用增大顆粒，并以塵水混合物的形式進(jìn)行收集，濕式除塵塔工作原理如圖4所示。

以該企業(yè)為例，干式和濕式除塵塔的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，可以看到采取濕法除塵后集塵塔粉塵濃度有了顯著下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鏡片粉塵的爆炸濃度，濕式除塵塔潔凈面的粉塵濃度幾乎為零，是非常有效的降低粉塵濃度的措施。由于樹脂鏡片粉塵與水不發(fā)生反應(yīng)，是濕式除塵的有利條件，利用壓濾機(jī)將含水粉塵壓濾可得到粉塵泥，易于進(jìn)行廢棄物處理。

4.1.2 ?采用濕法磨邊或改善干式磨邊工藝

消除或者減少粉塵是控制粉塵爆炸的手段之一。完全消除打磨粉塵的方法是采用濕法打磨，在磨邊過(guò)程中用噴管將水霧不斷噴向打磨部位，潤(rùn)濕粉塵，實(shí)現(xiàn)消除設(shè)備內(nèi)部的粉塵云空間。然而市面上雖然有濕式磨邊機(jī)的存在，但是主要應(yīng)用于車房定制鏡片加工，對(duì)于大規(guī)模的鏡片基片制造環(huán)節(jié)，由于干式磨邊的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濕式，一般采用干式磨邊工藝，致使粉塵云有限空間不可避免的存在，故需要從降低粉塵濃度的角度采取措施。采用磨頭與鏡片邊緣摩擦的方式會(huì)導(dǎo)致所有切削料均以細(xì)粉狀出現(xiàn)，但采用切削式磨邊機(jī)利用切刀對(duì)邊緣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式切削，廢棄物則以絲狀或大顆粒切削料為主，只有少量的細(xì)粉塵產(chǎn)生，可大大降低作業(yè)空間的粉塵濃度，減少粉塵爆炸事故發(fā)生機(jī)會(huì)，如圖5所示。

以該企業(yè)為例，采用側(cè)面打磨式磨邊工藝，設(shè)備內(nèi)部的粉塵濃度可達(dá)30 g/m3。采取正面切削式打磨后，設(shè)備內(nèi)部的粉塵濃度為9 mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最低爆炸粉塵濃度，車間粉塵的濃度也有顯著下降， 見(jiàn)表5。

4.1.3 ?粉塵清掃

磨邊車間粉塵量的控制應(yīng)實(shí)行定期清清理和清掃的制度，盡可能減少車間地面、設(shè)備內(nèi)外部、管道內(nèi)部、接灰室內(nèi)部的粉塵量。除塵管道應(yīng)設(shè)計(jì)檢查清掃口，定期清理管道粉塵。粉塵清掃應(yīng)采用灑水降塵或負(fù)壓吸塵等避免二次揚(yáng)塵的方式進(jìn)行，使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵量控制到最低水平[7]。

該企業(yè)在事故發(fā)生前由于除塵管道采用焊接連接不方便拆卸清理，十多年下來(lái)積累了厚厚的粉塵，后將管道改成法蘭分段連接，每半年清理一次粉塵，加上風(fēng)機(jī)功率改大，管道內(nèi)壁粘附的粉塵厚度明顯降低。如表6所示。

4.2 ?控制點(diǎn)火源

鏡片樹脂粉塵爆炸的點(diǎn)火源控制主要從以下幾方面著手。如表7所示。

4.3 減輕爆炸損失

為了防止控制失效引發(fā)的事故災(zāi)害，減輕爆炸損失的設(shè)計(jì)是必要。首先，從建筑設(shè)計(jì)角度和工藝布置角度兩方面考慮泄爆措施。磨邊車間應(yīng)設(shè)立在單層建筑內(nèi)，采取頂部泄壓。同時(shí)采用相對(duì)獨(dú)立的除塵系統(tǒng)。一個(gè)工位著火或者爆炸，火焰或沖擊波會(huì)通過(guò)管道迅速傳播到同一系統(tǒng)的其它工位。因此，同一除塵系統(tǒng)的打磨工位不宜過(guò)多，不同除塵系統(tǒng)之間不應(yīng)設(shè)置管道互連。集塵塔應(yīng)安裝在室外或樓面，并安裝適當(dāng)規(guī)格的爆破片以便及時(shí)泄壓，最大程度降低事故的損失。其次在除塵管道內(nèi)部采用火花探測(cè)熄滅裝置，當(dāng)探測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)部有火花時(shí)，能夠及時(shí)噴灑滅火劑，熄滅火花，起到抑爆的作用。

5 ?結(jié) 論

（1）樹脂鏡片粉塵是可燃粉塵，在鏡片磨邊過(guò)程中容易達(dá)到粉塵爆炸的五個(gè)條件，引發(fā)爆炸事故。

（2）通過(guò)采用切削式磨邊工藝和濕式除塵工藝，可以從根本上控制粉塵云濃度。

（3）通過(guò)技術(shù)和管理手段可管控各類點(diǎn)火源，其中樹脂鏡片粉塵云的最低著火溫度為420 ℃，磨頭和電機(jī)表面溫度應(yīng)控制在280 ℃以下。

（4）除塵工藝設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮泄爆設(shè)計(jì)，設(shè)備安裝火花探測(cè)熄滅裝置可起到抑爆效果，降低粉塵爆炸損失。

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