淺析金屬制品拋光部位粉塵防爆

李克靖 東莞市應急管理局

鎂、鋁、鋅、銅、鉛、錫等金屬制品在打磨、拋光過程中可能會產生金屬粉塵，出現(xiàn)粉塵飛揚或者沉積現(xiàn)象。一旦空中浮游狀的粉塵達到爆炸極限，遇火源、熱源就有可能會發(fā)生粉塵爆炸，且爆炸威力巨大，危害極大，波及范圍極廣，極易造成整棟廠房垮塌，從業(yè)人員傷亡。所以金屬制品打磨拋光部位粉塵防爆是金屬制品機械加工企業(yè)安全生產的重中之重。然而，這一類工業(yè)企業(yè)安全基礎薄弱，安全意識淺薄，不了解金屬粉塵爆炸安全知識，不掌握粉塵防爆安全技術，不具備粉塵防爆安全生產知識和管理能力，因此，幫扶企業(yè)做好粉塵防爆安全生產工作，提升安全管理能力和水平，防范金屬粉塵爆炸安全事故，是金屬制品企業(yè)急需掌握的一項安全生產技能。為此，我們從金屬粉塵的爆炸機理和特征著手，分析其安全風險，并提出防爆安全技術對策措施。

一、金屬粉塵爆炸機理和特征

（一）爆炸機理

金屬粉塵有很大的比表面積，其表面吸附著空氣中的氧，且粉塵顆粒越細，其比表面積越大，吸附的氧就越多［1］。然而，氧在這種情況下活性極大，一旦空中浮游狀的粉塵達到爆炸極限濃度，遇到火源或者熱源，達到粉塵爆炸所需的最小點火能量即會與氧氣發(fā)生劇烈反應即粉塵爆炸；或者作業(yè)場所沉積的粉塵未及時規(guī)范清理，遇電氣火花引燃著火進而導致作業(yè)場所發(fā)生粉塵爆炸；或者金屬制品拋光部位設置的除塵系統(tǒng)不符合安全規(guī)范要求，采用正壓吹送粉塵，出現(xiàn)除塵系統(tǒng)內部和作業(yè)現(xiàn)場積塵，選用黑色金屬鐵質材質的風機葉片，運行過程中產生撞擊火花或者因風葉與粉塵摩擦積熱，達到粉塵層的引燃溫度，引發(fā)除塵系統(tǒng)粉塵著火爆炸，并通過除塵系統(tǒng)傳至拋光作業(yè)場所引發(fā)粉塵二次爆炸，造成從業(yè)人員傷亡。或者因收集塵桶內的鎂金屬粉塵未及時清理，在水濕潤情況下日曬積熱自燃，火焰?zhèn)髦脸龎m系統(tǒng)內引發(fā)其爆炸，并通過除塵系統(tǒng)傳至拋光作業(yè)場所，導致作業(yè)場所發(fā)生粉塵爆炸。總之，金屬粉塵有很大的比表面積，這是金屬粉塵造成爆炸的原因之一。金屬粉塵爆炸機理是粉塵顆粒細，比表面積大且吸附空氣中的氧，在具備粉塵爆炸條件下，與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈化學反應，導致空氣溫度迅速提高，氣體體積急劇膨脹，形成摧毀力巨大的沖擊波，造成作業(yè)場所破壞，人員傷亡。

（二）主要特征

1.爆炸所需的最小點火能量較高，一般都在幾十毫焦耳以上［2］；

2.爆炸感應期長；

3.可能會導致多次粉塵爆炸；

4.與可熱氣體爆炸相比，爆炸壓力上升較緩慢，但較高壓力持續(xù)時間長，釋放的能量大，爆炸威力巨大，破壞力強，損毀率高。

二、爆炸條件及其主要影響因素

（一）粉塵爆炸條件

1.粉塵必須能懸浮在空氣中，與空氣混合形成爆炸性混合物，并達到爆炸極限濃度，或者粉塵沉積厚度需達5mm及以上，達到粉塵層或粉塵云的引燃溫度。

2.必須具備最低點火能量。

（二）影響粉塵爆炸的主要因素

1.金屬的理化特性。金屬的化學性質越活潑，所需的最小點火能量越低，粉塵層或粉塵云的引燃溫度也越低。

2.粉塵的粒徑。粉塵的粒徑越小，其比表面積越大，吸附的氧也就越多，所需的點火能量越小，越容易點燃。粉塵顆粒越細，在空氣中懸浮的時間越長，爆炸危險性就越大。

3.空氣中的氧含量。空氣中的氧含量越大，爆炸濃度范圍也越大。

4.環(huán)境溫度和壓力。環(huán)境溫度升高和壓力增大，均能使爆炸濃度范圍擴大，所需點火能量下降[2]。

通過對金屬粉塵的爆炸機理、爆炸特征、爆炸條件及其主要影響因素分析發(fā)現(xiàn)，要預防金屬打磨拋光作業(yè)場所粉塵爆炸就必須設置符合安全規(guī)范要求的金屬粉塵除塵系統(tǒng)，及時排出粉塵，規(guī)范清理粉塵，防止空中浮游狀的粉塵達到爆炸極限濃度，防范粉塵沉積，控制作業(yè)場所和除塵系統(tǒng)的電氣設備產生“電氣火花”。據此，我們提出如下金屬粉塵防爆安全技術對策措施。

三、金屬粉塵防爆安全技術對策措施

（一）作業(yè)場所

1.金屬打磨拋光作業(yè)場所宜布置在單層建筑物內，且宜采用鋼筋混凝土框架結構。布置在多層建筑物內必須采用鋼筋混凝土框架結構，防止金屬粉塵爆炸，導致整棟廠房垮塌。

2.金屬打磨拋光作業(yè)場所內不得設置辦公室、休息室、會議室等人員密集場所，并與廠房、倉庫和民用建筑之間的防火間距符合相關安全規(guī)范要求。

3.金屬打磨拋光作業(yè)場所應采用輕質屋面板、墻體或易于泄壓的門窗等作為泄壓設施，泄壓面積不應小于：泄壓面積；V：廠房的容積，單位：m3；C:泄壓比，單位:m2/m3；鋁、鎂粉塵的C值≥0.11，銅粉塵的C值≥0.03，錫粉塵的C值≥0.055）［3］。

4.金屬打磨拋光作業(yè)場所的內表面應平整、光滑，并易于清掃。

5.供配電系統(tǒng)應采用TN-S系統(tǒng)。生產用的電氣設備、臨時用電的電氣設備應采取末端保護，安裝剩余電流保護裝置［4］。

6.金屬打磨拋光部位火災危險性乙類，屬于爆炸危險場所，應采用防爆型電氣設備。配電線路的安裝應符合《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB50058相關規(guī)定，電纜和導線采用鋼管螺紋連接。

7.設置事故通風系統(tǒng)且事故通風換氣次數不應小于12次/小時［5］。事故風機應采取防爆措施，一般可采用有色金屬制造的風機葉片和防爆的電動機。

8.定期清掃作業(yè)場所內表面及設備、設施表面沉積的粉塵，防止粉塵積聚。

9.設置符合安全規(guī)范要求的除塵系統(tǒng)，及時捕捉、收集粉塵。

（二）除塵設施

除塵設施主要分干式和濕式二種。干式除塵設施主要采用干式集中除塵系統(tǒng)。干式集中除塵系統(tǒng)主要有吸塵罩、排風管、除塵器、風機和控制裝置等部件組成。各部件的安全要求包括但不限于如下內容：

1.干式除塵設施

（1）吸塵罩安全要求。所有產塵點均應裝設吸塵罩，且吸塵口的風速不低于1m/s，罩內負壓均勻，確保吸塵口無粉塵外逸。

（2）風管安全要求。一是應采用鋼質材料圓型風管，其厚度不應小于1mm。二是水平風管的最小風速不應小于25m/s，確保風管內無積塵。三是安裝在建筑物內的風管應靠外墻布置，且水平風管宜每6m設置一個徑向泄壓口，豎直風管每層樓設置一個泄壓口，其泄壓面積不應小于管道的截面積，并裝設通向建筑物外的泄壓導管或不產生火焰、火星的泄壓裝置。四是水平風管宜每6m設置一個清灰口，以及管道彎管夾角大于45°的部位設置清灰口。五是金屬管道連接處（如法蘭）應進行防靜電跨接［6］。六是風管不得穿越防火墻和有爆炸危險的房間隔墻。七是禁止采用干式巷道式建筑物作為除塵風道。

（3）除塵器安全要求。一是要采用鋼質材料，且其內壁應光滑，厚度不得小于1mm。二是要布置在建筑外，并與所屬廠房的防火間距不應小于10m。具備連續(xù)清灰功能或具有定期清灰功能且風量不大于15000m3/h、集塵斗的儲塵量小于60kg干式除塵器可布置在廠房內的單獨房間內，但應采用防火墻與其他部位分隔。三是除塵器火災危險乙類，其與廠房、倉庫和民用建筑之間的防火間距應符合相關安全規(guī)范要求，例如與民用建筑的安全距離不得小于25m。四是除塵器要開設泄爆口，裝設泄爆裝置，泄爆口總面積不得低于A=1.1（A：泄壓面積；V：除塵器容積，單位：m3）。五是除塵器進風管道要設隔爆閥，阻止粉塵爆炸火焰和沖擊波傳至作業(yè)場所內，造成作業(yè)場所發(fā)生二次粉塵爆炸，傷及作業(yè)人員。六是除塵器的進、出風口要裝設風壓差監(jiān)測報警裝置。七是除塵器集灰斗底端要裝設鎖氣卸灰裝置，并且要與除塵器同步運行，及時清卸灰倉的積灰。鎖氣卸灰裝置要采用防爆型電動機，設置運行異常和故障停機監(jiān)控報警裝置。八是除塵器要布置在除塵系統(tǒng)的負壓段上即風機的進風側。九是除塵器內布袋要采用阻燃、防靜電材料制作。

（4）風機安全要求

風機停機時容易使空氣從風管倒流到風機。當空氣中含有可燃性粉塵且風機未做防爆處理時，這些物質將隨之被帶到風機內，從而可能因風機發(fā)生火花而引起粉塵爆炸，因此，為防止風機發(fā)生火花引起粉塵爆炸事故，而應采用防爆型的通風設備，一般可采用有色金屬制造的風機葉片和防爆的電動機。另外，風機的流量也應滿足安全規(guī)范要求，確保管道內部不積塵。

（5）電氣安全

除塵系統(tǒng)應采用TN-S供電系統(tǒng)，并應采取末端保護，安裝剩余電流保護裝置。除塵系統(tǒng)的電纜和導線應采用鋼管螺紋連接。再有，除塵系統(tǒng)必須要采取防雷、防靜電接地措施，防止產生靜電放電火花，遭受雷擊。

2.濕式除塵設施

濕式除塵設施分濕式集中除塵系統(tǒng)和單機除塵設備二種。濕式集中除塵系統(tǒng)分半濕式系統(tǒng)和全濕式系統(tǒng)二種。半濕式系統(tǒng)是由吸塵罩、干式排風管、濕式除塵器、風機和控制裝置等部件組成。全濕式系統(tǒng)由吸塵罩、濕式排風管、濕式除塵器和風機等部件組成。濕式集中除塵系統(tǒng)應采用水幕除塵工藝。除塵器應設置液位和水流速連續(xù)監(jiān)測報警裝置，并及時清除水槽（箱）內的粉渣，保證水槽（箱）及水質過濾箱（槽）無論除塵器系統(tǒng)處于開啟或者停止狀態(tài)都要通風良好[6]。不論采取半濕式集中除塵系統(tǒng)還是全濕式集中除塵系統(tǒng)，除除塵器以外的其他部件均要滿足干式集中除塵系統(tǒng)的安全要求。

選用單機濕式除塵設備應確保吸塵口的風速不低于1m/s，罩內負壓均勻，沒有粉塵外逸。單機濕式除塵設備出風口可以安裝排風管，將帶塵濕潤空氣排出室外，但排風管末端不能再設置風機，以防再次形成正壓吹送粉塵。

（三）除塵設施布置

金屬打磨拋光作業(yè)場所內不同防火分區(qū)不得采用一套除塵系統(tǒng)，且不同防火分區(qū)的除塵系統(tǒng)禁止互聯(lián)互通。不同類型的可燃粉塵不能共用一套除塵系統(tǒng)，例如鐵質粉塵在打磨拋光時可能會產生火花，所以鐵質粉塵不能與其他可燃粉塵共用一套除塵系統(tǒng)；可燃氣體不得與金屬粉塵共用一套除塵系統(tǒng)。

除塵設施不宜布置在廠房樓頂面，不得采用以沉降室為主的重力沉降除塵方式的粉塵沉降室除塵，并禁止采用干式靜電除塵器和重力沉降室除塵。

四、結束語

綜上所述，金屬打磨拋光部位火災危險性乙類，屬于粉塵爆炸危險場所。所以企業(yè)在生產經營過程中要嚴格遵照安全生產法律、法規(guī)、國家標準或行業(yè)標準要求，全面落實粉塵防爆安全技術措施，合理布置金屬打磨拋光作業(yè)場所，采用防爆型電氣設備，設置符合安全規(guī)范要求的除塵設施，及時規(guī)范清理作業(yè)場所和設備表面積聚的可燃粉塵，防止空中浮游狀的金屬粉塵達到爆炸極限濃度，防范粉塵沉積，確保金屬制品打磨拋光安全作業(yè)。