木質粉塵爆炸特性及其典型生產環境風險評估應用研究

王 濤

（安徽博達項目管理咨詢有限公司，安徽 合肥 230000）

在木材加工行業，為了最大限度地保持木材的基本特性，一般都是采用機械加工或者化學加工的方式，加工過程中會產生大量的木質粉塵，如果不能及時對其進行清理，可能會引發木質粉塵爆炸事故，造成嚴重損失。對此，需要對木材加工場所生產環境風險進行研究，構建起科學的粉塵爆炸風險評估方法，依照風險等級的劃分，采取有效的管控措施，為風險的識別、評估和防范提供指導。

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，與空氣充分混合，形成粉塵云，然后受點火源作用的影響，粉塵空氣混合物快速燃燒并且引發溫度和壓力急劇升高的特殊化學反應。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，達到相應的爆炸極限；三是應該有足夠引發粉塵爆炸的熱能源，這個熱能源被稱為點火源；四是粉塵必須具備一定的擴散特性；五是粉塵爆炸的空間相對有限，在狹小的密封空間內最容易產生爆炸。

粉塵爆炸的特點體現在三個方面：一是多次爆炸，在第一次爆炸后，產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，中心區域會形成負壓，將周圍的新鮮空氣吸引過來，與揚起的粉塵充分混合，引發二次爆炸；二是所需能量高。粉塵爆炸需要的最小點火能量較高，通常在數十毫焦耳以上；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。

2 木質粉塵爆炸特性

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，能夠令粉塵層發生燃燒的最低環境溫度，能夠反映出堆積狀態下粉塵對于點燃的敏感性。工業生產設備在運行過程中，或多或少都會出現溫度升高的情況，而在熱量不斷積聚的情況下，就會出現自燃著火的問題。結合粉塵層最低著火溫度測定方法（GB/T 16430）的相關要求，木質粉塵層的最低著火溫度為10℃的整數倍，對照實踐經驗和相關實驗，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，能夠令粉塵云發生燃燒的最低環境溫度。進行粉塵加工、儲存和運輸的過程中，經常會處于懸浮狀態，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，很容易被點燃，并且在能量傳遞作用下，引發粉塵爆炸問題。結合粉塵云最低著火溫度測定方法（GB/T 16429）的相關要求，對粉塵云最低著火溫度進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℃或者低于該數值，應該減去10℃。粉塵云發生燃燒時的溫度為480℃，因此其最低著火溫度為460℃。

2.3 粉塵云最小點火能

粉塵云最小點火能指粉塵云內可燃粉塵在最易著火濃度時，能夠令粉塵云著火的點火源能量最小值，其會受到粉塵濃度、粉塵分散質量、湍流度等因素的影響。使用MIED-1.2最小點火能測試儀器進行實驗。粉塵云最小點火能會隨著粉塵粒徑的增大而增加，當粒徑小于71μm時，粉塵濃度對于點火能的影響較小，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險評估

3.1 評估思路

為了對典型的木材加工場所粉塵爆炸風險進行評估，結合粉塵爆炸風險可能性指標，利用風險矩陣對粉塵爆炸的可能性及潛在后果進行了分析。可能性分析涉及指標體系中的爆炸風險五邊形分析、指標權重分析、指標等級分析以及潛在后果分析則主要是針對環境影響、人員傷亡和財產損失的分析。

3.2 可能性分析

借助組合賦權法的風險評估方法，可以獲取木材加工場所中粉塵爆炸的危險性環境、點火源以及安全補償措施構成的木質粉塵爆炸風險可能性評估模型，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值相乘的方式，并不能十分準確地代表爆炸風險的可能性，這里采用了“三維風險魔方”的思想，確定準則層風險等級后，借助風險等級組合的方式，獲取相應的評估結果。依照評估結果來對爆炸危險性環境、點火源和安全補償措施進行等級劃分。

圖1 木質粉塵爆炸風險可能性評估模型

三維風險魔方是在傳統二維風險矩陣模型的基礎上，加入風險的第三種屬性形成的評估模型。確定爆炸的危險性環境、點火源以及安全補償措施三個影響因素的等級后，可以結合風險矩陣思想，針對等級實施評估結果組合，然后將其體現在三維風險魔方中，更加清晰直觀地看到不同要素組合下風險值的變化情況。

3.3 潛在后果分析

粉塵爆炸本身屬于氣-固兩相爆炸，爆炸反應區域廣，缺乏穩定性，很容易受到外界環境因素和限制條件的影響。在木材加工場中，可能引發木質粉塵爆炸風險的因素有很多，尤其是干燥系統、除塵系統等，更能為粉塵二次爆炸提供相應的條件。粉塵爆炸是一個能量釋放的過程，會在極短的時間內釋放出極大的能量，對比常規可燃物著火，粉塵爆炸中火焰的傳播速度遠遠超出常規，無論是溫度還是壓力，都會在瞬間達到很高水平，引發巨大威脅。粉塵爆炸事故的危害主要體現在沖擊波、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的。

對爆炸的后果進行分析，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、持續時間長，總能量巨大，具有突然性，破壞效應巨大。同時，粉塵爆炸過程有著很強的連鎖反應，二次爆炸和次生爆炸會導致爆炸后果的加劇，在這種情況下，僅僅分析加工系統中某個部件或者設備粉塵爆炸的后果，顯然是不合理的。對各方面的影響因素進行綜合考量后，應該從人員傷亡、設備損失和環境影響三個方面，評估和分析粉塵爆炸產生的后果，而人員傷亡與設備損失和其是否處于爆炸區域內存在直接關聯。

4 木材加工場所粉塵爆炸風險現狀及防范

4.1 風險現狀

4.1.1 防護水平偏低

當前，許多木材加工場所都存在著粉塵爆炸整體防護水平偏低的問題，不管是在建筑設計、設備布局還是工藝設計方面，都存在很大的安全隱患。例如，部分家具企業的生產廠房建設時間較早，沒有經過相應的消防驗收，也沒有設置完善的防雷設施，粉塵爆炸危險場所與員工宿舍、居民區等人員密集區域沒有安全距離，甚至有個別企業直接在加工車間內設置沉降室，導致粉塵爆炸風險偏高，極易引發粉塵爆炸。

4.1.2 防塵設備不足

相關調查顯示，多數木材加工場所使用的都是比較簡單的除塵設備，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實需求。也有部分企業設置了相應的除塵系統，但是存在著系統設計不規范的問題，在除塵器下部使用沉降室來對木質粉塵進行收集，但是沒有設置相應的防爆措施，導致工作崗位中粉塵沉積嚴重，除塵系統無法發揮出應有的效果。

4.1.3 防爆措施欠缺

很多木材加工場所沒有設置有效的防火防爆措施，存在著布線不規范、沒有設置防靜電跨接等，例如，與砂光機連接的風管沒依照相關規范的要求設置火花探測報警裝置，沒有采用防爆電氣設備等，甚至于將風機設置在沉降室內，存在巨大的爆炸風險和電氣火災風險。

4.1.4 安全管理缺陷

多數木材加工場所都存在著木質粉塵防爆安全管理缺陷，其表現在很多方面，如缺乏對木質粉塵爆炸風險的正確認識，缺乏對主體責任的貫徹落實，人員風險防范意識不強，粉塵清掃方法不正確等，導致作業現場存在巨大的粉塵爆炸風險。

4.2 防范措施

一是應該盡量減少粉塵的產生。木材加工企業在生產過程中，應該嚴格依照相關標準和規范的要求，對通風除塵系統進行設計、安裝和使用，做好必要的空氣檢測和粉塵清理工作，盡可能減少木質粉塵在作業場所內的沉積和擴散；二是應該對粉塵與氧氣混合的濃度進行嚴格控制。想要實現這一目標，應該對生產工藝進行改善，積極引入新的技術和設備，也可以采用密閉性生產設施，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、氮氣等惰性氣體，降低氧氣含量，從而有效抑制粉塵爆炸；三是應該對點火源進行消除。應該嚴格禁止在木質粉塵的作業環境中，使用明火或者高溫熱源。應該使用質量達標的防爆電氣設備，做好防雷和防靜電工作。應該確保生產設備能夠可靠接地，避免在作業場所使用可能產生高溫或者火花的工具設備；四是應該進一步加大對木材加工場所木質粉塵爆炸隱患的排查工作，對于存在風險的企業，應該督促其進行整改，在整改結束前不能開工；五是應該督促木材加工企業建立起完善的清掃制度，要求其做好粉塵清掃工作，同時加強對工作人員粉塵防爆知識的培訓，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粉塵爆炸風險，保障作業安全。

5 結束語

總而言之，木質粉塵作為易燃粉塵，在木材加工場所的生產加工過程中，往往都是以伴生的形式存在，也存在一定的爆炸風險。基于此，需要從木材加工行業典型的生產環境著眼，做好風險評估工作，建立起可靠的風險可能性評估模型，對照木質粉塵爆炸可能引發的潛在后果，實現對木材加工場所統一的粉塵爆炸風險評估流程，為木材加工企業的風險管理提供支持，切實保障木材加工行業的生產安全。