含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产的火灾危险性及消防安全对策

●郜 杨

(铁道警官高等专科学校,河南郑州 450053)

随着食品安全问题频繁发生,为提高食品安全,《食品安全法》于 2008年 7月 1日颁布实施。食品加工及其相关行业如配料、辅料、包装等企业都针对食品安全问题,依法加强生产管理,完善生产设施,达到食品生产卫生条件要求。但是企业在重视生产中卫生安全的同时,却忽视了生产中的消防安全,存在很大的隐患。如食品配料行业,由于对原料及产品化学性能掌握不够全面,且基本上停留在原料单体性质上,忽视原料之间的关系,不能充分考虑生产中的火灾危险性。我国每年都有食品添加剂生产企业发生火灾、爆炸事故,造成人员伤亡及经济损失。

偶氮甲酰胺是一种常用的食品添加剂,本文将结合化学品安全说明书(Material Safety Data Sheet,国际上称作化学品安全信息卡,简称MSDS)从原料化学性能、添加剂配料之间关系以及生产流程出发,来探讨含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产的消防安全问题。

一、偶氮甲酰胺的基本特性

偶氮二甲酰胺(又称偶氮甲酰胺),英文名称为 Azobisformamide或 Azodicarbam ide,分子式为 C2H4N4O2;CAS No.为123-77-3。偶氮甲酰胺一般为黄色至橘红色结晶性粉末,分为工业级和食品级两种。工业级偶氮甲酰胺又名发泡剂AC,在塑料工业中作为发泡剂、引发剂使用;食品级偶氮甲酰胺简称ADA。常用危险化学品的分类及标志(GB13690-92)将该物质确定为第 4.1类易燃固体。本文仅讨论偶氮甲酰胺作为食品添加剂使用时生产的火灾危险性及预防措施。

偶氮甲酰胺是一种速效氧化剂,作为一种面粉快速处理剂,有漂白与氧化双重作用。ADA在国内外已被广泛使用,并已通过WHO和 FDA的批准,是替代溴酸钾(优良的面粉处理剂,具有一定的毒性和致癌作用,不少发达国家已相继禁用或限用,中国 2005年禁用)的理想产品。在面制品生产中,常加入偶氮甲酰胺来增强面筋的弹性和韧性,改善面团流变学特性和机械加工性能。根据中华人民共和国食品添加剂使用卫生标准 GB2760-2007规定,ADA可用于小麦粉,是最为常用的面粉强筋剂。

二、含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产的火灾危险性分析

食品添加剂企业在含偶氮甲酰胺复合食品添加剂的生产过程中忽视消防安全问题,主要是因为两种错误倾向普遍存在。首先,企业普遍关注的是食品安全问题,特别是《食品安全法》颁布实施以后,食品安全更是焦点。其次,偶氮甲酰胺这种强氧化剂的分解温度为 225℃,因此在常温常压下是相对稳定的。正是这些认识上的误区,为生产安全埋下了危险的种子。麻痹大意、认识不足是含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产安全的最大隐患。

在实际应用中,由于ADA单独作为添加剂使用存在很多缺陷,因此经常与其它添加剂复合以后使用,以达到综合理想效果。在各种添加剂复合过程中有氧化剂、还原剂、酸、碱及淀粉类物质存在,复配物相对比较复杂。偶氮甲酰胺虽然在常温常压下相对稳定,但是由于其具有较强氧化性,在遇到酸、碱、还原剂时,表现出活泼的性质,发生化学反应释放出热量,生产的火灾危险性较大。因此在生产过程中不仅要考虑ADA本身安全性,还要考虑与其它复配物复合的安全性。

从使用、生产的物料着手,并综合考虑生产设备、生产工艺及生产环境等因素,含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产过程中的火灾危险性主要表现在以下几个方面：

(一)原料均为可燃物

含偶氮甲酰胺复合食品添加剂的主要原料偶氮甲酰胺为易燃固体,淀粉也是可燃物,遇明火、高热即可受热分解燃烧并产生有毒有害的烟气。

(二)热分解引发爆炸

偶氮甲酰胺若遇高热可发生剧烈分解并放出热量,产生高温高压的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氮气,容易引起容器破裂或爆炸事故。

(三)生产过程中有发生粉尘爆炸的危险

粉尘爆炸的火灾危险主要是由粉尘的燃烧特性和操作特点决定的。第一,影响可燃粉尘燃烧的主要因素有粉尘的干燥程度和粒度大小。粉尘越干燥、粒度越小,则越容易产生燃烧和爆炸。含偶氮甲酰胺复合食品添加剂中的主要原料偶氮甲酰胺和淀粉的细度一般要达到 200目以上,助流淀粉含水率小于 8%,干燥程度较高,因此发生燃烧和爆炸的危险性较大。第二,粉尘爆炸的必要条件是飘浮或沉积粉尘与空气混合物达到爆炸浓度极限以及足够能量的点火源。通常,含偶氮甲酰胺复合食品添加剂粉尘爆炸有初始于室内(厂房、仓库、通道)和设备(集尘器、除尘器、混合机、输送机、筛选机、料斗、打包机等)空间两种形式。设备内形成粉尘—空气爆炸性混合物发生爆炸后,往往使沉积在地面、墙壁和各种建筑结构以及各种工艺设备上的粉尘搅动和飘扬,造成厂房内的二次、甚至三次以上的爆炸。同理,如果设备内的粉尘泄漏到厂房内,达到爆炸危险浓度,遇火源也会产生先于设备的粉尘爆炸。第三,根据对粉尘燃烧和爆炸的分析,粉尘的爆炸性在很大程度上取决于与粉尘接触和燃烧源的特性和能量。在含偶氮甲酰胺复合食品添加剂的生产过程中主要的点火源有电火花、静电、自燃、化学反应热等。原料及混合物粉尘沉积在照明装置、设备的热表面一段时间后会出现阴燃(厚度为 10～20mm时,最易发生),最终转变成明火,也能够成为粉尘爆炸的引火源。长期聚集在设备缝隙中和管道拐弯处的粉尘氧化产生的热量不能充分散发,还有可能发生自燃。

(四)各种原料复合后化学反应放热引起燃烧

含偶氮甲酰胺复合食品添加剂成分种类及性质复杂,其主要成分中偶氮甲酰胺为氧化剂,维生素 C具有氧化还原双重性质,异 VC钠具有还原性,这些物质混合后发生氧化还原反应释放并积累热量。根据稳定性及反应活性,偶氮甲酰胺的禁配物为强还原剂、酸、碱。而在复合添加剂中有过氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠等成分存在,反应活性较强,产生热量也是引发燃烧的重要原因。填充料淀粉与氧化剂、酸类、碱类接触也能发生反应放热。

采用一次混合方式生产时,在混合初期,禁配物浓度及接触概率较大,更易发生化学反应,局部产热较大,造成快速升温,有达到燃点的可能。某些企业为了追求产品使用效果,加大有效成分的含量,使得氧化剂、还原剂、酸、碱浓度过高,在放置过程中也会有较多热量释放,导致热量积累,更加容易发生自燃。

三、含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产的安全措施

通过对含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产中火灾危险性的分析,笔者认为应采取以下安全措施防止燃烧爆炸事故的发生。

(一)储存与装卸

在原料装卸过程中禁止使用易产生火花的机械设备和工具,应采用防爆工具、设备,做到轻装轻卸,防止摩擦撞击;作业人员应穿戴好防静电工作服、工作鞋等防护用品,作业期间严禁穿、脱衣裤,在秋冬季节,空气湿度低,防静电措施尤为重要。

原料储存于阴凉、干燥、通风良好的不燃库房。储存过程中原料应避免大量堆积,有利于散热;防止阳光曝晒,保持容器密封;氧化剂、酸类、碱类分开存放,有条件时可放在不同库房,如氧化剂、酸类、碱类在同一库房,要有明显界线,最好方位分开。仓库内禁止任何火种、热源,采用防爆型照明、通风设施,配备相应品种(干粉、砂土)和数量的消防器材。

(二)生产条件

1.物料输送。由于所有原料均为固体粉料,在高速流动时易摩擦产生静电。因此,输送管道应具有良好导电性,并有接地措施,严格控制输送速度且避免急剧改变,减少静电的产生。为了减少空气中粉尘含量,最好采用封闭式输送设备输送物料,并安装吸尘器。管路要直径尽量大、弯曲弯颈少,管道内壁平滑,定期清扫,以防止物料堆积堵塞管道。加料斗应防止断料,空转摩擦生热。

2.混合工艺。在混合过程中,设备内机械运转部位摩擦生热;电气设备故障引起的电火花;物料在设备内搅拌混合时与设备壁、管壁及物料颗粒之间摩擦碰撞产生的静电都是可能引燃物料的点火源。生产过程要选用无静电混合釜,如双锥螺旋式混合釜,虽然效率相对较低,但安全性较好;如生产量较大,在选用卧式混合釜时最好选用可抽真空,或有循环水降温条件的设备。为了达到较好的混合均匀度,原料体积一般占混合釜体积 50%左右,空气量较大,易形成爆炸性混合物,最好采取抽真空条件生产。定期检查和维修设备,避免机械零部件松脱。投入物料时注意是否有硬物、杂质、金属。管道、设备的表面温度不允许过高,机械转动部位保持足够润滑,轴温过热应及时检修。混合后的半成品要充分散热后包装,产品不要堆积,否则高温下,各种成分可能发生化学反应释放热量,引发自燃。

3.粉尘的控制。操作间应为单独的房间,内有良好的通风设备,降低空气中粉尘浓度。厂房内不宜设置地沟,必须设置时,其盖板应严密,地沟应采取防止粉尘在地沟积聚的有效措施,且与相邻厂房连通处应采用防火材料密封。车间地面、墙壁、顶棚应光滑无凹凸,使得沉积粉尘自动滑落并易于清扫。要及时清理沉积于厂房内地面、角落、设备、电缆和管道上的粉尘。增加物料的湿度会造成流散性降低,影响混合均匀度;也会使某些成分发生化学变化,产品有效性降低,所以车间内应尽量保持干燥。清理粉尘应采用机械除尘法,例如用抽气法定期清除粉尘,保持操作环境的清洁。

4.消除火源。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。车间内不应出现任何火种、热源,严禁吸烟。应采用不发火花的地面。采用绝缘材料作整体面层时,应采取防静电措施。排尘系统应采用无火花除尘器。操作间内采用相应防爆型电气设备,电气线路要定期检查维护。混合设备应安装可靠接地装置,距离较近的设备、管道、器具可用导体连接后接地。

5.设置防爆泄压阻火装置。实践证明,生产厂房安装爆炸时能够泄压的构件是削弱粉尘爆炸损失的有效防护方法。在靠近易发生爆炸部位设置重量不超过 60kg·m-2的天窗,带有保温层的薄钢板、铅板和石棉水泥板等轻质屋盖或轻质墙体门窗作为泄压面积。厂房车间应有足够泄压面积,泄压面积和厂房体积比一般应不小于 0.03m2·m-3。在单层厂房中,如果墙壁上不可能装配防爆构件时,可集中利用屋顶泄压。生产部位宜设置在单层厂房靠外墙的泄压设施或多层厂房顶层靠外墙的泄压设施附近。有爆炸危险的设备宜避开厂房的梁、柱等主要承重构件布置。当粉尘爆炸发生于工艺设备内部时,为了保护设备不遭到严重破坏,可利用减压泄爆部件(防爆膜、阀件等)降低爆炸产生的压力。因此,混合釜内安装防爆膜(阀)、爆破板,在发生爆炸时可减小压力,避免设备遭到严重破坏。防爆膜或其它减压部件均要求在超过工作压力 20%～30%时发生动作。可采用金属箔片、牛皮纸、漆布、浸橡胶的石棉板、聚乙烯薄膜、赛璐珞等作为防爆膜材料。含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产为常压操作,还可采用爆破板或爆破门等作为降压装置,能在稍高于大气的余压作用下,或在自重作用下自动关闭排放孔。相连设备之间安装阻火器、隔焰板等,防止爆炸事故发生时,火焰及爆炸在设备之间传播。

(三)配方设计

配方设计既要考虑产品效果,同时还要考虑生产安全性。尽量避免偶氮甲酰胺与强还原剂、强酸、强碱复合。如果不能避免则应加大填充料比例,降低有效成分浓度,从而减少禁配物之间接触的概率。对复配剂应做爆炸极限测试,确定安全混合比例范围,含禁配物时要重点考虑;不在安全比例范围内的,要考虑调整配方。

四、含偶氮甲酰胺复合食品添加剂生产事故的应急处理

在生产过程中,当设备出现故障时,操作人员应立即停止设备运行。当发现系统内粉尘阴燃或燃烧时,立即停止物料输送。由于大量粉尘的存在,且粉尘粒径较小,极易受到外力卷扬到空中,形成悬浮的粉尘云,这样会引起多次连环爆炸,十分危险。因此灭火时禁止使用能扬起沉积粉末形成粉尘云的灭火方法。应选择雾化效果好的喷嘴扑救,如使用雾化水枪或开花水枪。扑救过程使用直流水扑救会将粉尘吹起形成粉尘云,引起粉尘爆炸。如果配合使用水幕喷射系统,形成灭火剂的液雾幕,来控制粉尘的飞散,具有良好的效果。

根据粉尘的物理化学性质正确选用灭火剂。含偶氮甲酰胺复合食品添加剂的主要成分有偶氮甲酰胺、淀粉,根据原料的物理化学性质,可选用雾状水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳、砂土灭火剂。如果配方中有过氧化钙,则只能够使用干粉和砂土灭火剂。

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