生产现场粉尘防爆

近年来，随着粉体制造加工企业越来越多，尤其是工贸行业中涉及产生粉尘的工艺环节越来越多，由于管理缺陷、安全意识薄弱、粉尘爆炸科学知识缺乏等原因，粉尘爆炸事故频发。科学合理地评估粉尘爆炸风险性，一直是企业和政府各级安全生产监管部门当前应高度重视和关注的热点。受广东省安全生产监管部门和企业委托，广州特种机电设备检测研究院、国家防爆设备质量监督检验中心（广东）（以下简称“CQCEX”）通过对广东省不同区域的粉尘涉爆场所进行现场检查，系统地建立了一整套适用于粉体加工、工艺涉及粉尘产生的企业的爆炸风险评估流程，科学地给出爆炸风险等级，提出相应的粉尘爆炸防护措施，从而既避免因“草木皆兵”而草率“关停”，又避免因“心存侥幸”而酿成惨祸。

评估流程

粉尘爆炸是指一定浓度的可燃性粉尘和空气混合物（粉尘云）分散在相对密闭的空间中，被适当的点火能量点燃后，发生爆炸而造成严重破坏的现象。通常认为，工业爆炸均应该具备三大必要条件：可燃性物质、氧化剂和点燃源，即俗称的“爆炸三要素”。工业粉尘爆炸亦不例外，但是要真正发生爆炸还需要若干个充分条件，例如，粉尘与空气均匀混合形成粉尘云，粉尘浓度达到爆炸极限，足够的氧浓度，点燃源具备足够的温度（或能量），且处于相对密闭的空间等，所以行业中有时也有粉尘爆炸“五要素”甚至“六要素”等的说法，其本质是一样的。对于每个单独的粉尘涉爆场所，粉尘爆炸风险评估流程具体步骤见图1。

粉尘防爆检测检验

粉尘爆炸风险评估的基础是对粉尘制造加工企业的危险源进行辨识，危险源辨识的内容包括对涉粉场所不同生产工艺的粉尘类型采样、粉尘着火敏感程度参数测试检测，以及引发爆炸的危险性环境的检验。

粉尘爆燃特性参数测试

衡量粉尘着火敏感，需通过实验仪器对粉尘爆燃特征参数的研究。CQCEX已按照ISO和IEC标准，建立了国际先进的粉尘爆炸测试实验室，实验室仪器已具备对粉尘爆燃特性的测试要求。图2分别为1 m3粉尘爆炸测试装置、粉尘云最小点火能测试装置、粉尘爆炸筛选测试装置和自燃点测试装置。

粉尘涉爆场所现场检验

根据国家有关法规、标准，CQCEX专门设计了《工贸行业粉尘涉爆危险企业风险评估信息表》，检查表分为通用部分和作业场所防爆安全检查部分。

第一，通用部分。检查项目设置为建（构）筑物结构与布局、爆炸危险场所、防爆电气设备、防雷防静电、通风、除尘系统、作业安全等。

江苏昆山“8·2” 特别重大爆炸事故、内蒙古根河“1·31” 较大粉尘爆炸事故，均是由除尘器起火导致，因此通风、除尘系统应细致检验，检查要点说明见表1。根据现场调研情况来看，企业所选用的除尘系统典型不符合项有：集尘器放在室内，除尘管道选用PVC塑料管或方形界面砖砌巷道、管道布置杂乱交错等（见图3）。

根据现场情况来看，企业对防爆电气设备的认识不足，大部分企业未安装防爆电气设备，或者选用假冒伪劣产品等（见图4）。因此，在检验中应加大对GB12476-2013《可燃性粉尘环境用电气设备》标准的普及和防爆电气设备的规范化。

对于作业安全检查要点，主要有：严格执行明火管理制度；作业安全强调清扫工作需及时、彻底，严防粉尘堆积，清扫和维修时使用防爆工具，严禁使用压缩空气正压吹扫（见表2）。

第二，作业场所防爆安全检查部分。按照不同行业工艺的特点，增加作业场所防爆安全检验，其中涉及的作业场所分为铝镁粉加工系统、木材加工系统和粮食加工、储运、饲料加工系统。具体安全检查内容如图6所示。这一部分是企业中最常见的不符合项，也是最难以整改的不符合项。主要原因是上述行业虽然均有相应的粉尘防爆安全规程，但是相应的工艺设备，例如木工机械、粮食加工机械、金属制品刨工打磨等设备，因历史原因在设计中均未考虑防爆危险性。

风险评定

对于每个单独的粉尘涉爆场所，在对现场生产环境的危险源进行识别后，需要对危险源引发粉尘爆炸的可能性和造成的损失程度进行量化风险评估，即风险评估的重点在于对风险可能性和后果严重度分析。

风险可能性分析

首先，确定易燃性或可燃性粉尘的爆燃特性参数。易燃性或可燃性粉尘被看作是能够形成爆炸危险性环境的物质，它们与空气的混合物一旦被有效点燃源点燃后，能够自行传播爆炸，与之有关的潜在危险就释放出来。此时，风险评估的第一步要求是对现场粉尘的点燃特性、点燃要求和爆炸特性进行实验研究。

其次，确定可能出现的爆炸性环境以及出现的量。爆炸危险性环境是粉尘发生爆炸的基本前提，爆炸性环境的出现取决于工作环境可燃性粉尘的产生量、扩散程度，以及可燃性粉尘与空气混合后浓度是否在爆炸极限内。在实际应用中，根据粉尘释放源的位置和释放的可能性进行分区，从而方便对爆炸危险性环境的评估。

最后，确定爆炸性环境的点燃源和点燃的可能性。点燃源是促进粉尘爆炸发生及发展的动力因素。工业生产过程中潜在的点燃源类型有13种，其中常见的点燃源有热表面、火焰和气体、机械产生的火花、电气装置、静电和自燃。点燃源点燃爆炸危险性环境的能力与可燃性粉尘的点燃特性有关。

后果严重度分析

如果发生粉尘爆炸事故，其破坏效应与爆炸过程产生的冲击波、碎片和火焰、热辐射、毒性危害有关。粉尘爆炸过程连锁反应明显，灾难性破坏来自于二次爆炸和其他次生爆炸。评估爆炸后果严重度只能是针对每种具体的情况，对人员预期到的损伤或物体预期造成的破坏及受危险危及的场所的大小进行评定。

粉尘爆炸预防措施

粉尘爆炸防护措施分为两类：一类是预防性措施，即通过控制和消除爆炸事故发生的条件，以减少或避免爆炸事故的发生；另一类是防护性措施，即通过控制爆炸破坏力的形成，以减轻粉尘爆炸事故的后果，即损失的严重程度。粉尘爆炸预防和防护性原理如图7所示。

根据粉尘爆炸的要素，有些条件在生产中难以消除，而下面提到的前三个条件是可以控制的。预防粉尘爆炸的关键即消除“可燃性粉尘”“氧化剂”“点火源”中一个或多个要素。

第一，消除点火源。粉尘爆炸必须要有足够的点火能量，因此通过对点火源的预防，可以有效地防止粉尘爆炸事故的发生。点火源分为可预见点火源和不可预见点火源。其中焊接火焰、烟头、明火等为可预见的点火源，这些点火源易于通过安全管理消除。如凡是产生可燃性粉尘的场所，均应列为禁火区，控制非生产性明火的使用，制定动火作业制度，并严格执行。

不可预见的点火源有机械火花、热表面、静电、电气火花等，是预防粉尘爆炸的重中之重。预防电气火花的产生，主要是通过定期检查电气设备，防止其线路老化、短路。或者选用粉尘防爆电气设备，替代一些易发生故障的设备设施。控制静电的产生和电荷积聚的有效途径是依照GB 12158-2006《防止静电事故通用导则》标准，进行生产工艺的防静电设计，对工艺流程中材料的选择、装备安装和操作管理等过程采取预防措施。

另外，在有条件的生产加工车间，可以安装火花探测和熄灭系统。这种系统通常安装在除尘管道上，在探测到点火源后，用适量的水雾或其他惰性介质将火花熄灭。江苏昆山“8·2” 特别重大爆炸事故，是一起典型除尘系统的粉尘未及时清扫，粉尘浓度达到爆炸极限，遇到铝粉受潮，发生氧化还原反应，引发除尘系统及车间的系列爆炸。

大量的粉尘爆炸事故发生在维护和清理期间，常常在设备不运作时工艺规程含糊不清，维修人员也经常忽略停车期间残留粉尘产生的危险。此时应注意选择正确的工具，不可以使用在维修时产生冲击或摩擦起火花的工具。2010年2月24日秦皇岛骊骅淀粉厂爆炸事故，淀粉车间4名工人在清理和维修振动筛时，使用铁质工具，作业中撞击引发的机械火花，引燃了处于爆炸浓度范围的玉米淀粉粉尘云，继而引发整个车间内积累的粉尘层二次爆炸，产生毁灭性破坏。

第二，控制可燃性粉尘。只有当可燃性粉尘与空气混合达到爆炸极限浓度，才会有爆炸危险。在实际生产中，可尽量消除可燃性粉尘或合理控制空气中的粉尘浓度。采取的措施有：首先，保障处理粉料的设备、容器和输送系统具有良好的密闭性能，尽可能防止粉尘从设备中泄漏。其次，消除粉尘或缩小粉尘扩散范围，降低可燃粉尘的浓度。如安装有效的通风和除尘系统，加强通风排尘和抽风排尘。最后，防止粉尘在工作面、设备表面的堆积，采取正确的清扫方法。如可燃性粉尘车间宜采用负压清扫，禁止使用压缩空气清扫；清扫工具应当无火花、防静电和防扬尘；清扫位置多注意死角之处，如高处、墙壁、管道和设备表面、地面等。

第三，限制氧含量。限制氧含量的方法是依据惰性气体保护原理。惰化防爆是一种防爆技术措施，通过向可燃粉尘和空气混合物中人为加入一定量的惰化介质，如氮气、二氧化碳等，使混合物中的氧浓度或粉尘云浓度低于其不发生爆炸所允许的最大值。但是惰性防爆不利于工作人员的身体健康，一般使用在密闭条件好、内部无人作业的筒仓等设备中。

粉尘爆炸保护技术

预防技术用来完全消除粉尘爆炸的发生肯定是不可能的。因此必须对存在可燃性粉尘爆炸风险的任何场所，采用粉尘爆炸保护技术，从而减少爆炸事故带来的严重损失。

第一，泄爆。泄爆是指在粉尘云发生爆炸初始及发展阶段，通过在包围体上，人为开设泄压口的方法，将高温、高压燃烧产物和未燃物料朝安全方向泄放出去，使包围体本身及周围环境免遭破坏的一种爆炸防护技术。因成本低和易于实现等显著优点而得到广泛应用。但是泄压标准中泄压面积的计算方法只适用于单个的设备。

第二，隔爆。对于管道相连的设备，应采取隔爆措施，隔爆是在爆炸发生后，通过物理化学作用扑灭火焰，阻止爆炸传播，从而将爆炸限制在一定范围。

第三，抑爆。爆炸抑制主要适用于不允许进行爆炸泄压的情况，爆炸抑制是在爆炸燃烧火焰发生显著加速的初期，通过喷洒抑爆剂的方法，来抑制爆炸作用范围及猛烈程度，使设备内爆炸压力不超过其耐压强度，避免设备遭到损坏或人员伤亡的防爆技术。

〔作者简介：王新华，博士，教授级高工，国家防爆设备质量监督检验中心（广东）常务副主任，全国防爆电气设备标准化技术委员会防爆电器分技术委员会副秘书长，现从事防爆设备检测认证及工业爆炸风险评估。〕

编辑 包冬冬