饲料加工场所粉尘爆炸的预防和防护

2019-02-12吴俊

饲料博览 2019年12期

吴俊

（1.江苏牧羊控股有限公司，江苏扬州 223127；2.国家饲料加工装备工程技术中心，江苏扬州 225127）

近年来，国内相继发生了几起重特大安全生产事故，特别是2015年昆山“8.2”中荣金属制品有限公司特别重大爆炸事故，给所有可燃性粉尘加工企业敲响了警钟。当月国家安全监管总局迅速发布了“严防企业粉尘爆炸五条规定”，在全国范围内对相关企业开展粉尘爆炸专项整顿，与此同时一批粉尘防爆类国家标准和行业标准开启了新一轮的修订和起草工作。笔者有幸参与了“SAC/TC 288/SC 5 WG”负责的“GB 17440粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程”和“GB 19081饲料加工系统粉尘防爆安全规程”两项粮食类粉尘防爆标准的修订工作，同时参与了“SAC/TC 384”负责的“饲料机械安全设计要求”新标准的起草，以及“ISO/TC 293 WG4”负责的国际饲料机械安全标准立项和起草工作。随着新标准的陆续颁布和实施，所涉单位如何依据标准条款，结合行业特点，制定出一套行之有效的粉尘爆炸预防和防护综合治理办法并加以实施，显得非常紧要。本文主要依据“GB/T 12476.3-2017可燃性粉尘环境用电气设备第3部分：存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类”中规定的原则和方法，详细阐述饲料加工粉尘爆炸危险场所的分类。

1 场所分类的目的

玉米、小麦、豆粕等农作物是饲料的主要原料，在生产加工过程中不可避免地会产生粉尘。这类粉尘属于ⅢB级（非导电可燃性）粉尘，存在燃烧甚至爆炸的风险，因此对饲料加工场所进行全面系统的粉尘爆炸危险评估和区域划分是非常必要的[1]。

1.1 指导电气设备的选型及其安装位置的确定

在饲料加工场所，无论厂房设施还是加工设备，都会用到大量的电气设备。而粉尘爆炸危险区域的划分能很好地指导生产者选择合适电气设备及其安装位置。根据场所分类结果，生产者可以：将更多的电气设备设置于安全区域；受其功能限制无法避开危险区域的电气设备，应尽可能的设置于粉尘爆炸危险级别低的区域；危险区域内的电气设备应选用适用于该区域内的防爆型设备。

1.2 指导工艺设备的改进

通过对粉尘爆炸危险场所评估和区域划分，饲料加工场所中的粉尘释放源和释放等级就一目了然了。可以通过改进工艺配置、产品结构、材料更换等方式，针对性地减少释放源或者将释放源移至没有点燃源的区域、降低释放级别和管控风险。

1.2.1 减少粉尘释放源

含有可燃性粉尘的通道尽可能做到全密封设计，减少工艺设备中不必要的开口；某些非金属件（如透气帽、软连接等）选用致密不易破损的材料，严防粉尘泄漏；同时可以考虑将某些释放源（如除尘风网出口、排杂口等）引出室外或室内空旷区域。

1.2.2 降低粉尘释放源级别

在可预见的粉尘释放量较大的释放源（如卸料口、出料口等）附近，添设通风除尘装置；设备内部配置抽风除尘装置，释放源处于负压状态，避免或减少粉尘释放到设备外部。

1.2.3 管控释放源风险

在可预见的粉尘释放量较大的释放源附近，配置粉尘浓度检测系统，并连锁报警或停机；在危险区域内可预见会发热的传动部件（如粉碎机轴承座等），配置测温装置，并连锁报警或停机。

1.3 指导生产现场安全管理

生产单位可依据评估结果，制定一套有效的粉尘防爆安全生产管理制度。主要涉及粉尘和点燃源的监控。工作场所粉尘清理，包括清理的频次、清理工具、清理方法等，主要释放源周边粉尘应做到即发现即清理；监控现场新释放源的出现，特别是设备连接处，容易破损老化的部件，一旦发现粉尘释放应及时修补或更换。设备维护清理后，所有的盖板等密封件原位复原；危险区域内严禁外部点火源，包括明火、高温物体、非防爆型移动电气等；危险区域内动火作业，包括作业前的准备、作业后的监控等。

2 粉尘释放源

粉尘爆炸危险区域的形成，是因为场所中存在可燃性粉尘，场所分类首先应找到粉尘释放源和评定其释放等级[2]。

粉尘释放源是指能向大气环境释放出可燃性粉尘的地点或部位。按粉尘释放频次和持续时间长短可分为3个级别：0级释放（连续释放）：释放粉尘持续存在或预计长时间经常存在；1级释放：正常运行时，偶尔或周期性释放可燃性粉尘的释放源；2级释放：正常运行时，一般不释放，或偶尔、短期释放。

2.1 释放源级别评定时应注意

粉尘层经扰动可能形成爆炸性粉尘环境（粉尘云），因此粉尘层也是释放源。经常被扰动的粉尘层（如人员通道地面上的粉尘层）可评定为1级释放源；偶尔可能被扰动的粉尘层（如隐藏角落或设备上的粉尘层）可评定为2级释放源；如果这些粉尘能做到即出现即清理，可视为非释放源。

粉尘释放时处于正压或负压状态将影响该释放源级别的评定和区域范围的界定，负压状态下粉尘不易释放到外部环境中，可适当予以降级评估。比如粉碎机补风口，正常运行时，在除尘器的作用下，风的流向是由外向内，粉碎机内部粉尘不易释放，只有因故障而引起除尘效率降低或失效时，粉尘有可能通过补风口释放到外部空间，因此该释放源可评定为2级释放源。

释放粉尘的数量和湿度，释放速度和高度，以及释放时所处的环境等因素都将影响释放源等级评定和区域范围的界定。比如水产膨化机的旁通释放的是加蒸汽调质后的潮湿粉尘，含水量＞20%，无点燃风险，该释放源完全可以评定为安全释放源。

释放粉尘的可燃以及可燃性粉尘占比将直接影响评定结果。饲料加工场所中有的工段释放的粉尘为不可燃粉尘，或者可燃性粉尘含量非常低，其粉尘云不存在被点燃而引起爆炸的风险。比如有些预混料工程，原料中的粉尘均为不可燃粉尘，那么这类释放源均为安全释放。

2.2 饲料加工场所常见释放源

饲料加工场所设备内部和外部都可能存在粉尘的释放。设备内部的粉尘属于不可控粉尘，难以采用有效手段避免爆炸性粉尘环境产生；而设备外部的可控粉尘，可以通过现场管理和技术手段避免或限制其扩散，工作场所（设备外部）中严禁出现0级释放源[3]。

2.2.1 设备内部释放源

物料存储设备包括原料仓、配料仓、待粉碎仓、待制粒仓、成品仓等。释放级别可依据生成爆炸性粉尘环境（粉尘云）的频次和持续时长来评定。存储可燃性粉料的容器（如配料仓、待制粒仓、粉料成品仓等）评定为0级释放源；存储颗粒料和粉料混合物的容器（如原粮仓、待粉碎仓、粒料成品仓等），视其含粉量以及进料、出料的频次可适当降级评定或直接定为安全级。

物料加工设备包括粉碎机、混合机、清理筛、烘干机等。由于击打、碾磨、搅拌、摩擦、震动等机械能造成粉尘在机体内扩散而形成粉尘云，且伴随着整个运行时段，通常该类设备内部应评定为0级释放。但有些设备因其特殊性应区别对待，如水产膨化料烘干机，其前端进料为湿度＞20%的颗粒料，不存在点燃风险，应视为安全区域，出料端含有较少量干燥粉尘可评定为1级释放源。

物料输送设备包括输送机、提升机、溜管、缓冲斗等。除了个别输送湿料的设备外，其他输送设备内部一般评定为0级释放源。

粉尘处理设备包括旋风除尘器和脉冲除尘器等。除尘器进风管和内部粉尘处理侧是0级释放源；旋风除尘器出口风管内粉尘含量低，一般评定为1级释放源；脉冲除尘器滤袋清洁侧和出风管内正常状态几乎不含粉尘，只有当滤袋故障和破损时，可能有粉尘进入，故一般评定为2级释放源。

2.2.2 设备外部的释放源

卸料口和出料口是饲料加工场所中最明显也是最重要的释放源。包括汽车卸料坑、人工投料口、小料添加口、打包秤出料口等。通常在没有任何通风降尘措施时，这类释放源均应为1级释放源。当加入有效除尘装置，可大幅降低粉尘释放量和粉尘浓度，可降级评定为2级释放源。

因功能需要在设备或管道上增设的开口，包括补风口、透气口和取样点。最典型的补风口就是粉碎机和喂料器补风口，补风顾名思义就是设备内部需要补充外界气流，设备正常运行时该类释放源处于负压状态，可评定为2级释放源；透气口是为了平衡设备内、外部气压的，装料时向外排放空气，会伴有粉尘的释放，通常会敷设一层类似脉冲除尘器滤袋的材料，以阻止粉尘的通过，常见于车间内部的仓顶，其释放源等级评定取决于空气过滤材质，如果是致密性好不易破损的材料，几乎不会有粉尘释放，即使有也是非常少量的，不可能形成爆炸性粉尘云，故可评定为安全释放源，如果材质容易破损，那么存在有粉尘释放的可能，可评定为2级释放源；粉料取样点一般评定为1级释放源，颗粒料取样点一般评定为2级释放源。

饲料加工场所中有些设备存在排杂口，当排杂口与回收容器间未做密封处理或密封不到位时，就是一个潜在的释放源。比较典型的排杂口有除尘器关风器下排尘口、烘干机清灰口、超微粉碎机排杂口等，其中除尘器排尘口和烘干机清灰口排放的是粉尘，敞开接料时应视为1级释放源。如果采用捆绑套袋等简易方式接料时，可能存在粉尘泄漏或袋子破损的，应视为2级释放源。超微粉碎机重力排杂口，主要排放大粒径杂物，只有当系统故障时才可能形成爆炸性粉尘环境，敞开接料时可视为2级释放源。

有的含粉尘的设备和管道间或设备各部件间会用柔性材料连接，称为软连接。带有软连接的设备有配料秤、振动筛、回转筛等。采用能阻隔粉尘释放的致密材料，可认定为安全释放源。但振动筛和回转筛的软连接在设备运行时会承受到径向或横向的机械力，可能因材料破损造成粉尘释放，可评定为2级释放源。

另外，设备密封件老化失效而未及时更换，检修时密封结构造破坏或者检修门未按要求原位复原，设备外粉尘层不及时清理等，都可能造成新的释放源出现。

3 粉尘爆炸危险区域

粉尘爆炸危险场所根据爆炸性粉尘环境出现的频次和持续时间，分为20区、21区和22区。20区：爆炸性粉尘云持续地、或长时间地或频繁地出现的区域。21区：正常运行时，爆炸性粉尘云可能出现的区域。22区：正常运行时，爆炸性粉尘云一般不可能出现的区域，即使出现，持续时间也是短暂的。

3.1 区域范围

区域范围是指粉尘释放源边缘到被认为与该区域有关的危险不再存在的任何方向上的距离。当粉尘云浓度低于爆炸下限时，爆炸性粉尘环境就不存在了，爆炸危险区域到此截止[4]。

区域范围的界定：释放源边缘向外扩一定距离，并垂直向下到地面，所形成的空间，被视为该释放源对应的区域范围。当粉尘扩散受到实体结构（墙壁、楼层、设备外壳等）限制时，则实体结构表面作为该区域的边界。

不受实体结构限制（敞开）的20区，始终被21区包围，不受限制的21区被22区包围。如果发现区域外有粉尘堆积，宜适当扩大区域范围。

释放源边缘外扩距离的界定直接影响到区域范围的大小，通常1级释放源边缘外扩1 m和2级释放源外扩3 m的距离就已经足够了[5]。但在实际评估中，有诸多因素会影响到外扩距离的取值。影响区域范围的界定的因素主要包括几种。

3.1.1 粉尘粒径

可燃粉尘的粒径越小，在空气中悬浮时间更长，更容易扩散，区域范围扩大；相反，粒径越大，沉降更快，不易扩散，区域范围缩小。

3.1.2 粉尘湿度

可燃性粉尘含水量将直接影响其被点燃甚至爆炸的可能性。水分增加有助于吸收热量，减弱粉尘的爆炸性能，同时增加了粉尘的密度，加快其沉降速度。一般认为含水量＜10%的粉尘较易被点燃，含水量＞20%的粉尘不会被点燃。不影响物料加工质量和成品品质的前提下增加粉尘的湿度，是粉尘惰化的一种爆炸防护手段。

3.1.3 空气湿度

空气湿度增加，粉尘爆炸的风险降低。湿度增大，有利于亲水性粉尘消除静电和加速粉尘沉降，同时水分的蒸发消耗体系的热能，稀释了空气中的含氧量，降低粉尘的燃烧反应速度，使粉尘不易爆炸。环境中空气湿度越大，粉尘沉降越快，扩散范围越小。

3.1.4 粉尘释放量

释放量大容易形成爆炸性粉尘云（粉尘云浓度超过粉尘爆炸下限且低于爆炸上限），相应的在释放源周边形成的区域范围就大；释放量越小，释放源周边粉尘云浓度越低，更不易形成爆炸性粉尘环境，相应的区域范围也就越小[6]。

3.1.5 释放速度和高度

粉尘释放速度快，单位时间内释放量就越大，离地越高，粉尘在空气中的悬浮时间就越长，爆炸性粉尘环境范围就越大。

3.1.6 释放源所处环境

室外释放源由于受到风雨等自然气候的影响，释放的粉尘将很快被风吹走或被雨水打落，不易在释放源周边停留而形成相对稳定的爆炸性粉尘环境，从而也就大大缩小了爆炸危险区域的范围。

外伶仃岛全年污水排放系数为0.320～0.498，其中7月份排放系数最高，4月份排放系数最低，全年平均值为0.425；东澳岛全年污水排放系数为0.267～0.519，其中7月份排放系数最高，12月份排放系数最低，全年平均值为0.386。海岛污水排放系数低于大陆城市生活污水排放系数，一方面由于海岛用水去向多，船上污水、海产品加工废水及娱乐废水难以进入管网收集；另一方面海岛地质为基岩，污水管网铺设困难，一些散户和偏远的商户产生的污水并未接入收集管网。因此在海岛污水处理体系规划中，要着重考虑海岛地质地形、居民区分布以及远期建设规划，合理布置污水管网。

3.2 饲料加工场所分区示例

当前的工艺决定了饲料加工场所中不同工段中的物料和环境存在巨大差异，在危险区域划分时应充分考虑这些因素的影响，科学客观地评估，不能一概而论。下面依据GB 12476.3中规定的原则和方法，对当前工艺设备条件下的饲料加工场所中粉尘爆炸危险区域的分布进行论述。

3.2.1 20区

20区主要包括爆炸性粉尘环境长时间或经常出现的可燃粉尘存储设备、加工处理设备和输送设备内部。粉料存储设备内部，例如：配料仓、待制粒、粉料成品仓；物料加工设备内部，例如：粉碎机、混合机、碎粒机、清理筛；物料输送设备内部，例如：螺旋输送、提升机、溜管、分配器；粉尘处理设备内部，例如：沙克龙、脉冲除尘器。

3.2.2 21区

21区包括可能出现爆炸性粉尘环境的可燃性粉尘存储设备、加工处理设备内部，以及1级释放源外部一定空间范围内。

设备内部21区：颗粒料（可能含有少量可燃性粉尘）存储设备内部：原料筒仓、待粉碎仓、颗粒成品料仓；配有通风除尘系统的粉料仓内部；前端串联了沙克龙的脉冲除尘器内部，因沙克龙进行了首道除尘，其出风管道内和进入脉冲除尘器的粉尘含量低，不易形成爆炸性粉尘环境，一般可评定为1级释放源。

设备外部21区：未配置通风除尘系统的汽车卸粮坑周边。因卸料位置高，一次卸料量大，可考虑扩大相应危险区域的范围：卸粮坑边缘起到周边3 m的距离为21区比较合适，21区边缘外扩3 m的范围必要时甚至可延伸至整个卸料房内部空间为22区。未配置通风除尘系统的人工投料口边缘外扩1 m的范围是21区，21区边缘外扩3 m的范围是22区，如果投放颗粒料时，21区边缘外扩1 m的范围为22区应该足够了。未配置通风除尘系统的成品包装秤出料口边缘外扩1 m的范围是21区，21区边缘外扩3 m的范围是22区，如果成品是颗粒料，21区边缘外扩1 m的范围为22区应该足够了。

3.2.3 22区

除了前面所提及的22区外，饲料加工场所比较典型的22区还包括：配置了通风除尘系统的汽车卸粮坑边缘外扩3 m的范围是22区，必要时可延伸至整个卸料房内部空间为22区。配置了通风除尘系统的人工投料口周边。投粉料时，投料口边缘外扩3 m的范围是22区；投放颗粒料时，投料口边缘外扩1 m的范围是22区应该足够了。配置了通风除尘系统的成品包装秤出料口周边。粉料打包时，出料口边缘外扩3 m的范围是22区；颗粒料打包时，出料口边缘外扩1 m的范围是22区应该足够了。粉碎机和喂料器补风口周边。开口小，释放量低，其补风口边缘外扩1 m的范围是22区应该足够了。除尘器风机排风口周边。排尘位置较高，排放速度较快，一般其边缘外扩3 m的范围是22区，如果发现3 m外还存在粉尘释放，可适当增加区域范围。强烈建议排风口引出室外，大面积减少室内危险区域范围。设备软连接周边。回转筛和振动筛软连接材料在机械力作用下可能破损的，其周边1 m的范围为22区应该足够了。配料秤等不会受到机械力作用的软连接材料，致密性好，安装结构稳固可靠且不会破损的，可视为安全区；否则其周边1 m范围应划为22区。仓、缓冲斗等设备顶部的透气帽周边。致密性好，安装结构稳固可靠且不会破损的，可视为安全区；否则其周边1 m范围应划为22区。超微粉重力排杂口周边。主要排放大颗粒料或粒径大的粉尘，排放粉尘量较少，其周边1 m范围为22区应该足够。

3.2.4 其他

饲料加工场所中可能还存在的一些设备开口。水产膨化机旁通敞开式出料口：排放频次低，且排放物料是经添加水蒸气调质后，水含量＞20%的潮湿粉料，不存在被点燃而引起爆炸的风险，故其周边范围应为安全区。地面潮湿粉料应及时清理，否则水分蒸发后，地面粉尘层又是一个新的释放源。冷却器补风口：冷却的物料都是颗粒成型料，粉尘含量极少，其可能形成的粉尘云浓度远低于爆炸下限，因此其周边范围可视为安全区。烘干机散料器敞开式出口：水产膨化机颗粒料湿度大，粒径大，不可能产生爆炸性粉尘云，因此其周边范围应视为安全区。飞溅出的颗粒应及时清理，否则水分蒸发粉化后，粉尘层可视为新的释放源。

4 评估流程和注意事项

4.1 评估人员

饲料加工粉尘爆炸危险场所评估涉及粉爆安全、工艺设备、粉料特性和管理制度等一系列软硬件条件。至少需要以下人员参与：粉爆专业知识人员：熟悉相关制度规范，掌握评估方法，拥有实践经验。指导场所分类工作有序开展；生产线供应方：熟知工艺流程和设备结构，能明确指出释放源位置，并能通过调整设计来减少释放源或降低释放源等级；生产线使用方：熟知各工段物料特性，通过制定和实施相关制度来保证场所分类结果的有效性和持续性。