木质粉尘爆炸特性及其典型生产环境风险评估应用研究

王 涛

（安徽博达项目管理咨询有限公司，安徽 合肥 230000）

在木材加工行业，为了最大限度地保持木材的基本特性，一般都是采用机械加工或者化学加工的方式，加工过程中会产生大量的木质粉尘，如果不能及时对其进行清理，可能会引发木质粉尘爆炸事故，造成严重损失。对此，需要对木材加工场所生产环境风险进行研究，构建起科学的粉尘爆炸风险评估方法，依照风险等级的划分，采取有效的管控措施，为风险的识别、评估和防范提供指导。

1 粉尘爆炸概述

粉尘爆炸是指一些可燃性的粉尘（小麦粉、木屑、塑料粉末、染料粉末、茶叶粉末、煤尘等），在相对局限的空间内，与空气充分混合，形成粉尘云，然后受点火源作用的影响，粉尘空气混合物快速燃烧并且引发温度和压力急剧升高的特殊化学反应。粉尘爆炸需要满足五个基本条件：一是粉尘本身必须具备可燃性或者易爆性；二是粉尘必须悬浮在空气中，与空气充分混合，达到相应的爆炸极限；三是应该有足够引发粉尘爆炸的热能源，这个热能源被称为点火源；四是粉尘必须具备一定的扩散特性；五是粉尘爆炸的空间相对有限，在狭小的密封空间内最容易产生爆炸。

粉尘爆炸的特点体现在三个方面：一是多次爆炸，在第一次爆炸后，产生的气浪会将附着在物体表面或者地面存在的粉尘吹起，而在爆炸后的一定时间内，中心区域会形成负压，将周围的新鲜空气吸引过来，与扬起的粉尘充分混合，引发二次爆炸；二是所需能量高。粉尘爆炸需要的最小点火能量较高，通常在数十毫焦耳以上；三是对比可燃性气体爆炸，粉尘爆炸的压力上升速度相对缓慢，不过会维持高压力很长时间，释放的能量更大，破坏性也更强。

2 木质粉尘爆炸特性

2.1 粉尘层最低着火温度

粉尘层最低着火温度指在受热情况下，能够令粉尘层发生燃烧的最低环境温度，能够反映出堆积状态下粉尘对于点燃的敏感性。工业生产设备在运行过程中，或多或少都会出现温度升高的情况，而在热量不断积聚的情况下，就会出现自燃着火的问题。结合粉尘层最低着火温度测定方法（GB/T 16430）的相关要求，木质粉尘层的最低着火温度为10℃的整数倍，对照实践经验和相关实验，5mm厚度的红木粉尘层最低着火温度为320℃。

2.2 粉尘云最低着火温度

粉尘云最低着火温度指粉尘与空气混合物在受热情况下，能够令粉尘云发生燃烧的最低环境温度。进行粉尘加工、储存和运输的过程中，经常会处于悬浮状态，与堆积粉尘层不同，悬浮的粉尘云一旦遇到温度足够高的着火源，很容易被点燃，并且在能量传递作用下，引发粉尘爆炸问题。结合粉尘云最低着火温度测定方法（GB/T 16429）的相关要求，对粉尘云最低着火温度进行确定的方法有两种：一是在粉尘着火时，如果加热炉最低温度在300℃以上，应该减去20℃；二是在粉尘着火时，如果加热炉最低温度为300℃或者低于该数值，应该减去10℃。粉尘云发生燃烧时的温度为480℃，因此其最低着火温度为460℃。

2.3 粉尘云最小点火能

粉尘云最小点火能指粉尘云内可燃粉尘在最易着火浓度时，能够令粉尘云着火的点火源能量最小值，其会受到粉尘浓度、粉尘分散质量、湍流度等因素的影响。使用MIED-1.2最小点火能测试仪器进行实验。粉尘云最小点火能会随着粉尘粒径的增大而增加，当粒径小于71μm时，粉尘浓度对于点火能的影响较小，需要木材加工场做好必要的防范工作。

3 木材加工场所粉尘爆炸风险评估

3.1 评估思路

为了对典型的木材加工场所粉尘爆炸风险进行评估，结合粉尘爆炸风险可能性指标，利用风险矩阵对粉尘爆炸的可能性及潜在后果进行了分析。可能性分析涉及指标体系中的爆炸风险五边形分析、指标权重分析、指标等级分析以及潜在后果分析则主要是针对环境影响、人员伤亡和财产损失的分析。

3.2 可能性分析

借助组合赋权法的风险评估方法，可以获取木材加工场所中粉尘爆炸的危险性环境、点火源以及安全补偿措施构成的木质粉尘爆炸风险可能性评估模型，如图1所示。不过，考虑到上述三个因素之间只能单纯地采用数值相乘的方式，并不能十分准确地代表爆炸风险的可能性，这里采用了“三维风险魔方”的思想，确定准则层风险等级后，借助风险等级组合的方式，获取相应的评估结果。依照评估结果来对爆炸危险性环境、点火源和安全补偿措施进行等级划分。

图1 木质粉尘爆炸风险可能性评估模型

三维风险魔方是在传统二维风险矩阵模型的基础上，加入风险的第三种属性形成的评估模型。确定爆炸的危险性环境、点火源以及安全补偿措施三个影响因素的等级后，可以结合风险矩阵思想，针对等级实施评估结果组合，然后将其体现在三维风险魔方中，更加清晰直观地看到不同要素组合下风险值的变化情况。

3.3 潜在后果分析

粉尘爆炸本身属于气-固两相爆炸，爆炸反应区域广，缺乏稳定性，很容易受到外界环境因素和限制条件的影响。在木材加工场中，可能引发木质粉尘爆炸风险的因素有很多，尤其是干燥系统、除尘系统等，更能为粉尘二次爆炸提供相应的条件。粉尘爆炸是一个能量释放的过程，会在极短的时间内释放出极大的能量，对比常规可燃物着火，粉尘爆炸中火焰的传播速度远远超出常规，无论是温度还是压力，都会在瞬间达到很高水平，引发巨大威胁。粉尘爆炸事故的危害主要体现在冲击波、碎片、火焰以及二次爆炸等方面，一次事故造成的破坏往往都是由一种或者多种因素综合作用引发的。

对爆炸的后果进行分析，对比气体爆炸或者炸药爆炸，粉尘爆炸的冲击波初始压力要小得多，但是衰减慢、持续时间长，总能量巨大，具有突然性，破坏效应巨大。同时，粉尘爆炸过程有着很强的连锁反应，二次爆炸和次生爆炸会导致爆炸后果的加剧，在这种情况下，仅仅分析加工系统中某个部件或者设备粉尘爆炸的后果，显然是不合理的。对各方面的影响因素进行综合考量后，应该从人员伤亡、设备损失和环境影响三个方面，评估和分析粉尘爆炸产生的后果，而人员伤亡与设备损失和其是否处于爆炸区域内存在直接关联。

4 木材加工场所粉尘爆炸风险现状及防范

4.1 风险现状

4.1.1 防护水平偏低

当前，许多木材加工场所都存在着粉尘爆炸整体防护水平偏低的问题，不管是在建筑设计、设备布局还是工艺设计方面，都存在很大的安全隐患。例如，部分家具企业的生产厂房建设时间较早，没有经过相应的消防验收，也没有设置完善的防雷设施，粉尘爆炸危险场所与员工宿舍、居民区等人员密集区域没有安全距离，甚至有个别企业直接在加工车间内设置沉降室，导致粉尘爆炸风险偏高，极易引发粉尘爆炸。

4.1.2 防尘设备不足

相关调查显示，多数木材加工场所使用的都是比较简单的除尘设备，如双桶布袋吸尘器等，除尘效果相对较差，无法很好地满足车间粉尘清除的现实需求。也有部分企业设置了相应的除尘系统，但是存在着系统设计不规范的问题，在除尘器下部使用沉降室来对木质粉尘进行收集，但是没有设置相应的防爆措施，导致工作岗位中粉尘沉积严重，除尘系统无法发挥出应有的效果。

4.1.3 防爆措施欠缺

很多木材加工场所没有设置有效的防火防爆措施，存在着布线不规范、没有设置防静电跨接等，例如，与砂光机连接的风管没依照相关规范的要求设置火花探测报警装置，没有采用防爆电气设备等，甚至于将风机设置在沉降室内，存在巨大的爆炸风险和电气火灾风险。

4.1.4 安全管理缺陷

多数木材加工场所都存在着木质粉尘防爆安全管理缺陷，其表现在很多方面，如缺乏对木质粉尘爆炸风险的正确认识，缺乏对主体责任的贯彻落实，人员风险防范意识不强，粉尘清扫方法不正确等，导致作业现场存在巨大的粉尘爆炸风险。

4.2 防范措施

一是应该尽量减少粉尘的产生。木材加工企业在生产过程中，应该严格依照相关标准和规范的要求，对通风除尘系统进行设计、安装和使用，做好必要的空气检测和粉尘清理工作，尽可能减少木质粉尘在作业场所内的沉积和扩散；二是应该对粉尘与氧气混合的浓度进行严格控制。想要实现这一目标，应该对生产工艺进行改善，积极引入新的技术和设备，也可以采用密闭性生产设施，在条件允许的情况下，在密闭容器或者管道中充入二氧化碳、氮气等惰性气体，降低氧气含量，从而有效抑制粉尘爆炸；三是应该对点火源进行消除。应该严格禁止在木质粉尘的作业环境中，使用明火或者高温热源。应该使用质量达标的防爆电气设备，做好防雷和防静电工作。应该确保生产设备能够可靠接地，避免在作业场所使用可能产生高温或者火花的工具设备；四是应该进一步加大对木材加工场所木质粉尘爆炸隐患的排查工作，对于存在风险的企业，应该督促其进行整改，在整改结束前不能开工；五是应该督促木材加工企业建立起完善的清扫制度，要求其做好粉尘清扫工作，同时加强对工作人员粉尘防爆知识的培训，提升其粉尘防爆安全意识，通过这样的方式来最大限度地防范木质粉尘爆炸风险，保障作业安全。

5 结束语

总而言之，木质粉尘作为易燃粉尘，在木材加工场所的生产加工过程中，往往都是以伴生的形式存在，也存在一定的爆炸风险。基于此，需要从木材加工行业典型的生产环境着眼，做好风险评估工作，建立起可靠的风险可能性评估模型，对照木质粉尘爆炸可能引发的潜在后果，实现对木材加工场所统一的粉尘爆炸风险评估流程，为木材加工企业的风险管理提供支持，切实保障木材加工行业的生产安全。