郭興龍

（廣東世運(yùn)電路科技股份有限公司，廣東 江門 529700）

0 引言

粉塵爆炸是一種生產(chǎn)安全事故，會造成嚴(yán)重的生命及財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年～2018年，我國共發(fā)生粉塵爆炸事故70多起，傷亡800多人。在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中，隨著設(shè)備更新和技術(shù)提高，對粉塵爆炸也采取了更多的控制措施，但仍有事故發(fā)生。

2016年4月29日，廣東省深圳市光明新區(qū)精藝星五金加工廠發(fā)生鋁粉爆炸，造成4人死亡、6人受傷。受此次粉塵爆炸事件影響，該工業(yè)園30多家印制電路板（PCB）廠被安監(jiān)部門責(zé)令停產(chǎn)。這些PCB廠被關(guān)停的理由是專家將該園區(qū)PCB廠取樣的粉塵拿去做了測試，測試結(jié)果是這些粉塵有可能引起爆炸。因此，為了避免這種安全事故，分析粉塵爆炸事故，了解行業(yè)粉塵場所風(fēng)險(xiǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)采取保護(hù)措施，對粉塵爆炸預(yù)防具有重要的意義。

1 粉塵爆炸概述

1.1 粉塵爆炸的過程

粉塵通常指的是在空氣中懸浮的固體顆粒，直徑在75 μm以下，粉塵的特點(diǎn)是表面積大、體積小、有一定能量，能夠與空氣混合形成爆炸性混合物。

粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃粉塵，與空氣混合形成爆炸性混合物，觸及明火或電火花等點(diǎn)火源時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。粉塵爆炸化學(xué)反應(yīng)速度極快，物質(zhì)急劇氧化或分解反應(yīng)產(chǎn)生溫度和壓力增加，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射，具有很強(qiáng)的破壞力。

對一些在受熱源作用下分解、熔融蒸發(fā)或升華而釋放出可燃?xì)怏w的粉塵而言，如木粉、紙粉、樟腦粉等，發(fā)生爆炸的過程可視為由以下三步發(fā)展形成：第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾并產(chǎn)生出可燃?xì)怏w；第二步是可燃?xì)怏w與空氣混合后被引火源引燃發(fā)生有焰燃燒，火焰從局部傳播、擴(kuò)散；第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導(dǎo)和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚(yáng)起來的粉塵，這些粉塵受熱分解或干餾后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著每個(gè)循環(huán)的逐次進(jìn)行，其反應(yīng)速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應(yīng)及爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣?、爆炸波傳播速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高并呈跳躍式發(fā)展。

對于木炭、焦炭和一些非揮發(fā)性金屬粉塵，它們在接受引火源的熱能后直接與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)并著火，產(chǎn)生的反應(yīng)熱使火焰?zhèn)鞑?。在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，熾熱的粉塵或其氧化物加熱周圍的粉塵和空氣，使高溫空氣迅速膨脹，從而導(dǎo)致粉塵爆炸，但在整個(gè)爆炸中并不釋放可燃?xì)怏w。

1.2 粉塵爆炸的條件

粉塵爆炸一般需要具備三個(gè)條件：一是粉塵本身是可燃的，可燃性粉塵包括有機(jī)粉塵和無機(jī)粉塵兩大類，但并非所有的可燃粉塵都能發(fā)生爆炸，常見具有爆炸性的粉塵見表1；二是粉塵必須懸浮在空氣中，并且其濃度處于一定的范圍；三是有足以引起粉塵爆炸的引火源，粉塵燃燒需要經(jīng)過加熱、熔融蒸發(fā)或者受熱裂解，放出可燃?xì)怏w，因此需要較多的能量。一般來說，最小點(diǎn)火能大致是10～100 mJ，比可燃?xì)獾淖钚↑c(diǎn)火能大100～1000倍（見表1）。

1.3 粉塵爆炸的特點(diǎn)

（1）與可燃?xì)怏w爆炸相比，粉塵爆炸壓力上升和下降速度都較緩慢，較高壓力持續(xù)時(shí)間長，釋放的能量大，爆炸的破壞性和對周圍可燃物的燒毀程度較嚴(yán)重。而且，粉塵爆炸容易引起不完全燃燒，有些沉積的粉塵還有陰燃現(xiàn)象。因而在爆炸產(chǎn)物中還含有大量的一氧化碳、氯化氫、氰化氫以及PCB粉塵自身分解產(chǎn)生的溴氣等有毒氣體易使人員中毒。此外，粉塵爆炸后，會有大量灼熱的粉塵飄散和停留在空氣中，在緊急逃生期間，如果吸入這些粉塵，會造成肺部嚴(yán)重?fù)p傷，甚至導(dǎo)致死亡。

（2）粉塵爆炸在設(shè)備之間蔓延。由于蔓延，一個(gè)較小的初次爆炸可能發(fā)展成一起大爆炸，造成的損失范圍往往比初次爆炸的區(qū)域大的多。而且在蔓延過程中，破壞能力會增強(qiáng)。比較典型的例子是在集塵器內(nèi)發(fā)生爆燃，然后沿著集塵器的進(jìn)風(fēng)管蔓延到上游設(shè)備或操作崗位，甚至引發(fā)整個(gè)廠房發(fā)生火災(zāi)。

（3）粉塵初始爆炸產(chǎn)生的氣浪會使沉積的粉塵揚(yáng)起，在新的空間內(nèi)形成爆炸性混合物，從而可能會發(fā)生二次爆炸。二次爆炸往往比初次爆炸壓力更大，破壞更嚴(yán)重，在連續(xù)化生產(chǎn)系統(tǒng)中，甚至可能形成連鎖爆炸，有的能達(dá)到爆轟的程度。

（4）粉塵爆炸比氣體爆炸所需的點(diǎn)火能大、引爆時(shí)間長、過程復(fù)雜，所以可以利用這一特點(diǎn)，通過儀器裝置探測爆炸的前兆，及時(shí)采取措施有效遏制爆炸的發(fā)展。

表1 常見具有爆炸性的粉塵

1.4 影響爆炸的因素

影響粉塵爆炸的因素主要有以下幾方面：

（1）粉塵本身的物理化學(xué)性質(zhì)。各類可燃性粉塵因其燃燒熱的高低、氧化速度的快慢、帶電的難易度、含揮發(fā)物的多少等物理化學(xué)性質(zhì)的不同而具有不同的爆炸特性。此外粉塵顆粒的尺寸也是粉塵爆炸的重要影響因素，顆粒越小，其比表面積越大，在空氣中分散度越大且懸浮時(shí)間越長，吸附氧的活性越強(qiáng)，爆炸危險(xiǎn)性越大。

（2）粉塵濃度?？扇挤蹓m必須在其濃度處于爆炸極限范圍內(nèi)才會發(fā)生爆炸。在一定粒徑條件下，粉塵濃度越高，其著火溫度越低。

（3）環(huán)境條件。環(huán)境中的水分會削弱粉塵的爆炸性能。水分含量越高，作用越強(qiáng)。環(huán)境的溫度和壓力升高時(shí)，粉塵爆炸的危害性也相應(yīng)增加。

（4）可燃?xì)怏w和惰性氣體的含量。當(dāng)可燃粉塵和空氣混合物中混入一定量可燃?xì)怏w時(shí)，粉塵的爆炸危險(xiǎn)就會顯著增大，這體現(xiàn)在最小點(diǎn)火能和爆炸下限降低，爆炸壓力和升壓速度升高。相反，當(dāng)混合物中混入一定量的惰性氣體時(shí)，會因粉塵環(huán)境氧含量下降，降低爆炸的壓力和升壓速度。毒性氣體的加入也會削弱可燃粉塵的爆炸性能。

（5）其他。引火源強(qiáng)度或點(diǎn)火方式以及容器的大小、結(jié)構(gòu)等因素，均會對粉塵爆炸產(chǎn)生一定影響。

2 PCB粉塵爆炸性分析

PCB粉塵會不會爆炸？答案是肯定的，下面我們將從兩個(gè)方面來驗(yàn)證PCB粉塵是否有燃燒爆炸的危險(xiǎn)：

2.1 PCB粉塵可燃性分析

PCB粉塵為混合粉塵，非單一性質(zhì)粉塵，主要由銅粉、環(huán)氧樹脂、玻璃纖維、木纖維和鋁粉混合而來，由于PCB混合粉塵中的木纖維和鋁分量少，根據(jù)美國消防協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA中的規(guī)定“不可燃粉塵:爆炸粉塵≥5:1時(shí)，則混合物不再有爆炸性”的原則，PCB粉塵是否可燃主要考慮銅粉和環(huán)氧樹脂。

2.1.1 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂是指分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的一類聚合物的總稱。它是環(huán)氧氯丙烷與雙酚A或多元醇的縮聚產(chǎn)物，在《常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志中》（GB 13690-92），將該物質(zhì)劃為第3.2類中閃點(diǎn)易燃物體，其粉塵與空氣形成爆炸性混合物，粉塵濃度達(dá)到20 g/m3時(shí)，觸及15 mJ的點(diǎn)火能時(shí)發(fā)生粉塵爆炸，其粉塵云引燃溫度540 ℃（表2）。

2.1.2 銅粉

在《化學(xué)品安全技術(shù)說明書》中描述：銅粉為可燃粉塵，遇高溫、明火能燃燒，粉塵云點(diǎn)燃溫度700 ℃。由此可說明只要滿足一定的條件，銅粉同樣有爆炸的可能。

2.2 PCB粉塵爆炸性測試

2016年5月20日，國家防爆設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東），出具的《PCB粉塵爆炸性測試檢測報(bào)告書》報(bào)告書編號6254-2016-0222，也說明了粉塵的爆炸特性。

送檢單位：深圳市澤浩實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司

送檢試樣：硬板除塵器：樣品呈淺綠色粉末；硬板除塵器：樣品呈白色粉末；軟板除塵器：樣品呈土黃色絮狀。

檢測項(xiàng)目：粉塵爆炸性測試

檢測依據(jù)：VDI2263-1-1990（Test methods for the determination of the safety characteristic of dusts 粉塵安全特性的確定方法）

表2 常見可燃粉塵爆炸特性

檢測結(jié)果：產(chǎn)生持續(xù)性火焰，發(fā)生爆炸。

2.3 結(jié)論

綜合以上兩種情況分析，得出的結(jié)論是：PCB粉塵可燃，有爆炸的危險(xiǎn)。

3 警惕PCB工廠除塵系統(tǒng)粉塵爆炸

（1）PCB企業(yè)涉及粉塵作業(yè)的崗位一般有：鉆孔、銑板、刨邊、磨鋼板、開料等，其設(shè)備一般都設(shè)有獨(dú)立的通風(fēng)除塵系統(tǒng)、且密閉化自動化程度較高，崗位粉塵濃度0.2～2.0 mg/m3，這個(gè)數(shù)值是安全的（圖1）。但吸塵罩可以將作為火源的火花吸入，故要引起注意。例如壓合回流線打磨鋼板時(shí)產(chǎn)生的火花，如果和其它設(shè)備（可燃性粉塵發(fā)生源）共用一臺除塵器就非常危險(xiǎn)，應(yīng)該采取隔離措施。

（2）為了防止粉塵侵害作業(yè)人員的健康和粉塵爆炸，采用除塵系統(tǒng)及時(shí)排出工作環(huán)境中的粉塵，降低車間內(nèi)的粉塵濃度是必要的手段。但對于可燃性粉塵來說，除塵設(shè)備也必須采取防火、防爆措施，否則一旦使用不當(dāng)也會造成爆炸起火事故。除塵系統(tǒng)發(fā)生爆炸、起火的原因主要是因?yàn)橐话愠龎m器都是吸入空氣后再排出，故除塵系統(tǒng)內(nèi)氧氣供給充足。據(jù)調(diào)查，能引起除塵系統(tǒng)起火可能性的主要為靜電火花、自燃火、沖擊摩擦和明火（表4）。其中靜電火花是由于除塵器管路帶電造成的。自燃火是由于捕集下來的粉塵在灰斗內(nèi)緩慢進(jìn)行氧化反應(yīng)而積蓄下的氧化熱造成的。沖擊摩擦一般認(rèn)為是除塵系統(tǒng)吸入的鐵片碰撞，或者是檢修清掃過程中用錘頭振落附著在灰斗或袋室內(nèi)的粉塵時(shí)因碰撞而產(chǎn)生的火星。明火是由于檢修時(shí)氣焊火焰及電焊火花產(chǎn)生的，見表3。

（3）除塵設(shè)備的風(fēng)管發(fā)生爆炸的實(shí)例也比較多，這是因?yàn)榉蹓m在管內(nèi)沉積，當(dāng)受到某種沖擊時(shí)，可燃性粉塵再次飛揚(yáng)，在瞬間形成高濃度粉塵云，若遇上火源，很容易爆炸。粉塵在風(fēng)管內(nèi)沉積的主要原因，是輸送風(fēng)速太小或有漏風(fēng)現(xiàn)象。所以為防止發(fā)生爆炸，可燃性粉塵的除塵管路應(yīng)盡可能短些，對于系統(tǒng)中的彎頭，變徑管等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使彎頭曲率半徑在管道直徑D的1.5倍以上，變徑管的展開角在15°以下，以減少阻力。據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，若可燃性粉塵的粒徑小于15 μm，其沉降速度在0.1 m/s左右時(shí)，管內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)該是沉降速度的100～200倍。當(dāng)粉塵濃度增大時(shí)，輸送風(fēng)速也應(yīng)相應(yīng)地加大。對于除塵器來說，灰斗部分是工作條件最為惡劣的地方，也最容易產(chǎn)生起火爆炸。因?yàn)槲腼L(fēng)管的粉塵有一部分直接落入灰斗，或者在灰斗內(nèi)的加強(qiáng)筋上及鋼板焊縫上堆積起來。如果由于某種原因造成粉塵二次飛揚(yáng)，條件適宜，又遇上火源，將是非常危險(xiǎn)的。

圖1 PCB企業(yè)工作場所粉塵檢測結(jié)果

表3 常見引發(fā)爆炸的引火源

4 PCB粉塵爆炸的防治

4.1 防止粉塵爆炸事故的基本原則和預(yù)防性技術(shù)措施

根據(jù)粉塵燃燒、爆炸原理，防止粉塵爆炸事故的基本原則是：控制可燃粉塵和助燃物濃度、溫度、壓力及混觸條件，避免粉塵處于燃爆的危險(xiǎn)狀態(tài)；消除一切足以引起起火爆炸的點(diǎn)火源；采取各種阻隔手段，阻止爆炸事故的擴(kuò)大。

預(yù)防性技術(shù)措施：

（1）排除能引起粉塵爆炸的各類可燃物質(zhì)。比如，生產(chǎn)設(shè)備、除塵系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持密閉，防止粉塵外溢；粉塵作業(yè)場、集塵房所加強(qiáng)通風(fēng)；定期清潔，防止粉塵積聚。

（2）消除或控制能引起爆炸的各種能源。例如，防止撞擊、摩擦產(chǎn)生火花；防止電氣故障；消除靜電火花；防止明火等。

4.2 建筑防爆措施

（1）采取泄壓措施。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014，2018版）給出的公式計(jì)算、設(shè)置一些泄壓口或泄壓面，當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)。這些泄壓口或泄壓面首先被破壞，使高溫高壓氣體得以釋放，從而降低爆炸壓力，使主要承重或受力結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞。

（2）采用抗爆性能良好的建筑結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的主體強(qiáng)度和剛度，使其在爆炸中足以抵抗爆炸沖擊而不倒塌。

（3）采取合理的建筑布置。通過對有爆炸危險(xiǎn)的場所合理地考慮建筑的布局及平面布置。有爆炸危險(xiǎn)粉塵的干式除塵器宜布置在廠房外的獨(dú)立建筑內(nèi)，且建筑外墻與所屬廠房的防火間距不應(yīng)小于10 m。對符合一定條件的干式除塵器，可以布置在廠房內(nèi)的單獨(dú)房間內(nèi)，其耐火極限分別不低于3H的防火隔墻和耐火極限不低于1.5 H的樓板與其他部位分隔；

4.3 電氣防爆措施

為了防止和減少在爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境中使用的電氣設(shè)備的引爆因素，必須在設(shè)備本體防爆和運(yùn)行防爆兩個(gè)方面采取必要措施。

（1）正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度的電氣設(shè)備和線路，宜將布置在爆炸危險(xiǎn)較小或沒有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境內(nèi)。電氣線路的設(shè)計(jì)、施工應(yīng)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境物質(zhì)特性，選擇相應(yīng)的敷設(shè)方式、導(dǎo)線材質(zhì)、配線技術(shù)、連接方式和密封隔斷措施等。

（2）采用防爆的電氣設(shè)備。在滿足工藝生產(chǎn)及安全的前提下，應(yīng)減少防爆電氣設(shè)備的數(shù)量。如無特殊需要，不宜采用攜帶式電氣設(shè)備。

（3）按有關(guān)電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)定的一般情況不需要接地的部分，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)仍應(yīng)接地，電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)可靠接地。

（4）設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警和緊急斷電裝置。在電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障之前，采取相應(yīng)補(bǔ)救措施或切斷爆炸危險(xiǎn)區(qū)域電源。

（5）安全使用防爆電氣設(shè)備。正確地劃分爆炸危險(xiǎn)環(huán)境類別，根據(jù)粉塵的種類，選擇防塵結(jié)構(gòu)或塵密結(jié)構(gòu)的粉塵防爆電氣設(shè)備，正確地維護(hù)、檢修防爆電氣設(shè)備。

4.4 安全管理

（1）企業(yè)應(yīng)建立及完善防范發(fā)生粉塵爆炸事故的安全生產(chǎn)責(zé)任制，應(yīng)重點(diǎn)明確及落實(shí)企業(yè)負(fù)責(zé)人、安全生產(chǎn)管理人員、粉塵涉爆設(shè)備的管理維護(hù)及使用人員，以及粉塵清掃人員等重要崗位的安全生產(chǎn)職責(zé)。

（2）企業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)依法依規(guī)參加安全生產(chǎn)監(jiān)管部門組織的防范發(fā)生粉塵爆炸事故的專項(xiàng)培訓(xùn),并認(rèn)真普及粉塵防爆知識，使職工了解本企業(yè)粉塵爆炸危險(xiǎn)場所的危險(xiǎn)程度和防爆措施；

（3）企業(yè)應(yīng)依照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并結(jié)合該場所存在的可燃粉塵的爆炸極限、中位粒經(jīng)、比重、自燃溫度、導(dǎo)電性等物理性質(zhì)，并實(shí)測空氣中可燃粉塵的濃度，在根據(jù)這些參數(shù)制定詳細(xì)的粉塵防爆實(shí)施細(xì)則和安全檢查表，并按安全檢查表認(rèn)真進(jìn)行粉塵防爆檢查。

（4）企業(yè)應(yīng)制定及完善安全生產(chǎn)應(yīng)急預(yù)案中針對粉塵涉爆事故的現(xiàn)場處置方案，并進(jìn)行針對性的培訓(xùn)及演練。

（5）企業(yè)應(yīng)按照有關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正確使用粉塵涉爆設(shè)備（包括按防爆安全要求使用除塵系統(tǒng)），并定期進(jìn)行維護(hù)檢修，應(yīng)建立維護(hù)檢修管理臺帳。

5 結(jié)語

總之，凡是存在可燃粉塵爆炸危險(xiǎn)的PCB生產(chǎn)場所、部位，都應(yīng)明確粉塵爆炸的發(fā)生原理和形成條件，采取嚴(yán)格的爆炸預(yù)防和防護(hù)措施，遏制粉塵爆炸，確保企業(yè)生命財(cái)產(chǎn)安全，不斷提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的整體安全生產(chǎn)水平。