文 / 劉彬 毛華初 張智勇

1 2 湖南中煙工業(yè)有限責任公司，安全管理部，長沙市萬家麗中路三段188號 410014；

3 湖南中煙常德卷煙廠，安保法規(guī)部，常德市洞庭大道西段199號 415000；

前言

煙草纖維屬于ⅢA非導電可燃性飛絮，高溫表面堆積粉塵層（5mm）的引燃溫度為290℃，粉塵云的引燃溫度為485℃，無爆炸下限數(shù)據(jù)，粉塵平均粒徑50-100微米[1]。根據(jù)企業(yè)當前煙草粉塵防爆存在的主要問題，急需對企業(yè)粉塵現(xiàn)狀進行深入研究，尤其是爆炸危險參數(shù)的測試，從而為制定防爆炸針對性措施提供依據(jù)。

本文擬對煙草生產(chǎn)產(chǎn)生的煙草粉塵進行爆炸性能試驗，并對粉塵粒徑、形狀、水分進行檢測,以探討其爆炸特性的關鍵影響因素，為做好實際生產(chǎn)過程粉塵安全防護措施提供依據(jù)。

1 生產(chǎn)工藝

卷煙生產(chǎn)主要包括卷煙配方、卷煙制絲、煙支制卷、卷煙包裝工藝。其中涉及粉塵的生產(chǎn)流程及工藝有煙葉拆包、篩分、轉運，切塊、切絲、烘絲、煙絲流動、烘梗、卷煙、煙絲膨脹切葉以及人工清掃作業(yè)等。

2 檢測試驗

2.1 樣品的選取

卷煙廠除塵系統(tǒng)，基本流程相同，煙草加工設備自帶除塵管道，與除塵器連接，煙草塵落入收塵斗，除塵房主管道設防火閥，收塵斗采用連續(xù)鎖氣卸灰，經(jīng)螺旋輸送機推送至壓棒料倉，壓棒后集中處理。除塵器、螺旋輸送機、壓棒是粉塵集中場所，因此在除塵器內(nèi)布袋外壁、螺旋輸送機、壓棒設取樣點。

2.2 樣品形貌

2.2.1 一般形貌

共取樣品48個，大部分樣品以顆粒為主，雜少量絲狀。樣品外觀見圖2.2.1-1形貌圖。

圖2.2.1-1電鏡掃描放大200、500倍后的圖片見圖2.2.1-2。

2.2.2 異常形貌

36#、37#、38#樣品表現(xiàn)異常，樣品呈現(xiàn)大顆粒片狀，尺寸90%大于0.5mm，見圖2.2.2-1。

2.3 粒徑分布

本文對樣品粒徑分布進行了測試，從測試結果可以看出：

① 除塵器收集的煙草粉塵與設計參數(shù)900-50μm 是基本一致的，粒徑小于50μm的粉塵極微，一般粘附在除塵器布袋外壁。

② 同一個取樣點，樣品粉塵粒徑分布呈現(xiàn)一定波動。

圖2 .1-1

③ 同一卷煙廠，制絲和卷包的粉塵粒徑分布呈現(xiàn)較大差異，制絲小于100μm粒徑的粉塵占比不足3%；卷包小于100μm粒徑的粉塵占比在10%左右。

圖2 .2.1-1

圖2 .2.1-2

圖2 .2.2-1

④ 設置在生產(chǎn)現(xiàn)場制絲切絲工段的粉塵均為大顆粒物，小于500μm粒徑的粉塵占比不足10%。

⑤ 不同卷煙廠之間，由于品牌不同，煙草塵的粒徑分布呈現(xiàn)較大差異，如吳忠卷煙廠制絲小于100μm粒徑的粉塵占比達10%。

2.4 樣品含水量

根據(jù)中煙公司提供的參考數(shù)據(jù)，煙絲正常含水量為12%左右，為了準確了解樣品中含水量情況，本文對樣品進行了含水量測試，測試條件為60℃烘干24小時，由測試結果發(fā)現(xiàn)：

① 所取樣品含水量普遍低于煙絲正常含水量，原因很可能是因為煙草顆粒物經(jīng)負壓吸至除塵室過程中，部分水分蒸發(fā)所致。

② 烘絲排潮工序樣品的含水量明顯高于其他樣品。

③ 除塵器布袋外壁粘附樣品含水量明顯低于其它樣品，說明顆粒越細，表面積越大，越容易風干。

2.5 布袋外壁粘附粉塵特性參數(shù)

布袋外壁粘附粉塵17#樣品外觀、電鏡掃描放大500倍形貌、粒徑分布見圖2.5-1、2、3。

2.6 粉塵爆炸參數(shù)

GB 12476.1-2013可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備 第1部分：通用要求 粉塵（Dust）定義為在大氣中依靠自身重量可沉淀下來，但也可持續(xù)懸浮在空氣中一定時間的包括纖維和飛絮在內(nèi)的固體微小微粒。

國際標準化組織粉塵定義為粒徑小于75μm的固體懸浮物。

根據(jù)本文粒徑分布測試結果，現(xiàn)場所取的48個樣品中，8個樣品粒徑小于100μm占比在10.81%-24.86%之間，39個樣品粒徑小于100μm占比小于10%，均不符合粉塵定義。僅布袋外壁煙草粉塵粒徑小于79.89μm占比90%，基本符合粉塵定義要求。

布袋外壁煙草塵樣品爆炸下限測試結果見表2.6-1.

根據(jù)GB 12476.8-2010 可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備 第8部分試驗方法 確定粉塵最低點燃溫度的方法等，測試樣品較粗時，應能夠通過500μm標準篩。

由于實際生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙草塵為粗顆?；旌衔铮伊酱笥?00μm的質量占比較大，無法直接得到測試結果，因此，本文根據(jù)粒徑分布情況，將篩分后的粒徑分別為50-100微米，100-500微米范圍內(nèi)兩個樣品進行了爆炸全參數(shù)測試，測試結果見表2.6-2、3。

3 測試結果分析

煙草粉塵形貌上以顆粒為主，雜少量絲狀；煙草粉塵含水量在5.8-11.31%范圍波動。

粒徑分布范圍較廣，其中粒徑小于50μm的粉塵極微，大部分粒徑在100-500μm及500μm以上范圍內(nèi)。小于500μm的粉塵占比不少于70%的樣品數(shù)量共20個，占總樣品數(shù)的41.7%。

粒徑d(0.5)=25μm的煙草粉塵爆炸下限為75-100g/m3。

粒徑在50-100μm范圍內(nèi)的煙草粉塵爆炸下限為300-400g/m3，最小點火能大于1000mJ，最大爆炸壓力0.67MPa，爆炸指數(shù)7.03MPa·m/s，粉塵云引燃溫度450℃，粉塵層引燃溫度220℃。

粒徑在100-500μm范圍內(nèi)的煙草粉塵爆炸下限為500-600g/m3，最大爆炸壓力0.62MPa，爆炸指數(shù)4.08MPa·m/s，粉塵云引燃溫度470℃，粉塵層引燃溫度230℃。

圖2 .5-1

圖2 .5-2

圖2 .5-3

表2 .6-1 布袋外壁煙草塵17#樣品爆炸下限測試結果

表2 .6-2 50-100μm煙草粉塵爆炸參數(shù)表

4 粉塵作業(yè)場所可燃性、爆炸性結論

本次測試覆蓋湖南中煙6家卷煙廠（長沙、常德、郴州、零陵、四平、吳忠卷煙廠）48個樣品，其中有20個樣品小于500微米范圍內(nèi)的煙草粉塵占比不少于70%，存在煙草粉塵爆炸危險；28個樣品小于500微米范圍內(nèi)的煙草粉塵占少于70%，可認為不屬于爆炸性粉塵。

表2 .6-3 100-500μm煙草粉塵爆炸參數(shù)表

5 建議防爆分區(qū)

正常工況下，粉塵最大濃度均低于爆炸下限，對應除塵器的內(nèi)部、除塵管道內(nèi)部、螺旋輸送機內(nèi)部、料倉內(nèi)部及下料口1米范圍內(nèi)，可劃分為21區(qū)。

21區(qū)周邊3米范圍劃為22區(qū)，如除塵器卸灰口周邊3米；如果除塵房面積相對較小，除塵器所在除塵房均應劃為22區(qū)。

對于生產(chǎn)車間作業(yè)場所除塵效果好，設備密閉，運行正常沒有積塵可劃為非爆炸危險區(qū)。

6 隱患排查重點

現(xiàn)場存在主要問題有：無泄爆面，員工未配置防靜電工作服、防靜電鞋，采用IP44等級非防爆電機，管道漏塵，值班室設在除塵室內(nèi)，除塵器布在生產(chǎn)線上，壓差表維護保養(yǎng)不到位，壓棒機停用等。

由于煙草粉塵點火能（大于1焦耳）遠遠大于人體產(chǎn)生的靜電能（約0.2焦耳），員工未配置防靜電工作服、防靜電鞋的風險較小；由于除塵器內(nèi)很難形成粉塵云，即使具備點火能，也不會發(fā)生粉塵爆炸，因此，無泄爆面，風險很小。

異常工況下，如果除塵管道損壞，出現(xiàn)漏風導致風力不足，收集的粉塵粒徑會偏小，小粒徑粉塵占比升高，會增大危險性。除塵器壓差表損壞，未及時對布袋除塵器內(nèi)的積塵進行清理，會導致布袋積塵過厚，危險性增大。如果設備接地不良，導致靜電積聚，或雷擊導致形成點火源。當上述要素均具備時，可能會引發(fā)粉塵爆炸事故。由于煙草粉塵層引燃溫度較低，存在火災風險。

7 主要應對措施和建議

7.1 本質安全設計

在新建、改建、擴建項目時應充分考慮粉塵粒徑分布，對于小于500微米范圍內(nèi)的煙草粉塵占比不小于70%時，應視為爆炸性粉塵。

（1）除塵器與除塵管道之間應設置阻火閥，在室內(nèi)應布置消火栓。

（2）除塵房電機設備應按照粉塵爆炸危險21、22區(qū)選型。

（3）異常工況下，除塵器內(nèi)小粒徑粉塵濃度可能低于爆炸下限，存在爆炸危險性，除塵房的建筑結構宜設置泄爆面；除塵器布置在除塵房內(nèi)時宜設置泄爆管。

7.2 工程技術措施

（4）建筑物應按第二類防雷建筑要求防雷、防靜電；

（5）煙草塵火災危險性較大，除塵房入口主管道已設置阻火閥時，21區(qū)宜設置連續(xù)的溫度監(jiān)測報警裝置。

7.3 安全管理措施

（6）完善除塵器作業(yè)安全規(guī)程，將管道泄漏、除塵器壓差表異常作為重點巡查內(nèi)容，根據(jù)布袋粘附煙草細塵情況，合理確定停機正壓清灰時間；

（7）完善員工個體防護用品配備標準，配備防靜電工作服、防塵口罩。

（8）完善粉塵壓棒作業(yè)安全規(guī)程，當壓棒機布置在粉塵爆炸危險22區(qū)時，電氣應滿足防爆要求。