李 剛

(東北大學 安全工程研究中心,遼寧 沈陽 110819)

0 引言

自從我國2014年發(fā)生“8.2”昆山中榮特大粉塵爆炸事故以來，政府監(jiān)管部門高度重視粉塵爆炸事故防治工作，從中央到地方各級安監(jiān)部門紛紛開展了不同形式的粉塵防爆專項整治工作，依據(jù)《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》《工貿(mào)行業(yè)重點可燃性粉塵目錄(2015版)》《工貿(mào)行業(yè)重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準(2017版)》[1]及相關法律法規(guī)[2-5]，經(jīng)過仔細排查、梳理，截止到2018年12月底，全國共有粉塵涉爆企業(yè)4.28萬家，其中，粉塵作業(yè)場所30人及以上企業(yè)3481家，10-29人企業(yè)11 664家。這些企業(yè)基本涵蓋了我國冶金、有色、建材、機械、輕工、煙草、紡織、貿(mào)易8大行業(yè)，涉及金屬粉塵、天然粉塵、人工合成粉塵、煤粉4大類成百上千種樣品。行業(yè)之間工藝設備完全不同，各種粉塵著火爆炸性質(zhì)更是相去甚遠，對于如此復雜的現(xiàn)場實際情況，如何制定一套既高效、實際，又簡明、易行的方法指導我國粉塵防爆工作，以期在短時間內(nèi)有效預防類似“8.2”昆山特大事故的再次發(fā)生，并對長期的粉塵防爆工作指明方向是非常重要和急需的。為此，原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局監(jiān)管四司組織國內(nèi)各行各業(yè)的粉塵防爆專家制定《工貿(mào)行業(yè)重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準(2017版)》(以下簡稱“10大隱患判據(jù)”)，該判據(jù)以事故統(tǒng)計為基礎，結合我國涉及粉塵爆炸風險企業(yè)的數(shù)量、分布、規(guī)模等特征，通過分析、總結提煉10條重大事故隱患，這10大隱患可以為企業(yè)防爆整改提供指導，也為各級政府安監(jiān)部門監(jiān)管、執(zhí)法提供依據(jù)。

筆者結合參與制定“10大隱患判據(jù)”的經(jīng)歷和近年服務廣大涉粉企業(yè)粉塵防爆改造的經(jīng)驗和體會，對如何理解和應用“10大隱患判據(jù)”進行粉塵爆炸風險辨識和控制進行說明。

1 解析“10大隱患判據(jù)”

1.1 解析“隱患判據(jù)1”

隱患判據(jù)1：粉塵爆炸危險場所設置在非框架結構的多層建構筑物內(nèi)或與居民區(qū)、員工宿舍、會議室等人員密集場所安全距離不足。

粉塵爆炸的危害主要來自3個方面：爆炸沖擊波、火焰熱輻射和拋擲物。粉塵爆炸最大爆炸壓力Pmax一般300～1000kPa，人和普通建筑物受沖擊波超壓引起受傷和破壞的參考數(shù)據(jù),見表1、2。從表1、2可知，即便粉塵爆炸超壓只達到其最大值Pmax的一半也可以摧毀周圍所有的建筑物，建筑物內(nèi)的工作人員或被沖擊波直接震死或被倒塌的建筑物砸傷或致死。

表1 沖擊波超壓引起的人員傷害Tab.1 Personnel injury caused by shock wave overpressure

表2 沖擊波超壓引起的建筑物損壞Tab.2 Building damage caused by shock wave overpressure

一般初始爆炸發(fā)生在工藝設備內(nèi)部，爆炸可能導致設備外殼破裂，并形成高速飛行的拋擲物，對周邊人員造成傷亡。圖1為2012年溫州市甌海區(qū)“8.5”鋁粉塵爆炸事故中坍塌的整座二層民房，事故導致13人死亡、15人受傷，其中6人重傷。

由于國際上目前還缺乏對潛在粉塵爆炸風險的建筑物的安全距離參考數(shù)據(jù)，所以針對本隱患中規(guī)定的“安全間距”目前只能參考《建筑防火設計規(guī)范》中防火間距的規(guī)定來設置，這顯然是個缺陷至少是個不足，因為能夠阻止火災輻射的安全距離不一定能夠涵蓋爆炸波的破壞傳播距離。針對這種情況需要根據(jù)工藝設備及粉塵爆炸特性進行深入分析，甚至大型試驗模擬確定。

1.2 解析“隱患判據(jù)2”

隱患判據(jù)2：可燃性粉塵與可燃氣體等易加劇爆炸危險的介質(zhì)共用一套除塵系統(tǒng)，不同防火分區(qū)的除塵系統(tǒng)互聯(lián)互通。

可燃粉塵和可燃氣體相遇時，著火敏感度和爆炸猛度均會增加，筆者對油頁巖粉塵和頁巖油蒸氣混合物的爆炸性研究表明，即便是向油頁巖粉塵中加入1%體積濃度的可燃蒸氣，就可以使得混合物的最小點燃能量降低4～10倍，大大提高了可燃粉塵的著火危險性。因此要避免這種粉、氣混合共用一套除塵系統(tǒng)的情況。實際中企業(yè)同時出現(xiàn)可燃粉塵和可燃氣體的情況并不多見，木制品行業(yè)的木加工粉塵和噴漆、靜電粉末噴涂中烤爐產(chǎn)生的揮發(fā)分氣體和靜電粉末是典型情況，但企業(yè)一般都各自設置了獨立的除塵和通風系統(tǒng)。類似的混合除塵問題，還應推廣到不相容的固體粉塵，比如鋁粉塵不應與鐵質(zhì)粉塵合用同一除塵系統(tǒng)，因為鋁和鐵銹會發(fā)生下式所示的放熱反應，其危險性甚至超過了鋁粉本身的爆炸。

Al+Fe2O3=Fe+Al2O3+放熱

另一方面，本條隱患還禁止不同建構筑物、不同防火分區(qū)采用一套除塵系統(tǒng)，或者不同防火分區(qū)的除塵系統(tǒng)互聯(lián)互通。其目的是防止爆炸在除塵系統(tǒng)管道內(nèi)傳播，引起多個建筑物或大面積的系統(tǒng)爆炸。鋁鎂等金屬粉塵嚴禁不同防火分區(qū)共用一套除塵系統(tǒng)，其他可燃爆粉塵由于工藝需要或空間等條件所限，比如港口散糧系統(tǒng)，糧食、飼料加工等行業(yè)生產(chǎn)工藝要求除塵系統(tǒng)的分支管道連接不同樓層的，需要在聯(lián)通風管上設置適當?shù)母舯b置。

1.3 解析“隱患判據(jù)3”

隱患判據(jù)3：干式除塵系統(tǒng)未規(guī)范采用泄爆、隔爆、惰化、抑爆等任一種控爆措施。

除塵器內(nèi)粉塵云濃度頻繁達到爆炸下限濃度，且存在靜電放電、自熱自燃及外部環(huán)境吸入點火源的可能性，存在發(fā)生粉塵爆炸的“五要素”，事故統(tǒng)計表明，干式除塵器是發(fā)生粉塵爆炸頻率最高的設備之一。因此對于處理可燃粉塵的干式除塵器必須采取一定的防爆措施。泄爆方法因簡便易行所以使用最為普遍，但需注意泄爆面積是可靠泄爆的核心，需要綜合考慮除塵器強度、粉塵爆炸特性及泄爆裝置的特性3個方面。如果粉塵敏感度特別高，比如超細(d50<10μm)鋁鎂粉塵，就需要采用惰化的方法，限制體系的氧氣濃度低于該粉塵的極限氧濃度，預防爆炸的發(fā)生；對無法泄爆的情形，如建筑物無泄爆面、粉體有毒等情形，可以考慮采用抑爆措施。隔爆技術是防止初始爆炸向其他設備或建筑物傳播的控爆措施，一般不能單獨使用，通常和泄爆、抑爆或惰化措施聯(lián)合使用，降低系統(tǒng)爆炸風險。根據(jù)美國經(jīng)驗，位于室內(nèi)容積小于0.2m3的單機式除塵器，可不作控爆措施，但應采取有效防范點燃源的技術措施。

1.4 解析“隱患判據(jù)4”

隱患判據(jù)4：除塵系統(tǒng)采用正壓吹送粉塵，且未采取可靠的防范點燃源的措施。

這里所說的“正壓吹送粉塵”是利用風機的負壓段將現(xiàn)場的粉塵吸入管道并經(jīng)過風機正壓吹送到除塵器內(nèi)進行收集的過程，如果大量粉塵未經(jīng)過風機，即便是正壓吹送粉塵進入除塵器也不屬于該條范圍。

“正壓吹送粉塵”的危險在于當大量粉塵經(jīng)過風機時，其中的大顆粒粉塵、雜質(zhì)甚至小型工件與高速旋轉的風機葉片摩擦撞擊會形成點燃源，該點燃源進入到除塵器內(nèi)就可能引發(fā)粉塵爆炸。因此，安全的吸塵方式是將風機設置在除塵器的后部，使得吸風管及除塵器內(nèi)部均為負壓，經(jīng)過風機的氣流是除塵器過濾后的“干凈”空氣，正常情況下就不會存在葉片撞擊粉塵的危險情況出現(xiàn)，除非布袋破損或脫落導致粉塵未被收集直接進入到風機內(nèi)部。

目前國家標準規(guī)定對于鋁鎂等可燃金屬粉塵除塵系統(tǒng)，嚴禁采用正壓吹送粉塵。其他粉塵若采用正壓吹送粉塵，應確保采取可靠的防范點燃源措施，例如：在風機前裝設能有效除鐵、石子等硬物的裝置，以防范這類異物與風機葉片撞擊產(chǎn)生火花，或采用不產(chǎn)生火花的風機，或者在除塵器進風側主管上設置火花探測器，配以噴淋滅火系統(tǒng)，以防止火花進入除塵器本體。

1.5 解析“隱患判據(jù)5”

隱患判據(jù)5：除塵系統(tǒng)采用粉塵沉降室除塵，或者采用干式巷道式構筑物作為除塵風道。

沉降室是工業(yè)除塵器的一種，由于其結構簡單、造價低、阻力小在工業(yè)領域還有一定的應用，尤其對于高溫氣體介質(zhì)經(jīng)常是首選除塵設備。但是對于可燃粉塵，這種除塵器因為無法實現(xiàn)收集粉塵的分離，使得大量粉塵在沉降室內(nèi)懸浮、聚集，存在較高的爆炸風險，禁止使用。

當采用磚混等構建的干式巷道作為除塵系統(tǒng)風管(風道)時，由于風道內(nèi)壁粗糙，且風速低、不均勻、易積塵，已被列為淘汰的落后安全技術工藝設備目錄，禁止使用。

1.6 解析“隱患判據(jù)6”

隱患判據(jù)6：鋁鎂等金屬粉塵及木質(zhì)粉塵的干式除塵系統(tǒng)未規(guī)范設置鎖氣卸灰裝置。

現(xiàn)實中為方便企業(yè)經(jīng)常將除塵器設計成方箱結構，上部是除塵器下部是粉塵儲存?zhèn)}?，F(xiàn)場檢查時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，由于沒有及時清理除塵布袋，除塵布袋被粉塵堆埋的現(xiàn)象。除塵系統(tǒng)設置鎖氣卸灰裝置(也稱“星型卸料閥”“關風器”)從工藝上實現(xiàn)了氣固分離和粉塵儲存的分開，這樣可以降低因除塵器灰斗內(nèi)大量積粉發(fā)生爆炸的風險。

鎖氣卸灰裝置可以采用星型卸灰閥，也可以采用雙層閘板閥等結構，只要能夠連續(xù)卸灰并將灰桶和除塵器灰斗在任一時刻隔離開即可。

目前只對金屬粉塵和木粉塵除塵器未設置鎖氣卸灰裝置定義為重大隱患，其他粉塵也應參照執(zhí)行。

如果除塵器收集的粉塵量極少，比如每班不多于2kg，并能每班及時清理，從風險控制的角度來說，不設置鎖氣卸灰裝置也是可以接受的。

1.7 解析“隱患判據(jù)7”

隱患判據(jù)7：粉塵爆炸危險場所的20區(qū)未使用防爆電氣設備設施。

20區(qū)是爆炸性粉塵危險環(huán)境持續(xù)地或長期地或頻繁地出現(xiàn)的區(qū)域，在該區(qū)域只要具備一定能量或溫度的點燃源就會立即發(fā)生粉塵爆炸，為此要求20區(qū)必須采用合規(guī)的粉塵防爆電氣。目前名義上國家標準中有4種型號的防爆電氣可用于20區(qū)，分別是Ex tD A20、Ex tD B20、 Ex iaD和Ex mD。但實際上目前市場上尚無該類型的防爆電機、插座、燈具等，只有少量的低功率的傳感探測器件，基于此，20區(qū)盡可能不要使用電氣設備。幸運的是20區(qū)絕大多情況都是在設備內(nèi)部，比如料倉內(nèi)部、除塵器內(nèi)部、斗式提升機內(nèi)部，這些設備內(nèi)部一般不需要設置大功率的電氣設備。

現(xiàn)實中該隱患有時候會在除塵管道內(nèi)部出現(xiàn)，比如因風速不足，在管道內(nèi)安裝1臺軸流風機，雖然風機銘牌顯示為有Ex標識的防爆電氣，但滿足不了該場所20區(qū)危險級別的要求。

1.8 解析“隱患判據(jù)8”

隱患判據(jù)8：在粉碎、研磨、造粒等易于產(chǎn)生機械點火源的工藝設備前，未按規(guī)范設置去除鐵、石等異物的裝置。

粉碎、研磨、造粒等生產(chǎn)工藝從安全的角度考慮，雜質(zhì)進入研磨類設備會導致劇烈摩擦、撞擊，產(chǎn)生高溫火花、熱表面等點燃源，這些點燃源或者立即引爆設備內(nèi)部密閉空間的粉塵云，或者形成悶燒團塊進入到下游設備，引起下游設備內(nèi)粉塵云的爆炸。因此必須采取措施防止硬質(zhì)雜質(zhì)進入。另外，從保障生產(chǎn)正常進行的角度也需要在物料進入設備之前進行除鐵、除雜，否則這些堅硬的雜質(zhì)進入到磨機或造粒機內(nèi)很快就會將設備的刀或模具損壞。因此，類似設備在設計時一般都會配置除鐵除雜設施，但關鍵問題是現(xiàn)場缺乏管理，除鐵的永磁筒內(nèi)已掛滿了鐵質(zhì)雜質(zhì)，不能正常除雜了，如圖2。所以，該隱患在現(xiàn)場不是檢查是否設置了除雜設備，而是檢查雜質(zhì)是否及時清除、除雜設備是否正常工作。

圖2 粘滿鐵質(zhì)雜質(zhì)的除鐵器Fig.2 Iron remover stuck with iron impurities

1.9 解析“隱患判據(jù)9”

隱患判據(jù)9：木制品加工企業(yè)，與砂光機連接的風管未規(guī)范設置火花探測報警裝置。

該隱患是專門針對木制品行業(yè)的砂光機制定的，主要是砂光過程中會產(chǎn)生大量的細小粉塵，且當送料疊板或木材中嵌入鐵釘?shù)犬愇飼r可能產(chǎn)生摩擦火花或熱表面，這些細小粉塵容易被引燃，進入到除塵器后成為火災或爆炸的點燃源。2018年12月31日江蘇沭陽大江木粉爆炸事故就是典型的砂光機引燃所致。為此要求與砂光機連接的風管按規(guī)范設置火花探測報警裝置并配備火花熄滅系統(tǒng)，防止木粉塵火星進入除塵器成為點燃源。

企業(yè)應根據(jù)車間內(nèi)砂光機與除塵管道布置情況，合理設置火花探測報警裝置的位置和數(shù)量。在除塵器前段的總管，設置一套火花探測報警和自動滅火裝置是最低要求，也可以在連接砂光機的支風管上安裝，但所有火花探測裝置與火花熄滅裝置之間的安裝距離應滿足聯(lián)鎖響應時間的要求，一般不能低于4m。

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，木制品加工行業(yè)的多片鋸及四面刨設備和砂光機有類似的引燃風險，建議對這2類設備采取同樣的點燃源防控措施。

1.10 解析“隱患判據(jù)10”

隱患判據(jù)10：未制定粉塵清掃制度，作業(yè)現(xiàn)場積塵未及時規(guī)范清理。

作業(yè)現(xiàn)場堆積粉塵主要有2大危險：一是現(xiàn)場作業(yè)情況復雜，人員、設備可能將現(xiàn)場的粉塵引燃導致火災，陰燃的粉塵被除塵管道吸入除塵器引發(fā)火災或爆炸；二是存在二次爆炸風險。作業(yè)場所地面沉積粉塵的厚度超過1mm時，如果被初始爆炸波卷揚起來就可以達到爆炸下限從而發(fā)生更加嚴重的二次爆炸。

粉塵清掃制度制定容易，認真貫徹執(zhí)行比較難。建議按照PDCA模式執(zhí)行清掃：P—計劃：辨識現(xiàn)場可能沉積粉塵的場所，在制度里明確所有的粉塵清掃點；D—執(zhí)行：按制度規(guī)定的進行清掃，并記錄清掃結果；C—檢查：檢查現(xiàn)場清掃結果，檢查記錄情況；A—評審：對計劃執(zhí)行情況進行審計，包括計劃本身、執(zhí)行情況、記錄情況，然后提出修改意見。

考慮到粉塵爆炸的特殊性，清掃粉塵時不能采取導致粉塵二次揚起的清掃方法，應采取負壓吸塵式清掃。如果由于空間過于狹小，無法采用負壓吸塵，需要確保只有少量粉塵且噴吹壓力不高于0.2MPa的條件下使用正壓清掃。

2 討論

(1)需要認識到“十大隱患判據(jù)”是對生產(chǎn)中特別容易發(fā)生事故和導致發(fā)生事故后果嚴重的重要危險因素的判斷標準，是粉塵防爆的最低、最基本的要求，而不是全部。

(2)針對不同的行業(yè)、不同的工藝、不同的設備、不同的粉塵和不同的生產(chǎn)條件，需要首先考慮是否存在十大隱患，并在此基礎上通過粉塵爆炸風險評估，制定進一步的粉塵防爆改造方案，直至風險可控。

3 結論

筆者結合多年涉粉企業(yè)粉塵防爆的工作經(jīng)驗和體會，對業(yè)內(nèi)“10大隱患判據(jù)”進行解析，以期這“10大隱患判據(jù)”能在業(yè)內(nèi)得到更好的應用。