巴烈電 吳曉煜 張倩倩 高一峰

（1.大冶特殊鋼有限公司，湖北黃石 435001；2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司，湖北武漢 430081）

0 引言

隨著我國(guó)冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，預(yù)防粉塵爆炸已經(jīng)成為冶金安全生產(chǎn)當(dāng)中非常重要的一項(xiàng)工作。2014 年8 月，昆山中榮金屬制品有限公司發(fā)生鋁粉塵爆炸事故，造成75 人死亡、185 人受傷；2018 年4月，安徽懷寧某水泥有限公司分解爐發(fā)生煤粉爆炸事故，造成1 人死亡、4 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失160 萬元。這種安全事故的發(fā)生，不僅造成了很嚴(yán)重的人員傷亡，還給社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。人們開始高度關(guān)注粉塵防爆，希望能減少此類事故的發(fā)生。

預(yù)防粉塵爆炸，需要從粉塵爆炸的根源開始研究，首先做粉塵爆炸的分析評(píng)估，分析粉塵的可燃可爆性，然后針對(duì)爆炸性粉塵做出爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［1］。工業(yè)生產(chǎn)中70%以上的粉塵都是可燃性粉塵，擁有除塵設(shè)施的企業(yè)都有粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。需要對(duì)粉塵的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，并對(duì)其進(jìn)行爆炸性篩選測(cè)試，進(jìn)行完善的分析評(píng)估，可使冶金企業(yè)在安全生產(chǎn)中更準(zhǔn)確地消除和控制粉塵爆炸，從源頭扼殺安全風(fēng)險(xiǎn)［2］。AMYOTTE P R 等［3］將焦炭加入到煤粉之中進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果爆炸壓力和爆炸壓力上升速率均減小，這主要是因?yàn)榻狗巯噍^于煤粉的揮發(fā)性更低，更不易形成粉塵云。不同種類粉塵的爆炸屬性都不相同，若粉塵發(fā)生混合，新粉塵的理化性質(zhì)和爆炸屬性也會(huì)隨之改變。不同企業(yè)由于生產(chǎn)工藝的不同，其除塵設(shè)施產(chǎn)生粉塵的理化性質(zhì)也不同，企業(yè)復(fù)雜的粉塵系統(tǒng)需要做針對(duì)性的研究和分析后才能進(jìn)行爆炸性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1 企業(yè)的主要爆炸性粉塵

針對(duì)某鋼鐵企業(yè)的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)其中6個(gè)粉塵點(diǎn)的粉塵試樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，分別是燒結(jié)燃料破碎器破碎后產(chǎn)生的焦粉、高爐磨煤機(jī)磨制產(chǎn)生的煤粉、高爐焦炭轉(zhuǎn)運(yùn)站處產(chǎn)生的焦煤粉以及高爐中央轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的礦石粉和焦炭粉。其中來自燃燒破碎器的焦粉粉塵，是一種粒度較細(xì)，極易粘附的黑色粉塵；2 種煤粉是粒度更細(xì)的黑色粉塵，分別來自2 座不同容積的高爐；2 座高爐的焦煤粉為褐色粉塵，粉塵樣品中有較大尺寸的顆粒。礦粉為深灰色粉塵顆粒，其顆粒度較大。針對(duì)該企業(yè)以上粉塵系統(tǒng)進(jìn)行爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，首先要對(duì)以上粉塵進(jìn)行爆炸性篩選測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)基于《ASTM E1226—2012a 粉塵云爆炸威力測(cè)試方法》。在此實(shí)驗(yàn)條件下，若該樣品的粉塵云狀態(tài)達(dá)到粉塵爆炸性判定標(biāo)準(zhǔn)，判斷該粉塵為“爆炸”。

2 粉塵爆炸篩選測(cè)試

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和步驟

對(duì)以上6 種粉塵樣品進(jìn)行爆炸性篩選實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在20 L 爆炸測(cè)試裝置上進(jìn)行，整套裝置包括20 L爆炸容器、壓力采集系統(tǒng)、點(diǎn)火源和控制單元。20 L爆炸容器為不銹鋼制成的球形爆炸容器，容器底部與容積為0.6 L的儲(chǔ)塵罐相連，連接處為快速氣動(dòng)閥。壓力采集系統(tǒng)包括至少2 個(gè)壓力傳感器以及記錄儲(chǔ)存裝置。點(diǎn)火源為2 個(gè)化學(xué)點(diǎn)火頭，位于球體中心。控制單元控制所有電氣部件的動(dòng)作和聯(lián)鎖。

實(shí)驗(yàn)在1 000 g/m3和2 000 g/m3的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度下進(jìn)行，點(diǎn)火能量為10 kJ，溫度為22 ℃，相對(duì)濕度約為32%。在高壓氣體作用下，被測(cè)試粉塵通過快速氣動(dòng)閥進(jìn)入球體內(nèi)部，擴(kuò)散后形成粉塵云。點(diǎn)火源位于球體中心，共包含2 個(gè)點(diǎn)火能量為5 kJ 的化學(xué)點(diǎn)火頭，通過電引信將點(diǎn)火頭在10 ms 內(nèi)引爆。爆炸壓力通過壓力采集系統(tǒng)進(jìn)行記錄和儲(chǔ)存，再通過計(jì)算機(jī)分析得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得粉塵的爆炸壓力Pex、爆炸壓力上升速率dp/dt和爆炸指數(shù)，通過計(jì)算爆炸壓力比PR，判定粉塵的爆炸參數(shù)。其中PR=（Pex-Pignitor）/Pignition，Pignitor為大氣壓下化學(xué)點(diǎn)火具在容器中爆炸的壓力上升值，本次實(shí)驗(yàn)Pignitor=0.124MPa，Pignition為化學(xué)點(diǎn)火具被引爆時(shí)的壓力（絕對(duì)壓力），本次實(shí)驗(yàn)約為大氣壓。

2.2 粉塵爆炸性結(jié)果分析

6 種粉塵樣品的爆炸篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，可以看出6 種粉塵樣品的PR值都大于2，均為爆炸性粉塵，其中煤粉和焦粉的爆炸壓力和PR值較高。所以煤粉的爆炸性最強(qiáng)，焦煤粉次之，礦粉的爆炸性最弱。

表1 粉塵爆炸篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)粉塵的爆炸壓力超過0.6 MPa，并且爆炸壓力比大于2 時(shí)，表示爆炸壓力屬于較高級(jí)別，粉塵的爆炸性較高。其中的焦粉、煤粉［4］和焦煤粉的爆炸壓力等級(jí)較高，礦粉的爆炸壓力等級(jí)一般，爆炸性略低。所以焦粉、煤粉和焦煤粉的爆炸危險(xiǎn)性最大，礦粉次之，企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)對(duì)以上粉塵加以重視。這些粉塵也需要滿足一定的條件才會(huì)發(fā)生爆炸，當(dāng)粉塵充分與空氣混合后，濃度達(dá)到了爆炸濃度范圍以內(nèi)，且氧氣濃度充足，此時(shí)若有火花或明火產(chǎn)生，粉塵會(huì)發(fā)生爆炸并產(chǎn)生極強(qiáng)的爆炸沖擊和破壞力，對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)有重大的威脅。若無火花或明火產(chǎn)生，粉塵云的溫度達(dá)到燃點(diǎn)后也會(huì)生爆炸，所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)以上粉塵生產(chǎn)區(qū)域的粉塵防爆措施。

3 粉塵防爆的措施

經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定，6 處粉塵樣品均為爆炸性粉塵，需要進(jìn)一步采取防范措施，提升安全管理水平，下一步粉塵防爆工作建議：

（1）加強(qiáng)除塵設(shè)備對(duì)標(biāo)整改及本質(zhì)安全提升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示粉塵均存在不同程度的爆炸性風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)的除塵系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)置，除塵器采取泄爆、惰化、隔爆、抑爆等一種或多種防爆裝置［5］；除塵器灰斗下部設(shè)鎖氣卸灰裝置，保證運(yùn)行工況連續(xù)卸灰、連續(xù)輸灰，使卸灰工作周期內(nèi)灰斗內(nèi)無粉塵堆積，抑制粉塵云的產(chǎn)生。如安裝泄爆裝置，需對(duì)照《粉塵爆炸泄壓指南》（GB/T 15605—2008）的要求，選擇并安裝符合泄爆壓力要求的材料，確保發(fā)生事故時(shí)能及時(shí)泄爆，減輕事故嚴(yán)重度［6］。

（2）結(jié)果顯示煤粉的爆炸危險(xiǎn)程度最高，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)高爐、磨煤機(jī)等處除塵設(shè)備的智能化改造。通過建立粉塵涉爆在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)除塵器灰斗內(nèi)部溫度、進(jìn)出口風(fēng)壓差、鎖氣卸灰故障信號(hào)等關(guān)鍵安全參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等手段對(duì)粉塵爆炸危險(xiǎn)作業(yè)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)、隱患管控指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管、監(jiān)控。

（3）焦粉、焦煤粉和礦粉的爆炸程度略低于煤粉，其除塵系統(tǒng)仍需按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。此外還需加強(qiáng)除塵系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)及作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)清掃。加強(qiáng)對(duì)除塵系統(tǒng)的維護(hù)，保證除塵系統(tǒng)有效運(yùn)行，嚴(yán)禁擅自改動(dòng)除塵器設(shè)置。督促涉粉區(qū)域加強(qiáng)粉塵清掃，對(duì)設(shè)備內(nèi)部、底部以及密封不嚴(yán)、存在跑冒滴漏情形的地方進(jìn)行清掃。

（4）持續(xù)強(qiáng)化粉塵防爆專項(xiàng)教育培訓(xùn)。組織主要負(fù)責(zé)人、技術(shù)人員、安全管理人員、涉粉作業(yè)人員等進(jìn)行粉塵防爆專題培訓(xùn)，深刻認(rèn)識(shí)涉爆粉塵危險(xiǎn)性，吸取事故教訓(xùn)，切實(shí)提升監(jiān)管能力和管理水平［7］。加強(qiáng)崗位應(yīng)急處置等方面的培訓(xùn)，提高其安全操作技能和應(yīng)急能力。

（5）強(qiáng)化粉塵涉爆場(chǎng)所防火防爆的管理。對(duì)粉塵涉爆場(chǎng)所的電氣設(shè)備，應(yīng)加強(qiáng)防爆線路敷設(shè)、防爆電氣設(shè)備的安裝使用、金屬設(shè)備和管道防靜電措施的管理等，防止出現(xiàn)電火花，避免粉塵爆炸事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

（1）6 個(gè)重要的粉塵點(diǎn)，焦粉、礦粉、煤粉和焦煤粉的PR 值均大于2，都為爆炸性粉塵。

（2）煤粉爆炸性最強(qiáng)，爆炸壓力分別為0.757 MPa和0.760 MPa，焦粉的爆炸壓力為0.673 MPa，2 處焦煤粉的爆炸壓力為0.649 MPa 和0.429 MPa，礦粉的爆炸壓力為0.384 MPa。

（3）建議對(duì)以上6 處粉塵點(diǎn)加強(qiáng)粉塵防爆措施，加強(qiáng)除塵設(shè)備對(duì)標(biāo)整改及本質(zhì)安全提升，加強(qiáng)對(duì)人員的粉塵防爆專項(xiàng)教育培訓(xùn)，從而使得危險(xiǎn)因素處于始終可控的狀態(tài)。