導讀:
隨著近代工業的發展, 粉末冶金、有機合成、塑料等工業多采用粉體做原料, 有些中間體或成品也是粉料, 因此粉料的種類繁多而用量大大增加, 工藝操作連續化程度也迅速增大; 但是, 工業上對粉塵爆炸危害及預防的資料報導不多, 對粉體加工、運輸、儲存中的安全管理比較混亂, 當前, 許多粉體加工企業缺乏必要的防火防爆設施, 這都導致了粉塵爆炸發生的危險性越來越大。
1 粉塵事故統計分析
據不完全統, 我國粉塵爆炸事故按年代的發生趨勢如下圖所示。
80 年代經濟迅速發展后, 粉體加工業發達, 粉塵爆炸事故開始增多。粉塵爆炸事故涉及的物質有多種, 如煤、無機物、金屬、農產品、有機化學藥品、合成物及纖維類等,主要粉塵爆炸事故次數及造成的人員傷亡情況整理列于表1 。
從表1 可知, 不論是從發生次數, 還是從造成的人員傷亡數來看,需要優先考慮及嚴密控制的粉體物料,按其危險性程度依次排序為: 金屬粉末、農產品加工粉體、有機化學藥品、合成物粉體、無機物粉體、纖維類粉體、煤粉等。粉塵點火是粉塵爆炸發生的必要條件,研究粉塵點火的火源形式對了解并控制粉塵爆炸具有重要的意義。經統計分析,粉塵爆炸的點火方式按事故發生頻率多少依次排序為:沖擊或摩擦、靜電火花、熔接或熔斷火花、自燃火花、原因不明、明火、金屬過熱、電氣設備及其他( 見表2) 。
2 人為原因是造成粉塵爆炸的首要因素
對上述統計的事故原因進行分類, 可以分為物質原因、人為原因及管理失誤三大類。
從表3 可以看出3 個方面的不安全因素中,人為原因是引起事故的主要原因,物質原因次之。說明遵守操作規程及勞動紀律和定期檢修及維護設備和防護用品是非常重要的,同時也要注意人員的安全教育培訓及管理上的強化。
3 粉塵爆炸事故的影響因素分析
通過分析典型粉塵爆炸事故可以總結出粉塵爆炸受其自身的可燃性,所處的狀態及外部環境等3 個主要因素的制約。
(1)粉塵自身的可燃性是決定性因素
物料受熱時能產生可燃性氣體,且具有一定的燃燒熱、燃燒速度才能燃燒、爆炸。如鋁粉、鎂粉、鋁青銅、飼料粉、淀粉及塑料制品等,即使在空氣中氧氣很少的環境里也能著火,呈懸浮狀態時能產生劇烈的爆炸,表現出明顯的爆炸危險性。表征粉塵可燃性的參數包括:粉塵的最低點火溫度、最低點火能、爆炸上下限及助燃劑含量等。
(2)粉塵所處的狀態是重要影響因素
粉塵所處的狀態包括: 顆粒大小、顆粒分布情況、粒子的帶電情況、傳熱情況及比熱狀況等。顆粒狀態可以決定粉塵被點燃的難易程度, 帶電狀況可以決定粉塵燃燒、爆炸的突發性, 傳熱及比熱狀況則能決定粉塵是否具有自燃、陰燃, 以致發生爆炸的危險。
(3)粉塵所處的外部環境是重要條件
粉塵外部環境是指: 粉塵的湍動、可燃氣體的濃度、不可燃氣體的濃度、大氣濕度、大氣溫度及點火源狀態等。高速湍流的粉塵通常比較容易著火;可燃性氣體的濃度大有利于燃燒爆炸,反之不可燃氣體濃度大不利于燃燒爆炸;大氣溫度高,可以使原本不燃不爆的粉塵具有可燃性;點火源的能量大小則能決定粉塵是否能被點燃。
4 粉塵爆炸的預防
通過總結各種粉塵爆炸發生模式、事故原因及發生條件,要減少粉塵爆炸事故的發生,就要加強安全管理, 排除隱患, 提高員工的素質,落實各項規章制度及操作規范,消除生產過程中的失誤,并且加強工作環境、生產設施、安全設施的安全標準化。
(1)減少粉塵暴露
粉塵著火、爆炸需要氧化劑,大氣與可燃爆粉塵的混合就增大了粉塵的燃爆危險性,減少粉塵的大量暴露是減少粉塵爆炸事故的首要措施。
選用質量過關的零部件及成熟的工藝設施、加強定期的維修就可以減少管、線的跑、冒、滴、漏,降低工作場所的危險度。如表4 中的3 號模式下就是設備物料的外泄直接導致的粉塵爆炸事故。
沉積粉塵的隨意出現給作業帶來了很大的危險性,粉塵的主要沉積地點為地面上、設備表面及角落里,還有管道內沉積及黏附的粉塵。表4 中的7 號模式下,如果煤礦定期清掃坑道內的煤粉, 就不會輕易發生煤的著火事件。特別是動火維修時更應注意清掃干凈。
(2)控制及杜絕點火源
嚴格控制各類可能的點火源是避免粉塵著火、爆炸的最重要的手段。
控制及避免明火
工作區域要避免或嚴格控制明火,如吸煙、電焊、氣割、氣焊等。明火加熱設備應遠離物料區, 設備安裝、維修動火操作前要清掃附近的沉積物料,不用明火照明,車間內要盡可能地限制取暖設備、照明設備,機動車輛進入廠區要帶防火罩等。
由于除明火之外的火源引發的事故次數最多,也最難控制。表2 列出了粉塵事件的各類點火形式,它們主要有:金屬材料產生的機械火花、不易發現的高溫表面及燜燒塊、靜電( 物料內、人身、設備所致) 等 。如表4 中的4~6 號事故模式下都是由于一些不易發現、難以控制的點火源引發的粉塵事故。車間內使用電器及電力設計應嚴格按照GB50058-1992 第三章的相關規定執行。
能自燃發熱或發生化學反應產生熱的物料有煤粉、木粉、金屬粉、硫粉、磷粉等; 能分解釋熱的物料有過氯酸鹽、氯酸鹽、硝酸鹽、過錳酸鹽等無機鹽等。對于上述物質要嚴格按照其物理、化學性質和按相關的安全規程進行管理和使用。表4 中的2 號模式下的木粉是熱的不良導體,木粉自身氧化反應產生的熱量很難散發出去,導致陰燃而最終發生粉塵爆炸。
(3)危險物料的控制與管理
物料的使用及控制不當導致事故的發生生產工藝的設計應極力減少或不用危險性靠前的物料;微粒的細化工序應盡可能地采用濕式或在惰化環境下進行;危險物料應盡量在密閉的空間內加工及運輸,以隔絕空氣、水蒸汽;被粉碎的物料必須經過嚴格的篩選、去石和吸鐵處理,以免產生火花;設備要排空時,要采用獨立除塵凈化設備,杜絕用管道連接集中處理。
生產車間內應加強通風、照明等外部環境的管理;加強對設施、設備、工具、附件等的管理與維護,以減少、杜絕存在的缺陷;使用、利用防護、保險、信號等裝置,以助于發現生產參數的變化。
(4)采取結構性防爆措施
加工可燃性粉塵的工廠建筑物盡可能采用敞開式,或采用室外露天式。建筑物位置的選擇原則是:爆炸時,即使從輕型屋蓋或墻壁向外泄放爆炸火焰時,也不要危及到其他作業場地和建筑物。
所有的部件都要嚴格按照防爆結構設計。除此之外,還要設置必要的諸如抗爆、泄爆、抑爆及隔爆等結構性防爆設施。如表4 中4 號、5 號爆炸模式下,如果有妥善的隔爆措施就可以將爆炸限制在較小的范圍內,將大大減小損失。
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