粉尘除尘器的防爆设计爆炸预防

可燃粉尘爆炸危险性及预防

一、可燃粉尘爆炸的危害性

提起爆炸，人们总是很自然地想到爆炸物或可燃气体与氧气(或空气)爆炸时震天动地的轰响。殊不知，悬浮在空气中的那些悠悠飘扬的粉尘也会引起威力巨大的爆炸。

粉尘爆炸事故在国内外屡见不鲜。昭和41年，日本横滨饲料厂的玉米粉尘爆炸，引起累积性连锁燃烧，使整个工厂遭到蔓延性重大“天灾”。1921年美国芝加哥一台大型谷类提升机发生粉尘爆炸，其爆炸力将40座每座约装30万吨粮食的仓室，从底座掀起，并移动了152.4毫米，结果6死1伤，经济损失达400万美元。1942年我国本溪煤矿曾发生世界上最大的煤尘爆炸，死亡1549人，重伤246人。1987年3月15日凌晨，我国哈尔滨亚麻纺织厂联合厂梳麻、前纺、准备3个车间，突然发生强大的粉尘爆炸并引起大火，使103万平方米厂房、189(套)设备遭到不同程度的毁坏，直接经济损失881.9万元。事故中死亡58人，重伤数人，轻伤112人。

粉尘为什么会发生爆炸呢?原来是由于悬浮在空气中的可燃粉尘燃烧而形成的高气压所造成的。粉尘是固体物质的微小颗粒。它的表面积与相同重量的块状物质比较要大得多，故容易着火。如果它悬浮在空气中，并达到一定的浓度，便形成爆炸性混合物。一旦遇到火星，就可能引起迅速燃烧—爆炸。爆炸时，气压和气压上升率越高，其爆炸率也就越大。而粉尘的燃烧率又是与粉尘粒子的大小、易燃性和燃烧时所释放出的热量以及粉尘在空气中的浓度等因素有关。

根据科学试验测定，粉尘爆炸的条件有三个。一是烧料。干燥的微细粉尘、浮游粉尘的浓度每立方米达到：煤粉30~40克、铝粉40克、铁粉100克、木粉12.6~25克、小麦粉9.7克、糖10.3克。二是氧气。空气中的氧气含量达到21%。三是热能，即40毫焦尔以上的火源。面粉或饲料等粉尘的起爆温度相当于一张易燃纸的点燃温度。车间内机械装置的轴承或皮带摩擦过热，即可达到引爆的能量。此外，易产生静电的设备未能妥善接地或电气及其配线连接处产生火花，尤其是粉碎机的进料未经筛选，致使铁物混入，产生碰撞性火星，皆可引发粉尘爆炸。

最常见的粉尘爆炸有煤粉、面粉、木粉、糖粉、玉米粉、土豆粉、干奶粉、

铝粉、锌粉、镁粉、硫磺粉等。但只要我们加强防范措施，这类爆炸还是完全可以避免的。如采用有效的通风和除尘措施，严禁吸烟及明火作业。在设备外壳设泄压活门或其他装置，采用爆炸遏制系统等。对有粉尘爆炸危险的厂房，必须严格按照防爆技术等级进行设计，并单独设置通风、排尘系统。要经常湿式打扫车间地面和设备，防止粉尘飞扬和聚集。保证系统要有很好的密闭性，必要时对密闭容器或管道中的可燃性粉尘充入氮气、二氧化碳等气体，以减少氧气的含量，抑制粉尘的爆炸。

二、可燃粉尘爆炸案例分析

1999年2月，美国麻薩诸塞州的某铸造厂发生一起火灾爆炸案。美国职业安全卫生署(OSHA)与州及当地政府对此次事故直行联合調查。联合调查报告指出，火灾起因于未知点火源引燃壳模铸造机(shell molding machine)，再借由灌入铸造造机而形成大量沉积的酚醛树酯粉尘原料蔓延至通风系统的导管。小型的初始爆燃(deflagration)先于导管內发生，并使粉尘在导管外开始沉降。接踵而至的粉尘气云成为了二次爆炸所需的燃料，而二次爆炸的威力足以掀起屋顶并造成墙壁损毁。联合调查报告中所列的事故原因，包括下列缺失项目：①控制粉尘累积方面管理不善；②通风系统设计存在缺陷；③火炉的维护不善；④设备缺乏有效的安全装置。

2003年1月，破坏力极大的火灾爆炸毁坏一家位于北卡罗来纳州以生产合成橡胶制药物传递元件的制药厂，造成6名员工死亡，38名人员受伤，其中包括2名消防队员。美国化学安全与危害调查委员会(U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board, CSB)，其为独立的联邦机构并负责调查化学品事故，公布最终报告，结论为可燃性聚乙烯粉尘的累积于天花板上而引起爆炸。CSB 并没有确定是何种原因引燃初始火灾，或粉尘是如何在隐蔽的天花板空间内散布而产生爆炸性气云。爆炸严重毁损此座工厂，造成附近工厂轻微损害。CSB指出事故原因，包括下列缺失項目：①没有进行危险评估；②对危害认识不足；③工程管理不善。

2003年2月，一家位于肯塔基州的隔音棉制造工厂发生另一件致命粉尘爆炸事故。CSB也对此事故进行调查，其报告指出，可能的点火原因为小火自一个未被注意的火炉蔓延开，而引燃了附近生产线清除作业所产生的粉尘气云，随

后，致死的粉尘爆炸接连发生遍及全厂区。CSB辩识出几个粉尘控制不当、爆炸预防及减缓措施不当的原因：①没有进行危险评估；②对危害认识不足；③维修程序不当；④建筑物设计不合理。

在1970年后期，在具有货梯的谷仓内，发生了一连串破坏力强大的稻谷粉尘爆炸事故，共造成59死49伤。为了回应这些悲惨的事故，OSHA发布了《稻谷货梯为业危害警讯(Grain Elevator Industry Hazard Alert)》提供雇主、员工及其他官员了解稻谷储存及分配的安全卫生危害。

1987年，OSHA公布《稻谷作业设施标准(Grain Handling Facilities standard, 29 CFR 1910.272)》，现今仍然有效。此标准、紧急应变计划(Emergency Action Plan, 29 CFR 1910.38)等其他OSHA标准及新版产业标准等，对降低此产业的爆炸发生及减缓其影响皆扮演了重要角色。稻谷产业案例，可以应用至其他生产或使用可燃性粉尘的产业。

在容器或建筑物内，散布于空气中的金属粉尘亦可能产生爆炸。2003年10月，一家位于印第安纳州的汽车轮胎制造厂发生一起爆炸事故，CSB亦对此事故进行调查。虽然调查报告并未发布，但CSB的新闻稿报导其事故历程类似于先前所述的有机粉尘爆炸事故：在碎片熔融炉附近发生初次爆炸，而铝粉参与了初次爆炸，随后，集尘设备发生二次爆炸。

2月28日下午13:03分，台州经济技术开发区一公司抛光车间第2生产线风道内发生爆炸，造成第2生产线以及相邻的左右两条生产线建筑物的同时跨塌，继而引发火灾。事故共造成1人死亡，3人重伤，以及其他建筑物门窗爆裂、隔墙破坏等财产损失。事故发生后，台州市、台州市经济开发区等领导到现场指导事故抢救和善后工作。台州市安监局组成了事故调查组，并了聘请了有关专家对事故原因进行了深入调查分析。经查，本次事故的经过为：抛光作业中的粉尘（主要是铁粉、铝粉）在风道内积聚，设在风道外的抛光机在抛光作业过程（用砂带抛光铁件）产生火星，并通过排风机吸风口将火星带入积聚粉尘的风道内，首先引起风道内蓄积的残留物燃烧，发生小范围火灾，员工立即停机打开风道门灭火，在使用干粉灭火器灭火失败后，有员工用水直接泼向风道内明火处灭火。在大致确认没有明火后将风道门关闭，随后开机作业，瞬间发生强烈爆炸。直接原因为：员工在初期火灾灭火时使用水介质，直接导致风道内的金属粉尘遇水反应产生易