粉尘爆炸事故模式及其预防研究

粉尘爆炸事故模式及其预防研究

张超光　蒋军成　教授　郑志琴　副教授

(南京工业大学安全工程研究所)

学科分类与代码:62013020

【摘　要】　随着粉体工业的发展,粉尘爆炸发生的危险性也随之增大。为了探讨粉尘爆炸发生的规律,笔者对粉尘爆炸发生的点火源类型、事故原因进行了统计、排序;在对已发生的典型的粉尘爆炸事故分析的基础上,总结、归纳了影响粉尘爆炸发生的,诸如粉尘自身的可燃性、粉尘所处的状态、粉尘所处的外部环境等因素;提炼出了7种粉尘爆炸事故模式,并对各种模式下粉尘爆炸发生的条件、机理进行了初步研究分析,然后提出了相应的事故预防措施。笔者所研究的成果,对粉体工业的安全生产具有实际的指导作用,对今后防灾决策的深入研究也具有一定的参考价值。

【关键词】　粉尘;粉尘爆炸;事故模式;事故预防

Study on the M ode and Prevention of Dust Explosion Accident

ZHANG Chao2guang　JIANG Jun2cheng,Prof.　ZHENG Zhi2qin,Assoc.Prof.

(Institute of Safety Engineering,Nanjing University of T echnology)

Classification and code of disciplines:620.3020

Abstract:　With the development of powder industry,explosive risk is greatly increased.In order to explore the occurrence regularity of the explosion,the ignition s ources are categ orized,and causation of the explosion accidents occurred are statistically analyzed and put into orderly sequence.Based on analysis of the typical dust explosion accidents occurred,the factors in fluencing the explosion such as flammability,state of dust,surrounding environment of dust are summarized and induced,from which7 m odes of dust explosion accidents are derived.The explosion condition and mechanism of each m ode are preliminarily studied;and relevant preventive measures are suggested.The result of this study provides significant guidance to the w ork safety of powder in2 dustry,and als o might be taken as the reference in decision making for disaster reduction.

K ey w ords:　Dust　Dust explosion　Accident m ode　Accident prevention

1　引　言

随着近代工业的发展,粉末冶金、有机合成、塑料等工业多采用粉体做原料,有些中间体或成品也是粉料,因此粉料的种类繁多而用量大大增加,工艺操作连续化程度也迅速增大;但是,工业上对粉尘爆炸危害及预防的资料报导不多,对粉体加工、运输、储存中的安全管理比较混乱,当前,许多粉体加工企业缺乏必要的防火防爆设施[1,2],这都导致了粉尘爆炸发生的危险性越来越大。

1978年12月12日,东北某轻合金加工厂工人用铝线绑着碎布反复清除除尘器排气管内壁粘着的镁粉,使粉尘大量悬浮在空气中。由于在清理活动中管壁撞击钢制隔板产生火花,引发了镁粉粉尘爆炸,当场炸死5人,重伤2人,432m2厂房全部炸毁,直接损失22万元[3]。1987年3月15日哈尔滨亚麻厂发生的粉尘大爆炸事故[3],引起了国内对粉尘爆炸的广泛重视。

虽然,一些专家、学者对国内发生的粉尘爆炸事故进行了调查、分析,对粉尘爆炸的模型及原因有一些研究成果。东北大学建立了粉尘爆炸实验室,对一些粉尘的爆炸机理进行了试验,对一些粉尘爆炸事故进行模拟实验,为粉尘爆炸工程学奠定了理论基础。

为了做到安全生产,确保操作者及现场人员的生命安全,非常有必要对粉尘爆炸事故发生规律、事故模式进行更加深入、更加广泛、更符合生产实际的研究。

笔者在对粉尘事故统计分析的基础上,对粉尘爆炸的原因进行统计分类,归纳了影响粉尘爆炸事故的三大因素,提取了爆炸事故的7种模式,提出了事故预防措施。这方面的研究不仅对指导今后安全生产,防止此类事故的再次发生具有重要的意义,而且对今后粉尘爆炸灾害防治的深入研究也有重要的参考价值。

2　粉尘事故统计分析

211　基本数据统计分析

据不完全统计[4],我国粉尘爆炸事故按年代的发生趋势

第15卷第6期2005年6月

中国安全科学学报

China Safety Science Journal

V ol.15N o.6

Jun.2005

如下图所示

。

粉尘爆炸事故发生次数随年代的变化

我国经济发展20世纪60～70年代受到“文革”的影响,工业生产遭受一定程度的破坏,粉尘爆炸事故出现了暂时的略减,80年代经济迅速发展后,粉体加工业发达,粉尘爆炸事故开始增多。

粉尘爆炸事故涉及的物质有多种,如煤、无机物、金属、农产品、有机化学药品、合成物及纤维类等,笔者将统计的主要粉尘爆炸事故次数及造成的人员伤亡情况整理列于表1

[5]

。

表1　粉尘爆炸事故发生频率及伤亡人数

粉尘种类次数事故所占比重(%)死伤人数死

伤

金属4421.5315535120农产品4019.231131697有机物化学药品3717.7971

962合成物3114.9051546无机物2712.9837928纤维类178.1770565煤12 5.7745738总计209100542

86

456

从表1可知,不论是从发生次数,还是从造成的人员伤亡数来看,需要优先考虑及严密控制的粉体物料,按其危险性程度依次排序为:金属粉末、农产品加工粉体、有机化学药品、合成物粉体、无机物粉体、纤维类粉体、煤粉等。

粉尘点火是粉尘爆炸发生的必要条件,研究粉尘点火的火源形式对了解并控制粉尘爆炸具有重要的意义。经统计分析[5],粉尘爆炸的点火方式按事故发生频率多少依次排序为:冲击或摩擦、静电火花、熔接或熔断火花、自燃火花、原因不明、明火、金属过热、电气设备及其他(见表2)。

表2　各类点火源引发的粉尘爆炸事故统计

点火源

次数

所占比例(%)

冲击或摩擦6129.19静电火花3717.70熔接或熔断火花2511.96自燃火花2311.00原因不明2110.05明火14 6.70金属过热10 4.78电气设备10 4.78其他8 3.83总计

209

100

212　事故原因统计分析

对上述统计的事故原因进行分类,可以分为物质原因、

人为原因及管理失误三大类[6],如表3所示。

表3　事故原因统计

事故类型事故原因

百分比(%)

人为原因

　违反操作规程或劳动纪律

66.36%

物质原因

　光线弱或工作地点及通道情况不良;

设施、设备、工具、附件等有缺陷;防护、保

险、信号等装置缺乏或有缺陷;个人防护、用品缺乏或有缺陷25.67%

管理失误

　工艺和设备上有缺陷;教育培训不够,操作技术不熟练;劳动组织不合理;没有

安全操作规程制度或不健全;对现场工作缺乏检查或指导有错误

7.97%

从表3可以看出3个方面的不安全因素中,人为原因是引起事故的主要原因,物质原因次之。说明遵守操作规程及劳动纪律和定期检修及维护设备和防护用品是非常重要的,同时也要注意人员的安全教育培训及管理上的强化。

3　粉尘爆炸的模式

311　粉尘爆炸事故的影响因素分析

通过分析典型粉尘爆炸事故可以总结出粉尘爆炸受其自身的可燃性,所处的状态及外部环境等3个主要因素的制约。

31111　粉尘自身的可燃性是决定性因素

物料受热时能产生可燃性气体,且具有一定的燃烧热、燃烧速度才能燃烧、爆炸。如铝粉、镁粉、铝青铜、饲料粉、淀粉及塑料制品等,即使在空气中氧气很少的环境里也能着火,呈悬浮状态时能产生剧烈的爆炸,表现出明显的爆炸危险性。表征粉尘可燃性的参数包括:粉尘的最低点火温度、最低点火能、爆炸上下限及助燃剂含量等。

31112　粉尘所处的状态是重要影响因素

粉尘所处的状态包括:颗粒大小、颗粒分布情况、粒子的带电情况、传热情况及比热状况等。颗粒状态可以决定粉尘被点燃的难易程度,带电状况可以决定粉尘燃烧、爆炸的突发性,传热及比热状况则能决定粉尘是否具有自燃、阴燃,以致发生爆炸的危险。

31113　粉尘所处的外部环境是重要条件

粉尘外部环境是指:粉尘的湍动、可燃气体的浓度、不可燃气体的浓度、大气湿度、大气温度及点火源状态等。高速湍流的粉尘通常比较容易着火;可燃性气体的浓度大有利于燃烧爆炸,反之不可燃气体浓度大不利于燃烧爆炸;大气温度高,可以使原本不燃不爆的粉尘具有可燃性;点火源的能量大小则能决定粉尘是否能被点燃。

312　粉尘爆炸模式

基于粉尘爆炸发生的条件及影响因素,对已发生的典型粉尘爆炸事故的分析,笔者认为,可以总结出7种粉尘爆炸模式。它们的发生原因、爆炸发生模式[2]、发生条件及相关事件描述如表4所示。

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47・中国安全科学学报China Safety Science Journal 第15卷

2005年