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工业粉尘爆炸的危害及预防措施

2018.08.14

粉尘爆炸事故在发达国家也时有发生,据报道,近年来新西兰、马来西亚、韩国、澳大利亚、新加坡、印度、菲列宾等亚洲国家也发生过乳制品、面粉、奶粉、食糖、煤粉等爆炸事故。美国在1980~2006年期间,共发生了280起粉尘引起的火灾爆炸事故,导致119人死亡、700人受伤,一些可燃性粉尘生产、使用、储运企业因粉尘爆炸导致厂房垮塌、烧毁,经济损失巨大。

2010年2月24日,河北省秦皇岛市骊骅淀粉股份有限公司淀粉四车间发生爆炸,事故造成19人死亡,49人受伤,厂房倒塌。据勘查现场的专家分析,事故极有可能是车间粉尘爆炸所致。这起事故也引起我们对粉尘爆炸事故的关注。

工业粉尘爆炸的危害及预防措施

可燃性粉尘的行业分布

粉尘是指因机械加工(破碎、筛分、运输等)而产生的、能在气体中分散(悬浮)一定时间的固体微粒。国际上将粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。

粉尘的性质多种多样,在一定条件下能与气态氧化剂(主要是空气)发生剧烈氧化反应的粉尘称之为可燃性粉尘。可燃性粉尘存在于很多行业和领域。煤矿、冶金、生产制造业,如纺织、木材加工、矿山开采、粮食加工、食品生产、高分子塑料工业、合成染料和涂料、新型洗涤剂、漂白粉、农药和药品制造等粉尘危害都比较严重。

随着生产技术向均质化、流态化发展,粉体的深细加工已经成为当今生产过程中的一个重要发展方向,生产超细粉的产品日渐增多,粉体的深加工使粉尘愈来愈细,粉尘粒径越小,最小点火能量越小,爆炸下限越低;燃烧越充分,升压速度越快,爆炸压力越大,由此,粉尘爆炸的事故率大为增加。

粉尘爆炸的基本原理

粉尘爆炸是指可燃性粉尘在助燃气体中悬浮,在点火源作用下急剧燃烧,引起温度、压力明显跃升,从而发生爆炸。粉尘爆炸包括5个条件:可燃性粉尘、助燃气体(一般指氧气)、点火源、扩散(形成粉尘云)、受限空间。前3个条件一般称为“燃烧三要素”。可燃性粉尘云的燃烧速度比堆积的粉尘燃烧速度要快得多,会在瞬间产生大量的燃烧热,气体温度迅速升高,体积剧烈膨胀,如果空间受限,就会发生爆炸。

发生粉尘爆炸事故的原因很多,即有粉尘物质自身物理、化学性质等因素,也有点火源、点火浓度等外部因素。通过消除粉尘燃烧爆炸的外部因素,可预防粉尘爆炸事故的发生;增加隔爆、抑爆、卸爆等装置,能减弱粉尘爆炸造成的损失。

一般比较容易发生爆炸事故的粉尘大致有铝粉、锌粉、镁粉、铝材加工研磨粉、各种塑料粉末、有机合成药品的中间体、小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末、烟草粉末、煤尘、植物纤维尘等。这些物料的粉尘易发生爆炸燃烧的原因是都有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在,当它们与过氧化物和易爆粉尘共存时,便发生分解,由氧化反应产生大量的气体,或者气体量虽小,但释放出大量的燃烧热。

可燃性粉尘爆炸的危害

粉尘爆炸有产生2次爆炸的可能性。由于粉尘的初始爆炸气浪会将沉积粉尘扬起,在新的空间达到爆炸浓度而产生2次爆炸,这种连续爆炸会造成极大的破坏。

粉尘爆炸会产生有毒气体。一氧化碳和爆炸物(如塑料)自身分解的毒气往往会造成众多人畜中毒伤亡。对职工来说,长期生活在粉尘浓度高的环境中,慢性阻塞性呼吸道疾病如气管炎、支气管炎、支气管哮喘等发病率显著增高,且易造成这些病人病情恶化。

一些化学物可附载于粉尘,随呼吸进入人体成为肺癌的致病因子。许多重金属如铁、铍、铝等的化合物附着在颗粒表面上,也可对人体造成危害。在作业环境中长期吸入含有二氧化硅的粉尘,可以使人得矽肺病。这类疾病往往发生于翻砂、水泥、煤矿开采等工作中。

如何预防可燃性粉尘爆炸

(1)厂房位置和朝向的选择

产尘车间应与其他建(构)筑物分离,其间距应符合防火安全距离;产尘车间应位于全年主导风向的下风侧。如厂房内有粉尘爆炸危险的工艺设备,宜设在建筑物内较高的位置,并靠近外墙。

(2)工艺布置合理化

首先,采用新工艺、新设备、新材料,做到机械化、自动化、密闭化、消灭尘源或减少粉尘飞扬;工艺布置必须合理,应使主要操作点位于车间内通风良好和空气较清洁的地方。其次,通风除尘、粉尘爆炸预防、粉尘爆炸控制等设备设施,未经安全主管部门批准,不应更换或停止使用;集尘器应设置在建筑物外或设于有爆炸泄压口的附属房间,排风机应置于集尘器之清洁空气的一端。再次,出入集尘器的管道尽量短、直。最后,房屋建筑应保持环境整洁,表面结构应便于清扫,以免粉尘积聚在横梁、架子及其他表面上。

(3)控制粉尘扩散

首先要对产尘点的设备进行密闭,防止粉尘外逸;其次,粉尘从生产设备中外逸的原因之一是由于物料下落时诱导了大量空气,在密闭罩内形成正压,为了减弱和消除这种影响,应降低落料位差,适当减少溜槽倾斜角,减少诱导空气量,降低下部正压等。

(4)静电消尘与湿法消尘

静电消尘装置是建立在电除尘和尘源控制的基础上。它主要包括高压供电设备和电收尘装置两部分。直接利用生产设备的密闭罩和排风管作为阳极,在其空间中装设电晕线,并接上高压电源,构成简易的电除尘器。另外,在工艺允许的条件下,可以采用喷雾、湿法消尘措施来达到防尘的目的。

(5)通风除尘

所有产尘点均应装设吸尘罩,采用通风除尘系统来使工作地点的粉尘浓度达到国家卫生标准。采用局部排风的除尘系统,对其排气进行净化处理后排入大气。有时也辅以机械的全面排风或自然排风。采取有效防护措施对于较小的粉碎装置,可以增加其强度,并要考虑防止爆炸火焰通过连接处向外传播;为减小爆炸的破坏性,可设置泄压装置,如采用轻质屋顶,墙体或增开门窗等。但泄压装置宜靠近易发生爆炸的部位,不要面向人员集中的场所和主要交通要道。

为减少助燃气体含量,在粉尘与助燃气体混合气中添加惰性气体(如N2),减少氧含量,也是可行方法之一。(但对有些场所不可能实现,且造价较高,目前实用价值小)。也可以采用先进的粉尘爆炸抑制装置,避免发生事故。另外加强工作人员的安全教育,及时清扫、检修设备也是必不可少的防护措施。

存在静电危险时,所有金属设备、装置外壳、金属管道、支架、构件等,均应采取防静电接地措施;直接用于盛装粉末的器具、输送粉末的管道(带)等,应采用金属或防静电材料制成;所有金属管道连接处(如法兰),应进行跨接;操作人员也应采取防静电措施。

(6)消除火源

对于产生可燃性粉尘的生产场所,禁止明火、吸烟,使用非防爆电器设备设施;现场安装防静电设施,防止碰撞发生火花,检修应使用防爆工具;在工艺流程的进料处,应装能除去混入料中杂物的磁铁、气动分离器或筛子,防止杂物与设备碰撞;防止铝、镁、钛、锆等金属粉末或含有这些金属的粉末与锈钢摩擦产生火花。

(7)作业人员的个体防护

产生粉尘的作业场所,作业人员均应配备相应的劳动保护用品(如防尘口罩)。在工艺流程中使用惰性气体或能放出有毒气体的场所,应配备可保证作业人员安全的呼吸保护装置;在作业场所内,作业人员禁止穿着化纤服装。

(8)加大排查力度

安装粉尘检测仪监测粉尘很重要,组织管理措施在大多数情况下是有效的,甚至在特定场合能替代技术预防措施,包括:对员工的训练;制定详细的安全操作规程及工作程序;对危险场所的工作实施充分的监督和管理。

此外各有关职能部门必须加大对粉尘爆炸高危场所的排查力度,安装粉尘检测仪进行实时监控,将其纳入隐患排查体系,对有可燃性粉尘存在的场所实施充分、有效的监管措施。

总之,随着经济的发展,塑料、有机合成、粉末冶金及粮食加工等工业也不断发展,粉尘的种类和用量急剧增加,加之操作工艺的自动化、连续性,粉尘爆炸的隐患大大增加,预防粉尘爆炸有较高的现实意义。为有效防止粉尘爆炸事故的发生,凡是有可燃性粉尘存在的工厂或车间的建设和管理及操作,都要安装粉尘检测仪器,要严格按照国家标准GB15577-2007《粉尘防爆安全规程》执行。 

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