徐文廣

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

2014 年8 月2 日，江蘇省某金屬制品公司發(fā)生特別重大鋁粉塵爆炸事故，造成人員及財(cái)產(chǎn)的巨大損失，社會(huì)影響較大[1]。該事故的發(fā)生，讓國(guó)內(nèi)涉及粉塵爆炸行業(yè)引起不小震動(dòng)。為了消除事故隱患，本文選取國(guó)內(nèi)碳素行業(yè)較為普遍的石油焦煅燒工藝，對(duì)其生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵性質(zhì)進(jìn)行研究，以了解其爆炸性能，便于采取有針對(duì)性的措施，防止類似事故發(fā)生。

石油焦煅燒工藝是引進(jìn)美國(guó)美卓（METSO）煅燒工藝，整個(gè)生產(chǎn)過程包括原料輸送系統(tǒng)、煅燒系統(tǒng)、成品輸送系統(tǒng)和成品包裝4 個(gè)系統(tǒng)。其中原料輸送系統(tǒng)和成品輸送系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵較大，文中將作詳細(xì)介紹。

1 石油焦及煅后焦粉塵爆炸特性

1.1 爆炸性測(cè)試結(jié)果

為了研究原料輸送系統(tǒng)和成品輸送系統(tǒng)粉塵爆炸的危險(xiǎn)性，分別選取原料和成品輸送皮帶廊中懸浮后又沉降下來(lái)的粉塵顆粒作為樣品，用專業(yè)分析設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。

1.2 結(jié)果分析

1.2.1 爆炸敏感度分析

1）石油焦爆炸下限較低，和玉米淀粉相當(dāng)，表明該樣品容易形成爆炸性粉塵環(huán)境；煅后焦爆炸下限較高，相對(duì)穩(wěn)定。

2）石油焦和煅后焦最小點(diǎn)火能均超過1 000 mJ，大約是煙煤粉塵的10 倍，靜電引燃的敏感性較低。

3）石油焦和煅后焦粉塵云最低著火溫度較高，不易被熱表面引燃；而石油焦粉塵層悶燃溫度較低，為280 ℃，和煙煤接近，表明堆積的石油焦粉塵容易被發(fā)熱表面引燃。煅后焦粉塵層悶燃溫度＞400 ℃，相對(duì)較高，不容易被發(fā)熱表面引燃。

1.2.2 爆炸猛度分析

石油焦粉塵的最大爆炸壓力為0.8 MPa（修正后），該值和煙煤、玉米淀粉最大爆炸壓力接近，屬于較猛烈的粉塵，具有很大的破壞性；煅后焦的最大爆炸壓力為0.49 MPa，猛度中等[2]。

2 石油焦生產(chǎn)線粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析

本文涉及的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析指的是發(fā)生粉塵爆炸的可能性分析。

2.1 粉塵爆炸發(fā)生的條件

發(fā)生粉塵爆炸必須具備5個(gè)條件[3]，即“爆炸五邊形”，包括：

1）可燃粉塵，糧食、煤炭、石油焦粉塵等均屬可燃粉塵。

2）氧氣是助燃性氣體，但氧氣低于支持粉塵爆炸的最低氧濃度“極限氧濃度(LOC)”時(shí)，就很難發(fā)生粉塵爆炸了。

3）粉塵呈云狀態(tài)，只有粉塵被揚(yáng)起呈懸浮狀態(tài)并與空氣充分混合時(shí)才能發(fā)生爆炸。石油焦生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵云的地點(diǎn)很多，比如各皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)落料點(diǎn)、煅前倉(cāng)、成品倉(cāng)，各個(gè)除塵系統(tǒng)管道及除塵器內(nèi)部等等。

表1 石油焦/煅后焦粉塵參數(shù)及測(cè)試結(jié)果

4）點(diǎn)火源，石油焦煅燒生產(chǎn)系統(tǒng)可能的點(diǎn)火源有熱表面、明火、機(jī)械火花、絕熱壓縮、自燃、電弧和靜電放電。

5）空間的相對(duì)密閉性。生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部，如全封閉的破碎機(jī)、除塵器、料倉(cāng)，半封閉的皮帶機(jī)廊道、轉(zhuǎn)運(yùn)塔也算相對(duì)密閉空間。

在石油焦煅燒生產(chǎn)過程中，可燃粉塵和氧氣是一直存在的，粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析主要考慮其他3 個(gè)條件，即粉塵懸浮、點(diǎn)火源、空間相對(duì)密閉同時(shí)出現(xiàn)的情況。

為了便于認(rèn)識(shí)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的大小，根據(jù)爆炸性粉塵云出現(xiàn)的頻率和存在的時(shí)間，結(jié)合可能出現(xiàn)的引燃源情況，綜合分析工藝制程的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)。將風(fēng)險(xiǎn)由小到大依次分為：極低、低、一般、較高、高5 個(gè)層次，各級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的整改措施要求見表2。

2.2 主要工藝設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析

2.2.1 雙輥式破碎機(jī)

石油焦原料經(jīng)過破碎機(jī)破碎為100 mm 以內(nèi)的小塊物料。來(lái)料水份含量平均在14%～15%，濕度較大，破碎機(jī)內(nèi)一般不會(huì)形成爆炸性粉塵云。但在干燥時(shí)，如水份10%以下，機(jī)內(nèi)會(huì)形成爆炸性粉塵環(huán)境；破碎機(jī)進(jìn)料口前增設(shè)了電磁除鐵器、金屬探測(cè)器等，可以去除大硬度的磁性金屬，有效避免金屬雜物在粉碎機(jī)內(nèi)引起的機(jī)械摩擦、撞擊火花，但對(duì)于非磁性金屬、木塊、石塊等雜質(zhì)，無(wú)法排除。破碎機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為非防爆電機(jī)，外殼防護(hù)等級(jí)為IP54，可以起到一定的防塵作用，但對(duì)設(shè)備表面最高溫度沒有要求，不具備嚴(yán)格的防爆功能。

表2 風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別及響應(yīng)措施

綜上，破碎機(jī)內(nèi)空間體積狹窄，原料濕度大，不易形成爆炸性粉塵云，破碎機(jī)內(nèi)發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)一般。

2.2.2 原料帶式輸送機(jī)

原料輸送系統(tǒng)共有5 條皮帶。其中最短為6.9 m，最長(zhǎng)為168.1 m。帶式輸送機(jī)均采用敞開式作業(yè)，沒有封閉空間，不具備發(fā)生粉塵爆炸的必備條件，所以很難形成爆炸性粉塵環(huán)境。但帶式輸送機(jī)的頭部或尾部，會(huì)形成大量粉塵堆積，增加了建筑物內(nèi)形成爆炸性粉塵環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。由于皮帶跑偏、過載打滑、托輥軸承失效且報(bào)警措施失效的情況下，可能引起皮帶或石油焦粉著火，或許成為下一工序發(fā)生粉塵爆炸的引燃源。

綜上，帶式輸送機(jī)及所在長(zhǎng)廊發(fā)生粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)低。

2.2.3 袋式除塵器

石油焦原料儲(chǔ)運(yùn)工藝共有袋式除塵器4 臺(tái)。袋式除塵器是發(fā)生粉塵爆炸頻率最高的工藝設(shè)備之一。其原因是，專用于收集系統(tǒng)內(nèi)粒徑很小的飄塵，通常是微米級(jí)別，爆炸敏感度高；除塵器采用脈沖反吹方式清灰，在噴吹瞬間，布袋上粘結(jié)的大量粉塵會(huì)被揚(yáng)起，甚至將除塵器底部灰斗上積累的粉塵卷?yè)P(yáng)起來(lái)，從而達(dá)到爆炸極限，形成爆炸性粉塵環(huán)境。袋式除塵器里的點(diǎn)火源可能有脈沖反吹產(chǎn)生的靜電放電、粉塵自燃、從生產(chǎn)工藝方向傳播過來(lái)的火源等。石油焦輸送系統(tǒng)所有袋式除塵器均未開設(shè)泄爆口，袋式除塵器一旦發(fā)生爆炸，壓力波和火焰會(huì)反向傳播至工藝設(shè)備，甚至引發(fā)廠房?jī)?nèi)的系統(tǒng)爆炸。

綜上，石油焦輸送系統(tǒng)袋式除塵器發(fā)生粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)為較高。

2.3 煅后焦輸送系統(tǒng)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析

石油焦原料經(jīng)回轉(zhuǎn)窯煅燒成熟焦后，揮發(fā)份得以去除，化學(xué)性質(zhì)比煅前生焦穩(wěn)定得多，所以著火敏感性和爆炸猛度都遠(yuǎn)低于石油焦。

從爆炸下限數(shù)據(jù)200 ～250 g/m3來(lái)看，只有部分設(shè)備內(nèi)部才會(huì)達(dá)到這個(gè)濃度，如果遇到1 J 以上的強(qiáng)點(diǎn)火源，有發(fā)生爆炸的可能性，但風(fēng)險(xiǎn)極低。

3 防爆措施及建議

通過系統(tǒng)分析石油焦和煅后焦的爆炸特性參數(shù)，發(fā)現(xiàn)石油焦粉塵靜電引燃的敏感度較低，但對(duì)熱表面引燃比較敏感，一旦發(fā)生爆炸，最大爆炸壓力具有嚴(yán)重的破壞作用。煅后焦無(wú)論是敏感性還是爆炸嚴(yán)重度都遠(yuǎn)低于石油焦，最大爆炸壓力約為石油焦的一半，且煅后焦爆炸下限參數(shù)較高，建筑物內(nèi)很難達(dá)到爆炸濃度水平。

石油焦煅燒生產(chǎn)線粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)主要集中在加工及轉(zhuǎn)運(yùn)工藝過程。依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)狀況，該生產(chǎn)過程整體粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)水平一般，但部分設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)較高，主要集中在石油焦輸送和儲(chǔ)存場(chǎng)所，需要改造和加強(qiáng)安全管理。

總體上，以減少事故發(fā)生可能性和降低后果嚴(yán)重度為出發(fā)點(diǎn)，從技術(shù)角度和管理角度進(jìn)行粉塵爆炸防控。

從技術(shù)角度應(yīng)采取的防控措施[4]，需盡可能向本質(zhì)安全靠攏，依據(jù)場(chǎng)所的風(fēng)險(xiǎn)高低將破碎樓、煅前倉(cāng)、石油焦轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵器、包裝樓除塵器等的電氣設(shè)備更換為符合國(guó)標(biāo)的電氣設(shè)備，如Ex tDA20、Ex iaD等防爆型式，將原料輸送皮帶頭部周圍1 m 范圍內(nèi)的電氣設(shè)備更換為Ex tDA21、Ex ibD 或以上防爆型式的電氣設(shè)備，其余低風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備也相應(yīng)改為防塵爆型式，確保涉塵場(chǎng)所的電氣設(shè)備符合GB 12476.2—2010《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第2 部分：選型和安裝》要求的。

從管理角度應(yīng)采取的防控措施[4]，需從點(diǎn)火能量、粉塵云及粉塵層的形成方面入手，比如在高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所增加紅外線探頭，監(jiān)控火源的進(jìn)入；建立定期清掃制度，有效控制設(shè)備熱表面粉塵云的形成；對(duì)除塵設(shè)備定期維護(hù)，確保除塵效果良好，有效抑制粉塵云的形成；定期檢查電氣設(shè)備、接地線路是否正常，防止因電氣設(shè)備防爆失效或靜電導(dǎo)出受阻產(chǎn)生的點(diǎn)火能量，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生；建立粉塵爆炸事故應(yīng)急預(yù)案并定期演練。

此外，可以考慮各建筑物之間通過輸送設(shè)備構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，如原料轉(zhuǎn)運(yùn)站、破碎樓、破碎后轉(zhuǎn)運(yùn)站之間的帶式輸送設(shè)備安裝火焰探測(cè)器，并與控制系統(tǒng)連鎖，實(shí)施報(bào)警和緊急停車功能可以有效控制火焰的傳播，防止發(fā)生系統(tǒng)爆炸或火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)石油焦煅燒工藝生產(chǎn)煅后焦的過程和焦粉的特性分析可知，石油焦煅燒前的煅前倉(cāng)、破碎樓、除塵器、輸送皮帶頭部等場(chǎng)所粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)較大，其余部位風(fēng)險(xiǎn)較低；煅燒后各場(chǎng)所風(fēng)險(xiǎn)普遍較低。從風(fēng)險(xiǎn)防控措施看，將較高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣更換為不低于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的粉塵防爆電氣，輔以管理措施，如控制外來(lái)點(diǎn)火能量的產(chǎn)生、定期清掃、預(yù)案制定和演練等手段，粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)可以得到有效控制。