?？得?王耀 何源

（1.上?；ぱ芯吭河邢薰?，上海 200000 ; 2.上海化工院檢測有限公司，上海 200062）

0 引言

粉塵爆炸是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中常見的事故類型之一。多位專家對我國粉塵爆炸事故進行過分析統(tǒng)計，劉貞堂等分析了我國2005—2018 年發(fā)生的粉塵爆炸事故，研究了粉塵爆炸在地區(qū)空間分布、年度及每日24 小時分布、事故次數(shù)和可燃性粉塵種類等事故相關(guān)因素的特征，總結(jié)了我國粉塵爆炸事故發(fā)生的一般規(guī)律[1]。陳剛等分析統(tǒng)計了我國2005—2020 年67 起生產(chǎn)企業(yè)的粉塵爆炸事故，其中這些事故的主要原因是人員違規(guī)操作、未設(shè)置合格的通風(fēng)除塵設(shè)施、涉粉設(shè)備安全設(shè)計缺陷、其他事故[2]。對事故主要原因分析歸類，可以看出，粉爆事故的根本原因與企業(yè)的各系統(tǒng)息息相關(guān)，涉及“人、機、料、法、環(huán)”等方面。

1 粉塵爆炸風(fēng)險分析方法

粉塵爆炸是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中常見的一類事故，通?？梢园凑展I(yè)生產(chǎn)過程的風(fēng)險分析方法來研究所有過程中的涉粉塵爆炸的環(huán)節(jié)，并判定每個環(huán)節(jié)的風(fēng)險大小，從而提出對應(yīng)的防護措施。

國內(nèi)外專家學(xué)者使用多種風(fēng)險方法對粉塵爆炸風(fēng)險進行了分析。Ebadat V.介紹了粉塵爆炸風(fēng)險評估涉及的內(nèi)容及基本方法[3]。張小良從人、機、環(huán)境、管理四類因素著手，利用AHP 層次分析法，對粉塵爆炸進行分析研究[4]。夏晨曦等采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法對粉塵爆炸進行多米諾效應(yīng)分析[5]。王富軍等使用FTA事故樹法對除塵系統(tǒng)粉塵爆炸進行分析[6]。何崢等利用Bowtie 蝴蝶結(jié)結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對粉塵爆炸進行分析[7]。李輝等對工業(yè)企業(yè)金屬粉塵爆炸風(fēng)險評估體系進行研究[8]。謝振華從工藝設(shè)計及生產(chǎn)管理角度出發(fā)，編制粉塵防爆安全檢查表對粉塵爆炸進行分析研究[9]。

Rolf K.Eckhoff 認(rèn)為，對于粉塵爆炸風(fēng)險分析，需要測試粉塵爆炸相關(guān)特性參數(shù)[10]，例如：粉塵云的最低點燃溫度MIT_cloud，粉塵層的最低點燃溫度MIT_layer，粉塵云的最低點燃能量MIE_cloud，粉塵爆炸最低濃度MEC，粉塵爆炸最大壓力Pmax，爆轟指數(shù)Kst，惰化最高容許氧濃度等。Zhao F 介紹了基于風(fēng)險的粉塵爆炸危害分析方法，該方法在粉塵爆炸危險辨識的基礎(chǔ)上，結(jié)合保護層分析法LOPA，分析粉塵爆炸情形的總體可能性，結(jié)合后果嚴(yán)重性，最終得到總體風(fēng)險等級[11]。

另外，國內(nèi)外學(xué)者還使用計算流體動力學(xué)CFD工具對粉塵爆炸進行模擬仿真分析。Skjold T 等使用初版DESC 編程代碼對粉塵爆炸進行模擬計算[12]。Alberto Tascón 等人采用 CFD 軟件對16.3 m3的筒倉內(nèi)的粉塵爆炸泄放進行模擬[13]。陳曉坤等對連接不同長度泄爆導(dǎo)管的除塵器泄爆模型，進行了模擬研究泄爆過程中除塵器內(nèi)部以及泄爆方向上的超壓與高溫變化規(guī)律[14]。吳雨蒙等使用FLACS 對實際生產(chǎn)中大型筒倉內(nèi)煙草粉塵的爆炸及其泄爆過程進行仿真，通過改變初始濃度、點火位置、等比例變化筒倉容積，系統(tǒng)對比研究了泄放火焰的傳播范圍以及爆炸超壓的演化規(guī)律[15]。張小良等使用 FLACS 對木粉塵爆炸泄放效果影響進行模擬分析，研究不同粉塵云大小及位置、點火位置對木粉塵爆炸泄放效果影響[16]。李剛等使用1 m3粉塵爆炸測試系統(tǒng)連接DN200 長直管道和DN200 ～DN100 的變徑管道，以玉米淀粉為測試粉塵，通過實驗和FLACS 數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了粉塵爆炸在管道中火焰?zhèn)鞑ニ俣?、超壓峰值、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x的變化規(guī)律[17]。

以上介紹的粉塵爆炸風(fēng)險分析方法各有千秋，本文根據(jù)GB/T 27921—2011《風(fēng)險管理 風(fēng)險評估技術(shù)》附錄A.2，結(jié)合多數(shù)企業(yè)的現(xiàn)狀，認(rèn)為風(fēng)險矩陣分析法和檢查表更適合涉粉爆企業(yè)使用。

2 乳品企業(yè)粉塵爆炸風(fēng)險分析

2.1 涉粉塵爆炸乳品制造工藝過程

某乳品制造企業(yè)使用奶粉、白糖及配方小料生產(chǎn)乳制品，其工藝步驟包括：拆包、投料、氣力輸送、卸料、料倉儲存、除塵等工藝流程，具體見圖1。

圖1 粉處理工藝流程

2.2 粉塵爆炸特性參數(shù)

根據(jù)粉塵爆炸風(fēng)險分析的需要，企業(yè)委托第三方機構(gòu)對該處理工藝中可燃粉塵進行了針對性的粉塵爆炸特性參數(shù)測試。

該乳品生產(chǎn)系統(tǒng)中處理的主要原料包括果膠、蛋白粉、麥芽糖、淀粉和白糖，它們的粉塵爆炸特性參數(shù)經(jīng)測試匯總?cè)绫?。

表1 主要原料粉塵爆炸檢測數(shù)據(jù)

和多數(shù)有機粉塵一樣，粉塵云爆炸嚴(yán)重性有著相似的參數(shù)。比如，粉塵云最大爆炸壓力Pmax 處于0.66 ～0.88 MPa 之間，粉塵云爆炸指數(shù)KSt 處于3.5 ～14.8 MPa·m/s 之間，爆炸等級均為St1。淀粉是該工藝中爆炸威力最大的物料。同樣地，粉塵云的最小爆炸濃度范圍也比較接近，在30 ～70 g/m3之間。

粉塵的點燃敏感性是風(fēng)險評估和爆炸防護的最重要問題之一，點燃敏感性由最小點火能MIE 表征，根據(jù)MIE 的大小，可將點燃敏感性作如下分級，見表2。

表2 MIE敏感性分級

對于粉塵爆炸的點燃敏感性而言，本文內(nèi)涉及的物料的點火敏感性相對較低。從粉塵云最小點火能MIE 來看，除了白糖的最小點火能MIE 的范圍是10 ～30 mJ，其余物料的點火能均大于100 mJ，甚至大于1000 mJ。

對于大于100 mJ 級別的點火能，典型的是孤立金屬導(dǎo)體間的放電。白糖的最小點火能在10 ～30 mJ，人體的靜電放電可能會是一個有效的點火源。

對于粉塵的最低點燃溫度，所有主要原料都有詳細(xì)的粉塵云最低點燃溫度，粉塵云的最低點燃溫度是380 ℃，粉塵層最低點燃溫度是330 ℃，對于處理麥芽糖和白糖的設(shè)備表面最低溫度的選擇應(yīng)考慮最高溫度不超過253 ℃。

對于其他輔料樣品，進行了最小點火能測試，用于分析其點燃風(fēng)險，其結(jié)果見表3。輔料的MIE 均大于30 mJ，屬于一般敏感，同樣可以通過預(yù)防點火源來控制粉塵爆炸風(fēng)險。

表3 輔料粉塵爆炸檢測數(shù)據(jù)

2.3 粉塵爆炸區(qū)域劃分

粉塵爆炸區(qū)域劃分是粉塵爆炸風(fēng)險分析的前提條件，通?？砂凑找韵虏襟E進行：

1)確定粉料可爆性，或檢測其可爆性。

2)確定可能出現(xiàn)的粉塵釋放源，爆炸性區(qū)域以釋放源為中心而劃定。

3)確定粉塵從上述釋放源釋放的可能性，確定區(qū)域級別及其范圍。

按照GB/T 12476.3—2017《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第3 部分：存在或可能存在可燃性粉塵的場所分類》中的技術(shù)要求進行粉塵爆炸性區(qū)域劃分。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，按照爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間，將危險區(qū)域劃分為20 區(qū)、21 區(qū)和22 區(qū)。各區(qū)域定義如下：

1)20 區(qū)：爆炸性粉塵環(huán)境以粉塵云的形式在空氣中連續(xù)或長時間存在或頻繁出現(xiàn)的場所。

2)21 區(qū)：正常運行時，爆炸性粉塵環(huán)境以粉塵云的形式在空氣中可能出現(xiàn)的場所。

3)22 區(qū)：正常運行時，爆炸性粉塵環(huán)境以粉塵云的形式在空氣中不可能出現(xiàn)，如果出現(xiàn)也僅是短時間存在的場所。

該企業(yè)的粉塵爆炸區(qū)域劃分結(jié)果如表4 所示。

表4 粉塵爆炸區(qū)域劃分

2.4 粉塵爆炸風(fēng)險分析

粉塵爆炸形成過程中，粉塵云被點燃對粉塵爆炸至關(guān)重要。粉塵爆炸風(fēng)險分析的落腳點在于分析粉塵云的點燃后果及其可能性。

GB 25285.1—2021 《爆炸性環(huán)境 爆炸預(yù)防和防護 第1 部分 基本原則》將工業(yè)中常見的點火源分為13 種，它們是熱表面、火焰和熱氣體（包括顆粒）、機械產(chǎn)生的火花、電氣設(shè)備、雜散電流、陰極防腐措施、靜電、雷電、104Hz ～3×1012Hz 射頻(RF)電磁波、3×1011Hz ～3×1015Hz 電磁波、電離輻射、超聲波、絕熱壓縮和沖擊波、放熱反應(yīng)（包括粉塵的自燃）。

13 種點火源并不全部適用于本文分析。雷電是工業(yè)生產(chǎn)中重要的點火源，其有效性判定以國家監(jiān)管機構(gòu)認(rèn)可的防雷檢測報告為準(zhǔn)，文中省略。該系統(tǒng)所處理物料在常溫下穩(wěn)定，無自熱危險，因此放熱反應(yīng)（包括粉塵的自燃）點火源不存在，文中省略。僅有熱表面、火焰和熱氣體（包括顆粒）、機械產(chǎn)生的火花、電氣設(shè)備和靜電5 種點火源適用于分析該系統(tǒng)。

風(fēng)險是危險事件發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性的結(jié)合，對于表8 中所列的所有危險，應(yīng)識別其發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重性。由于爆炸風(fēng)險受很多因素影響，通過研討分析，進行風(fēng)險的半定量分析評估，從而將不同的風(fēng)險進行對比排序，并按照風(fēng)險可接受水平判斷是否需要采取進一步保護措施消除或減小危險。

嚴(yán)重性根據(jù)危險導(dǎo)致事故后果的人員健康及傷亡程度、設(shè)施損壞、財產(chǎn)損失來劃定。本文將嚴(yán)重性劃為S1、S2、S3、S4、S5 ，共5 個等級，其劃分依據(jù)如表5。

表5 嚴(yán)重性

本文將危險發(fā)生的可能性劃為L1、L2、L3、L4、L5，共5 個等級，其劃分依據(jù)見表6。

表6 可能性

確定所有危險發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性后，根據(jù)表7 所示風(fēng)險矩陣進行風(fēng)險分級。

表7 風(fēng)險分級矩陣

1）深紅色區(qū)域的風(fēng)險很高，不可接受，需要立即采取臨時管理及工程措施，并及時（如一到兩個星期）評估并采取合適的管理及工程措施。

2）紅色區(qū)域的風(fēng)險高，不可接受，需要及時（如一個月）評估采取合適的管理及工程措施。

3）橙色區(qū)域的風(fēng)險較大，有條件接受，應(yīng)采取合適的管理和人員防護措施。

4）黃色區(qū)域的風(fēng)險一般，基本接受，可采取合適的管理或人員防護措施。

4）綠色區(qū)域的風(fēng)險低，可接受，無需采取措施。

根據(jù)表4 中所列設(shè)備、分區(qū)及其危險進行粉塵爆炸風(fēng)險分析，粉塵爆炸發(fā)生的可能性、后果嚴(yán)重性及其風(fēng)險等級，如表8 所示。

表8 粉塵爆炸風(fēng)險分析表

對于該粉料處理系統(tǒng)的粉塵爆炸初始風(fēng)險分析可以看出，涉及20 區(qū)的投料站、輸送管道、真空罐、料倉內(nèi)部區(qū)域等存在不可接受的I、II 級風(fēng)險。

根據(jù)《工貿(mào)企業(yè)重大事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》（應(yīng)急管理部令 第10 號）的第十一條，通過檢查，第10 款，未落實粉塵清理制度，造成作業(yè)現(xiàn)場積塵嚴(yán)重的，該企業(yè)存在粉塵爆炸重大事故隱患。

3 結(jié)論與對策

1）對于防爆區(qū)域20、21、22 區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，需要按照防爆電氣要求選型、安裝。對于投料站，需在料斗底部安裝合適的除鐵器，定期檢查除鐵器狀態(tài)并做好清理。對于金屬管道和設(shè)備，應(yīng)做好連接處的靜電跨接，定期檢測并記錄。對于投料站除塵器，濾袋應(yīng)采用導(dǎo)靜電材質(zhì)，定期檢查是否完好。負(fù)壓真空系統(tǒng)，如吸吊機、負(fù)壓輸送系統(tǒng)，需定期檢查管道過濾器是否正常完好。對于管道、設(shè)備連接處的軟連接，應(yīng)定期檢查其密閉性及完好性，通過非導(dǎo)電材質(zhì)連接的金屬管道應(yīng)跨接，并限制軟管長度。對于料倉，設(shè)計并安裝無焰泄爆裝置及其上下游管道的隔爆裝置。

2）對于粉塵防爆安全管理，企業(yè)應(yīng)制定粉塵爆炸安全管理制度，根據(jù)工藝流程制定涉粉操作崗位的安全操作規(guī)程，如投料崗位應(yīng)禁止使用鐵質(zhì)刀具等工具，人員穿導(dǎo)靜電工作服和安全鞋，投料前開啟除塵設(shè)施，避免投料斗外部溢出粉塵云。企業(yè)應(yīng)在動火作業(yè)管理制度中明確粉塵防爆區(qū)域禁止明火，如需動火應(yīng)按照動火作業(yè)流程進行。企業(yè)應(yīng)在培訓(xùn)計劃中定期安排對企業(yè)負(fù)責(zé)人、安全管理人員、涉粉崗位操作人員和設(shè)備檢維修人員進行粉塵防爆安全知識、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)。企業(yè)應(yīng)在應(yīng)急預(yù)案演練計劃中安排粉塵爆炸事故應(yīng)急預(yù)案演練。對于粉塵清理的重大事故隱患，應(yīng)按照GB 15577—2018《粉塵防爆安全規(guī)程》第9 章的要求，制定含有清掃范圍、清掃方式、清掃周期等內(nèi)容的粉塵清理操作規(guī)程并落實清掃及記錄。