粉尘爆炸预防与电气防爆措施

2023-10-30卢鑫曹兴成

化工管理 2023年29期

卢鑫，曹兴成

(1.临沂安诺安全技术服务有限公司，山东临沂 276300；2.山东鲁信安全科技有限公司，山东临沂 276000)

0 引言

在现代工业生产中，由于机械加工、塑料制品、金属冶炼等行业所需的原材料多为粉末状，而且这些粉末往往会通过空气悬浮在空中，在接触到火源后就会发生燃烧或爆炸。因为这些粉末都是可燃性物质，所以，在生产过程中必须注意安全控制和预防，避免产生粉尘爆炸事故。根据国家有关部门统计分析发现，2020年全球共发生165起粉尘引起的火灾及60起粉尘爆炸，2021年全球共发生163起粉尘引起的火灾及53起粉尘爆炸。其中电气设备引起的事故就占到了全部事故的四分之一。如果不加强对这些设备和产品制造企业生产过程中可能产生粉尘的预防和控制措施，就很容易产生粉尘爆炸事故，不仅造成财产损失甚至人员伤亡，而且会影响工业生产进程。

1 粉尘爆炸概述

粉尘爆炸的概念是指在一定的条件下，悬浮在空气中的可燃粉尘遇到点火源产生的高能量燃烧，发生爆炸。它是一种在特定条件下由可燃粉尘爆炸源释放能量造成的高能量机械破坏和化学破坏现象。不同粉尘介质可产生不同类型的粉尘爆炸，如：煤、焦炭、木材等可燃性粉尘，硅石、陶土、铝粉、面粉等非可燃性粉尘等[1]。在生产过程中，可燃性粉尘与空气形成爆炸性混合气体，当温度、压力达到爆炸下限(即爆炸下限值)时，发生爆炸。所以它与可燃性物质或非可燃性物质引起的爆炸有着本质的区别，粉尘爆炸性可燃气体的着火温度一般低于着火温度。

2 粉尘爆炸的机理

粉尘爆炸过程可分为三个阶段：第一阶段为粉尘的悬浮与扩散阶段，此阶段处于整个过程的初始阶段，也是爆炸最容易发生的阶段。第二阶段为粉尘的燃烧和爆炸的化学反应阶段，此过程是整个过程的继续，并逐步向更高一级转化。第三个阶段为粉尘燃烧爆炸极限范围扩展、火焰传播的主要部分。

(1)悬浮在空气中的可燃粉尘达到一定浓度时，遇到火星等火源就可能引起爆炸。在一般情况下，可燃性粉尘浓度在10%以下时就有可能发生爆炸。当粉尘浓度达到10%～20%时发生爆炸所需的最小点火能量较大，因此当遇到火源时其危险性就更大，发生爆炸的可能性就更大。这里说的浓度一般指空气中悬浮粉尘及其他可燃性物质总量百分比(%)。如果可燃粉尘质量占总质量的百分数较大时(如超过10%)，就有可能发生粉尘爆炸。

(2)在有空气参与的可燃性粉尘爆炸过程中，与可燃气体或蒸气发生反应产生爆炸。引起可燃性粉尘与空气形成爆炸性混合气体，这种爆炸性混合气体在达到一定浓度时能发生爆炸。

(3)粉尘遇明火后产生燃烧反应过程中可能会产生很多的可燃气体并发生化学反应形成爆炸性混合气体，当可燃混合气体达到一定浓度时发生爆炸[2]。

(4)由于混合气体中可燃粉尘比例不同会引起不同性质的爆炸。如，可燃性无机粉尘和有机粉尘混合后可能引起燃烧也可能不引起燃烧；或在可燃性爆炸物中添加惰性气体时，可避免形成爆炸性混合物；或在某种情况下产生爆炸性混合物；或某些物质在一定条件下可以发生爆炸等等。

(5)可燃粉尘遇热、压强增大也会引起爆炸，如：煤、焦炭、硫磺、石油焦等可燃性固体颗粒受热时发生炭化反应放出大量的热，这些热量造成颗粒的温度急剧升高。同时固体颗粒与空气之间形成了一个比原来更加强烈的爆炸性混合物，当这些爆炸性混合物达到一定浓度时就会发生爆炸。

(6)在有充足的氧气条件下，金属粉(如铝、镁等)在接触加热时也会引起爆炸。因为这些可燃性金属粉状颗粒与空气中的氧发生化学合成氧化物(如Al2O3等)，在高温下分解产生可燃气体。

3 粉尘爆炸产生的原因

3.1 粉尘本身具有可燃性

在工业生产中，有些粉末状物质大多是以煤、石油等为原料进行加工制造而成，在使用过程中经常会发生燃烧现象，这些粉末在接触到火源后就会产生大量的热量，容易与空气中的氧气发生反应从而导致爆炸事故。另外，在对生产过程中所使用的设备进行清理时，如果不使用专门清理工具或者没有对其进行规范管理，那么很容易会在清理过程中导致粉尘四处散落从而使其接触到明火后引起爆炸事故[3]。

3.2 点燃源

粉尘爆炸主要是由于点火源引起的。一般情况下引起粉尘爆炸都是由以下几个方面原因造成的：第一，工厂在使用粉尘进行填充操作时或由于对设备进行清理操作导致不能及时处理干净而使其被积存下来并有一定数量的可燃性粉尘堆积起来，这些可燃性粉尘遇到点火源后就会发生爆炸。第二，在工厂进行生产过程中由于采用了不正确的方法而使大量可燃性粉尘聚集在一起造成了爆炸现象。第三，当工厂进行维修或者清理时由于没有做好防尘工作而造成大量粉尘被带入到维修设备中而导致爆炸。

3.3 设备或者系统具有一定限度的爆炸性

在设备或者系统进行检修或者维护时没有做好密封工作，而导致易燃、易爆物质泄漏后与空气混合形成爆炸性气体导致爆炸现象产生。在维修或者维护过程中需要进行密封检查，因此在这个过程中要注意对周围环境中易燃、易爆物质等因素进行检测分析，避免由于易燃、易爆物质泄漏导致爆炸事故产生。

另外由于工厂设备在使用过程中一般会使用管道系统输送液体或者气体，因此在管道系统运输过程中也有可能会造成设备和系统产生大量易爆气体导致爆炸事故发生。还有一些工厂为了提高生产效率往往会选择采用较高温度对设备进行加工制造，导致粉尘颗粒被吸入到设备内部从而引发爆炸事故产生。如果是可燃性粉尘当其浓度达到爆炸极限时，就会产生自燃现象从而发生爆炸事故。在生产过程中由于生产环境中存在高温、高压等因素，当这些可燃性粉尘悬浮在空气中时，就会由于温度不断升高而产生自燃现象从而发生爆炸事故。

3.4 粉尘本身具有一定程度的腐蚀性和毒性

粉尘具有腐蚀性和毒性是指粉尘对金属设备或者金属构件具有一定程度的腐蚀作用，当这些粉尘与金属材料接触后就会引起材料内部结构的改变进而导致发生腐蚀反应。在这个过程中如果没有及时处理或者处理不当就很容易造成金属材料内部结构发生变化从而导致爆炸事故产生[4]。

4 粉尘爆炸预防与电气防爆措施

4.1 粉尘爆炸预防措施

在生产过程中，粉尘爆炸事故发生的根本原因在于粉尘浓度过高，而引起粉尘浓度过高的因素较多，包括设备、工艺、管理等。针对以上原因，需要从以下几个方面进行预防。

(1)消除粉尘爆炸的发生条件。合理设计和正确选择设备、管道、通风除尘系统和安全泄爆装置等。

(2)控制点火源。在粉尘爆炸发生时，只有达到一定的粉尘浓度才会发生爆炸。所以在设计和生产过程中要尽量降低粉尘浓度。首先在设计时必须保证工艺和设备的密封性和耐热性；其次要对设备进行定期维护，防止出现生锈、腐蚀等现象；最后要定期对粉尘进行清理，避免粉尘在空气中形成积累。

(3)清除粉尘。在生产过程中必须制定严格的安全制度和措施，禁止工人随意乱动机械设备。特别是在一些易燃易爆场所的机械设备上，更不能随意乱动；其次要采取一定措施防止明火进入作业场所。比如，在厂房内可以安装防爆灯，利用照明设备消除点火源；最后还要加强对厂房的管理和清扫等。

(4)隔离。在生产过程中要避免和减少产生火源的可能性，所以在设计和生产中要对生产区域进行合理划分；最后要加强对设备的管理，严禁私自拆除维修设备。这是防止爆炸性环境中可燃气体、蒸汽与粉尘云接触爆炸的有效措施，包括密闭和通风排气道、泄爆装置、防爆电器和防爆设备等。

(5)通风。在生产过程中必须保证充足的空气来消除粉尘浓度。所以要建立良好的通风系统并定期维护；其次可以利用排气扇和鼓风机等对粉尘进行收集并使其保持充足的空气；最后要定期清理风机积尘。

(6)防止产生静电。要定期对厂房进行清扫，防止发生静电积累而引起爆炸。同时在车间内尽量少用或不用带电的铁件制品，如：铁栏杆、铁门等。因为金属材料会产生火花并产生静电，从而引起粉尘爆炸。

(7)防爆泄爆装置。泄爆技术是一种以减轻爆炸事故损失为目的的安全防护技术，能在爆炸发生时将压力迅速泄出，使爆炸对人身和环境危害减至最小。泄爆装置主要由泄爆装置、爆炸危险区域划分及防爆泄爆等几部分组成。

4.2 电气防爆措施

(1)选用符合标准的电气设备。为了防止爆炸事故的发生，应选用符合国家标准的电气设备。选择电气设备时，应根据爆炸危险场所的环境条件，确定采用的电气设备的类别和级别。为了防止产生电火花、电弧和高温危险，在设计中应尽量采用防爆电动机、防爆电缆等电气设备。在有粉尘爆炸危险场所还应选用防爆型开关、控制柜等电气设备[5]。

(2)限制或消除产生爆炸危险因素。在电气设计中应采取如下措施限制或消除产生爆炸危险的因素，即避免产生积尘或积灰过多；避免温度过高；避免粉尘积聚；避免可燃气体浓度过高，必要时应有良好的通风排气装置；防止爆炸性粉尘进入系统(如设置卸料装置)。

(3)严格控制接触火花，消除局部高温。这是电气防爆最根本的措施，也是预防爆炸事故最主要的措施。为了防止接触火花，除采取消除明火和合理地使用电气设备外，还应根据粉尘环境条件严格控制接触火花点(包括电气设备和设施上的接触点)。

(4)加强管理防止电火花产生或降低电火花释放能量；防止电弧产生；防止局部高温产生。

(5)加强对电气设备及其安装、使用过程中各项技术管理工作。对易燃易爆场所采用的电气设备、安装和使用进行规范管理，是保证产品质量、提高生产效率的重要前提，也是减少事故发生的重要手段。对运行中的电气设备要经常维护和检修，发现问题及时解决；对检修、试验中发现有缺陷的设备要及时修理和更换，不得带故障运行。为避免出现事故隐患而又不影响生产正常进行，还应认真研究确定事故发生时可能出现的危险状况，制定相应处理措施和技术方案。在有粉尘爆炸危险场所内不得有带电作业；为了避免带电作业而发生触电事故，在带电检修时要按规程规定采取防触电措施。

(6)采用合理有效的防爆结构设计。在有粉尘爆炸危险场所内设置有效防护报警装置及相应的事故处理设施，这些装置可避免人员受到伤害，并能及时发出警告信号，使人员迅速撤离现场。同时还应保证设备运行正常并连续供电，确保生产顺利进行。有些场所可设置事故广播系统；有些场所可设置有自动报警、自动切断电源、自动喷水灭火等装置；有些场所可采用防爆灯具或防爆开关等。