粉塵涉爆企業(yè)隱患分析及風(fēng)險控制研究*

李輝 汪濤 路錕

(中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

近年來，隨著越來越多的企業(yè)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中涉及可燃性粉塵，由于管理、意識、工藝等多方面的原因，粉塵爆炸事故頻發(fā)，如南通雙馬化工“4·16”爆炸事件、江蘇昆山中榮金屬公司“8·2”特別重大爆炸事故、內(nèi)蒙古根河“1.31”較大粉塵爆炸等。粉塵涉爆企業(yè)安全管理現(xiàn)狀堪憂，深入核查并分析粉塵涉爆企業(yè)隱患一直是企業(yè)和政府應(yīng)重視和關(guān)注的熱點(diǎn)。

1 粉塵爆炸原理

粉塵爆炸是指一定濃度的可燃性粉塵，與助燃劑(空氣)混合后，分布在相對密閉空間中，遇到點(diǎn)燃源(明火或高溫)后在密閉空間中發(fā)生快速的燃燒化學(xué)反應(yīng)，在釋放大量熱量的同時形成巨大的膨脹壓力，進(jìn)而發(fā)生爆炸并造成嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象[1]。通常認(rèn)為粉塵爆炸應(yīng)具備5個要素[2]，即可燃性粉塵、助燃劑、點(diǎn)火源、形成粉塵云和相對密閉的空間，如圖1所示。

圖1 粉塵爆炸“5要素”

2 粉塵爆炸事故隱患

根據(jù)《工貿(mào)行業(yè)重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》安監(jiān)總管四〔2017〕129號中存在粉塵爆炸危險的行業(yè)領(lǐng)域中“十項(xiàng)重大事故隱患”，對77家粉塵涉爆企業(yè)進(jìn)行粉塵防爆安全生產(chǎn)隱患核查共發(fā)現(xiàn)隱患299個，具體隱患分布如圖2所示。

如圖2所示，粉塵爆炸重大事故隱患有構(gòu)建筑物、除塵系統(tǒng)、防火防爆和粉塵清理4個方面，其中除塵系統(tǒng)隱患占比最高為47%，其次為粉塵清理占比33%，而防火防爆占比18%，最后是構(gòu)建筑物占比為2%。由此可見，目前粉塵涉爆企業(yè)存在的隱患主要集中在除塵系統(tǒng)和粉塵清理方面，這兩方面共占隱患總數(shù)的80%。

圖2 隱患分布

除塵系統(tǒng)方面的隱患主要集中在重大隱患3、4、5、6，占隱患總數(shù)的96%，即34%表現(xiàn)為干式除塵系統(tǒng)未規(guī)范采用泄爆、隔爆、惰化、抑爆等任一種控爆措施；26%表現(xiàn)為除塵系統(tǒng)采用正壓吹送粉塵，且未采取可靠的防范點(diǎn)燃源的措施；22%表現(xiàn)為除塵系統(tǒng)采用粉塵沉降室除塵，或者采用干式巷道式構(gòu)筑物作為除塵風(fēng)道；14%表現(xiàn)為鋁鎂等金屬粉塵及木質(zhì)粉塵的干式除塵系統(tǒng)未規(guī)范設(shè)置鎖氣卸灰裝置。粉塵清理的隱患主要表現(xiàn)為未制定粉塵清掃制度或作業(yè)現(xiàn)場積塵未及時規(guī)范清理。

3 粉塵爆炸控制措施

3.1 粉塵爆炸因果鏈鎖

據(jù)海因里希因果連鎖論，即事故的發(fā)生是一連串事件按一定順序互為因果依次發(fā)生的結(jié)果，如一塊骨牌倒下，則將發(fā)生連鎖反應(yīng)，使后面的骨牌依次倒下。粉塵爆炸事故也是一連串骨牌依次倒下而發(fā)生的，只有中斷骨牌的倒下才能對事故進(jìn)行控制，如圖3所示。

圖3 粉塵爆炸因果鏈鎖

基于粉塵爆炸5要素和海因里希因果連鎖論，構(gòu)建粉塵爆炸預(yù)防性和控制性原理，將粉塵爆炸控制措施分為預(yù)防性措施PM(Preventive Measures)和控制性措施CM(Control Measures)，如圖4所示。

圖4 粉塵爆炸預(yù)防性和控制性原理

3.2 預(yù)防性措施

預(yù)防性措施是通過消除粉塵爆炸發(fā)生的條件[3]，以避免粉塵爆炸事故的發(fā)生，主要包括：防止形成粉塵云PM1、隔絕助燃劑PM2、控制點(diǎn)燃源PM3和相對密閉的空間PM4。

(1)防止形成粉塵云PM1。當(dāng)可燃性粉塵彌漫在空氣中，空氣中的氧氣則起到助燃作用，此時便形成可燃性粉塵云。因此，應(yīng)及時清理作業(yè)現(xiàn)場粉塵，現(xiàn)場沒有粉塵則不會產(chǎn)生粉塵云，應(yīng)當(dāng)注意的是在清理粉塵時需采用不產(chǎn)生揚(yáng)塵的方式，以防止粉塵彌漫作業(yè)場所。

(2)隔絕助燃劑PM2。由于在絕大多數(shù)情況下可燃性粉塵是直接與空氣接觸的，除特殊工藝采用惰性氣體作為作業(yè)環(huán)境氣體外，一般情況下很難徹底做到隔絕助燃劑(氧氣)。

(3)控制點(diǎn)燃源PM3?？扇夹苑蹓m云形成之后，若環(huán)境中出現(xiàn)足夠能量的點(diǎn)燃源，可燃性粉塵則與氧氣發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)，形成爆燃現(xiàn)象。因此，控制點(diǎn)燃源應(yīng)做到在粉塵爆炸危險區(qū)域采用防爆電氣設(shè)備，采取措施消除熱表面、熱輻射、靜電以及電火花。

(4)控制相對密閉的空間PM4。可燃性粉塵云在相對密閉空間中發(fā)生爆炸，因?yàn)槭艿娇臻g限制，其爆炸壓力巨大，形成的沖擊波破壞力強(qiáng)。因此，控制相對密閉空間應(yīng)合理布局生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)塵環(huán)節(jié)盡可能敞開式作業(yè)，產(chǎn)生粉塵的場所應(yīng)當(dāng)擁有足夠大的空間。

3.3 控制性措施

控制性措施是在預(yù)防性措施失效的情況下，通過采取控制措施來減弱粉塵爆炸造成后果，主要包括粉塵爆炸危險場所與人員密集場所的安全距離；采用濕式除塵系統(tǒng)；除塵系統(tǒng)采取泄爆措施、抑爆措施、隔爆措施、惰化措施等。

控制性措施CM主要應(yīng)用在除塵系統(tǒng)，預(yù)防性措施中為防止形成粉塵云而采用負(fù)壓式中央除塵器進(jìn)行除塵，進(jìn)而將粉塵爆炸風(fēng)險由車間轉(zhuǎn)移至除塵器本身。因此，采用濕式除塵器可以消除火災(zāi)爆炸風(fēng)險，通過在除塵系統(tǒng)中安裝泄爆裝置、抑爆裝置、隔爆裝置、惰化裝置來實(shí)現(xiàn)粉塵爆炸時引導(dǎo)泄爆方向、阻止爆炸傳播、減弱爆炸反應(yīng)；通過保障粉塵爆炸危險場所與人員密集場所的安全距離，來降低人員傷害和財產(chǎn)損失。

4 粉塵爆炸控制原則

依據(jù)粉塵爆炸預(yù)防性和控制性原理圖，將《工貿(mào)行業(yè)重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》粉塵爆炸“十項(xiàng)重大事故隱患”分為預(yù)防性隱患和控制性隱患兩類，其中控制性隱患包括重大隱患1、2；預(yù)防性隱患包括重大隱患2、4、5、6、7、8、9和10。基于預(yù)防性隱患和控制性隱患，將77家粉塵涉爆企業(yè)的299個隱患重新分布如圖5所示。

圖5 預(yù)防性和控制性隱患分布

如圖5所示，控制性隱患占比較少，僅為18%，其中重大隱患3(干式除塵系統(tǒng)未規(guī)范采用泄爆、隔爆、惰化、抑爆等任一種控爆措施)占控制性措施總比89%；而預(yù)防性隱患占比較多為82%，其中的重大隱患10(未制定粉塵清掃制度，作業(yè)現(xiàn)場積塵未及時規(guī)范清理)占預(yù)防性隱患總比40%，重大隱患4、5和9共占比42%。

因此，粉塵爆炸事故隱患應(yīng)采取預(yù)防性措施為主，集中解決正壓吹送粉塵、火花探測、沉降室、干式巷道、粉塵清理等問題；控制性措施為輔，重點(diǎn)關(guān)注干式除塵系統(tǒng)泄爆、隔爆、惰化、抑爆等控爆措施以及安全距離的問題。

5 結(jié)論

(1)通過對77家粉塵涉爆企業(yè)299個重大隱患進(jìn)行分析，得出粉塵涉爆企業(yè)存在的隱患主要集中在除塵系統(tǒng)和粉塵清理方面，而除塵系統(tǒng)方面的問題主要集中于重大隱患3、4、5、6。

(2)繪制了粉塵爆炸因果鏈鎖圖，基于粉塵爆炸5要素和海因里希因果連鎖論，構(gòu)建粉塵爆炸預(yù)防性和控制性原理，將粉塵爆炸控制措施分為預(yù)防性措施PM(Preventive Measures)和控制性措施CM(Controlling Measures)。

(3)根據(jù)粉塵爆炸預(yù)防性和控制性原理，重新對77家粉塵涉爆企業(yè)299個重大隱患分布，提出應(yīng)采取預(yù)防性措施為主，控制性措施為輔的粉塵爆炸控制原則。