1. 粉塵爆炸的定義
可爆性粉塵涉及的行業(yè)廣泛,包括化工、食品、制藥、飼料、金屬加工、木材加工、塑料及橡膠、農(nóng)業(yè)加工、礦山等,企業(yè)如未辨識可爆性粉塵的風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)防控不當(dāng),在操作可爆性粉塵時(shí)可能導(dǎo)致粉塵爆炸。據(jù)2005-2015年統(tǒng)計(jì),中國大陸地區(qū)爆炸事故共72起,死亡262人,受傷634人。粉塵爆炸是一個(gè)涉及范圍廣,并且不可忽視的風(fēng)險(xiǎn)。
大多數(shù)加工行業(yè)中的粉塵是“可燃的”。當(dāng)懸浮在空氣中的可燃性粉塵達(dá)到支持火焰?zhèn)鞑サ臐舛葧r(shí),同時(shí)點(diǎn)火源有足夠能量,爆炸就會發(fā)生。就粉塵云而言,術(shù)語“可燃”、“可爆”都具有相似的含義,可以互換使用。通常的可爆炸粉塵為[CH]碳?xì)浠衔铩CHO]碳水化合物、食品、谷物和其他有機(jī)物,金屬包括鋁、鈦、鎂、鎢、鉭、鈦、鋰、鋅、鉻、鋯、金、鉑、鈉、鋼。DEKRA德凱的全球粉塵測試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,約有70%的測試粉塵為可爆的,不可爆的粉塵通常為完全氧化的氧化物、如碳酸鹽、硫酸鹽、鹵化物等無機(jī)鹽類等。另外,粉塵的粒徑也是決定粉塵是否可爆的關(guān)鍵因素,研究發(fā)現(xiàn),可爆的粉塵粒徑為500μm以下,而顆粒越細(xì),比表面積越大,粉塵發(fā)生爆炸的可能性更高。
2. 粉塵爆炸的條件及相關(guān)測試
燃燒需要三個(gè)要素(1)燃料; (2)氧化劑,通常是空氣中的氧氣; (3)有足夠能量的點(diǎn)火源。如果這三個(gè)元素中的任何一個(gè)被移除,就不能觸發(fā)燃燒。前兩種元素(燃料和氧化劑)在適當(dāng)?shù)谋壤路Q為易燃環(huán)境。
可燃粉塵的爆炸,需要兩個(gè)附加條件:(4)可燃粉塵在爆炸下限以上的空氣中懸浮或混合; (5)密閉空間。如沒有密閉空間,可燃粉塵云被點(diǎn)燃時(shí),會發(fā)生“閃火”,如果粉塵爆炸的五個(gè)要素均具備,燃燒的粉塵空氣混合物將被限制在容器或建筑物內(nèi),燃燒過程的熱膨脹會受到阻礙,氣體膨脹導(dǎo)致壓力增加,最終演變?yōu)榉蹓m爆炸。粉塵爆炸還具有溫度高、持續(xù)時(shí)間長、破壞性強(qiáng)的特點(diǎn),爆炸產(chǎn)生的沖擊波、高溫及碎片對設(shè)備、建筑物及人員將造成嚴(yán)重影響。典型的粉塵爆炸的災(zāi)難性事故為2014年江蘇省昆山中榮金屬制品有限公司的金屬鋁粉塵爆炸事故,造成146人死亡。
對于涉及粉塵操作的企業(yè),僅通過化學(xué)成分來判斷粉塵是否可爆的可信度較低,準(zhǔn)確的判定依據(jù)是粉塵可爆炸性測試,通常采用Go/No-Go(ASTM E1226, IEC 80079-20-2或GB/T 3836.12,粉塵可爆炸性篩查鑒定測試),該測試將給出定性的結(jié)論Go可爆炸/No-Go不可爆炸,如可爆炸,再通過一系列的測試確定粉塵的爆炸敏感性及嚴(yán)重度,以評估合適的粉塵爆炸防控措施。
2.1 粉塵爆炸有關(guān)測試
對于結(jié)論為Go可爆炸的粉塵,企業(yè)可開展以下測試以量化粉塵的燃爆特性,并用于安全風(fēng)險(xiǎn)評估:
實(shí)驗(yàn)室測試確定“爆炸的可能性 (點(diǎn)火感度)”
最小爆炸濃度 (ASTM E151)最小爆炸濃度 (MEC) 測試確定粉塵云在空氣中能產(chǎn)生火焰?zhèn)鞑サ淖钚舛取_@個(gè)測試可以回答“是否容易形成爆炸性粉塵云?”。
最小點(diǎn)火溫度 (ASTN E1491/E2021)最小點(diǎn)火溫度 (MIT) 測試確定能點(diǎn)燃分散的粉塵云及粉塵層所需的最低溫度。MIT是一個(gè)評價(jià)粉塵對熱表面及摩擦火花等點(diǎn)火源的點(diǎn)火敏感度的重要參數(shù)。
最小點(diǎn)火能量 (ASTM E2019)最小點(diǎn)火能量 (MIE) 測試確定在最佳粉塵云濃度點(diǎn)燃時(shí)所需的最小靜電火花能量。本試驗(yàn)主要用于評估粉塵云被靜電火花或摩擦火花點(diǎn)燃的敏感性。
靜電體電阻率 (ASTM D257)按體積電阻率將粉末分為低、中等或高絕緣。絕緣粉末具有保留靜電電荷的傾向并能在靠近導(dǎo)電的設(shè)施、設(shè)備或人員時(shí)產(chǎn)生危害性靜電放電;而導(dǎo)電性粉塵在接地失效時(shí),其本身可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的靜電放電。
極限氧濃度 (LOC)極限氧濃度 (LOC)測試確定能夠支持燃燒的最小氧濃度(實(shí)驗(yàn)中通過惰性氣體進(jìn)行置換,例如氮?dú)猓Q鯘舛鹊陀贚OC的環(huán)境不能支持燃燒,因此也不能產(chǎn)生粉塵爆炸,該數(shù)據(jù)通常用于設(shè)計(jì)惰性氣體保護(hù)措施。
實(shí)驗(yàn)室測試確定“爆炸后果(爆炸烈度)”
最大爆炸壓力,最大壓力上升速率,爆炸烈度 (Kst Value) (ASTM E 1226)實(shí)驗(yàn)室測量最大爆炸壓力和最大壓力上升速率,并用于計(jì)算粉塵云的爆炸烈度值Kst。這些數(shù)據(jù)可用于設(shè)計(jì)粉塵爆炸保護(hù)措施如泄爆、抑爆、耐爆、隔爆等裝置。
3. 粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估
企業(yè)防范粉塵爆炸的第一步工作是對粉塵爆炸危險(xiǎn)進(jìn)行辨識并開展風(fēng)險(xiǎn)評估,中國的相關(guān)法規(guī)對此也有相關(guān)的強(qiáng)制規(guī)定,如:
1
2021年發(fā)布的應(yīng)急管理部令第6號《工貿(mào)企業(yè)粉塵防爆安全規(guī)定》第十一條 粉塵涉爆企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期辨識粉塵云、點(diǎn)燃源等粉塵爆炸危險(xiǎn)因素,確定粉塵爆炸危險(xiǎn)場所的位置、范圍,并根據(jù)粉塵爆炸特性和涉粉作業(yè)人數(shù)等關(guān)鍵要素,評估確定有關(guān)危險(xiǎn)場所安全風(fēng)險(xiǎn)等級,制定并落實(shí)管控措施,明確責(zé)任部門和責(zé)任人員,建立安全風(fēng)險(xiǎn)清單,及時(shí)維護(hù)安全風(fēng)險(xiǎn)辨識、評估、管控過程的信息檔案。
2
GB 15577-2018 粉塵防爆安全規(guī)程 4.1 企業(yè)應(yīng)辨識所存在的粉塵爆炸危險(xiǎn)場所,確定可燃性粉塵爆炸危險(xiǎn)性以及粉塵爆炸危險(xiǎn)場所的數(shù)量、位置、危險(xiǎn)區(qū)域等,分析存在的粉塵爆炸危險(xiǎn)因素,評估粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn),并制定能消除或有效控制粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的措施。
然而,目前國內(nèi)外對于可燃液體及氣體的燃爆數(shù)據(jù)及評估方法較為全面,而系統(tǒng)性的粉塵爆炸方面的評估開展甚少,中國現(xiàn)行的法規(guī)也未明確如何開展粉塵爆炸評估。因此,對粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)辨識、評估及控制成為很多企業(yè)的難點(diǎn)。
3.1 推薦的評估方法
DEKRA德凱推薦參考NFPA 652及NFPA 654(美國防火協(xié)會)的方法開展粉塵爆炸評估,其規(guī)定涉及粉塵燃爆危險(xiǎn)的新建項(xiàng)目應(yīng)開展DHA(Dust Hazards Analysis, 粉塵燃爆危害評估),并且DHA應(yīng)至少每5年進(jìn)行一次更新。如果設(shè)施處理的材料已被確定為可燃或可爆,DHA應(yīng)分別評估火災(zāi)、閃火和爆炸的危險(xiǎn)。評估包括:
- 危險(xiǎn)識別,包括識別安全操作界限
- 確定現(xiàn)有的火災(zāi)、閃火和爆炸危險(xiǎn)的防護(hù)措施
- 現(xiàn)有的防護(hù)措施不足時(shí),額外的防護(hù)措施建議
評估應(yīng)識別涉及粉塵燃爆危險(xiǎn)的工藝設(shè)施內(nèi)(設(shè)備、儲罐、管道)及設(shè)施所在建筑內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)涉及粉塵燃爆危險(xiǎn)的設(shè)施內(nèi)或建筑內(nèi)存在以下因素時(shí),具有潛在的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn):
- 氧化劑環(huán)境
- 可信的點(diǎn)火源
- 存在粉塵懸浮的可能
NFPA規(guī)定了判定粉塵危險(xiǎn)的方法,并舉例了開展DHA的流程,下圖結(jié)合NFPA及中國相關(guān)規(guī)定的要求概括了定性DHA的流程。
在液體和氣體相關(guān)的燃爆評估方面,目前可供參考的資料及數(shù)據(jù)較多,但對于粉塵,由于相關(guān)的燃爆特性數(shù)據(jù)也會隨著粉塵的成分、水分含量、粒徑等數(shù)據(jù)的變化而改變。如不了解粉塵的燃爆數(shù)據(jù),評估可能會過于高估或低估粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn),如采用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù),或供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù),不能完全代表企業(yè)涉及粉塵操作工藝的特性,所以建議企業(yè)應(yīng)了解所操作粉塵的燃爆特性,不僅有利于開展準(zhǔn)確的DHA,還可制定針對性的保護(hù)措施。
4. 總結(jié)
可燃粉末在合適的條件下可以引起粉塵云爆炸。如果分散的細(xì)小可燃粉塵顆粒被分散在空氣中,在足夠的濃度和高能點(diǎn)火源同時(shí)存在時(shí),粉塵云爆炸也會發(fā)生在加工設(shè)備或建筑物之內(nèi)。
防止粉塵云爆炸以確保安全的預(yù)防措施包括,防止形成爆炸性粉塵云環(huán)境、防止點(diǎn)火源、以及設(shè)計(jì)爆炸保護(hù)設(shè)施,以便發(fā)生爆炸事件時(shí)保護(hù)人員和和設(shè)施。爆炸預(yù)防和/或保護(hù)措施的選擇是基于粉塵的爆炸特性,過程和操作的性質(zhì),粉塵爆炸對人員及環(huán)境的影響,以及粉塵爆炸帶來的業(yè)務(wù)中斷影響決定的。上文提及的粉塵燃爆參數(shù)的測試,以及粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估(DHA),DEKRA德凱實(shí)驗(yàn)室均可依照客戶的需求開展,協(xié)助客戶有效管理加工中的粉塵危害。
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DEKRA德凱致力于安全近百年。1925年在德國柏林成立的德國機(jī)動車監(jiān)督協(xié)會,現(xiàn)如今已是世界知名的第三方專業(yè)檢驗(yàn)檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)。2022年,DEKRA德凱營業(yè)總額預(yù)計(jì)達(dá)到近37億歐元,業(yè)務(wù)遍布世界各大洲60多個(gè)國家和地區(qū),逾48,000名員工致力于為路途中、工作中以及家居中的安全提供獨(dú)立的專家服務(wù)。這些服務(wù)包含:車輛檢測、理賠與專家評估、產(chǎn)品測試與認(rèn)證、工業(yè)檢驗(yàn)、審核、培訓(xùn)及臨時(shí)雇傭。2025年DEKRA德凱將迎來成立100周年,其愿景是 “我們致力于成為安全與可持續(xù)發(fā)展世界里的全球合作伙伴。” 2022年,DEKRA德凱再次榮獲EcoVadis鉑金評級,位列前1%的可持續(xù)發(fā)展公司之列。
審核編輯 :李倩
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