如何做好粉尘爆炸的预防和控制
如何做好粉尘爆炸的预防和控制
粉尘爆炸是一种严重的工业安全事故，其预防和控制需要从多个方面进行系统考虑。本文详细介绍了粉尘爆炸的预防和控制措施，包括控制点火源、粉尘云形成和助燃性气体，以及在发生爆炸时的泄爆、隔爆、抑爆和抗爆等控制措施。此外，文章还强调了管理层面的重要性，提出了风险辨识、制度建设、安全检查、教育培训、应急管理等一系列管理措施。
粉尘爆炸五要素
粉尘爆炸需要具备以下五个要素：
- 可燃性粉尘：可与助燃气体发生氧化反应而燃烧的粉尘。
- 助燃性气体：一定的氧含量是粉尘燃烧的基础。
- 点火源：能使局部粉尘云的温度骤增发生燃烧的高温热源。
- 粉尘云：悬浮在空中且达到爆炸下限的可燃性粉尘云。
- 密闭空间：粉尘云被限制在了相对密闭的空间。
通过上图可知，粉尘与气体的燃烧条件（三要素）与爆炸条件（五要素）的差别就是当粉尘和气体在一定的立体空间内呈分散状态分布，且浓度达到一定的程度（爆炸区间），就会产生爆炸。
一、粉尘爆炸的预防
（一）控制点火源
工业生产中常见点火源
对静电火花的防护，可以设置防静电工作区，设置相应的警示标识，安装静电监控设备；金属导体应直接接地，以消除导体上的静电；避免穿着化纤材质的工作服；还可以通过拖地、洒水或使用加湿器使室内保持一定的湿度，也可避免静电的产生。
粉尘涉爆企业的生产作业现场应根据《危险场所电气防爆安全规范》AQ3009第4.2条有关爆炸危险场所的分类、分区和区域范畴划分的要求来划分生产区域内的粉尘爆炸危险分区（20区/21区/22区），并根据5.3条有关可燃性粉尘环境用电气设备选型的要求选用相应等级的防爆电气设施设备。同时防爆电气设施设备的安装和检测也应符合第6.2.2条“可燃性粉尘环境防爆电气设备的安装”的要求。在存在粉尘爆炸危险的区域内，还应避免使用会产生火花的工具，应使用符合防爆要求的工具，如铍铜合金防爆工具。
在夏季雷电天气多发时，企业则需及时检查厂房的避雷装置；所有的监测装置应与24小时有人值守的值班室相连，以便在报警后能及时通知人员处置。
沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘，受热一段时间后会出现阴燃，最终也可能转变为明火，成为粉尘爆炸的引火源。粉尘最易阴燃的层厚范围为10-20mm。可燃粉尘在沉积状态下还具有自燃的倾向，因为粉尘微粒与空气接触发生氧化放热反应，在一定条件下热量不能充分散发，粉层内温度会升高引起自燃。长期积聚在设备裂缝中和管道拐弯处的粉尘易发生自燃。这就要求企业要建立并严格落实粉尘清理制度，及时清理作业现场的粉尘。
同时要严格把控外来火源，严令禁止在有粉尘爆炸危险的场所吸烟。在有粉尘爆炸危险的场所进行动火作业的，一定要严格落实动火作业审批制度，确保各项安全防护措施落实到位方可实施。
（二）控制粉尘云的形成
上表罗列了常见可燃性粉尘爆炸下限，为了避免达到可燃性粉尘的爆炸范围，企业应采取的措施有：
- 避免粉尘的逸出，加强设备的封闭性；
- 采取正确的清扫方式，避免粉尘扬起，对于一般的可燃性粉尘，宜采用负压吸取的方式进行清扫；
- 在产生粉尘的设备旁安装除尘设备，避免粉尘弥漫在整个车间内，形成粉尘云；
- 安装粉尘探测器，在线监测，并将监测设备报警信号连接到24小时有人值守的值班室内或企业安全生产责任人的手机上，以便在报警后及时安排人员处置，如有条件，也可以远程控制设备，一旦发生报警，可及时关闭相应的生产设备。
（三）控制助燃性气体
粉尘爆炸五要素中的助燃性气体一般是指氧气，因此在粉尘存在的环境中降低氧气浓度就可以很好地避免发生粉尘爆炸，常用的降低氧气浓度的方法是惰性气体保护法，即向可燃粉尘、可燃气体或其混合物爆炸性环境通入惰化气体进行完全惰化防爆的惰化技术。用于惰化的惰性气体应与可燃物质和氧气均不发生反应，一般情况下，选用的惰性气体可以是氮气或二氧化碳，但需注意，活泼金属在加热或点燃的条件下能与氮气或二氧化碳反应，如熔化的锂金属可与氮气反应，镁可以在二氧化碳和氮气中燃烧；所以，企业应根据实际情况选用其他惰化方法或惰性气体。
同时根据粉尘防爆安全规程（GB 15577-2018）第6.5.2条规定“对采用惰化防爆的工艺设备应进行氧浓度监测。”氧浓度监测装置应与惰化装置进行联锁设置，除尘器箱体内氧含量连续监测装置报警 ，当氧浓度高于设定值时发出声光报警信号时，通过联锁来触发惰化装置向除尘器箱体内充入惰性气体。
在生产或处理易燃粉末的工艺设备中，采取防止点燃措施后仍不能保证安全时，宜采取惰化技术。
二、粉尘爆炸的控制
（一）泄爆/泄压：
围包体内发生爆炸时，在爆炸压力达到围包体的极限强度之前，使爆炸产生的高温、高压燃烧产物和未燃烧物通过围包体上预先设置的薄弱部位向无危险方向泄出，使围包体不致被破坏的控爆技术。
1.有关建筑物的泄爆/泄压要求
（1）有爆炸危险的甲、乙类厂房宜独立设置，并宜采用敞开或半敞开式，其承重结构宜采用钢筋混凝土或钢框架、排架结构。
（2）有爆炸危险的厂房或厂房内有爆炸危险的部位应设置泄压设施。
（3）泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等，应采用安全玻璃等在爆炸时不产生尖锐碎片的材料。
（4）泄压设施的设置应避开人员密集场所和主要交通道路，并宜靠近有爆炸危险的部位。
（5）作为泄压设施的轻质屋面板和墙体的质量不宜大于60kg/m²。
（6）屋顶上的泄压设施应采取防冰雪积聚措施。
（7）存在粉尘爆炸危险场所的建筑物应设置符合GB 50016要求的泄爆面积。
（8）对涉及粉尘爆炸危险的工程及工艺设计，当有专门的国家标准时，应符合标准规定；存在粉尘爆炸危险的工艺设备宜设置在露天场所；如厂房内有粉尘爆炸危险的工艺设备，宜设置在建筑物内较高的位置，并靠近外墙。
（9）梁、支架、墙及设备等应具有便于清洁的表面结构。
2.有关设备设施的泄爆/泄压要求
（1）工艺设备的强度不足以承受其实际工况下内部粉尘爆炸产生的超压时，应设置泄爆口，泄爆口应朝向安全的方向，泄爆口的尺寸应符合GB/T 15605的要求。
（2）对安装在室内的粉尘爆炸危险工艺设备应通过泄压导管向室外安全方向泄爆，泄压导管应尽量短而直，泄压导管的截面积应不小于泄压口面积，其强度应不低于被保护设备容器的强度。
（3）不能通过泄压导管向室外泄爆的室内容器设备，应安装无焰泄爆装置。
（4）具有内联管道的工艺设备，设计指标应能承受至少0.1MPa的内部超压。
3.采用泄爆/泄压方式的优缺点对比
优点：
（1）安装简单容易；
（2）维护相对成本低；
（3）形式多样。
缺点：
（1）泄爆方向有特殊的要求，受到限制；
（2）泄爆产生火焰和有毒物质；
（3）不适合有毒物质；
（4）单独泄爆有时无法解决灾害扩大。
（二）隔爆/阻火
爆炸发生后，通过物理化学作用扑灭火焰，阻止爆炸传播，将爆炸阻隔在一定范围内的技术。
1.有关隔爆的规定及要求
（1）存在粉尘爆炸危险的工艺设备，应采用泄爆、抑爆和隔爆、抗爆中的一种或多种控爆方式，但不能单独采取隔爆。
（2）通过管道相互连通的存在粉尘爆炸危险的设备设施，管道上宜设置隔爆装置。
2.隔爆装置的选用要求
（1）隔爆装置宜设置在厂房建筑物的外部。
（2）按照粉尘爆炸特性、除尘器和风管的抗爆强度选用隔爆装置，并确定隔爆装置在主风管上的安装部位。
（3）隔爆装置启动应与除尘系统的控制装置保护联锁。
3.隔爆/阻火装置的优缺点对比
优点：
（1）安装简单容易；
（2）维护相对成本低。
缺点：
（1）不能单独使用，需要和其他控爆措施联用；
（2）隔爆阀的抗爆性应满足粉尘的爆炸参数。
（三）抑爆
爆炸初始阶段，通过物理化学作用扑灭火焰，使未爆炸的粉尘不再参与爆炸的控爆技术
1.抑爆对于厂房和设备的要求
（1）同一座厂房或厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时，厂房或防火分区内的生产火灾危险性类别应按火灾危险性较大的部分确定；当生产过程中使用或产生易燃、可燃物的量较少，不足以构成爆炸或火灾危险时，可按实际情况确定；当符合下述条件之一时，可按火灾危险性较小的部分确定：丁、戊类厂房内的油漆工段，应当采用封闭喷漆工艺，封闭喷漆空间内保持负压、油漆工段设置可燃气体探测报警系统或自动抑爆系统，且油漆工段占所在防火分区建筑面积的比例不大于20%。
（2）存在粉尘爆炸危险的工艺设备，宜采用抑爆装置进行保护。
2.抑爆装置的要求
（1）如采用监控式抑爆装置，应符合GB/T 18154的要求。
（2）抑爆系统设计和应用应符合GB/T 25445的要求。
3.抑爆措施的优缺点对比
优点：
（1）将爆炸遏制在初始阶段；
（2）安装简单容易；
（3）适用于有毒环境。
缺点：
（1）安装成本相对较高；
（2）维护成本较高；
（3）对反应速度快的物质不适用。
（四）抗爆/耐爆
通过加强建筑物与设备设施的强度，使建筑物与设备设施可承受爆炸产生的超压而不破裂或坍塌。
1.建筑物与设备设施抗爆要求
（1）中央控制室应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆设计。布置在装置区的控制室、有人值守的机柜间宜进行抗爆设计，抗爆设计应按现行国家标准《石油化工控制室抗爆设计规范》GB 50779的规定执行。
（2）生产和处理能导致爆炸的粉料时，若无抑爆装置，也无泄压措施，则所有的工艺设备应采用抗爆设计，且能够承受内部爆炸产生的超压而不破裂。
（3）各工艺设备之间的连接部分（如管道、法兰等），应与设备本身有相同的强度；高强度设备与低强度设备之间的连接部分，应安装隔爆装置。
（4）耐爆炸压力和耐爆炸压力冲击设备应符合GB/T 24626的相关要求。
2.抗爆/耐爆措施的优缺点对比
优点：
（1）对于设备能够将爆炸局限在设备内；
（2）安装简单容易；
（3）适用于有毒环境；
（4）维护成本低。
缺点：
（1）安装成本相对较高；
（2）基础建设成本比较高；
（3）存在薄弱环节时，存在较大危害。
三、粉尘爆炸预防和控制的管理
（一）进行风险辨识和控制
辨识所存在的粉尘爆炸危险场所，确定粉尘爆炸危险性以及粉尘爆炸危险场所的数量、位置、范围、作业人员数量等基本情况，评估粉尘爆炸风险等级，制定有效风险控制措施。
（二）完善制度文件
1.完善粉尘防爆安全管理责任制，明确企业负责人、安全管理人员及涉爆粉尘作业相关岗位人员的安全管理责任；
2.建立粉尘防爆相关安全管理制度（包括除尘系统管理等）和岗位操作规程，安全操作规程应包含防范粉尘爆炸的安全作业和应急处置措施等内容。
（三）定期开展安全检查
企业应结合自身粉尘爆炸危险场所的工艺、设备、粉尘爆炸等特性、爆炸防护措施及安全管理制度，制定本企业粉尘防爆实施细则和安全检查表，并按安全检查表定期认真开展粉尘防爆安全检查。企业应每季度至少检查一次，车间（或工段）应每月至少检查一次。
（四）加强教育培训
1.企业应认真做好安全生产和粉尘防爆教育及培训，普及粉尘防爆安全知识和有关法规、标准，使职工了解本企业粉尘爆炸危险场所的危险程度和防爆措施；
2.企业主要负责人、安全管理人员和粉尘爆炸危险岗位的作业人员及设备设施检维修人员应进行专门的粉尘防爆安全技术和业务培训，并经考试合格，方准上岗。
（五）加强应急管理
1.粉尘涉爆企业应当制定有关粉尘爆炸事故应急救援预案，并依法定期组织全体职工进行灭火和应急救援预案演练；
2.应根据粉尘的物理化学性质，正确选用灭火剂；
3.灭火时，应防止粉尘扬起形成粉尘云；
4.若燃烧物与水接触能生成爆炸性气体，不应用水灭火；
5.发生火灾或者粉尘爆炸事故后，粉尘涉爆企业应当立即启动应急响应并撤离疏散全部作业人员至安全场所，不得采用可能引起扬尘的应急处置措施。
（六）加强安全警示
粉尘爆炸危险场所的出入口、生产区域及重点危险设备设施等部位，应设置显著的安全警示标识标志。
↑ 警示标志—当心爆炸
（七）加强动火作业管理
在粉尘爆炸危险场所需要进行动火作业时，应遵守下列规定：
1.由安全生产管理负责人批准并取得动火证；
2.动火作业前应清除动火作业场所10m范围内的可燃性粉尘并配备充足的灭火器材；
3.动火作业区段内应与其他区段有效分开或隔断；
4.动火作业后应全面检查设备内外部，确认无热熔焊渣遗留，防止粉尘阴燃；
5.动火作业期间和作业完成后的冷却期间，不应有粉尘进入明火作业场所。
（八）加强粉尘清理与控制
1.企业对粉尘爆炸危险场所应制定包含清扫范围、清扫方式、清扫周期等内容的粉尘清理制度；
2.所有可能沉积粉尘的区域（包括粉料贮存间）及设备设施的所有部位应进行及时全面规范清扫；
3.采用不产生扬尘的清扫方式，不应使用压缩空气进行吹扫，宜采用负压吸尘方式清扫，按规定清扫收集的粉尘；
4.生产、加工、储运、可燃性粉尘的工艺设备应有防止粉尘泄漏的措施，工艺设备的接头、检查口、挡板、泄爆口盖等均应封闭严密；
5.不能完全防止粉尘泄漏的特殊地点（如粉料进出工艺设备处），应采取有效的除尘措施；
6.手工装粉料场所，应采取有效的防尘措施；
7.进行打包的场所，应定期清扫粉尘；
8.所有可能积累粉尘的生产车间和贮存室，都应及时清扫。
（九）加强检修管理
1.制定设备设施检修安全作业制度和应急处置措施，检修作业应制定实施方案并进行审批；
2.检修作业时应按标准规定采取安全防护措施，禁止交叉作业。
（十）加强个体防护
1.生产人员应按GB/T11651的有关规定，使用劳动保护用品；
2.在工艺流程中使用惰性气体或能放出有毒气体的场所，应配备可保证作业人员安全的呼吸保护装置；
3.在作业场所内，生产人员不应贴身穿着化纤制品衣裤