摘要：本文提供了粉塵爆炸原因分析以及防護措施，并提供生產(chǎn)線安全改造實例：環(huán)氧粉末涂料生產(chǎn)線安全合規(guī)性改造。
粉塵爆炸原因分析如下。
圖1（a）原木燃燒；（b）堆柴的篝火；（c）粉塵燃燒。從左到右，火勢越來越大，從中你能體會到粉塵燃燒瞬間的能量有多大。其實粉塵爆炸是由粉塵燃燒在一定條件下產(chǎn)生的。
而粉塵爆炸的條件共有5個，除了燃燒的三要素氧氣、可燃物、點火源外，另加上兩個：密閉空間和粉末分布。即所謂的粉塵爆炸五要素：氧氣、可燃物（粉塵），點火源、密閉空間和粉末分布?！把鯕狻贝嬖谟诳諝猓艘残枰鯕鈦砩?，很難在生產(chǎn)過程中被去除?！翱扇挤蹓m”一般為產(chǎn)品，是我們生產(chǎn)的目的?！懊荛]空間”是車間，是我們生產(chǎn)的場所，也不能被去除。剩下的只有“點火源”和“粉末擴散”，這是我們重點要控制的要素。
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可燃物粉塵的爆炸參數(shù)
（1）Kst——點燃到爆炸壓力最大的時間。
（2）Pmax——最大爆炸力（由粉塵材料決定）。
（3）Mie——最低引爆能量，當MIE<100mJ（毫焦），必須有粉塵防爆控制。
（4）Mec——粉塵到達爆炸點的濃度。
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粉塵爆炸的相關(guān)術(shù)語
（1）第二次爆炸。一個容器內(nèi)爆炸通過管道或設備引起另一個地方的粉塵爆炸稱為第二次爆炸。第二次爆炸會產(chǎn)生巨大的破壞力并且更具危險性。通常會使用隔爆裝置來避免這種情況發(fā)生。
（2）減少的壓力（Pred）。為了減小爆炸的破壞力，通常設計卸壓的裝置來降低容器內(nèi)的爆炸力，Pred一般設計為容器極限抗壓力等級的三分之二。
（3）爆炸隔離。爆炸隔離是防止爆炸從一個地方傳遞到另一個地方。通常有幾種傳遞形式：爆炸釋放的壓力，爆炸前的火星，爆炸疊加的壓力，伴隨的爆炸。
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揚塵溶度/顆粒度與粉塵爆炸的關(guān)系
判斷粉塵空間有爆炸的危險情況如下。
（1）25W燈在2米之外看不清，粉塵濃度大約在每立方米40克。
（2）設備表面的顏色看不清或積灰厚度大于0.8mm(大約回形針的厚度）。
（3）超細粉末更危險，容易先點燃。同樣的材質(zhì)顆粒度不同會表現(xiàn)出不同的危險等級（比如白砂糖與綿白糖）。
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粉末產(chǎn)品生產(chǎn)線安全防爆的規(guī)范
美國消防協(xié)會（NFPA，National Fire Protection Association）制定了一系列的標準來規(guī)范可燃粉塵生產(chǎn)，工藝以及任何處置設備的基本要求。NFPA 652 是美國消防協(xié)會針對可燃粉末最新版本的標準。下面例舉新標準強調(diào)的部分以幫助我們發(fā)現(xiàn)問題并整改問題。
重點1，粉末危害分析(DHA，dust hazard analysis）要求的提出。新標準引入了DHA（dusthazardanalysis）粉末危害分析的要求和方法。對粉末生產(chǎn)工藝及設備危害分析必須用文字記錄，并歸檔保存。粉塵危害分析包括下列三個部分。
（1）確認危害存在的危險區(qū)域。
（2）確認已有的安全裝置。
（3）確認需要增加的安全防護裝置。
DHA（粉末危害分析）文檔必須具有可追溯性。對現(xiàn)有的工藝，設備的改動，設備負責人和操作者必須完成粉末危害分析（DHA）文件。如工藝，設備沒有變化，每3 年也必須進行粉末危害分析（DHA）文件檢討修訂。
重點2，OSHA 被引入NFPA 標準OSHA（Occupational Safety and Health Administration）職業(yè)安全和健康被要求列入可燃粉塵的控制文件。NFPA654（美國消防協(xié)會標準654）適用于任何生產(chǎn)、工藝和可燃粉塵的處置（儲存和運輸）。防爆裝置的設計必須符合美國消防協(xié)會標準NFPA 69 和NFPA68。
重點3，隔離裝置被要求引入NFPA69 是這樣描述的，當爆炸發(fā)生時，隔離裝置提供快速阻隔爆炸發(fā)生的設備與其他設備的聯(lián)系。NFPA69 提供下列幾種方法（但不限于下例）。
（1）化學阻爆。
（2）快速動作的機械隔斷閥。
（3）外部控制隔斷閥。
（4）被動夾管閥。
上例隔離裝置的功能以及應用會在環(huán)氧粉末涂料生產(chǎn)線防爆安全改造的實例中加以說明。由于生產(chǎn)線各區(qū)域粉塵顆粒度和其它條件（比如生產(chǎn)過程中有熱量產(chǎn)生）不一樣，粉塵產(chǎn)品生產(chǎn)線發(fā)生爆炸事故區(qū)域的概率也是不一樣的。
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粉塵生產(chǎn)線防爆安全改造實例
（環(huán)氧防腐粉末涂料生產(chǎn)線改造）
（1）確定環(huán)氧防腐粉末涂料生產(chǎn)過程中的可燃粉塵（粉塵爆炸5要素中的可燃物）防腐粉末涂料主要原材料為環(huán)氧樹脂、填料和若干添加劑，環(huán)氧樹脂占63%，填料占30%，其它各類添加劑7%。環(huán)氧樹脂是可燃物，但提供的原料是顆粒不是粉狀，有爆炸危險性（危害等級不高），但需要控制措施。填料是硅灰石，不是可燃物，沒有爆炸的危險性。各類添加劑有可燃物，有爆炸的風險，量不多，但也需要有控制措施。最終成品（環(huán)氧防腐涂料粉末）是可燃物且呈粉狀，有爆炸風險且危害等級很高，由于車間占比量巨大，是主要的爆炸可燃物的風險源，需要重點加強控制。粉末的爆炸參數(shù)可以通過查閱有關(guān)技術(shù)資料或進行粉末小樣測試得知，國外有專業(yè)機構(gòu)提供這方面的服務。
我們通過提供所生產(chǎn)的樣品到專業(yè)機構(gòu)測試得知其爆炸參數(shù)MIE<100mJ 毫焦；Pmax（ 最大爆炸壓力）= 9.7 公斤/ 平方厘米。根據(jù)美國NFPA 消防協(xié)會標準，生產(chǎn)線的爆炸防護等級設定為第2類，第2分部，第G 組（Class II, Div ision 2, Grou p G，）粉塵生產(chǎn)線所有含環(huán)氧粉末產(chǎn)品的密閉空間環(huán)路中的設備、裝置、管道等每一環(huán)節(jié)都必須能承受11 公斤/ 平方厘米的爆炸壓力（簡稱PSR11），我們根據(jù)這一最大爆炸壓力Pmax 值作為依據(jù)來完成生產(chǎn)線防爆安全升級改造工作的。
（2）劃定生產(chǎn)線（車間）防爆區(qū)域。
防腐粉末涂料簡單生產(chǎn)工藝流程：①按配方比例自動加原料→②預混合機原料攪拌預混合→③擠出機原料混合擠出→④展壓成片且冷卻→⑤碎片粉碎機粉碎→⑥原料空氣分離→⑦粉塵粒度篩選→⑧成品包裝通過DHA（粉塵危害分析），工序①稱重配料；②預混料機；⑤碎片粉碎機；⑥原料空氣分離的氣流分級機；⑦產(chǎn)品粒度篩選機以及輔助生產(chǎn)裝置：中間粉塵傳輸管道和超細粉工藝集成器定義為粉塵爆炸危險區(qū)域。對防爆區(qū)域必須加裝防爆安全裝置來進行生產(chǎn)線安全生產(chǎn)的全面升級改造。
（3）防爆區(qū)域加裝安全防護裝置。
圖2 為升級改造后的工藝設備流程圖。
#1 配料站的喂料螺桿改為密封結(jié)構(gòu)。目的是不讓粉塵漏出，杜絕車間粉塵爆炸的危險。
#2 對預混料機進行防爆電器等級改造，使其符合第2 類，第2 分部，第G 組（Class II, Div ision 2, Gro up G）電器防爆標準，外壁加厚以提高能承受11公斤/平方厘米的粉塵爆炸所產(chǎn)生的壓力（環(huán)氧粉末產(chǎn)品的最大爆炸力9.7 公斤/平方厘米），在轉(zhuǎn)軸的軸承處增加溫度傳感器監(jiān)測腔體內(nèi)部溫度。一旦超過標準設置的溫度立即停機。
#3 環(huán)氧防腐涂料成品輸送管道系統(tǒng)均更換為PN16/20標準的無縫管，耐壓超過11公斤/ 平方厘米，以起到可以防爆的要求。
#4 在線氣流分級機以及旋風分離器改造，材料加厚以使其能承受超過11 公斤/ 平方厘米的粉塵爆炸所生產(chǎn)的壓力。
#5 旋轉(zhuǎn)閥升級改裝為西屋的防爆旋轉(zhuǎn)閥。
#6 在集塵器與在線氣流分級機之間加裝一個隔離閥。當集塵器發(fā)生粉塵爆炸時，該閥可以阻隔集塵器與在線氣流分級機之間的聯(lián)系，防止氣流分級機發(fā)生第2次爆炸。集塵器儲存的都是超細粉，該區(qū)域是粉塵爆炸危險等級最高的。根據(jù)粉塵爆炸事故概率統(tǒng)計，52%粉塵爆炸事故發(fā)生在集塵器。
#7 在集塵器加裝BS&B抑爆裝置，該裝置可在爆炸啟動瞬間噴發(fā)干粉撲滅粉塵火苗以扼殺粉塵爆炸在萌芽之中。
#8 在集塵器與工藝風機之間加裝一個隔離閥，目的是一樣的，防止集塵器可能的爆炸影響工藝風機以及后面的設備。
#9 在粉碎機與干風機之間加裝一個隔離閥。當粉碎機的粉塵發(fā)生爆炸時，爆炸壓力會推動閥芯切斷粉碎機與干風機之間的聯(lián)系，以防止粉碎機粉塵爆炸影響到干風機以及之后的設備。粉碎機是防爆設計，能承受11公斤/平方厘米以上的粉塵爆炸壓力。
除工藝流程圖標注的9處安全防爆裝置，我們還控制了生產(chǎn)線，車間可能產(chǎn)生的靜電，靜電是粉塵爆炸可怕的點火源。
生產(chǎn)線上所有設備單元之間要用導線跨接并一同接地，目的是消除所有設備，裝置以及設備之間管道的靜電。
車間地皮會有積粉塵，也必須導電消除靜電。開始我們用傳統(tǒng)的導電環(huán)氧地坪，剛鋪好通過導電率的測試，沒什么問題。但過了幾個月，發(fā)現(xiàn)所生產(chǎn)的產(chǎn)品（環(huán)氧涂料粉末）粘在導電環(huán)氧地坪表面，影響其原先的導電性能。后改為在地坪上鋪鋼板解決了這個問題。它的成本比導電環(huán)氧地坪還要低。
（4）環(huán)氧防腐涂料生產(chǎn)線安全防爆裝置的維護保養(yǎng)。
環(huán)氧防腐涂料生產(chǎn)線安全改造完成后安全防護裝置的保養(yǎng)維護同樣十分重要。下面列舉重點來說明。
第一，集塵器加裝的抑爆裝置（也有生產(chǎn)線安裝泄壓裝置）要定期測試其功能是否有效。（建議開始每3月一次，以后有信心，可以延長到半年或1 年）。
第二，所有的隔離閥要定期測試其功能是否有效，隔離閥有機械的，也有氣電控制的。建議用機械式的，在條件不具備使用機械式隔離閥的情況下，才考慮選用氣電控制閥，機械隔離閥保養(yǎng)相對比較簡單。（同樣建議開始每3月一次，以后有信心，可以延長到半年或1年）。
第三，粉塵產(chǎn)品輸送管道要定期檢測管壁厚度，檢測點一般選在彎頭處，并作永久的標志，每次測同一個地方以觀察它的變化。一旦發(fā)現(xiàn)管壁厚度接近極限，考慮更換新的無縫鋼管。（建議每年測一次，并記錄保存管壁厚度值）。
第四，靜電是粉塵爆炸的點火源，它必須被絕對消除。維修技術(shù)員必須定期檢測設備與大地的電阻小于4歐姆，車間地坪與大地電阻小于10 歐姆，建議每年一次。
第五，生產(chǎn)線防爆安全裝置有關(guān)的備件必須是生產(chǎn)線設計所規(guī)定的品牌、型號，并保存質(zhì)量保證證書。如各種原因更改備件品牌，型號必須走DHA（粉塵危害分析）管理程序。
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結(jié)語
對任何點燃能量MIE<100mJ 毫焦的粉末生產(chǎn)、儲存等操作，必須有DHA（粉塵危害分析）流程并加裝安全控制措施。根據(jù)粉塵爆炸事故統(tǒng)計，集成間是最危險的區(qū)域，集成器里超細粉，極易被點燃爆炸，該區(qū)域必須安裝泄壓裝置或化學抑爆裝置，前后加裝隔離閥，在可能爆炸發(fā)生時，隔斷與前后設備的聯(lián)系。粉碎機是第二危險區(qū)域，必須選用防爆粉碎機，且安裝隔離閥使其與設備之間有阻隔要求（當粉碎機發(fā)生爆炸時）。除了升級改造粉末生產(chǎn)線硬件之外，還要建立起一套完整的安全生產(chǎn)規(guī)章制度。注意以下幾點。
（1）車間要經(jīng)常打掃，不要讓沉積粉塵超過0.8mm。
（2）生產(chǎn)線設備，車間要有防止靜電措施。靜電是可怕的粉塵爆炸點火源。
（3）一定要建立起一整套生產(chǎn)線，車間安全防護裝置PM（預防性維修）計劃。
（4）大包裝（頓包裝）粉末原料/ 成品包裝袋必須有接地線并接地。
（5）車間禁止抽煙和有關(guān)動火作業(yè)，如一定要動火作業(yè)，必須停止生產(chǎn)并移走粉末原料和成品。
（6）對從事粉末產(chǎn)品生產(chǎn)全體人員（管理人員，工程師，維修技術(shù)員，生產(chǎn)線操作工）的粉塵生產(chǎn)安全培訓是非常重要的，讓所有從事粉末生產(chǎn)的員工掌握粉塵爆炸以及防范的知識，杜絕操作上任何失誤。
總之，安全生產(chǎn)人人有責，特別是有粉塵爆炸危害的生產(chǎn)線，從我做起，真正做到零事故安全生產(chǎn)。
文/樂仲麟
3M中國有限公司
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