常州市武进区“1.20”粉尘爆炸事故之思(2):粉尘防爆到底应该防什么?

文摘   科技   2024-01-24 18:32   山东  

在我的第一篇文章中《常州市武进区“1.20”粉尘爆炸事故之思(1):粉尘爆炸的威力为什么这么大》,主要分享了粉尘爆炸的机理,以及粉尘爆炸为什么会导致如此之大的伤亡。那么面对如此惨重的伤亡,我们又该如此去避免此类事故的再次发生呢?当然从本质安全的角度来讲,不产生粉尘是最好的,但是囿于某些行业的特点,想抑制粉尘的产生是不现实的,除非我们不发展此类工业和产品。显然这并不是我们想要的,所谓的安全生产,是怎么实现零事故的生产,而不是不去生产。故解决问题的前提,首先是正视问题的存在,然后再去针对性地解决问题。


粉尘爆炸事故的前提是粉尘的大量产生,通过第一篇文章中三个典型事故案例的分析,这种可燃性的粉尘是工业生产过程中不可避免的存在,根据粉尘爆炸的五个要素来分析,对于一个涉及可燃性粉尘产生的机械厂房车间来说,可燃性粉尘存在,空气(氧气)存在,有限空间存在,还有两个不确定的要素:可燃性粉尘达到爆炸极限范围+点火源,所以粉尘防爆的大量关键措施就是为了对付最后两个不确定的要素,换句话说,第一个目的就是防止可燃性粉尘达到爆炸极限范围,第二个目的就是防止任何火花的产生。


对于第一个目的来说,就是除尘。广义的除尘包含一切能降低或消除可燃性粉尘在空间和时间上连续存在的可能,或者将不断产生的粉尘持续动态地限制在某个浓度范围以下。那么狭义的除尘呢,就是我们通常所说的除尘系统。也就是包含了从吸尘罩(吸尘柜)到风管、风机、除尘设施、卸尘、运输等一系列的过程。


对于第二个目的来说,首先是防爆。也就是说在可燃性粉尘无所不及的整个有限空间内,实现全方位的防爆,杜绝任何明火或者火花的产生。但是这个第二个目的,相对来说,要比第一个更难实现,甚至是无法做到。这和某些车间存在的加工特点是有关系的。特别是对于机械加工车间来说,只要存在着大量的焊接、切割、打磨、抛光、喷砂等开放作业环节,想做到完全防爆几乎不太可能,除非在车间的空间布局上,将产生粉尘的区域和产生火花的区域在物理上做到彻底硬隔离,否则所谓的防爆根本无从谈起。我曾经到过一个机械加工的车间,车间内大量的切割和自动焊几乎8小时不间断,但是该车间居然配置了大量的防爆电气设施,包括电灯、开关箱等都是防爆的。这些自相矛盾的措施,又有什么用呢?


对于第二个目的来说,除了防爆,还有一点最容易被我们忽视,那就是防止粉尘自身发生各种化学反应,例如镁粉铝粉受潮或者遇水,发生化学反应,生成易燃气体(氢气等),再加上反应本身属于放热反应,一旦达到粉尘的自燃点,那么就会发生闪爆现象。


在这里我举几个典型的事故案例说明一下:

(一)2014年江苏某金属制品有限公司“8.2”特大事故:

先介绍一个事故背景:发生事故的车间为铝合金汽车轮毂打磨车间,共设计32条生产线,每条生产线设有12个工位,沿车间横向布置,总工位数384个。打磨抛光均为人工作业,工具为手持式电动磨枪,每个工位设置有吸尘罩,每4条生产线48个工位合用1套除尘系统,除尘器为机械振打袋式除尘器。

轮毂打磨车间的工位及除尘配置


在该起事故中,粉尘爆炸的前三个要素完全存在,那么可燃性粉尘是如何达到爆炸极限范围的呢?通过对事故调查的分析,该车间的除尘系统长期未按规定清理,致使48个工人长期打磨作业产生的铝粉尘在集尘器上方积聚,最终达到爆炸极限范围。

那么第四个要素已经具备的情况下,第五个要素点火源又是怎么产生的呢?根据事故调查报告的披露,是抛光作业过程中那些被抛掉的铝粉,本身就是高温的颗粒,然后粘附到集尘器上,恰巧该集尘器结构破损,又赶上南方夏季雨水较多,所以集尘器进水腐蚀受潮,遇到铝粉发生化学放热反应,再加上铝粉长期堆积,集尘器散热条件差,所以温度不断升高,直至达到粉尘的自燃温度。

集尘器底部腐蚀受潮导致铝粉尘遇水自燃


(二)2019年昆山某金属公司“3.31”较大爆燃事故:

2019年3月31日,昆山某金属公司堆放镁合金废屑的集装箱发生爆燃事故,造成7人死亡,直接经济损失4186万元。

该起事故严格来讲,并不属于粉尘爆炸事故,只不过是为了证明镁铝类粉尘之所以频繁发生爆炸,是和金属本身的活性和外界环境分不开的,镁铝类属于化学性质非常活泼的金属,一旦遇到水分,就会发生化学反应生成氢气,同时释放热量。如果反应发生在露天空旷的场所,那么氢气会很快逸散,热量也很快会散失。一旦发生在密闭或有限空间中,氢气会积聚,热量也会积累,最终积累的高温热量,引爆了积聚的氢气。所以无论是固体的镁铝,还是粉体的镁铝,都不会改变这些化学本质。


(三)2012年温州市瓯海区某厂房“8.5”铝粉尘爆炸重大事故

2012年8月5日,温州市瓯海区某幢4间半二层房屋因生产过程中铝粉尘发生爆炸导致坍塌并燃烧,事故共造成13人死亡、15人受伤。

该起事故并非一个正规的生产单位,而是一个代加工的家庭式作坊,主要进行铝制门把手的抛光,所以可想而知,这种作坊式的加工车间根本没有任何除尘设施,另外由于租赁的是民宅,通风和降温效果极差,这就造成两个后果,第一粉尘不能得到及时收集清理,第二夏季炎热,作业人员需开大功率风扇,这就加剧了对粉尘的扰动和悬浮,再加上作业场所使用的大量非防爆电气设备,结果造成了悬浮在空气中的铝粉尘浓度达到爆炸极限,遇抛光机电机控制开关产生的电火花发生爆炸。对于该起事故来说,无论是第一个目的除尘,还是第二个目的防爆,都没有做到,所以说出事故很正常,不出事故才奇怪呢。


(四)2008年美国帝国糖业“2.7”粉尘爆炸事故

2008年2月7日,一系列猛烈的糖粉尘爆炸摧毁了美国乔治亚州温特沃斯港萨凡纳市郊的美国帝国糖业的制糖厂,8名工人当场死亡,另外6名之后在烧伤中心死亡,工厂的大型糖包装厂房全部摧毁。

帝国糖业粉尘爆炸后的惨状

该起事故是由于帝国糖业在对生产过程中弥漫的糖粉,为了避免受到外界的污染影响产品质量,而采取了加盖封闭措施,结果致使糖粉尘在密闭空间内积聚悬浮,最终达到爆炸极限范围,在遇到输送带上的电机轴承发生过热现象(估计可能是润滑原因),引起了糖粉尘的第一次闪爆,产生的冲击波撕碎了封闭盖,并将附着在地面上、管道上和设备上的大量糖粉再次扬起,造成了更剧烈的二次爆炸。该起事故也是在控制粉尘的措施上失误,造成爆炸性粉尘环境的存在。同时对设备的选型和维护缺失,使设备故障导致的发热成了点火源。



结论:

结合上述的典型事故案例和分析,对于存在可燃性粉尘的车间场所来说,我们通常所说的防爆,到底防的是什么?俗话说,一旦方向选择错误,走的越远陷得越深。简单来说,防爆的目的就是我文章开篇中提到的两个目的,我稍作调整,划分三个焦点给大家分享如下:

(1)通过工程措施将不断产生的可燃性粉尘控制在一定的浓度范围之下(常说的除尘系统);

(2)在可燃性粉尘充斥的有限空间内,做好防爆措施,狭义的防爆包括一切用电设备的防爆选型+静电接地,广义的防爆包括一切能引燃粉尘的物体和作业环境的管控(高温、潮湿、遇水自燃等);

(3)对吸收之后的粉尘,要尽可能勤转运,勤清理,勤处理,金属可燃性粉尘和废屑需要临时存放的,一定要独立存放,最好选择开阔地带,并进行通风,防水防潮。

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