粉尘涉爆企业隐患分析及风险控制研究*

李辉 汪涛 路锟

(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 武汉 430081)

0 引言

近年来，随着越来越多的企业生产工艺环节中涉及可燃性粉尘，由于管理、意识、工艺等多方面的原因，粉尘爆炸事故频发，如南通双马化工“4·16”爆炸事件、江苏昆山中荣金属公司“8·2”特别重大爆炸事故、内蒙古根河“1.31”较大粉尘爆炸等。粉尘涉爆企业安全管理现状堪忧，深入核查并分析粉尘涉爆企业隐患一直是企业和政府应重视和关注的热点。

1 粉尘爆炸原理

粉尘爆炸是指一定浓度的可燃性粉尘，与助燃剂(空气)混合后，分布在相对密闭空间中，遇到点燃源(明火或高温)后在密闭空间中发生快速的燃烧化学反应，在释放大量热量的同时形成巨大的膨胀压力，进而发生爆炸并造成严重破坏的现象[1]。通常认为粉尘爆炸应具备5个要素[2]，即可燃性粉尘、助燃剂、点火源、形成粉尘云和相对密闭的空间，如图1所示。

图1 粉尘爆炸“5要素”

2 粉尘爆炸事故隐患

根据《工贸行业重大生产安全事故隐患判定标准》安监总管四〔2017〕129号中存在粉尘爆炸危险的行业领域中“十项重大事故隐患”，对77家粉尘涉爆企业进行粉尘防爆安全生产隐患核查共发现隐患299个，具体隐患分布如图2所示。

如图2所示，粉尘爆炸重大事故隐患有构建筑物、除尘系统、防火防爆和粉尘清理4个方面，其中除尘系统隐患占比最高为47%，其次为粉尘清理占比33%，而防火防爆占比18%，最后是构建筑物占比为2%。由此可见，目前粉尘涉爆企业存在的隐患主要集中在除尘系统和粉尘清理方面，这两方面共占隐患总数的80%。

图2 隐患分布

除尘系统方面的隐患主要集中在重大隐患3、4、5、6，占隐患总数的96%，即34%表现为干式除尘系统未规范采用泄爆、隔爆、惰化、抑爆等任一种控爆措施；26%表现为除尘系统采用正压吹送粉尘，且未采取可靠的防范点燃源的措施；22%表现为除尘系统采用粉尘沉降室除尘，或者采用干式巷道式构筑物作为除尘风道；14%表现为铝镁等金属粉尘及木质粉尘的干式除尘系统未规范设置锁气卸灰装置。粉尘清理的隐患主要表现为未制定粉尘清扫制度或作业现场积尘未及时规范清理。

3 粉尘爆炸控制措施

3.1 粉尘爆炸因果链锁

据海因里希因果连锁论，即事故的发生是一连串事件按一定顺序互为因果依次发生的结果，如一块骨牌倒下，则将发生连锁反应，使后面的骨牌依次倒下。粉尘爆炸事故也是一连串骨牌依次倒下而发生的，只有中断骨牌的倒下才能对事故进行控制，如图3所示。

图3 粉尘爆炸因果链锁

基于粉尘爆炸5要素和海因里希因果连锁论，构建粉尘爆炸预防性和控制性原理，将粉尘爆炸控制措施分为预防性措施PM(Preventive Measures)和控制性措施CM(Control Measures)，如图4所示。

图4 粉尘爆炸预防性和控制性原理

3.2 预防性措施

预防性措施是通过消除粉尘爆炸发生的条件[3]，以避免粉尘爆炸事故的发生，主要包括：防止形成粉尘云PM1、隔绝助燃剂PM2、控制点燃源PM3和相对密闭的空间PM4。

(1)防止形成粉尘云PM1。当可燃性粉尘弥漫在空气中，空气中的氧气则起到助燃作用，此时便形成可燃性粉尘云。因此，应及时清理作业现场粉尘，现场没有粉尘则不会产生粉尘云，应当注意的是在清理粉尘时需采用不产生扬尘的方式，以防止粉尘弥漫作业场所。

(2)隔绝助燃剂PM2。由于在绝大多数情况下可燃性粉尘是直接与空气接触的，除特殊工艺采用惰性气体作为作业环境气体外，一般情况下很难彻底做到隔绝助燃剂(氧气)。

(3)控制点燃源PM3。可燃性粉尘云形成之后，若环境中出现足够能量的点燃源，可燃性粉尘则与氧气发生快速的化学反应，形成爆燃现象。因此，控制点燃源应做到在粉尘爆炸危险区域采用防爆电气设备，采取措施消除热表面、热辐射、静电以及电火花。

(4)控制相对密闭的空间PM4。可燃性粉尘云在相对密闭空间中发生爆炸，因为受到空间限制，其爆炸压力巨大，形成的冲击波破坏力强。因此，控制相对密闭空间应合理布局生产设备，产尘环节尽可能敞开式作业，产生粉尘的场所应当拥有足够大的空间。

3.3 控制性措施

控制性措施是在预防性措施失效的情况下，通过采取控制措施来减弱粉尘爆炸造成后果，主要包括粉尘爆炸危险场所与人员密集场所的安全距离；采用湿式除尘系统；除尘系统采取泄爆措施、抑爆措施、隔爆措施、惰化措施等。

控制性措施CM主要应用在除尘系统，预防性措施中为防止形成粉尘云而采用负压式中央除尘器进行除尘，进而将粉尘爆炸风险由车间转移至除尘器本身。因此，采用湿式除尘器可以消除火灾爆炸风险，通过在除尘系统中安装泄爆装置、抑爆装置、隔爆装置、惰化装置来实现粉尘爆炸时引导泄爆方向、阻止爆炸传播、减弱爆炸反应；通过保障粉尘爆炸危险场所与人员密集场所的安全距离，来降低人员伤害和财产损失。

4 粉尘爆炸控制原则

依据粉尘爆炸预防性和控制性原理图，将《工贸行业重大生产安全事故隐患判定标准》粉尘爆炸“十项重大事故隐患”分为预防性隐患和控制性隐患两类，其中控制性隐患包括重大隐患1、2；预防性隐患包括重大隐患2、4、5、6、7、8、9和10。基于预防性隐患和控制性隐患，将77家粉尘涉爆企业的299个隐患重新分布如图5所示。

图5 预防性和控制性隐患分布

如图5所示，控制性隐患占比较少，仅为18%，其中重大隐患3(干式除尘系统未规范采用泄爆、隔爆、惰化、抑爆等任一种控爆措施)占控制性措施总比89%；而预防性隐患占比较多为82%，其中的重大隐患10(未制定粉尘清扫制度，作业现场积尘未及时规范清理)占预防性隐患总比40%，重大隐患4、5和9共占比42%。

因此，粉尘爆炸事故隐患应采取预防性措施为主，集中解决正压吹送粉尘、火花探测、沉降室、干式巷道、粉尘清理等问题；控制性措施为辅，重点关注干式除尘系统泄爆、隔爆、惰化、抑爆等控爆措施以及安全距离的问题。

5 结论

(1)通过对77家粉尘涉爆企业299个重大隐患进行分析，得出粉尘涉爆企业存在的隐患主要集中在除尘系统和粉尘清理方面，而除尘系统方面的问题主要集中于重大隐患3、4、5、6。

(2)绘制了粉尘爆炸因果链锁图，基于粉尘爆炸5要素和海因里希因果连锁论，构建粉尘爆炸预防性和控制性原理，将粉尘爆炸控制措施分为预防性措施PM(Preventive Measures)和控制性措施CM(Controlling Measures)。

(3)根据粉尘爆炸预防性和控制性原理，重新对77家粉尘涉爆企业299个重大隐患分布，提出应采取预防性措施为主，控制性措施为辅的粉尘爆炸控制原则。