中美两国粉尘爆炸风险评估对比研究与分析

乐有邦 张发涛 胡维西 吴晓煜 张倩倩

(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 武汉 430081)

0 引言

粉尘爆炸是指火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现场[1]。粉尘防爆是安全生产的一个重要组成部分，而要开展粉尘防爆工作，企业必须首先开展粉尘爆炸风险评估，辨识企业存在的风险爆炸危险场所，确定可燃性粉尘爆炸危险性以及粉尘爆炸危险场所的数量、位置、危险区域等，分析存在的粉尘爆炸危险因素，评估粉尘爆炸风险，才能制定消除或有效控制粉尘爆炸风险的措施。然而作为粉尘防爆中极其重要的粉尘爆炸风险评估工作，在我国还存在无标准可依、现有的评估方法多样且针对性不强、细化不够、评估内容缺失、可操作性差等问题。

因此，全面评估我国粉尘防爆风险评估现状，提出完善我国粉尘爆炸风险评估工作，判断我国与美国先进做法的差距，提出完善我国粉尘爆炸风险评估的对策和建议，实现与国际先进做法接轨，对规范企业粉尘爆炸风险评估工作，提高我国安全生产水平具有重要意义。

1 美国粉尘危险分析概况

1.1 美国粉尘危险分析标准要求

美国消防协会标准NFPA 652 可燃粉尘基础标准(standard on the fundamentals of combustible dust)第7章明确提出“粉尘危险分析” (dust hazards analysis， DHA)。按照标准的要求，只要涉及可燃或可爆物料的，则此物料所在设施的业主应负责按照要求完成粉尘危险分析(DHA)。按照标准的要求，对于进行改造的现有工艺和设施，企业主应将DHA作为工程的一部分来完成，对于未进行改造的现有工艺和设施，企业主应在标准生效日期起3年内安排并完成现有工艺和设施的DHA。DHA作为一个强制性工作，在美国要求所有粉尘涉爆企业开展。

1.2 美国粉尘危险分析主要内容

DHA主要内容包含：识别和评估存在火灾、闪爆和爆炸危险的工艺或实施区域；确定安全操作范围；确认已有的管控火灾、燃爆和爆炸事故的安全保护措施；建议增加的安全保护措施及其实施计划。DHA的范围包括物料评估，对物料进行粉尘爆炸特性参数进行测试，获取相关数据进行分析。工艺系统评估，对工艺系统中每个存在可燃粉尘或存在可燃固体颗粒而形成可燃粉尘的部分进行评估，评估工艺系统部件之间可能存在的可燃粉尘传输；可燃粉尘可能溢散、排放到建筑物或建筑物隔间以及工艺系统各部分之间潜在的燃爆传播。建筑物或车间评估，对每个存在可燃性粉尘的建筑或车间进行评估，评估建筑或车间之间潜在的可燃粉尘传输问题、评估建筑或车间之间潜在的爆炸传播问题。

1.3 美国粉尘危险分析类型和方法

DHA的类型一般有两种：一种为传统(traditional)的模式，就是系统地评估每个粉尘爆炸危险区域，通过危害管理，从而达到满足NFPA标准的规定要求，其基于对标准规范的对应，按照标准规范逐条进行评估，分析企业对标准的遵循性。

另一种基于风险的模式(risk-based)，这个模式同传统的模式一样也是一种系统的方法，风险评价每个节点，是一种基于可接受的风险管理方法，这个方法有可能不能满足NFPA标准的要求，但也有可能比传统的方法更加严格，是一种综合性的评估方法。

1.4 美国粉尘危险分析步骤

美国DHA分为3个步骤，见图1所示。

图1 美国粉尘危险分析步骤

第一步为核实涉及到的粉尘是否具有可燃性。筛选实验可以用来确定粉尘在空气中悬浮时是否能够支持燃烧。可燃材料可以进行测试以确定点火灵敏度和爆炸的严重程度。如果在爆炸性筛选测试中发现粉尘是可爆的，那么根据情况需要考虑对最大爆炸压力Pmax、爆燃指数Kst、粉尘云爆炸下限浓度MEC、极限氧浓度测试LOC、粉尘云最小点火能量测试MIE、最低着火温度测试(粉尘云&粉尘层)、自热效应、燃烧特性、粉尘荷电率、体积电阻率和电荷弛豫时间等参数进行测试。

第二步为工艺与建筑风险评估。工艺系统风险评估是根据 NFPA 652要求进行DHA分析，确定材料可以形成粉尘云或粉尘层，并能接触点火源的工艺范围。针对粉尘出现的全部区域，DHA应能够解答以下关键问题：工艺系统部件之间可能存在的有意、无意的可燃粉尘传输；可燃粉尘可能逃逸、排放到建筑物或建筑物隔间中；工艺系统各部分之间潜在的燃爆传播。建筑或车间的分析是对每个存在可燃性粉尘的建筑或车间进行评估，包括含有可燃固体颗粒并可能同时出现氧化气氛和有效点火源的车间。

第三步为给出建议。从防火、防爆、除尘器粉尘清理、粉尘清扫方面给出粉尘防爆建议，必要时给出设计和设备安装建议。

2 我国粉尘爆炸风险评估概况

2.1 我国粉尘爆炸风险评估标准要求

我国标准《粉尘防爆安全规程》(GB 15577—2007)第4.2条要求“企业应清楚本企业有无粉尘爆炸危险场所，并采取能有效预防和控制粉尘爆炸的措施”。从2007年，我国标准就要求所有的粉尘涉爆企业开展粉尘爆炸风险评估工作，但对评估的内容没有给出具体的要求。

2018年，在总结多年粉尘防爆经验和重特大粉尘爆炸事故案例的基础上，对GB 15577进行了修订，《粉尘防爆安全规程》(GB 15577—2018)第4.1条要求“企业应辨识所存在的粉尘爆炸危险场所，确定可燃性粉尘爆炸危险性以及粉尘爆炸危险场所的数量、位置、危险区域等，分析存在的粉尘爆炸危险因素，评估粉尘爆炸风险，并制定能消除或有效控制粉尘爆炸风险的措施”。该标准对粉尘涉爆企业开展风险评估进行了强制性要求。

此外，新制定的《工贸企业粉尘防爆安全规定》从部门规章的层次对粉尘爆炸风险评估提出了要求，并从2016年开始立项起草国家推荐性标准《粉尘爆炸风险评估指南》，指导企业开展粉尘爆炸风险评估工作。

2.2 我国粉尘爆炸风险评估主要内容

我国粉尘爆炸风险评估主要内容有爆炸性粉尘辨识、建筑风险辨识、工艺及设备辨识、管理缺陷辨识等内容。同时分析爆炸性粉尘环境出现的频率、点火源引燃有效性、粉尘爆炸事故后果严重度及粉尘爆炸风险等级，并提出改进措施及建议。

2.3 我国粉尘爆炸风险评估类型和方法

目前，我国的粉尘爆炸风险评估工作最主要的目的是满足政府或者行业监管的要求。因此，粉尘爆炸风险评估目前的主要做法还是对照相应的国家标准规范，进行逐条地评估，确认企业是否已达到标准规范的要求。

从单纯的风险分析的方法来说，目前在国内主要的方法有检查表法(Checklist)、事故树分析法(ETA)、故障树分析法(FTA)、故障类型与影响分析法(FMECA)、危险性与可操作性研究(HAZOP)和道化学火灾爆炸指数法(F&EI)等，此外，矩阵分析法也是常见的风险分析方法之一。科学合理地选择风险分析的方法有助于快速、高效地分析系统中存在的粉尘爆炸风险。

2.4 我国粉尘爆炸风险评估步骤

我国粉尘爆炸风险评估的主要步骤分为以下3步(见图2)：第一步为前期准备，主要工作为收集企业相关信息；第二步为危险源辨识、风险分析、风险评价；第三步为得出评价结论、给出风险等级并提出改进建议。

图2 我国粉尘爆炸风险评估流程

3 对比分析

粉尘防爆标准，国际上以美国、德国最为权威[2]，美国的标准需求是由市场来决定的[3]，而非政府计划标准的需求，且很多也不是作为强制性的要求。但在粉尘爆炸风险评估上，美国却将DHA作为一项强制性内容，要求企业在3年内完成粉尘爆炸风险评估工作，这在强制性要求上，同我国保持了一致性。

在粉尘爆炸风险评估指导上，相比美国，我国粉尘爆炸风险评估仅有标准的要求，尚未颁布实施粉尘爆炸风险评估指导标准。目前，我国的粉尘涉爆企业多数为中小微企业，企业人员对粉尘爆炸认识较低，技术能力不足，因缺乏相应的国家文件指导，企业较难开展相应的风险评估工作。此外，在粉尘爆炸的基础研究方面如点火能量对粉尘爆炸特性参数的影响[4]、工业粉尘惰化抑爆技术的研究上[5-6]，我国也相对滞后。

在评估类型上，美国有基于风险的粉尘爆炸风险分析和基于法规标准的粉尘分析，我国粉尘爆炸风险仅能按照相关标准规范进行评估。

在分析步骤上，美国与我国粉尘爆炸风险评估步骤相近，但在内容上，我国粉尘爆炸风险评估给出了粉尘爆炸风险等级，比美国DHA内容更加详细、更加广泛。

4 建议

4.1 将粉尘爆炸风险评估作为执法检查重要内容

《全国安全生产专项整治三年行动计划》将粉尘涉爆企业整治作为一项重要内容纳入计划，我国标准规范也强制要求所有的粉尘涉爆企业要开展粉尘爆炸风险辨识工作，但目前政府安全生产监管部门主要的工作重心还是依据《工贸行业重大生产安全事故隐患判定标准(2017版)》(安监总管四[2017]129号)和《粉尘防爆安全规程》(GB 15577—2018)开展相关的安全生产执法检查，企业粉尘爆炸风险评估这项工作并未纳入重点执法检查内容。粉尘爆炸风险评估工作是粉尘防爆最基础性的工作，也是双重预防机制的重要工作，应将其作为重要执法检查内容纳入执法计划。

4.2 加快制定粉尘爆炸风险评估标准

我国2016年开始立项起草国家推荐性标准《粉尘爆炸风险评估指南》，但因一些原因，标准迟迟未能公布实施，现有企业因无有效指导，开展的粉尘爆炸风险评估不能有效地反映企业的粉尘爆炸风险水平。因此，应在借鉴美国消防协会标准NFPA 652 可燃粉尘基础标准(standard on the fundamentals of combustible dust)第7章明确提出粉尘危险分析 (dust hazards analysis，DHA)相关内容的基础上，加快制定我国《粉尘爆炸风险评估指南》，指导企业开展粉尘爆炸风险评估工作。

4.3 探索基于风险的粉尘爆炸风险模式

我国粉尘涉爆企业中小微企业较多，很多企业在涉可燃性粉尘工艺设备上，可能仅有一台打磨机、抛光机、锯床等，涉粉作业人员也可能仅1人，按照我国基于标准的风险评估方式，很多企业可能不能满足国家法规标准的要求，但从风险分析的角度，粉尘爆炸风险可能并不高。

美国联邦职业安全健康局(OSHA)在健康安全上，并不是要求所有的企业都完全按照法规、标准条款去做。如OSHA虽然要求所有进行可燃固体处理的企业开展DHA，但是DHA给出了两条途径，一种是常规的基础标准规范的安全路线，一种则是风险分析的途径。企业如果经过风险分析认为其可燃性粉尘是安全的，则企业完全可以不需要按照法规标准去做，极其务实实用。美国NFPA标准除了常规的标准要求，也提出基于性能的设计与考虑，只要企业能够达到最后防范事故发生的效果，企业也可以不完全按照标准规范开展工作。

因此，应尽快从法规上要求企业开展粉尘爆炸风险评估工作，同时探索粉尘爆炸风险评估方式，允许企业根据自身管理特点和管理水平，从性能角度出发，开展粉尘爆炸风险评估工作。