粮食粉尘爆炸危险区域分类标准的探析

1 现行的主要粮食粉尘防爆规范

《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》（GB 17440—2008）[1]发布时间最早，2008年12月11日发布，2009年10月1日实施。GB 17440—2008主要引用的是《可燃性粉尘环境用电气设备 第1部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备 第1节：电气设备的技术要求》（GB 12476.1—2000）的相关规定，已执行14年，现正在讨论修订。

《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058—2014）[2]2014年1月29日 发 布，2014年10月1日 实施。GB 50058—2014主要根据《可燃性粉尘环境用电气设备 第1部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备 第1节：电气设备的技术要求》（GB 12476.1—2000）的相关规定。GB 12476.1—2000等效采用了《可燃性粉尘环境用电气设备 第1-1部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备——电气设备的技术要求》（IEC 61241-1-1：1999）（第2版）；GB 12476.1—2013等效采用了《可燃性粉尘环境用电气设备 第0部分：通用要求》（IEC 61241-0-2004）（英文第一版），2013年12月17日发布，2014年11月14日实施。必须在此说明的一点是，IEC 61241-0-2004现已被废止，被《爆炸性环境 第10-2部分：场所分类 可燃性粉尘环境》（IEC 60079-10-2：2009）所取代，因此GB 12476.1—2013等效采用的标准已经失效，现已被《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》（GB/T 3836.1－2021）取 代。GB/T 3836.1－2021等效采用了《爆炸性环境 第0部分 设备 通用要求》（IEC 60079-0：2017），2021年10月11日 发 布，2022年5月1日实施。由此可见，GB 50058—2014重新增补修订也将在所难免。

《爆炸性环境 第35部分：爆炸性粉尘环境场所分类》（GB/T 3836.35－2021）[3]2021年10月11日发布，2022年5月1日实施，等效采用了《爆炸性环境 第10-2部分：场所分类 爆炸性粉尘环境》（IEC 60079-10-2：2015），取代了《可燃性粉尘环境用电气设备第3部分：存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》（GB 12476.3T—2017）。

《粉尘防爆安全规程》（GB 15577—2018）[4]2018年11月19日发布，2019年6月1日实施。GB 15577—2018主要依据GB 12476.1—2013和GB 50058—2014的相关规定。上文已提及，GB 12476.1—2013等效采用的标准IEC 61241-0-2004已经被废止失效，GB 50058—2014也应重新增补修订。GB 15577—2018为何未引用当时最新颁布的GB/T 12476.3—2017，令人难以理解，以至于在爆炸危险区域分类标准方面，出现了一处概念上的错误，下文将就此分析。

2 各规范对区域分类的标准

粉尘爆炸危险区域分类为20区、21区、22区，各规范在分类标准中只是用词上略有不同，没有本质性的区别。

2.1 GB 17440—2008粉尘爆炸危险区域分类规定

20区：在正常操作过程中，粮食粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制的和极厚的粉尘层的场所；21区：在正常操作条件下，可能出现数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物的粮食粉尘，但未划分为20区的场所；22区：未划分为21区的场所，粮食粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在，或在异常条件下出现粮食粉尘的堆积或可能存在粉尘层，并且在空气中产生粮食粉尘混合物。如果不能保证排除粮食粉尘堆积或粉尘层，则应分类为21区。

2.2 GB 50058—2014粉尘爆炸危险区域分类规定

20区应为空气中的可燃性粉尘云持续地或长期地或频繁地出现于爆炸性环境中的区域；21区应为在正常运行时，空气中的可燃性粉尘云很可能偶尔出现于爆炸性环境中的区域；22区应为在正常运行时，空气中的可燃粉尘云一般不可能出现于爆炸性粉尘环境中的区域，即使出现，持续时间也是短暂的。

2.3 GB/T 3836.35－2021粉尘爆炸危险区域分类规定

20区：爆炸性粉尘环境以粉尘云的形式在空气中连续或长时间存在或频繁出现的场所。

21区：正常运行时，爆炸性粉尘环境以粉尘云的形式在空气中可能出现的场所。

22区：正常运行时，爆炸性粉尘环境以粉尘云的形式在空气中不可能出现，如果出现也仅是短时间存在的场所。

2.4 GB 15577—2018粉尘爆炸危险区域分类规定

20区应为爆炸性粉尘环境持续地或长期地或频繁地出现的区域；21区应为在正常运行时，爆炸性粉尘环境可能偶尔出现或故障状态下出现的区域；22区应为正常运行时，爆炸性粉尘环境一般不可能出现的区域，即使出现也是短暂的。

3 区域分类标准的几个关键词

3.1 正常运行

按照GB/T 3836.35－2021的术语和定义，正常运行是指设备在电气上和机械上符合设计规范并在制造商规定的限制范围内使用的运行状况。

3.1.1 设备应在设计参数范围内运行

设计参数包括风、雨等气候条件，还包括粮食品种、湿度、含杂量等生产条件。粮食品种的不同、湿度的高低和含杂量的大小，会对粉尘特性有很大的影响，点燃温度、爆炸浓度均不相同，需采取不同的防爆措施。例如，常见的粮食品种有小麦、大豆、稻谷和玉米，它们的粉尘特性各不相同。粉尘粒径越小，有机物含量越高，含水量越低，则产生的氧化反应越快，需要的着火能量越小，着火温度也越低。有关研究[5]表明，粮食粉尘的爆炸特性参数如表1所示。

表1 谷物粉尘的爆炸特性参数表

粮食的含杂量会影响除尘系统的工作效率。东北某粮库发生粉尘爆炸，调查结论里有一条是除尘效果差。当时是将两个浅圆仓内残留玉米集并到一个平房仓内，笔者推测应该是因为残留的玉米本身含杂量大，又是两个浅圆仓同时出仓作业，灰尘量远远超出除尘系统的设定条件，造成灰尘不能及时吸除，以至造成严重后果。

3.1.2 设备按照制造商规定的限值使用

设备应按出厂标定的能力生产，不能出现过载现象。人们传统理念上总想“多拉快跑”，殊不知这就留下了很大的安全隐患，设备机械磨损加大、发热，容易引起火灾甚至粉尘爆炸。例如，某粮库招标文件规定，输送机的设计能力应最低不小于设计生产能力的110%，气垫带式输送机的设计能力应最低不小于设计生产能力的120%，埋刮板输送机应有115%的过载启动和连续运行能力。由此可以看出，整个系统的设备生产能力已经出现不匹配现象，设计要求的产量为1 000 t·h-1，实际产量有可能是1 100 t·h-1，也可能是1 150 t·h-1，甚至是1 200 t·h-1，其他设备必然出现过载现象。特别是除尘系统，还是按1 000 t·h-1的产量匹配，极有可能造成除尘效果差，存在粉尘爆炸风险。

3.1.3 不应考虑异常情况下的粉尘泄漏

这一点也容易让人误解，有人不分情况，认为只要有粉尘出现的场所，就应该划入粉尘爆炸危险区域。甚至在早期的规范中，也有这样的规定。例如，《可燃性粉尘环境用电气设备 第1部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备 第1节：电气设备的技术要求》（GB 12476.1—2000）第3.15条规定：“22区 在异常条件下，可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在，或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所，如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时，则应分类为21区。”

值得提醒注意的是，《粉尘防爆安全规程》（GB 15577—2018）第4.8条规定：“21区应为在正常运行时，爆炸性粉尘环境可能偶尔出现或故障状态下出现的区域。”规范中把故障状态下出现爆炸性粉尘环境的场所也划入21区，这个概念是错误的，应及时修订改正。

综上可知，不能仅靠提高要求来解决防爆问题，粉尘一旦出现泄漏，就应及时清理，不能放任不管。

3.2 爆炸性粉尘环境

《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》（GB 17440—2008）第3.5条规定：“在大气环境条件下，粉尘或纤维状的可燃性物质与空气混合的混合物点燃后，燃烧传至全部未燃混合物的环境。”《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058—2014）第2.0.24条规定：“在大气环境条件下，可燃性粉尘与空气形成的混合物被点燃后，能够保持燃烧自行传播的环境。”《爆炸性环境 第35部分：爆炸性粉尘环境场所分类》（GB/T 3836.35－2021）第3.5条规定：“在大气条件下，可燃性物质以粉尘、纤维或飞絮状的形式与空气形成的混合物，被点燃后，能够保持燃烧自行传播的环境。”《粉尘防爆安全规程》（GB 15577—2018）第3.2条规定：“在大气条件下，可燃性粉尘与气态氧化剂（主要是空气）形成的混合物被点燃后，能够保持燃烧自行传播的环境。”

开放的场所也有可能是爆炸性粉尘环境，这一点必须强调。封闭的场所容易形成爆炸性粉尘环境，容易理解。开放的场所，也能形成爆炸性粉尘环境，这是由粉尘的特性所决定的。粉尘一旦出现，不会像气体那样可由自然通风完全排除，当然也不能完全忽视开放场所自然条件的影响。粉尘云经通风稀释后，爆炸性粉尘环境出现的时间会变短或暂时不会出现。开放式场所，考虑到自然条件的影响，可以适当缩小爆炸性粉尘危险区域范围，或降低防爆标准。

3.3 粉尘云

粮食粉尘通过释放源，散布到空气中，形成与空气混合的粉尘云，浓度在一定范围内会形成爆炸性环境。另外，粉尘层的危险也不容忽视，由粉尘层引起的危险主要包括3个方面。①建筑物内如果发生初级爆炸，冲击波能使粉尘层上扬，形成粉尘云，并产生比初级爆炸破坏作用更大的二次爆炸。②粉尘层长期堆积，可能由于自发热产生自燃，或被过热的设备点燃，引起火灾危险，并成为爆炸性环境的点火源。③粉尘层有可能会被扰动，形成具有爆炸性危险的粉尘云，被点燃并导致爆炸。

因此，粉尘层应始终得到控制，以降低粉尘爆炸风险。企业应对粉尘爆炸危险场所应制定包括清扫范围、清扫方式、清扫周期等内容的粉尘清理制度[3]。

3.4 持续时间或频率

粉尘爆炸危险区域是根据发生的频率和持续时间分类的，连续或预计频繁或长期出现的场所为20区，预计是周期性或偶尔出现的场所为21区，预计不可能或即使出现也是罕见且短期的场所为22区。

需提醒注意的是，所谓的长期和频繁，都是为了描述一个区域潜在爆炸环境的高可能性，并不需要加以量化。发生的频率和持续时间，与行业或设备的使用方式有关。

4 粉尘爆炸危险区域分类的工作步骤

要想准确分类粉尘爆炸危险区域，以下3步工作是必不可少的。①要确定粉尘特性，如颗粒大小、水分含量、云和层的最低点火温度和电阻率等。②要查阅工艺流程图和设备布置图，确定哪一台设备、哪一段工艺或哪些环节可能会产生粉尘。③要评估粉尘泄漏的可能性，确定粉尘云出现的频次和持续时间，是频繁还是偶尔，是连续或是长期。这3步工作，应由掌握粉尘爆炸危险区域分类原则、具有粮食品种知识、熟悉工艺流程及其设备的专家来执行。经过这3步后，才能准确分类区域范围。以下举例分析粉尘爆炸危险区域分类工作。

2021年3月26日，国家防爆电气产品质量监督检验中心、中国电器工业协会防爆电机分会、全国安全生产标准化技术委员会粉尘防爆分技术委员会和中国港口协会筒仓与散粮运输分会在郑州联合召开了“关于散粮筒仓清仓机粉尘防爆电机选用符合性”的专题会议（会议函字〔2021〕第1号）。会后发布的说明中提到，目前国家涉及粉尘防爆的部分规范与标准中，把散粮筒仓内划分为粉尘爆炸20区，但我国现在未有符合《可燃性粉尘环境用电气设备 第1部分：通用要求》（GB 12476.1—2013）所规定20区的粉尘防爆电机，故而散粮筒仓内清仓机采用了符合21区规定的防爆电机。会议专家组根据散粮筒仓清仓作业过程，结合20世纪80年代以来数千台清仓机从未发生过粉尘燃爆事故的实际情况，以及在由“全国安全生产标准化技术委员会粉尘防爆分技术委员会”终审讨论《港口散粮装卸系统粉尘防爆安全规程》标准所形成的结论，一致同意在散粮筒仓出仓作业时，散粮筒仓内划分为粉尘爆炸21区。

这次会议是一次有益的尝试，开创了专家评估区域分类的先河，实事求是地解决了长期以来生产实际与部分规范标准不相符合的问题。

5 结语

爆炸性危险区域的准确分类，是采取相应防爆措施的关键一步，对于选择相应保护级别的设备及生产管理具有重要的指导意义。笔者希望各规范能对粉尘爆炸性危险区域统一标准，便于相关人员理解执行，建议各区域分类标准定义如下。

20区：正常运行时，爆炸性粉尘环境连续地，或预计长期地或频繁地出现的区域；21区：正常运行时，爆炸性粉尘环境预计周期性地或偶尔地出现的区域；22区：正常运行时，爆炸性粉尘环境预计不可能出现，即使出现也仅是罕见和短期的区域。