粉尘爆炸事故因何而起?危害有哪些?企业又该如何进行有效管控和防范?

EHS合规
2024年1月30日

2024年1月20日3时38分,常州市武进区南夏墅街道常州燊荣金属科技有限公司生产车间发生粉尘爆炸,共造成8人死亡、8人轻伤。

粉尘爆炸现场

从现场照片可以看到,涉事厂房的窗户玻璃都被震碎,部分墙体破损严重,外墙上有焦黑的痕迹。目前事故原因正在进一步调查当中。

近年来,粉尘爆炸事故频发,给广大人民生命和财产安全带来了巨大威胁。

粉尘爆炸究竟因何而起?企业又该如何有效管控与防范?

海樊科技将从粉尘危害、爆炸评估、爆炸条件、可燃粉尘、自燃性粉尘、气固复合型混合物6大维度,与您深入了解粉尘爆炸,以帮助企业正确评估和管控粉尘事故风险,确保安全生产。

粉尘危害

粉尘,是悬浮在空气中的固态微粒。根据国际标准化组织的定义,粒径小于 75μm 的固态悬浮物被称为粉尘。

粉尘的存在是维持地球温度的主要原因之一。然而,大气中过多或过少的粉尘都会对环境造成灾难性的影响。

不仅如此,生产性粉尘在日常生活和工作中也是人类健康的主要威胁。

对人体健康的影响:

  • 长期吸入粉尘可导致肺部组织纤维化、硬化和呼吸功能丧失,引发尘肺病;

  • 某些粉尘还可能引发其他疾病,如刺激性皮炎(沥青烟尘、石灰、皮毛)、急性中毒(铅烟、锰尘等)以及增加致癌风险(石棉、放射性物质粉尘)。

对生产的影响:
  • 影响产品质量和精度;

  • 增加设备的磨损,尤其是转动部件。

对环境的影响:
  • 造成环境污染、破坏生态环境等。

此外,粉尘爆炸具有极大的破坏力和杀伤力,足以引发重大事故,造成人员伤亡和财产损失,对公众的生命和财产构成严重威胁。

爆炸评估

粉尘爆炸是指可燃粉尘在受限空间内与空气混合形成粉尘云,在点火源作用下快速燃烧并引发温度和压力剧增的化学反应。

那么,我们有哪些方法可以判断粉尘是否具有爆炸性呢?

物质安全数据表 (MSDS/SDS) 

物质安全数据表应包含以下数据:物理化学特性,例如熔点、沸点、稳定性、蒸气压、氧化性、爆炸性以及易燃性。

化学结构和分子式

爆炸特性指的是关于形成爆燃或爆轰的潜在可能,通常取决于一些特定的官能团组(例如叠氮化物、硝基化合物、过氧化物等),因此可以采用分子结构筛选,特别是对特定的官能团组(例如硝基、过氧基、氯基、叠氮基等)进行识别。

存在这样的官能团组意味着该物质存在很强的热不稳定性,对应的有机粉尘可能具有可燃性。

此外,可以采用热力学计算及预测方法(例如氧平衡、CHETAH [化学动力学及能量释放评估的计算机程序] )来判断该粉尘是否可爆。

查询文献资料

可以借助海樊粉尘数据库进行查询。 

少量物料筛分测试(Go-No Go Test)

通常只需要测试少量物质。将少量物质放置在加热管道上进行点火,用于定性分析物质的燃烧性质。

粉尘爆炸评估过程中,需要注意以下几点:

1. 一般来说,不可爆的粉尘主要有:

不能被继续氧化的氧化物、不能被继续氧化的碳酸盐、卤化物、化合物含 [Cl, F, Br],无机化合物、盐类化合物。

2. 可爆的粉尘主要有:

碳氢化合物,碳水化合物,食品,谷物和其他有机物,金属包括铝、钛、镁、钨、钽、钛、锂、锌、铬、锆、金、铂、钠、钢等。

3. 该粉尘可能出现的环境中,是否存在其他可燃性气体氛围,如果有,则可能形成粉尘-可燃气体混合物,导致出现爆炸性危险环境。

4. 不要仅用粉体的平均粒径判断整体粉体的可爆性,即便平均粒径较大,但其中往往也含有较细的粉体,这少部分的粉体也具备爆炸性。

5. 在以上方法均不能确定粉尘是否可爆时,应转交给专业的测试机构进行检测。

注:根据美国消防协会标准 NFPA 652 《可燃性粉尘基本标准》,可燃物粉体颗粒大于500μm时,所形成的粉尘云不再具有可爆性。但对于粉体当其粒度在10μm以下时则具有较大的危险性。

爆炸条件

与气体爆炸类似,粉尘也必须达到一定浓度才有可能被点燃,从而形成爆炸事故。

粉尘必须能悬浮于空气中

当粉尘无法悬浮于空气中,只是存在于设备表面或地面,则即使被点燃也只是燃烧,而不会出现爆炸的情况。

最小爆炸浓度(MEC)

当空气中分散粉尘云浓度低于某一特定值-最小爆炸浓度(MEC)时,爆炸不会传播。说明该环境中缺少足够的燃料(燃烧大部分是链式反应) 。

最高爆炸浓度(UEC)

当空气中分散粉尘云浓度高于最高爆炸浓度(UEC)时,爆炸也不会传播。说明该环境为富燃料环境,所需的助燃剂不足。

需要注意的是:

1. 最低可爆浓度MEC对于同一种物质来说,并不是定值,它与粉尘粒径、环境中氧浓度、环境中可燃气体含量等有直接关系。

相互关系为粉尘粒径越小,爆炸下限越低;氧浓度越高,爆炸下限越低;可燃挥发分含量越高,粉尘爆炸下限越低。

2. 粉尘云的爆炸威力随粉尘的浓度增加而增加,直到达到最佳浓度,提供最大的爆炸威力。在较高的浓度下,爆炸威力下降或保持基本不变。

易爆粉尘云浓度

以玉米淀粉为例:在正常温度和大气压下,粉尘最低爆炸浓度范围与可能造成人员健康影响的最大粉尘浓度对比,相差4个数量级。

粉尘最低爆炸浓度范围

煤粉的最低爆炸浓度是40g/m3,这个密度相当于一个25瓦灯泡所发出的光都无法透过2米厚的粉尘云浓度。

粉尘最低爆炸浓度

各类粉尘的最低爆炸浓度,最准确的获取办法是通过测试,或查找粉尘数据库。

可燃粉尘

粉尘云发生一次爆炸的条件较为严苛。然而,当地面或设备管线上积聚了一层粉尘时,一次爆炸产生的气浪可能会将这些积聚的粉尘扬起。

同时,在爆炸中心区形成的负压和周围新鲜空气的“返回风”相结合,扬起的粉尘与空气混合,在第一次爆炸的余火作用下引发二次爆炸。

二次爆炸的粉尘总量和扬尘范围通常比第一次爆炸大得多,因此威力和破坏范围更广。

为了更好地避免扬尘和积尘导致的二次爆炸,正确处理可燃粉尘则非常关键。

正常操作时会释放出的可燃粉尘

  • 除向作业场所保持持续稀释通风(GEV)外,还应提供持续局部通风(LEV)以尽量减少粉尘逃逸,并将粉尘输送到除尘器中;

  • 尽量在设计时将涉尘设备设计为负压或惰化环境;

  • 定期清洁地板、管道、管、烟罩、壁架等水平区域以尽量减少工作区域内的粉尘积聚。

可燃粉尘异常泄露处理措施
  • 尽可能的远程切断泄漏源,如切断阀、回转阀等;

  • 人员紧急撤离,并在泄漏场所建筑外围拉起警戒,移走可能产生点火源的设备;

  • 开启事故通风,尽可能的将粉尘云浓度进行稀释;

  • 待粉尘不再泄漏,且现场漂浮的粉尘已沉降或通过通风进行收集后,人员方可前往处理;

  • 处理人员应佩戴防尘呼吸器或防尘口罩,着装防静电服、防静电鞋、防静电手套,以及使用防爆工具;

  • 使用防爆真空吸尘器等不会产生火星的工具对现场进行清理,同时也要避免产生扬尘;

  • 切忌使用压缩空气等带压气体进行吹扫;

  • 对遇湿自燃的金属粉尘,其收集时应采取防水防潮措施;

  • 如有必要应对收集后的粉尘进行失活处理。

粉尘着火处理措施
  • 应根据粉尘的理化性质,正确选用灭火剂,忌用引起粉尘飞扬的灭火措施和方法;

  • 扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水,尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧,又可湿润未燃粉尘,驱散和消除悬浮粉尘,降低空气浓度,但忌用直流喷射的水和泡沫,也不宜采用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211 灭火剂,防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸;

  • 对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等,遇水反应,会使燃烧更剧烈,因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(同样不可有冲击性);

  • 堆积的粉尘如面粉、棉麻粉等,明火熄灭后内部可能还阴燃,也应引起足够重视;

  • 对于面积大、距离长的车间的粉尘火灾,要注意采取有效的分割措施,防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发连锁爆炸。

自燃性粉尘

粉尘的自燃性是指在常温下存放的粉尘在长时间积聚过程中会产生放热反应,当积聚的热量达到粉尘的燃点时,会引发燃烧。

以下是引起粉尘自然发热的几点原因:

氧化热

即粉尘与空气中的氧接触而发热,主要包括金属性粉末(如铝、镁、锌、合金等粉末)、碳素粉末类、其他粉末(如煤粉、原棉等);

聚合热

因粉尘所含的聚合物单体发生聚合反应放热;

分解热

因粉尘中的一些化学物质分解放热,这种物质的分子层面的分解反应通常会产生放热和挥发和/或不凝结的分解产物。这种自反应不需要其他物质引发或参与而且一般只受温度影响;

发酵热

因微生物和酶的作用使粉尘中所含有的有机物降解而发热的物质,如饲料、粮食粉末。

储存以下几类自燃性粉尘时,应注意:

热粉料

具有自燃性的热粉料,贮存前应冷却到正常贮存温度;

散装粉料

在通常贮存条件下,大量贮存具有自燃性的散装粉料时,应对粉料温度进行连续监测;当发现温度升高或有气体析出时,应采取使粉料冷却的措施;

金属粉尘

对遇湿自燃的金属粉尘,其收集、堆放与贮存时应采取防水防潮措施。

气固复合型混合物

当可燃粉尘与易燃蒸汽或气体混合存在时,其危险性比单一物质更高。

例如在混有乙醇溶剂的可燃性粉尘干燥机内部,当可燃气体浓度大于10%的LEL且可燃粉尘浓度大于10%MEC 时,其组成的气固复合型混合物危险性主要体现在:

  • 当可燃粉尘与易燃气体/蒸汽混合物低于其各自的燃烧限值时,将它们混合在一起可形成爆炸性(混合)气氛;

  • 粉尘混合物中存在易燃蒸汽/气体可以使其在空气中更易点燃,即其最小点火能会降低,即使蒸汽/气体浓度低于其燃烧下限值;

  • 由于粒径太大不会爆炸的物质(粉尘)可能在存在易燃蒸汽/气体时爆炸,即使蒸汽/气体低于其燃烧下限;

  • 爆炸后果将会增强,强于单一的爆炸性气体或爆炸性粉尘环境。

因此,气固复合型混合物的爆炸风险需要更加引起注意。

粉尘爆炸作为当前备受关注的高风险之一,需要相关企业及工作人员准确识别粉尘的危害性,对粉尘风险进行有效评估和管控,以合理有效地控制爆炸风险。

针对粉尘爆炸防控,海樊科技为大家提供如下解决方案:

  • DHA自动评估:自动化评估工具,包含3000多种粉尘测试数据及27种常见粉尘设备类型,通过选项的方式自动快速完成涉尘设备的风险评估;

  • 粉尘爆炸性测试:测试项目包括判断是否是爆炸性粉尘,测试爆炸上下限、最大爆炸压力、爆炸指数等内容;

  • 粉尘爆炸培训:提供专业、全面的粉尘爆炸培训,帮助企业快速认识及了解粉尘爆炸的危害及管控要点;

  • 静电及点火源管理培训:根据企业实际,提供专项的静电及点火源管理专项方案及培训服务;

  • 粉尘防爆危险区域划分和电器选型:根据法规规定及企业实际,为企业进行爆炸危险区域划分,以及不同区域电器类型的选用标准。

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最新粉尘防爆重要标准规范汇总(上):含行业分类及安全行业相关粉尘标准

最新粉尘防爆重要标准规范汇总(下):粉尘涉爆安全管理法规监管体系介绍

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