粉尘防爆基础知识及风险控制

2016年8月1粉尘防爆基础知识及风险控制于新宇福建省安全生产科学研究院内容提要一、粉尘爆炸基本原理二、粉尘爆炸危险场所区域划分三、粉尘爆炸的主要防范措施四、粉尘防爆安全标准体系解读五、粉尘涉爆企业现场执法检查要点一、粉尘爆炸基本原理（一）什么是粉尘爆炸（二）粉尘爆炸主要特点（三）粉尘爆炸五要素（四）影响粉尘爆炸的主要特性因素（五）粉尘爆炸常见的原因（一）什么是粉尘爆炸粉尘爆炸是火焰在弥散于空间的可燃粉尘云中传播，引起显著的压力、温度跃升的现象。粉尘爆炸破坏力大于TNT炸药。（一）什么是粉尘爆炸可燃性粉尘：在空气中能燃烧或无焰燃烧并在大气压和正常温度下能与空气形成爆炸性混合物的粉尘、纤维或飞絮。金属：镁粉、铝粉、钛粉煤炭：煤粉、活性炭粉粮食：面粉、糖粉、玉米粉、土豆粉、干奶粉、淀粉饲料：血粉、鱼粉农副产品：棉花、烟草、茶叶粉尘林产品：纸粉、木粉、纤维粉尘合成材料：塑料、染料水泥、泥沙、飞灰等是不可燃粉尘。粉尘爆炸过程（一）什么是粉尘爆炸初始爆炸也叫一次爆炸，是由初始点火源引起的爆炸；二次爆炸是由初始爆炸的冲击波将未发生爆炸区域内的沉积粉尘扬起，形成粉尘云，并被传播来的火焰引燃发生的爆炸。（一）什么是粉尘爆炸爆炸浓度极限：粉尘（可燃气体、液体蒸气）与空气混合后，遇火源会发生爆炸的最高或最低的浓度范围，称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。能引起爆炸的最高浓度称爆炸上限，能引起爆炸的最低浓度称爆炸下限，上限和下限之间的间隔称爆炸范围。粉尘（可燃气体、液体蒸气）与空气混合后形成的混合物遇火源不一定都能发生爆炸，只有其浓度处在爆炸极限范围内，才发生爆炸。浓度高于上限，助燃物数量太少，不会发生爆炸，也不会燃烧；浓度低于下限，可燃物的数量不够，也不会发生爆炸或燃烧。（一）什么是粉尘爆炸粉尘爆炸下限：可燃粉尘爆炸浓度上限，因为太大，以致在多数场合都不会达到，所以实际意义不大，通常只应用粉尘的爆炸下限。定义为粉尘云在给定能量点火源作用下，能发生自持火焰传播的最低浓度，单位：g/m3。职业健康涉及的粉尘浓度1mg/m3~10mg/m3粉尘爆炸浓度范围30g/m3~3kg/m3粉尘层500kg/m3(二)粉尘爆炸特点1）连续性爆炸是粉尘爆炸的最大特点，易造成二次爆炸和连续爆炸。第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在第一次爆炸余火引燃下引起的第二次爆炸，甚至是多次连续爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，二次爆炸威力比第一次要大得多，其破坏性也更大；2）粉尘爆炸所需的最小点火能量较高，一般在几十毫焦耳以上，而且热表面点燃较为困难；3）与可燃气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，破坏力强，发生粉尘爆炸时，爆炸燃烧物飞出，易引发大范围火灾、造成局部严重炭化和人体严重烧伤；(二)粉尘爆炸特点4）具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广，金属制品加工、木（竹）材加工、粮食和饲料等农副产品加工、医药加工、煤炭、化工等行业企业时有发生。近几年来，我国每年发生粉尘爆炸的频率为：局部爆炸150-300次，系统爆炸1-3次，且呈增长趋势。我国发生的这些粉尘爆炸尤其是系统爆炸，造成了严重损失，仅2014年8月2日，江苏省苏州昆山市中荣金属制品有限公司“8•2”特别重大爆炸事故共计造成146人死亡，114人受伤，直接经济损失达3.51亿元。5）能产生有毒气体。主要有两种，一种是一氧化碳；另一种是爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡，必须充分重视。（三）粉尘爆炸五要素五个要素粉尘爆炸燃烧三要素氧气可燃性粉尘点火源增加扩散受限空间点火源（三）粉尘爆炸五要素（1）明火焰：吸烟；工业动火-如气焊割；其它明火-如加热炉（2）高温物体：加热设备、供暖设备和管线（电烙铁、暖气片、未加保温的热力管道）；非防爆电机、灯具的热表面（过热马达、白炽灯）；其他（汽车排气管、烟囱火星、焊割作业金属熔渣）（3）电气火花：电气线路短路电缆老化电缆因环境原因被破坏（机械破坏、老鼠啃咬等）非防爆电气设备启停或运行过程产生的火花（4）静电放电：火花放电、刷型放电、电晕放电、静电积累、人体静电等引发粉尘爆炸的点火源（三）粉尘爆炸五要素（5）撞击与摩擦：各种打磨抛光工具和金属件的摩擦转动轴摩擦发热粉碎研磨设备中混入杂物（铁屑等）斗式提升机跑偏、打滑、断带皮带辊与支架摩擦刮板机刮板与箱体摩擦螺旋输送机堵料摩擦旋转下料阀堵料摩擦风机叶轮与壳体或外物摩擦或碰撞采用不防爆的作业工具（6）光线照射与聚焦：雷闪电、光线聚焦（7）化学反应放热：氧化燃烧、自燃引发粉尘爆炸的点火源评价粉尘爆炸危险性的主要特征参数是爆炸极限、最小点火能量、最低着火温度、粉尘爆炸压力及压力上升速率。粉尘爆炸极限不是固定不变的，它的影响因素主要有粉尘粒度、分散度、湿度、点火源的性质、可燃气含量、氧含量、惰性粉尘和灰分温度等。一般来说:粉尘粒度越细，分散度越高，可燃气体和氧的含量越大，火源强度、初始温度越高，湿度越低，惰性粉尘及灰分越少，爆炸极限范围越大，粉尘爆炸危险性也就越大。（四）影响粉尘爆炸的主要特性因素（五）粉尘爆炸常见的原因二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.1术语•爆炸性粉尘环境在大气环境条件下，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。本质条件：粉尘云浓度达到爆炸下限。•区爆炸危险区域的全部或一部分。按照爆炸性混合物出现的频率和持续时间，可分为不同危险程度的若干区。•释放源可释放出能形成爆炸性混合物的物质所在的部位或地点。二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.2区域划分的目的和意义•安全性的需要–爆炸危险场所必须采用更加安全的防爆型电气设备•科学性的需要–最危险的场所必须选用安全级别最高的电气设备•经济性的需要–一般危险的场所可选用较低安全级别的电气设备二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.3区域划分的依据•《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》GB124763.3-2007•《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014•《粮食加工储运系统粉尘防爆安全规程》GB17440-2008•《钢铁冶金企业设计防火规范》GB50414-2007该标准将粉尘爆炸危险场所分为10区和11区，不宜采用。•《工贸行业可燃性粉尘作业场所工艺设施防爆技术指南（试行）》二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.4区域划分的基本步骤1）确定爆炸下限；2）确定释放源—释放或产生粉尘的点或部位；3）确定释放源等级；4）确定危险区域；5）考虑边界确定区域范围。二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.4区域划分的基本步骤1）爆炸下限确定多大浓度会爆？一般(30-50)g/m3。二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.5区域划分的基本步骤2）确定释放源位置•粉尘释放源辨识：通常应辨别形成爆炸性粉尘/空气混合物或生成粉尘层的条件，以及可能出现在工厂中哪一道加工工序中、哪一个设备上以及哪种可能的操作。▲在一个粉尘容装系统内，没有粉尘释放，但会形成粉尘云。例如原煤仓、煤粉仓等。▲当考虑粉尘输送系统成为外部释放源时，使用正压(正压气动输送)时，粉尘更易从设备的泄漏处逸出；而使用负压时，设备外部形成粉尘区域的可能性就非常低;▲柔性导管比金属管更易成为释放源;▲需要考虑的其它工艺参数，比如粉尘输送速度、粉尘抽取速率和下落高度。另外，粉尘粒度和水分含量也影响释放范围。二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.5区域划分的基本步骤3）确定释放源的等级粉尘释放源按爆炸性粉尘释放频繁程度和持续时间长短分为连续级释放源、一级释放源、二级释放源，释放源应符合下列规定：连续级释放源：粉尘云持续存在或预计长期或短期经常出现；如：加工设备内部，例如筒仓、磨机、收尘器、称斗、筛分机、螺旋输送机、刮板输送机以及物流转接落差处等；一级释放源：在正常运行时预计可能周期性的或偶尔释放的；如：某些抽取设备的内部或紧邻一个开包灌装点处；二级释放源：在正常运行时，预计不可能释放，如果释放也仅仅是不经常地并且是短期地释放。如：偶尔或短期打开的人孔，有粉尘沉积的粉末处理间。标准规定下列三项不应被视为释放源：•压力容器外壳主体结构及其封闭的管口和人孔；•全部焊接的输送管道和溜槽；•在设计和结构方面对粉尘泄露进行适当考虑的阀门压盖和法兰结合面。二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.5区域划分的基本步骤4）根据释放源等级确定危险区域；爆炸危险区域根据爆炸性粉尘环境出现的频繁程度和持续时间分为20区、21区、22区，分区符合下列规定：释放源等级粉尘云连续级20一级21二级22区域划分还应按照爆炸性粉尘的量、爆炸极限和通风条件确定。非爆炸危险区域：爆炸危险区域的划分按爆炸性粉尘的量、爆炸极限和通风条件确定。符合下列条件之一时，划为非爆炸危险区域：（1）装有良好除尘效果的除尘装置，当该除尘装置停车时，工艺机组能联锁停车。（2）设有为爆炸性粉尘环境服务，并用墙隔绝的送风机室，其通向爆炸性粉尘环境的风道设有防止爆炸性粉尘混合物侵入的安全装置。（3）区域内使用爆炸性粉尘的量不大，且在排风柜内或风罩下进行操作。为爆炸性粉尘环境服务的排风机室，与被排风区域的爆炸危险区域等级相同。二、粉尘爆炸危险场所区域划分2.5区域划分的基本步骤5）考虑边界确定区域范围•20区：通常在设备和管道内部；•21区：通常在一级释放源周围1m直径范围内；•22区：通常超出21区3m及二级释放源周围3m的距离确定。二、粉尘爆炸危险场所区域划分危险场所区域划分示例•20区：-粉尘容器内部场所；-贮料槽、筒仓等，旋风集尘器和过滤器；-粉料传送系统等，但不包括皮带和链式输送机的某些部分；-搅拌机、研磨机、干燥机和包装设备等。危险场所区域划分示例21区：当粉尘容器内部出现爆炸性粉尘环境，为了操作而需频繁移出或打开盖/隔膜阀时，粉尘容器外部靠近盖/隔膜阀周围的场所；当未采取防止爆炸性粉尘环境形成的措施时，在粉尘容器装料和卸料点附近的外部场所、送料皮带、取样点、卡车卸载站、皮带卸载点等场所；粉尘堆积且由于工艺操作，粉尘层可能被扰动而形成爆炸性粉尘环境时，粉尘容器的外部场所；可能出现爆炸性粉尘云（但既非持续、非长期、非频繁）的粉尘容器的内部场所，如自清扫间时间间隔较长的料仓（偶尔装料和/或出料）和过滤器的积淀侧。二、粉尘爆炸危险场所区域划分危险场所区域划分示例22区：袋式过滤器通风孔的排气口，一旦出现故障，可能逸散出爆炸性混合物；非频繁打开的设备附近，或凭经验认为由于高压环境粉尘被吹出易形成泄漏的设备附近，如气动设备或可能被损坏的挠性连接等；袋装粉料的存储间，在操作期间，包装袋可能破损，引起粉尘扩散；通常被划分为21区的场所，当采取排气通风等防止爆炸性粉尘环境形成时的措施时，可以降为22区场所。这些措施应该在下列点附近执行：装袋料和倒空点、送料皮带、取样点、卡车卸载站、皮带卸载点等；能形成可控（清理）的粉尘层且很可能被扰动而产生爆炸性粉尘环境的场所。仅当危险粉尘环境形成之前，粉尘层被清理时，该区域才可被定为非危险场所。二、粉尘爆炸危险场所区域划分三、粉尘爆炸的主要防范措施（一）容易发生粉尘爆炸的生产工艺与设备（二）粉尘爆炸主要预防措施（三）粉尘爆炸主要防护措施（二）粉尘爆炸主要预防措施切断、隔离、消除粉尘爆炸五要素中任一要素都可有效预防粉尘爆炸事故的发生！可燃性粉尘火源粉尘云密闭空间氧气粉尘防爆控制（一）容易发生粉尘爆炸的生产工艺与设备粉碎、研磨过程由于机械力的作用会扬起大量粉尘，设备内悬浮的粉尘往往处于爆炸浓度范围之内，且各种力的作用更容易产生摩擦、撞击火花静电等点火源、静电等点火源，导致粉尘爆炸的发生。磨粉机（一）容易发生粉尘爆炸的生产工艺与设备打磨抛光各类金属制品、木（竹）制品、塑料制品等存在打磨抛光生产工艺，其粉尘颗粒细微，极易在空间扩散形成粉尘云，一旦空间受限，则易发生粉尘爆炸。（一）容易发生粉尘爆炸的生产工艺与设备干式除尘系统除尘器工作状态下，因自重降落和滤袋清灰，灰斗内始终存在高浓