如何从技术上预防粉尘爆炸

作者:曾安  杜邦可持续解决方案部业务总监/高级顾问

 

编者按:

2014年8月2日早上7点35分,江苏苏州昆山市开发区的中荣金属公司汽车轮毂抛光车间发生爆炸,事故导致至少75人遇难,近200人受伤。公司主要从事铝合金制品电镀加工,铝制品在抛光作业中会产生大量的铝粉,属于爆炸浓度较高的粉尘,目前初步公布的原因是粉尘遇到明火引发粉尘爆炸。一时间,如何预防粉尘爆炸成为广泛企业关注的焦点。

长期以来,杜邦组建专家团队专门研究“粉尘爆炸和防火安全”课题,制定了严格的规程规范,包括建筑设计防火规范、爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范、粉尘防爆安全规程、粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则等,针对粉尘爆炸我们持续积累了全面、专业的信息和知识,并且通过实践操作验证了很多有效的预防措施。

预防粉尘爆炸,首先需要粉尘爆炸的原理和危害有清晰的认识。什么是粉尘?凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。具有爆炸性粉尘有:金属(如镁粉、铝粉),煤炭,粮食(如小麦、淀粉),饲料(如血粉、鱼粉),农副产品(如棉花、烟草),林产品(如纸粉、木粉),合成材料(如塑料、染料)。在开放空间,达到一定浓度的可燃粉尘与火源接触能够形成自由膨胀的火球,被称为闪燃;在密闭的空间,当可燃粉尘发生燃烧时火球无法扩展,致使压力上升,从而发生粉尘爆炸,导致结构破坏。

发生粉尘爆炸需要5个必要条件:1.燃料:即可燃粉尘,而且越小的颗粒越可能悬浮和被点燃,同时,粉尘浓度需要达到适合的程度,浓度低时粉尘粒子间距过大,火焰难以传播,不会爆炸。2.氧化剂,通常是指空气中的氧气,要有一定含氧量才能引发爆炸。3.悬浮:粉尘需要扩散在空气中。在工艺设备中的粉尘可能是正常地散布在空气中。在一个建筑物中,粉尘扩散可能是由大的泄漏引发小型的初期粉尘爆炸,也可能由于设备表面沉积的粉尘被振落或者地面粉尘被扬起而导致粉尘扩散。4.点火源:需要有点燃混合物的能量。可以是如静电一样小的能量,也可以是开放的火焰或电气故障。5.限制空间:建筑物的墙,天花板、地板、屋顶就构成了一个限制空间;又如工艺设备,料仓,除尘器,输送管系统也会形成一种限制空间。

粉尘的爆炸过程比较复杂,破坏性极强。粉尘在冲击波作用下压缩加热,同时通过热辐射和热传导使表面温度迅速升高,使其熔化蒸发或分解出可燃气体,与周围空气混合发生化学反应,其中一部分能量支持冲击波推进。而混合粉尘被明火点燃之后,能量不断释放,不断加强前沿压力波,如果条件具备,最后发展为稳定的爆轰波,产生强烈的破坏效应。粉尘爆炸往往不止一次,极有可能发生二次爆炸。第一次爆炸把沉积在地面上、设备上的粉尘吹起来,而爆炸后短时间内,爆炸中心会形成负压,把周围新鲜空气吸进来,与扬起的粉尘混合,从而引发二次爆炸。二次爆炸时,粉尘的浓度一般比较高,所以威力会更大。粉尘爆炸会产生有毒气体,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。

那么,预防粉尘爆炸应该采取哪些措施?

根据火灾发生必要条件的三角形理论,粉尘爆炸可以通过消除火灾三角形的任何一边来进行预防,即消除点火源、燃料、氧化物。

首先要控制燃料,即悬浮粉尘和粉尘沉积。悬浮粉尘主要通过设备的合理设计和定期维护来预防粉尘泄漏,并提供足够的通风来捕捉短时粉尘排放;控制粉尘沉积需特别关注上部物体表面,包括横梁、高空管道、渠道、设备表面等,因为更细的颗粒会在上部堆积、容易在受扰后悬浮于空气中。针对沉积粉尘要使用正确的清理方法,避免造成粉尘尘雾,例如合适的真空吸尘器、湿式打扫、用刷子清扫等措施,特别要注意避免使用压缩空气吹堆积粉尘!

其次,要控制氧化物(氧气),可以通过充入氮气、二氧化碳等气体来减少氧气的含量。

最后要控制点火源,严禁吸烟并严格执行明火作业、动火许可等规章制度,按照防爆技术等级来设计设备和建筑,以及制定相应静电保护等措施。事实证明,“三角形”预防措施中,当燃料和氧化物存在时,单单凭借控制点火源很难有效预防粉尘爆炸,然而这些点火源的识别和消除仍是需要重点解决的问题。

其他粉尘爆炸的缓解措施还包括,强化设备或建筑承受内部爆炸的性能,采用防爆板、防爆门、无焰泄放系统、抑爆系统、隔离阀等。

除了上述实践措施之外,思想上的重视也必不可少。杜邦安全管理理念更强调通过一套科学严谨的安全管理机制系统化地预防事故、提升安全业绩、追求“零”目标。杜邦安全管理系统由22个管理要素构成,每个要素都包含丰富的最佳实践以及规模庞大的工具、方法和数据等,这22个要素分别组成了两大机制:风险控制机制和安全文化机制,这两大机制如同互相紧扣的齿轮,缺一不可。风险控制机制涵盖动态持续的生产运营全生命周期,从设计、投产、维修、变更一直到工艺流程或设备报废,严格确保流水线和设备的设计性能,以支持满负荷运转,严格把控工艺与设备设计信息完整性,运用全生命周期的工艺危害分析、实施严格的过程指标管理和审核,有效监管与促进执行纪律。从长远发展来看,工艺与设备安全管理还要靠管理机制和安全文化来推动。杜邦的安全文化机制着眼于软环境的建设,从组织架构到安全责任、从领导力到执行力,通过软环境的建设确保风险控制机制执行到位。其本质就是通过行为人的行为体现对人的尊重,通过人性化管理体现以人为本的精神。文化主导行为,行为主导态度,态度决定结果,结果反映文明。杜邦的安全文化,就是要让员工在科学文明的安全文化主导下,创造安全的环境,通过安全理念的渗透,来改变员工的行为,使之成为自觉的规范的行动。

如果没有科学系统的安全管理机制,没有从上到下的观念转变、管理流程的合理改进、人员能力的全面提升、方法工具的有效应用,更重要的是如果没有发自内心的对生命的尊重,类似昆山粉尘爆炸的灾难性事故还将重复发生,周而复始让无数家庭和整个社会承受巨大痛苦和代价。在我们为逝者哀悼的同时,整个社会尤其是企业管理者应该反思,如何构建科学有效的安全管理机制、让安全文化和核心价值观深入人心,不断提升安全管理水平,保障员工的生命安全,杜绝事故、实现“零”目标,只有这样,企业才能基业常青,社会才能实现可持续发展。