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可燃性粉尘的爆炸危险性和预防措施
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可燃性粉尘的爆炸危险性和预防措施

作者:广州崇景环保    发布时间:2019-04-24 17:08  来源:www.chongjingep.com

摘要:简要介绍了美国粉尘爆炸事故和危害性,说明了粉尘爆炸原理和防止措施,通过对灾难性粉尘爆炸事故的调查,提出了防止粉尘爆炸的改进建议。

关键词:可燃粉尘;粉尘爆炸;预防方法

1概述

2003年,美国先后发生了3起灾难性的粉尘爆炸事故,造成14名工人死亡。此后,美国化学安全和危险调查委员会(CSB)发起了一次工业粉尘爆炸和如何减少这种爆炸风险的研究。CSB的结论是:粉尘爆炸是美国工业的一种严重的危险,并且现有的防范对策不能够合理地阐明这个危险。

CSB对2003年的3起粉尘爆炸事故———WestPharmaceutical服务公司、CTAAcoustics以及HayesLemmerz国际公司事故的调查,确认有许多共性原因,对近年发生的几起严重粉尘爆炸事故的研究也揭示出类似的共性原因。CSB确认了1998-2005年期间在工业装置发生的281起粉尘爆炸事故,造成了119人死亡、718人受伤以及巨大财产损失。这些事故发生在44个州,分布在不同的行业,并涉及各种不同的物料。

2粉尘爆炸的基本原理

2.1可燃粉尘

美国防火协会(NFPA)将可燃粉尘定义为直径420μm或者更小(通过美国40#标准筛网的物质),并且在空气中被分散和点燃时,具有发生火灾或者爆炸危险的固体物质。

可燃粉尘可能是生产的产品,例如玉米淀粉或者铝粉颜料;也可能是处理和加工固体可燃物时产生的,例如木材和塑料颗粒,这些物质在抛光、研磨、运输和刨削过程中能够产生非常微小的颗粒,这些颗粒很容易悬浮在空气中,并且沉降在物体表面、缝隙、除尘器和其它设备上。当它们被搅动起来时,就能够形成潜在的爆炸性粉尘云。

即使少量的积聚粉尘也能够导致灾难性的损害。例如,CSB评估,2003年摧毁了一家制药厂,并造成6名雇员死亡的那次爆炸就是由厚度不到6.35cm的积聚粉尘层造成的。NFPA警告:在房间表面积5%的区域上,只要粉尘积聚层厚度大于0.8cm,就存在着重大的爆炸危险。

2.2粉尘火灾和爆炸

像所有的火灾一样,当可燃粉尘在氧气(空气)存在的情况下,有点火源存在时就会发生粉尘火灾。消除这个经典火灾三角的3个要素中的任何一个,就消除了发生火灾的可能性。

粉尘爆炸则要求另外两个要素——分散性和密闭性同时存在,见图1。分散较好的粉尘燃烧得较快;密闭性能够造成压力的积聚。只要消除了这两个要素中的一个,虽然粉尘可以发生燃烧,但是爆炸就可以防止。而且,粉尘浓度必须处在爆炸极限之内。粉尘爆炸能量巨大,能够产生可以摧毁建筑物和冲击人员的压力波。遭受粉尘爆炸危害的人员通常一方面被燃烧的粉尘云烧伤,另一方面被飞行的物体或者落下的建筑碎片砸伤。

2.3一次和二次粉尘爆炸

粉尘爆炸可以是一次或者二次爆炸。当一个容器、一个房间或者一台设备内部的悬浮粉尘爆炸时,就是一次粉尘爆炸。HayesLemmerz国际公司的粉尘收集器爆炸就是一个一次粉尘爆炸的例子。当积聚在地面或者其它表面的粉尘扬起,并被一次粉尘爆炸点燃时,就发生了二次粉尘爆炸(图2)。二次粉尘爆炸的冲击波能够导致其他区域积聚的粉尘变成悬浮粉尘,这些悬浮粉尘可以产生更多的粉尘爆炸。依据粉尘积聚的程度,一次微小的一次粉尘爆炸可以导致威力强大的二次粉尘爆炸。

另外,二次粉尘爆炸的引发事件可以不是一次粉尘爆炸。CTAAcoustis和WestPharmaceutical服务公司的事故就是由非粉尘爆炸事件而引起的二次粉尘爆炸。

防止二次粉尘爆炸的好方法就是尽可能减少粉尘的积聚。确保良好的管理、设计和设备维护,避免粉尘泄漏、收集粉尘、消除粉尘可能积聚的平面和其他区域,并且对很难清理的区域(如吊棚的上面)进行密封,这些方法能够有效地防止二次粉尘爆炸。

然而,必须使用清理可燃粉尘积聚的适用技术和设备。必须尽力使粉尘积聚降到低程度,并且只有真空吸尘器被批准适用于可燃粉尘的场所。

2.4粉尘爆炸在通风管路中的传播

HayesLemmerz国际公司和JahnFoundry的事故就属于通过管线(包括排气管线),从一个设备传播到另一个设备或者装置的其他区域而引发的粉尘爆炸。在许多情况下,随着爆炸从一个地方传到另一个地方,压力将增加,使破坏力增大。关于粉尘收集器的NFPA标准考虑到了爆炸传播的风险,提供了能够将粉尘爆炸传播到工人可能存在区域的可能性降到低的隔离阀或者距离的建议。

3CSB调查的粉尘爆炸事故

2003年1月29日,位于美国北卡罗来纳州金斯敦的韦斯特制药服务公司工厂的巨大粉尘爆炸造成了6名工人死亡,并摧毁了整个工厂(图3)。

这家工厂生产橡胶注射器活塞和其它制药装置。在橡胶混合过程中,新磨碎的橡胶条浸入含有聚乙烯、水和表面活性剂的悬浮液中冷却,并形成一个减粘涂层。在橡胶干燥过程中,细小的聚乙烯颗粒漂浮在空气中,落在吊棚的上面。积聚在吊棚上面细小的聚乙烯颗粒为具有破坏性的二次爆炸提供了可燃物。当可观察到的生产区域保持非常干净时,很少有雇员能够意识到隐藏在吊棚上面的粉尘积聚,并且聚乙烯悬浮液的“物质安全数据表(MSDS)”没有提供任何粉尘爆炸的警告。即使知道粉尘积聚的雇员也没有经过有关可燃粉尘危险性的培训。在这个混合系统设计和改造时,韦斯特制药服务公司确实进行了安全审核过程,但在审核期间,粉尘爆炸的危险性没有被阐述。

虽然美国职业安全与卫生管理局(OSHA)、当地消防部门、保险公司人员以及工业卫生人员已经检查了这家工厂,但是没有1人确认出粉尘爆炸的潜在危险。另外,没有依据美国全国电气规程(NEC)关于可燃粉尘可能积聚的区域的要求,将混合橡胶区域吊棚上面的电气设备列为可燃粉尘环境下的使用设备。CSB确认如果韦斯特制药服务公司遵守NFPA的标准,这次事故就可能被避免或使损害小化。

CSB通过多起这类粉尘爆炸事故的深入调查,发现它们具有共同的特征:

a)工厂的管理没有遵守可以防止或者减少爆炸影响的NFPA标准。

b)公司人员、政府执行部门官员、保险公司人员和安全卫生专业人员检查工厂时,都没有辨识出粉尘爆炸的危险性,或者提出防护性建议。

c)生产装置含有不安全的可燃粉尘积聚,现场辅助工作不完备。

d)工人和经理通常不了解粉尘爆炸的危险性。

e)消除或者控制可燃粉尘危险性的计划和培训不充分。

f)以前的火灾和其它警告性事件都认为是正常的情况,并且其原因没有确认和解决。

g)粉尘除尘器设计、维护不合理。

h)工艺变化后没有合理地审核其潜在的危险性。

4结语

这些调查说明了美国工作场所可燃粉尘危险性的严重程度,目前还没有一个能够控制各个行业粉体爆炸风险的综合性的OSHA标准。

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