摘要：本文提供了粉尘爆炸原因分析以及防护措施，并提供生产线安全改造实例：环氧粉末涂料生产线安全合规性改造。
粉尘爆炸原因分析如下。
图1（a）原木燃烧；（b）堆柴的篝火；（c）粉尘燃烧。从左到右，火势越来越大，从中你能体会到粉尘燃烧瞬间的能量有多大。其实粉尘爆炸是由粉尘燃烧在一定条件下产生的。
而粉尘爆炸的条件共有5个，除了燃烧的三要素氧气、可燃物、点火源外，另加上两个：密闭空间和粉末分布。即所谓的粉尘爆炸五要素：氧气、可燃物（粉尘），点火源、密闭空间和粉末分布。“氧气”存在于空气，人也需要氧气来生存，很难在生产过程中被去除。“可燃粉尘”一般为产品，是我们生产的目的。“密闭空间”是车间，是我们生产的场所，也不能被去除。剩下的只有“点火源”和“粉末扩散”，这是我们重点要控制的要素。
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可燃物粉尘的爆炸参数
快盈lV500（1）Kst——点燃到爆炸压力最大的时间。
（2）Pmax——最大爆炸力（由粉尘材料决定）。
（3）Mie——最低引爆能量，当MIE<100mJ（毫焦），必须有粉尘防爆控制。
快盈lV500（4）Mec——粉尘到达爆炸点的浓度。
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粉尘爆炸的相关术语
（1）第二次爆炸。一个容器内爆炸通过管道或设备引起另一个地方的粉尘爆炸称为第二次爆炸。第二次爆炸会产生巨大的破坏力并且更具危险性。通常会使用隔爆装置来避免这种情况发生。
快盈lV500（2）减少的压力（Pred）。为了减小爆炸的破坏力，通常设计卸压的装置来降低容器内的爆炸力，Pred一般设计为容器极限抗压力等级的三分之二。
（3）爆炸隔离。爆炸隔离是防止爆炸从一个地方传递到另一个地方。通常有几种传递形式：爆炸释放的压力，爆炸前的火星，爆炸叠加的压力，伴随的爆炸。
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扬尘溶度/颗粒度与粉尘爆炸的关系
判断粉尘空间有爆炸的危险情况如下。
快盈lV500（1）25W灯在2米之外看不清，粉尘浓度大约在每立方米40克。
快盈lV500（2）设备表面的颜色看不清或积灰厚度大于0.8mm(大约回形针的厚度）。
快盈lV500（3）超细粉末更危险，容易先点燃。同样的材质颗粒度不同会表现出不同的危险等级（比如白砂糖与绵白糖）。
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粉末产品生产线安全防爆的规范
美国消防协会（NFPA，National Fire Protection Association）制定了一系列的标准来规范可燃粉尘生产，工艺以及任何处置设备的基本要求。NFPA 652 是美国消防协会针对可燃粉末最新版本的标准。下面例举新标准强调的部分以帮助我们发现问题并整改问题。
重点1，粉末危害分析(DHA，dust hazard analysis）要求的提出。新标准引入了DHA（dusthazardanalysis）粉末危害分析的要求和方法。对粉末生产工艺及设备危害分析必须用文字记录，并归档保存。粉尘危害分析包括下列三个部分。
（1）确认危害存在的危险区域。
（2）确认已有的安全装置。
（3）确认需要增加的安全防护装置。
DHA（粉末危害分析）文档必须具有可追溯性。对现有的工艺，设备的改动，设备负责人和操作者必须完成粉末危害分析（DHA）文件。如工艺，设备没有变化，每3 年也必须进行粉末危害分析（DHA）文件检讨修订。
重点2，OSHA 被引入NFPA 标准OSHA（Occupational Safety and Health Administration）职业安全和健康被要求列入可燃粉尘的控制文件。NFPA654（美国消防协会标准654）适用于任何生产、工艺和可燃粉尘的处置（储存和运输）。防爆装置的设计必须符合美国消防协会标准NFPA 69 和NFPA68。
快盈lV500重点3，隔离装置被要求引入NFPA69 是这样描述的，当爆炸发生时，隔离装置提供快速阻隔爆炸发生的设备与其他设备的联系。NFPA69 提供下列几种方法（但不限于下例）。
（1）化学阻爆。
（2）快速动作的机械隔断阀。
快盈lV500（3）外部控制隔断阀。
（4）被动夹管阀。
快盈lV500上例隔离装置的功能以及应用会在环氧粉末涂料生产线防爆安全改造的实例中加以说明。由于生产线各区域粉尘颗粒度和其它条件（比如生产过程中有热量产生）不一样，粉尘产品生产线发生爆炸事故区域的概率也是不一样的。
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粉尘生产线防爆安全改造实例
（环氧防腐粉末涂料生产线改造）
快盈lV500（1）确定环氧防腐粉末涂料生产过程中的可燃粉尘（粉尘爆炸5要素中的可燃物）防腐粉末涂料主要原材料为环氧树脂、填料和若干添加剂，环氧树脂占63%，填料占30%，其它各类添加剂7%。环氧树脂是可燃物，但提供的原料是颗粒不是粉状，有爆炸危险性（危害等级不高），但需要控制措施。填料是硅灰石，不是可燃物，没有爆炸的危险性。各类添加剂有可燃物，有爆炸的风险，量不多，但也需要有控制措施。最终成品（环氧防腐涂料粉末）是可燃物且呈粉状，有爆炸风险且危害等级很高，由于车间占比量巨大，是主要的爆炸可燃物的风险源，需要重点加强控制。粉末的爆炸参数可以通过查阅有关技术资料或进行粉末小样测试得知，国外有专业机构提供这方面的服务。
我们通过提供所生产的样品到专业机构测试得知其爆炸参数MIE<100mJ 毫焦；Pmax（ 最大爆炸压力）= 9.7 公斤/ 平方厘米。根据美国NFPA 消防协会标准，生产线的爆炸防护等级设定为第2类，第2分部，第G 组（Class II, Div ision 2, Grou p G，）粉尘生产线所有含环氧粉末产品的密闭空间环路中的设备、装置、管道等每一环节都必须能承受11 公斤/ 平方厘米的爆炸压力（简称PSR11），我们根据这一最大爆炸压力Pmax 值作为依据来完成生产线防爆安全升级改造工作的。
快盈lV500（2）划定生产线（车间）防爆区域。
防腐粉末涂料简单生产工艺流程：①按配方比例自动加原料→②预混合机原料搅拌预混合→③挤出机原料混合挤出→④展压成片且冷却→⑤碎片粉碎机粉碎→⑥原料空气分离→⑦粉尘粒度筛选→⑧成品包装通过DHA（粉尘危害分析），工序①称重配料；②预混料机；⑤碎片粉碎机；⑥原料空气分离的气流分级机；⑦产品粒度筛选机以及辅助生产装置：中间粉尘传输管道和超细粉工艺集成器定义为粉尘爆炸危险区域。对防爆区域必须加装防爆安全装置来进行生产线安全生产的全面升级改造。
快盈lV500（3）防爆区域加装安全防护装置。
图2 为升级改造后的工艺设备流程图。
快盈lV500#1 配料站的喂料螺杆改为密封结构。目的是不让粉尘漏出，杜绝车间粉尘爆炸的危险。
#2 对预混料机进行防爆电器等级改造，使其符合第2 类，第2 分部，第G 组（Class II, Div ision 2, Gro up G）电器防爆标准，外壁加厚以提高能承受11公斤/平方厘米的粉尘爆炸所产生的压力（环氧粉末产品的最大爆炸力9.7 公斤/平方厘米），在转轴的轴承处增加温度传感器监测腔体内部温度。一旦超过标准设置的温度立即停机。
快盈lV500#3 环氧防腐涂料成品输送管道系统均更换为PN16/20标准的无缝管，耐压超过11公斤/ 平方厘米，以起到可以防爆的要求。
#4 在线气流分级机以及旋风分离器改造，材料加厚以使其能承受超过11 公斤/ 平方厘米的粉尘爆炸所生产的压力。
快盈lV500#5 旋转阀升级改装为西屋的防爆旋转阀。
快盈lV500#6 在集尘器与在线气流分级机之间加装一个隔离阀。当集尘器发生粉尘爆炸时，该阀可以阻隔集尘器与在线气流分级机之间的联系，防止气流分级机发生第2次爆炸。集尘器储存的都是超细粉，该区域是粉尘爆炸危险等级最高的。根据粉尘爆炸事故概率统计，52%粉尘爆炸事故发生在集尘器。
#7 在集尘器加装BS&B抑爆装置，该装置可在爆炸启动瞬间喷发干粉扑灭粉尘火苗以扼杀粉尘爆炸在萌芽之中。
#8 在集尘器与工艺风机之间加装一个隔离阀，目的是一样的，防止集尘器可能的爆炸影响工艺风机以及后面的设备。
快盈lV500#9 在粉碎机与干风机之间加装一个隔离阀。当粉碎机的粉尘发生爆炸时，爆炸压力会推动阀芯切断粉碎机与干风机之间的联系，以防止粉碎机粉尘爆炸影响到干风机以及之后的设备。粉碎机是防爆设计，能承受11公斤/平方厘米以上的粉尘爆炸压力。
除工艺流程图标注的9处安全防爆装置，我们还控制了生产线，车间可能产生的静电，静电是粉尘爆炸可怕的点火源。
生产线上所有设备单元之间要用导线跨接并一同接地，目的是消除所有设备，装置以及设备之间管道的静电。
车间地皮会有积粉尘，也必须导电消除静电。开始我们用传统的导电环氧地坪，刚铺好通过导电率的测试，没什么问题。但过了几个月，发现所生产的产品（环氧涂料粉末）粘在导电环氧地坪表面，影响其原先的导电性能。后改为在地坪上铺钢板解决了这个问题。它的成本比导电环氧地坪还要低。
（4）环氧防腐涂料生产线安全防爆装置的维护保养。
快盈lV500环氧防腐涂料生产线安全改造完成后安全防护装置的保养维护同样十分重要。下面列举重点来说明。
第一，集尘器加装的抑爆装置（也有生产线安装泄压装置）要定期测试其功能是否有效。（建议开始每3月一次，以后有信心，可以延长到半年或1 年）。
快盈lV500第二，所有的隔离阀要定期测试其功能是否有效，隔离阀有机械的，也有气电控制的。建议用机械式的，在条件不具备使用机械式隔离阀的情况下，才考虑选用气电控制阀，机械隔离阀保养相对比较简单。（同样建议开始每3月一次，以后有信心，可以延长到半年或1年）。
第三，粉尘产品输送管道要定期检测管壁厚度，检测点一般选在弯头处，并作永久的标志，每次测同一个地方以观察它的变化。一旦发现管壁厚度接近极限，考虑更换新的无缝钢管。（建议每年测一次，并记录保存管壁厚度值）。
第四，静电是粉尘爆炸的点火源，它必须被绝对消除。维修技术员必须定期检测设备与大地的电阻小于4欧姆，车间地坪与大地电阻小于10 欧姆，建议每年一次。
快盈lV500第五，生产线防爆安全装置有关的备件必须是生产线设计所规定的品牌、型号，并保存质量保证证书。如各种原因更改备件品牌，型号必须走DHA（粉尘危害分析）管理程序。
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结语
对任何点燃能量MIE<100mJ 毫焦的粉末生产、储存等操作，必须有DHA（粉尘危害分析）流程并加装安全控制措施。根据粉尘爆炸事故统计，集成间是最危险的区域，集成器里超细粉，极易被点燃爆炸，该区域必须安装泄压装置或化学抑爆装置，前后加装隔离阀，在可能爆炸发生时，隔断与前后设备的联系。粉碎机是第二危险区域，必须选用防爆粉碎机，且安装隔离阀使其与设备之间有阻隔要求（当粉碎机发生爆炸时）。除了升级改造粉末生产线硬件之外，还要建立起一套完整的安全生产规章制度。注意以下几点。
（1）车间要经常打扫，不要让沉积粉尘超过0.8mm。
（2）生产线设备，车间要有防止静电措施。静电是可怕的粉尘爆炸点火源。
快盈lV500（3）一定要建立起一整套生产线，车间安全防护装置PM（预防性维修）计划。
（4）大包装（顿包装）粉末原料/ 成品包装袋必须有接地线并接地。
（5）车间禁止抽烟和有关动火作业，如一定要动火作业，必须停止生产并移走粉末原料和成品。
（6）对从事粉末产品生产全体人员（管理人员，工程师，维修技术员，生产线操作工）的粉尘生产安全培训是非常重要的，让所有从事粉末生产的员工掌握粉尘爆炸以及防范的知识，杜绝操作上任何失误。
快盈lV500总之，安全生产人人有责，特别是有粉尘爆炸危害的生产线，从我做起，真正做到零事故安全生产。
文/乐仲麟
3M中国有限公司
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