粉尘爆炸-机理

粉尘爆炸–机理、事故目录Contents1粉尘爆炸机理Mechanismsofdustexplosions2粉尘爆炸事故统计与案例分析Statisticsandcasestudyofdustexplosionaccidents3粉尘爆炸风险评价Riskassessmentofdustexplosions4粉尘爆炸预防与防护Dustexplosionpreventionandmitigation5结论Conclusion引子--昆山中荣轮毂抛光粉尘爆炸事故2014年8月2日，江苏省昆山市中荣金属制品有限公司抛光车间发生特大粉尘爆炸事故，目前已造成75人死亡，185人受伤。本次事故是我国历史上人员伤亡最大的工业粉尘爆炸事故（工业粉尘爆炸不含煤矿瓦斯粉尘爆炸）。此前我国伤亡最大的工业粉尘爆炸事故1987年3月15日哈尔滨亚麻厂亚麻粉尘爆炸事故，死亡58人，受伤182人。8月2日上午7时37分，江苏昆山市开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂拋光车间在生产过程中发生爆炸。事发时车间内共有264人，截止到8月5日，已造成75人死亡，185人受伤。发生爆炸的抛光二车间为两层厂房，车间总面积2000平方米。爆炸造成车间房顶约3/4的彩钢板掀起，窗户全部碎裂。一层南墙部分倒塌。一层东墙中部外墙被炸出两个大洞，几台重型设备位移，设备的一部分位移到车间外。二层东墙部分倒塌。打磨车间事故后损失情况南墙倒塌东墙部分倒塌打磨工作台打磨工作台情况A、B两条生产线相向布置,每条生产线有12个工位。打磨台面包括斜板和底部水平托板。打磨时轮毂固定在倾斜台面上，作业人员手持气动打磨机进行打磨。常用轮毂的尺寸为16~18英寸，约406mm~457mm。估算倾斜台面宽度为500mm~600mm，水平托板的宽度为150mm。车间宽度为小于22m。通过网上照片估算两边廊道宽度各为4m。即12个工位占用14m，工位间距约为1m。工位布置相当紧密。打磨粉尘粒径分布铝镁合金打磨粉尘可燃粉尘的燃烧热除尘系统二楼除尘系统局部除尘系统8月4日，事故调查组确定：粉尘浓度超标，遇到火源发生爆炸，昆山爆炸是一起重大责任事故；责任主体是中荣金属制品公司，主要责任人是企业董事长吴基滔等；当地政府领导责任和监管责任落实不力。注意，此前央视报道的“明火”已经改成“火源”。国家安监局调查组总结了5点事故原因①企业厂房没有按二类危险品场所进行设计和建设，生产车间违规采用双层设计，且建筑间距不够。②生产线过紧过密，2000平方米的车间内布置了29条生产线，300多个工位。③除尘设备没有按规定为每个岗位设计独立的吸尘装置，除尘能力不足。④车间内所有电器设备没有按防爆要求配置。⑤安全生产制度和措施不完善、不落实，没有按规定每班按时清理管道积尘，造成粉尘聚集超标；没有对工人进行安全培训，没有按规定配备阻燃、防静电劳保用品；违反劳动法规，超时组织作业。以上5点原因分别涉及建筑消防、设备布置、除尘系统、电气防爆和管理（清扫、培训和劳动保护）。①建筑设计问题由于建筑采用两层设计，二楼工人无法及时逃生，这是事故损失扩大的原因。根据GB15577第5.2条规定，车间宜采用单层设计。GB17269第5.2.2条也规定，用于加工、转运或贮存铝镁粉的建筑物宜为不带地下室的单层建筑。这里的“宜”表示条款为推荐性条款。根据GB50016，铝合金粉尘为乙类危险品，车间应为乙类生产厂房。GB50016也未强制要求乙类危险品生产厂房为单层。因此从现有标准看建筑采用两层设计似乎并不违规GB17269第5.1.2条规定铝镁粉加工厂的内部距离应大于10m，GB50016规定乙类厂房的建筑间距与厂房耐火等级有关，当耐火等级为一级或二级时，间距为10m。建筑间距不够在本次事故中并未造成严重后果。②生产线布局问题由于生产线布置过密，导致车间人员逃生困难，这是事故损失扩大的原因。同时，在同一个车间布置过多工位易于发生群死群伤的特大事故。③除尘系统设计除尘能力不足，导致粉尘在工位沉积，也导致粉尘在管道沉积。作业时产生的粉尘飞扬和工人在清扫作业时产生的粉尘飞扬会导致粉尘迁移沉降到建筑高处的钢结构。车间内和管道内粉尘集聚过多是本次事故的直接原因。除尘系统设计不合理、粉尘清扫不够是本次事故的根本原因。④电气防爆根据GB12476.3，打磨台附近应划分为21区，打磨车间应划分为22区。打磨车间应按照所在的区域使用粉尘防爆型电气设备。对于铝镁合金粉尘，可选用T4温度组别。电气设备不防爆是否为本次事故的直接原因尚需等待专家组的进一步调查。⑤管理问题（清扫、培训和劳动保护）清扫不足和缺乏培训也是造成本次事故的根本原因。车间和打磨台面一般每班次清扫1次，除尘管道和除尘器至少一周维护一次。从照片上，看不到除尘管道有清扫孔。如果打开除尘管道，应该看到大量燃尽铝合金的氧化物和未燃铝合金粉。作业人员如果配备防火服和防护眼镜，可增加的逃生机会，减少烧伤面积。打磨工作台除尘系统设计缺陷在打磨台面的上方安装有除尘管道和吸尘罩。估算吸尘管直径为100mm，吸尘罩尺寸为300mm×300mm。假定管道风速为23m/s（铝合金打磨标准风速），则每个吸尘点的风量为650m3/h。每条生产线12个吸尘点，4条线48个吸尘点，总风量为31200m3/h，对应总风管直径为700mm。实际通风管道的直径550mm。除尘器2.1m(长)×1.5m(宽)×4m(高)，主管内径550毫米，除尘器的风量为15000m3/h左右。因此当前除尘系统的除尘风速达不到23m/s，也就是说与国家强制标准不符。如果每个吸尘点的管道风速为12m/s，则48个吸尘点的风量为16277m3/h。现有除尘系统的管道风速估算为12m/s左右，吸尘罩开口为300mm×300mm，估算面风速为1m/s，吸尘罩离打磨产尘点的平均距离约为400mm~500mm，吸尘罩对400mm~500mm外的粉尘的吸力有限。因此现有的除尘系统只能吸走部分粉尘。部分粉尘因为离吸尘罩比较远会沉降在倾斜台面，并滑落在底部托盘。部分粉尘悬浮到空气中，导致车间环境很差。工人工作一个班次下来脸上看起来像兵马俑，可见车间粉尘浓度比较高。工业卫生标准规定，车间粉尘浓度上限为10mg/m3。但是，车间粉尘浓度估计不超过100mg/m3（超标9倍），因为粉尘浓度为1g/m3就伸手不见五指了。车间粉尘浓度离铝合金爆炸下限（约40g/m3）还差得很远。也就是说，车间粉尘浓度超标还只是工业卫生问题，与粉尘爆炸原因并无直接关联。由于除尘系统设计不合理，导致在打磨台面、管道和车间出现粉尘集聚。这才是事故的直接原因。事故点火源要想确定事故的点火源是非常困难的。除非有足够的证据，事故调查报告中点火源通常是几种可能。本次事故可能的点火源有：①风机叶轮打火②打磨机内部着火③打磨台电气线路短路④静电放电⑤明火(1)风机叶轮打火袋式除尘器除尘效率不是100%，因此部分铝合金粉尘会穿过除尘器进入风机并在空气中水分的作用下附着在风机的壳体内。如果风机不定期维护（三个月至半年），粉尘层会逐渐变厚变硬。风机叶轮可能和壳体内的粉尘层摩擦起火并发生爆炸。爆炸逆向传播到除尘器、风管而进入室内。对于这种情况，作业人员完全没有反应时间。通过逐台检查风机内是否有厚且坚硬的燃烧产物、摩擦划痕可确定该假设的可能性。2003-10-29HayesLemmerzInternational,USA美国Hayes公司轮毂抛光粉尘爆炸损坏的风机可能是点燃源管道中的粉尘沉积(2)打磨机内部着火气动打磨机由壳体、气动马达和传动轴组成。传动轴顶端可以固定小刷子或者快粘布（用于粘背面有毛的砂纸）。气动马达和壳体之间有缝隙，如果打磨机不每天维护，铝合金粉尘进入过多打磨机可能着火。这种情况，作业人员有反应时间。(3)打磨台电气线路短路如果打磨台的灯具、穿线管不防爆，铝合金粉进入可能导致短路着火。这种情况下，着火有一个过程，不会马上爆炸，作业人员有反应时间。(4)静电放电除尘管道软连接不导电，因此吸尘罩没有接地。吸尘罩静电积累可能放电，因为燃烧在吸尘罩附近发生，作业人员反应时间很有限。(5)明火明后包括抽烟、手机爆炸、空调压缩机爆炸等。如果管控严格，一般不存在抽烟和手机明火。但中荣公司好像允许手机进入车间。从工艺看，打磨二车间不用蒸汽，无需锅炉。8月2日新闻报道说爆炸原因为锅炉应该是没有依据的。铝合金打磨除尘解决方案对于铝合金打磨，湿法打磨或湿法除尘是最佳的解决方案。把车间通风搞好，不会有氢气爆炸的问题。如果采用湿法打磨，不会有粉尘爆炸危险。湿法打磨在自动打磨柜中进行，由机械手进行打磨作业，在打磨过程中水喷头不断向打磨部位喷洒混合了切削液的水流和水滴。打磨产生的粉尘进入水中，并通过滤网分离出来。根据万丰奥威（中国第二大轮毂供应商）8月4日发布的消息，2013年万丰奥威投资研制建成了国内首条全自动抛光轮生产线，该生产线采用的是水磨抛光工艺，主要由自动抛光机、清洗线、空压机等设备组成，与传统手工抛光轮工艺相比，水磨生产工艺全流程不产生粉尘，直接从设计上杜绝了因空中粉尘产生而引发的爆炸风险，生产过程更环保、更安全。如果采用湿法除尘，则在管道风速足够请情况下，除尘器不会发生严重的爆炸，至多在管道中发生闪爆。当然，中荣的吸尘罩必须改进，例如将吸尘罩改成长方形（600×150）直接安装在斜面上沿，将底部平板改成水槽。常用湿式除尘器包括喷淋塔、水洗塔等。湿式除尘器没有被水淹没的部分也可能参与爆炸，但通常不会发生大的事故。2014年粉尘爆炸事故（7起）1月20日，常州新北区新桥镇史墅村华达化工厂发生金属粉尘爆炸，造成1人受伤，2名参加救援的人员轻微受伤。2月5日，黑龙江青冈县龙凤玉米有限公司淀粉包装车间爆炸，初步认定系粉尘飞扬引发，事故造成1名职工死亡，1名职工重伤和8名职工轻伤。2月8日，常州市新北区新桥镇史墅村华达化工厂在20天前发生金属粉尘爆炸后，再次发生爆炸。4月16日10时左右，江苏省南通市如皋市东陈镇双马化工有限公司硬脂酸造粒塔正常生产过程中，维修工人在造粒塔底锥形料仓外加装气体振荡器及补焊雾化水管支撑架时，发生硬脂酸粉尘爆炸事故，造成8人死亡，9人受伤。2014年粉尘爆炸事故5月27日下午4时许，广东溢达纺织有限公司辅料包装厂车纽车间除尘室发生粉尘爆炸事故，造成5人受伤。6月21日17时15分左右，乌苏市新疆天玉生物科技有限公司一个生产车间发生粉尘爆炸，引发该车间失火，所幸未造成人员伤亡。8月2日，昆山开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂拋光车间在生产过程中发生爆炸，目前已造成75死、185伤。1粉尘爆炸机理Mechanismsofdustexplosions1.1粉尘爆炸基础知识Dustexplosionbasic1.2粉尘爆炸性参数的测定Determinationofdustexplosioncharacteristics1.3粉尘爆炸性参数的影响因素Influencefactorsofdustexplosioncharacteristics1.1粉尘爆炸基础知识Dustexplosionbasic1.1.1粉尘爆炸及其发生的条件Dustexplosionanditsconditions1.1.2可燃粉尘及其在空气中的分散Combustibledustanditsdispersioninair1.1.3点燃源Ignitionsources1.1.4粉尘爆炸火焰传播与二次爆炸Flamepropagationandsecondaryexplosionofdustexplosions粉尘爆炸录像Dustexplosionvideo（ByFSA,Germany）小麦粉爆炸实验，1980年，挪威玉米淀粉爆炸实验，1982年，挪威玉米淀粉爆炸-德国应用系统安全与劳动医学研究中心金属镁粉爆炸（东北大学）玉米淀粉爆炸（东北大学）粉尘爆炸演示演示Demonstrationofdustexplosion