1、粉尘爆炸基础知识及风险控制 内 容 提 要 1、粉尘爆炸的基本概念 1.1粉尘为啥会爆炸？ 1.2哪些粉尘会爆炸？ 1.3粉尘爆炸的必要条件是什么？ 1.4描述粉尘爆炸特性的参数有哪些？测试这些参数有何意义？ 1.5影响粉尘爆炸特性的因素有哪些？ 2、粉尘爆炸风险控制 2.1 何谓粉尘爆炸风险？如何定义？ 2.2 粉尘爆炸风险如何评估？ 2.3 粉尘爆炸风险如何控制？ 2.4 粉尘爆炸危险场所如何划分？ 2.5 防爆电气如何选择？ 1.1粉尘为什么会爆炸？ 可燃物质越细小越容易点燃、燃烧 速度越快 1.1粉尘为什么会爆炸？ 物质燃烧释放的是化学能物质燃烧释放的是化学能 1g TNT(C6H2C
2、H3(NO2)3) 完全 燃烧释放 4.5kJ； 1g 玉米淀粉（C6H10O5)n 完全 燃烧释放 多少能量？ 1g铝粉呢？30kJ 1.2.哪些物质会发生粉尘爆炸？ 粉尘爆炸的化学本质粉尘爆炸的化学本质燃烧燃烧 只要能发生燃烧的物质，理论上都能发生粉 尘爆炸 非稳定的氧化物会产生粉尘爆炸 有些物质和CO2,N2也能发生反应 能发生粉尘爆炸的物质能发生粉尘爆炸的物质 天然有机物质（谷物，糖，麻等） 合成有机材料（塑料，有机颜料，杀虫剂等） 煤 金属（铝，镁，锌，铁，锆等） 哪些物质不会发生粉尘爆炸？ 硅酸盐 硫酸盐 硝酸盐 碳酸盐 普通水泥 沙子 天然大理石 不锈钢粉尘？石墨？炭黑？活性炭？
3、 1.3.粉尘什么条件下会爆炸？ 粉尘云 （1）可燃性粉尘:可与助燃气 体发生氧化反应而燃烧的粉尘。 （2）氧化剂氧气，CO2,N2?。 （3）点火源:高温表面或火花 或辐射等。 （4）粉尘云：悬浮并达到爆炸 下限。 （5）密闭空间:粉尘云被限制 在相对密闭的空间。 （1）明火： 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
4、防爆电气设备启停或运行过程产生的火花 非防爆的接插件、非防爆开关、非防爆电机 电气设备过载 （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 常见点火源 （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、光线聚焦雷闪电、光线聚焦 （7）化学反应放热：氧化燃烧氧化燃烧、自燃自燃 常见点火源 容易发生粉尘爆炸的工艺与设备 打磨抛光打磨抛光
5、各类金属制品、木制品、各类金属制品、木制品、 塑料制品等存在打磨抛光塑料制品等存在打磨抛光 生产工艺，其粉尘颗粒细生产工艺，其粉尘颗粒细 微，极易在空间扩散形成微，极易在空间扩散形成 粉尘云，一旦空间受限，粉尘云，一旦空间受限， 则易发生粉尘爆炸。则易发生粉尘爆炸。 干式除尘系统干式除尘系统 除尘器工作状态下，因 自重降落和滤袋清灰，灰斗 内始终存在高浓度悬浮状粉 尘，若遇有足够能量的点 火源，极易 引发粉尘 爆炸事故。 粉料管道气力输送过 程中，高浓度细粉料 与空气处于完全混合 悬浮的流动状态，易 引起粉尘爆炸，且输 送管线与分离过滤器 和除尘设备相连，易 引起二次爆炸。 气力输送系统气力输
6、送系统 容易发生粉尘爆炸的工艺与设备 其它生产设备其它生产设备 粮食、饲料企业的 斗式提升机、筒仓、 料仓、料斗等都是极 易发生粉尘爆炸的生 产设备。 干燥过程干燥过程 使用喷雾、气流或沸 腾干燥器干燥颗粒状物料 或粉料时，设备内形成的 可燃粉尘空气混合物 的爆炸事故在生产实践中 时有发生。 容易发生粉尘爆炸的工艺与设备 1.4.粉尘爆炸的特性如何描述？ 着火敏感性参数着火敏感性参数 粉尘云爆炸下限（MEC）：粉尘发生爆炸所必须达到的 最低粉尘空气混合物浓度，一般为几十到几百g/m，MEC 越低越敏感，越容易发生爆炸； 粉尘云最小着火能量（MIE）：引燃粉尘云着火爆炸的最 低电火花能量，一般为
7、几十到几百mJ，MIE越小越敏感，越 容易被静电火花引燃；粉尘云最低着火温度（MITC）：粉 尘呈云状时能被引燃的最低热表面温度，越低越易着火爆 炸； 粉尘层最低着火温度(MITL)：粉尘呈堆积层状时能被引燃 的最低热表面温度，越低越易着火爆炸； 1.4粉尘爆炸的特性如何描述？ 爆炸严重度参数爆炸严重度参数 粉尘云最大爆炸压力(Pmax)：粉尘发生爆炸所能 达到的最大压力，一般不超过0.9MPa，Pmax越大破 坏力越大； 粉尘云爆炸压力上升速率（dp/dt）：粉尘爆炸 时产生压力上升的速度，dp/dt越大越接近于炸药， 越难以防护； 爆炸指数Kst=（dp/dt）V1/3 1.4.测试粉尘爆
8、炸特性参数有何意义？ 用于了解粉尘本身着火爆炸的危险性； 用于评估生产工艺粉尘爆炸风险； 用于工业现场粉尘防爆方案的设计； 1.5 影响粉尘爆炸的因素有哪些？ 粉尘浓度：爆炸下限，爆炸上限 粉尘粒径：粒径越小，爆炸强度越高，反之安全，50目 （约360微米）的镁粉会爆炸吗？ 含水量（水分）： 点火源强度：点火能量越高，越容易爆炸 氧含量：必须达到最低氧含量 定义：综合反映生产过程粉尘爆炸事故发生可能性 （P）和后果严重度（C）的指标。 计算原则： R=P*C 计算方法：需要采用系统的分析方法进行粉尘爆 炸风险评估。 2.1 粉尘爆炸风险的基本概念 2.2 粉尘爆炸风险评估的基本内容 1）粉尘爆
9、炸事故危险源的辨识 爆炸性粉尘辨识：爆炸性筛分测试爆炸性粉尘辨识：爆炸性筛分测试 建筑、工艺及设备辨识：建筑、工艺及设备辨识： (1)(1)粉尘爆炸危险场所设置在非框架结构的多层粉尘爆炸危险场所设置在非框架结构的多层 建构筑物内或与居民区、员工宿舍、会议室等人员建构筑物内或与居民区、员工宿舍、会议室等人员 密集场所安全距离不足。密集场所安全距离不足。 (2)(2)可产生爆炸性粉尘环境的工艺：重点是除尘、可产生爆炸性粉尘环境的工艺：重点是除尘、 气力输送、粉碎、抛光打磨、涂装等气力输送、粉碎、抛光打磨、涂装等； 2.2 粉尘爆炸风险评估的基本内容 1）粉尘爆炸事故危险源的辨识 (3)可产生爆炸性
10、粉尘环境的设备包括但不限于：磨 机、混合机、干燥机、斗式提升机、料仓、缓冲斗、除 尘器、管道、地坑等； (4)导致工艺或设备产生点火源的条件或状态包括但 不限于：摩擦、撞击、过载、电气短路老化、静电、粉 尘自热、跑偏、打滑、断带等； 2.2 粉尘爆炸风险评估的基本内容 1）粉尘爆炸事故危险源的辨识 (5)导致爆炸后果严重的工艺或设备的条件或状态 可燃性粉尘与可燃气体等易加剧爆炸危险的介质共用 一套除尘系统，不同防火分区的除尘系统互联互通。 除尘系统采用粉尘沉降室除尘，或者采用干式巷道式 构筑物作为除尘风道。 铝镁等金属粉尘及木质粉尘的干式除尘系统未规范设 置锁气卸灰装置 . 2.2 粉尘爆炸风
11、险评估的基本内容 1）粉尘爆炸事故危险源的辨识 管理的缺陷：未采取粉尘防爆措施、未制定管理制度、操 作规程、应急预案。 （1）粉尘爆炸危险场所的20区未使用防爆电气设备设施。 （2）在粉碎、研磨、造粒等易于产生机械点火源的工艺设备 前，未按规范设置去除铁、石等异物的装置。 （3）木制品加工企业，与砂光机连接的风管未规范设置火花 探测报警装置。 爆炸性环境出现的频率，分为20区，21区，22区和非 危险区 点火有效性分析 粉尘的着火敏感度P1 危险级别危险级别 爆炸敏感度参数爆炸敏感度参数 最低着火温度最低着火温度/ 最小点火能最小点火能/mJ 高高 T135T135 E10E10 较高较高 1
12、35T300135T300 10E10010E100 一般一般 300T450300T450 100E500100E500 低低 450T450T 500E500E 2）事故发生可能性分析需要考虑的因素 点火有效性分析 火源出现的频度P2 点火源出 现频率 不会发生 正常操作 中出现的概 率极低 正常操作过程 中偶尔会出现 正常操 作中会发 生 危险分数 P2 0 1 3 5 事故发生可能性P=P1*P2 2）事故发生可能性分析需要考虑的因素 爆爆 炸炸 性性 环环 境境 等等 级级 分分 数数 5 5 3 3 1 1 0 0 0 0 1 1 3 3 5 5 点火源有效性分数点火源有效性分数
13、粉尘爆炸可能性矩阵分析 2.2 粉尘爆炸风险评估的基本内容 3）粉尘爆炸后果严重度C的分析 物质特性，爆炸压力及上升速率 粉尘数量（TNT当量法） 设备设施（长径比、连通性、封闭性） 人员分布 建筑布局 2.2 粉尘爆炸风险评估的基本内容 4）粉尘爆炸风险R=P.C 风险分值风险分值 60R60R 34R34R60 9R9R34 1R1R9 R R1 风险等级风险等级 特高特高 高高 中中 低低 可忽略可忽略 当系统采取粉尘防爆措施后，爆炸发生可能性和严重度都 会降低，因此需要对计算的风险除以补偿系数，得到真实 的风险值。 2.3 粉尘爆炸风险控制方法和技术 1）采取本质安全设计 （1）利用氮
14、气输送或密封； （2）切向进料防止扬尘； （3）控制颗粒粒径； （4）防静电结构； （5）增加湿度； （6）降低流速； （7）负压操作. 2.3 粉尘爆炸风险控制方法和技术 2）采用粉尘防爆电气设备（GB12476.3） （1）与气体防爆电气的区别 防爆原理不一样 气体和粉尘点火温度相差较大 （2）粉尘防爆电气的类型 Ex iD，Ex tD，Ex mD,Ex pD 粉尘爆炸危险场所防爆电气选择 GB12476.2 关于粉尘防爆电气常见的问题 （1）电气外壳防护等级IP65是否就等同防爆电气？ （2）粉尘爆炸危险场所选用了气体防爆电气怎么办？ （3）新技术新产品安全级别较高，但未进行防爆认证 能
15、否用于爆炸危险场所？ 2.3 粉尘爆炸风险控制方法和技术 3）采取技术手段减缓事故后果 （1）安装粉尘浓度检测报警装置； （2）利用除尘系统、加湿、清扫的方式来降低粉尘浓度在爆 炸下限以下。 （3）利用氮气或二氧化碳等惰性气体控制环境氧浓度在极限 氧浓度LOC以下。 （4）利用降低速度或无火花材料、防爆电气、防爆工具等避 免有效点火源的出现。 （5）采用抗爆结构，或/且安装泄爆装置、隔爆装置、抑爆 装置等降低后果严重度； 2.4粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.1 术语 爆炸性粉尘环境：大气条件下, 可燃性粉尘、纤维或 飞絮与空气的混合物，引燃后，能够保持燃烧自行传 播的环境。 爆炸危险场所：
16、为防止点燃爆炸性粉尘 /空气混合物 环境，而需对设备的结构和使用采取特殊措施的空间。 非危险场所：其中存在的可燃性粉尘不会形成爆炸性 粉尘环境的场所。 本质条件：粉尘云浓度达到爆炸下限。 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.2 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 2.4粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.3 区域划分的依据 GB 12476.3-2007 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 G
17、B50058-2014爆炸危险环境电力装置设计规范 GB17440-2008粮食加工储运系统粉尘防爆安全规 程 GB50414-2007 钢铁冶金企业设计防火规范 该标准将粉尘爆炸危险场所分为10区和11区，不 宜采用。 2.4粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.4 区域划分的方法和基本原则 方法:爆炸性环境出现的频率和存在的时间 原则:频率越高、存在时间越长危险性越大 20区 正常运行时爆炸性粉尘环境长期存在、连续出现或 短时、频繁出现的区域。 21区 正常运行时爆炸性粉尘环境可能偶尔出现的区域。 22区 在正常运行时，可燃性粉尘云不可能出现爆炸性环 境，既便出现也只是短时存在的区域 非爆炸危
18、险区域：未划归为20、21、22区域之外的区域 。 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 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）考虑释放源等级，确定区域等级； 4）考虑边界确定区域范围。 2.4.5 区域划分的基本步骤 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 1）爆炸下限）爆炸下限确定多大浓度会爆？一般确定多大浓度会爆？一般 30-50g/m3 2.4.5 区域划分的基本步骤 感官上能够发生爆炸的煤粉浓度 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.5 区域划分的基本步骤 2 2）确定释放源位置）确定释放源位置: :辨别形成爆炸性粉尘/空气混合 物或生成粉尘层的条件 落差落差
19、 例如原煤仓、煤粉仓等。 压差压差 使用正压时，粉尘更易从设备的泄漏处逸出；使用负 压时，可能性就非常低; 连接连接 柔性导管比金属管更易成为释放源; 堆积粉尘堆积粉尘 二次爆炸的粉尘释放源； 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。 落差是产生粉尘云的最常见释放源： 提升设备、转运设备、料仓、称斗等 面粉筛分机 敞开式振动筛分机释放粉尘形成粉尘云和粉尘层 软连接处粉尘释放源 法兰连接松动漏粉 外观 内部 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.5 区域划分的基本步骤 3）确定释放源的等级及对应的区域 连续级释放源：加工设备内
20、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； 1级释放源：卸粮口、包装口； 2级释放源：偶尔或短期打开的人孔，有粉尘沉积的粉末处理间。 标准规定下列各项可以不按释放源考虑： 压力容器外壳主体结构，包括它的关闭的喷嘴和人孔； 管道、导管和无接合面的通风道； 阀门密封和法兰连接，其设计和结构充分考虑过防止粉尘和 泄漏。 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.5 区域划分的基本步骤 3）确定释放源的等级及对应的区域 释放源等级释放源等级 粉尘云粉尘云 可控厚度的粉尘层可控厚度的粉尘层 经常有挠动经常有挠动 很少有挠动很少有挠动 连续级连续级 20 21
21、 22 1 1级级 21 21 22 2 2级级 22 21 22 不可控厚度的粉尘层存在时应划为不可控厚度的粉尘层存在时应划为2020区；区； 通风可以降低区域等级，比如通风可以降低区域等级，比如2121区降为区降为2222区；区； 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4.5 区域划分的基本步骤 4）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1级释放源周围1m直径范围内； 22区：通常在2级释放源周围或21区外围1米直径范 围内； 危险场所区域划分示例： 20区：正常运行时爆炸性粉尘环境长期存在、连续出 现或短时、频繁出现的区域。如： 粉尘容器内部场所； 贮料槽、
22、筒仓等，集尘器和过滤器； 除皮带和链式运输机的某些部分外的粉尘传送系统； 搅拌机、粉碎机、干燥机、装料设备等； 容器外部，由于管理不善而形成不可控厚度的粉尘层 的区域。 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 除除 尘尘 器器 内内 部部 2020区区 2020区区 20区 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 21区示例： 为了操作而频繁移动或打开的20区容器的外部 场所。 无通风措施时，接近装料和卸料点、送料皮带、 取样点、皮带卸载点等的粉尘容器外部场所； 如果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/空气混合物时，粉尘容器 外部场所。 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 22区示例
23、：区示例： 滤袋干净一侧，如果一旦出现故障可能逸出爆炸性粉尘滤袋干净一侧，如果一旦出现故障可能逸出爆炸性粉尘/空气混空气混 合物。合物。 气动设备，挠性连接可能会损坏等的附近场所。气动设备，挠性连接可能会损坏等的附近场所。 包装车间。操作期间，存储袋可能出现故障引起粉尘扩散。包装车间。操作期间，存储袋可能出现故障引起粉尘扩散。 在（收尘袋）装料和出料点、送料皮带、取样点、卡车卸载站、在（收尘袋）装料和出料点、送料皮带、取样点、卡车卸载站、 皮带卸载点等场所附近采取通风除尘措施时，皮带卸载点等场所附近采取通风除尘措施时，一般划分为一般划分为21区的区的 场所可以降为场所可以降为22区场所。区场所
24、。 可控制（清理）的粉尘层有可能被扰动而产生爆炸性粉尘可控制（清理）的粉尘层有可能被扰动而产生爆炸性粉尘/空气空气 混合物的场所。混合物的场所。 与泄爆有关的安全设施与泄爆有关的安全设施, 比如爆破片、泄爆门等打开时能产生粉比如爆破片、泄爆门等打开时能产生粉 尘释放的设施。尘释放的设施。 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 无通风条件下倒袋站区域划分图 2.4 粉尘爆炸危险场所区域划分 通风条件下倒袋站区域划分图 GB17440 粮食加工储运粉尘防爆安全规程 39000 34500 32800 29500 22000 18800 13000 8000 7000
25、90007000100008000 8000 8000 0 39000 29500 22000 14600 1900 9200 6000 5100 3660 给煤机 20区21区22区 人孔 卸料阀 煤粉制备系统爆炸危险区域划分 1m 原煤仓 输粉管 磨机 煤粉仓 仓式泵 原煤仓 收尘器 1m 风险控制中几个易混淆的问题 1. 粉尘爆炸泄压与压力容器安全阀的区别 粉尘爆炸是化学爆炸，泄爆需要考虑化 学反应的速度，因此一般需要较大的泄压 面积；压力容器超压多是物理爆炸，压力 上升速度较慢，安全阀可以满足要求。 2. 抑爆和惰化的区别 风险控制中几个易混淆的问题 3. 防爆方法的选择 风险控制中几个易混淆的问题 一个较为复杂的问题，很难有一个共同的答案，通常 取决于对风险控制水平的要求。 1）泄爆是减小损失的常用方法； 2）隔爆是防止系统爆炸常用的方法； 3）抑爆是较昂贵但不宜泄爆场所常用的方法； 4）惰化是很敏感粉尘且有惰性气体条件下常用的方法； 1 ） 谢谢观看
