摘要：目前，为有效防止作业场所金属粉尘爆炸事故发生，本文基于金属加工作业工艺特点，提出了作业场所金属粉尘爆炸风险识别点位，建立了包含安全措施补偿因子的作业场所金属粉尘爆炸风险量化评估方法，提出了粉尘爆炸固有风险与现实风险的概念及其量化计算方法。该研究对金属加工制造企业安全高效管理粉尘爆炸风险具有重要指导意义。

关键词：金属粉尘；爆炸；事故

引言

金属粉尘在空气中遇到明火或高温热源时，可发生剧烈的燃烧反应，产生高温高压的气体和火焰，形成金属粉尘燃爆。金属粉尘燃爆是一种严重的工业安全事故，不仅会造成人员伤亡和设备损坏，还会引发次生事故，如：火灾、毒气泄漏等。据统计，近年来全球发生了多起金属粉尘燃爆事故，造成了巨大的经济损失和社会影响。

1金属粉尘燃爆特性及其影响因素

1.1金属粉尘的定义和分类

金属粉尘是指由金属或合金材料加工、处理、储存或运输过程中产生的细微颗粒物。根据化学成分和反应性能，金属粉尘可以分为以下3类：（1）高活性金属粉尘：是指与空气中的氧气或水反应极为剧烈的金属或合金粉尘，如钾、钠、镁、铝、锂等。这类金属粉尘的点火温度和点火能量都很低，且反应放出大量的热量和气体，因此极易发生燃爆。（2）中活性金属粉尘：是指与空气中的氧气或水反应较为强烈的金属或合金粉尘，如钛、锌、铁、铜等。这类金属粉尘的点火温度和点火能量都较低，且反应放出较多的热量和气体，因此也容易发生燃爆。（3）低活性金属粉尘：是指与空气中的氧气或水反应较为缓慢的金属或合金粉尘，如镍、铬、钼、钨等。这类金属粉尘的点火温度和点火能量都较高，且反应放出较少的热量和气体，因此不太容易发生燃爆。

1.2金属粉尘燃爆的机理和过程

金属粉尘燃爆是指在一定的空间内，金属粉尘与空气混合形成可燃性气团，遇到外部点火源后发生快速的放热反应，导致压力急剧升高的现象。金属粉尘燃爆的机理和过程可以分为以下4个阶段：（1）点火阶段：当外部点火源（如火花、电弧、热表面等）接触到可燃性气团时，会使得气团中的部分粉尘颗粒被加热至其点火温度，从而引发局部的氧化反应，产生初级火焰。（2）火焰传播阶段：当初级火焰形成后，会向周围的未反应气团扩散，同时也会将周围的粉尘颗粒加热至其点火温度，从而引发更多的氧化反应，产生更大的火焰。这样，火焰就会不断地传播和扩大，直到消耗完所有的可燃性气团或遇到障碍物为止。（3）压力升高阶段：当火焰传播时，会放出大量的热量和气体，使得空间内的温度和压力急剧升高。如果空间是封闭或半封闭的，那么压力就会超过空间的承受能力，造成爆炸。如果空间是开放的，那么压力就会向外排放，造成冲击波。（4）后果阶段：当压力升高到一定程度后，就会对空间内的人员、设备和结构造成不同程度的损伤。同时，由于火焰和高温气体的作用，还可能引发其他次生事故，如火灾、毒气泄漏、二次爆炸等。

1.3影响金属粉尘燃爆特性的因素

影响金属粉尘燃爆特性的因素主要有以下5类：（1）粉尘特性：包括粒径、形态、密度、含水率、化学成分等。一般来说，粒径越小，形态越不规则，密度越低，含水率越低，化学活性越高，金属粉尘的可燃性参数越低，爆炸特性越强。（2）氧气浓度：氧气是金属粉尘燃爆所必需的氧化剂，氧气浓度对金属粉尘的可燃性参数和爆炸特性有显著影响。一般来说，氧气浓度越高，金属粉尘的MIE、MEC、LEL等可燃性参数越低，Pmax、dP/dt等爆炸特性越强。（3）温度和压力：温度和压力是影响金属粉尘云状态和反应动力学的重要因素。一般来说，温度和压力越高，金属粉尘云的密度越低，扩散速率和反应速率越快，MIE、MEC、LEL等可燃性参数越低，Pmax、dP/dt等爆炸特性越强。（4）粉尘分散度和均匀度：粉尘分散度和均匀度是影响金属粉尘云与氧气接触和混合的重要因素。一般来说，粉尘分散度和均匀度越高，金属粉尘云与氧气的接触面积和混合程度越高，MIE、MEC、LEL等可燃性参数越低，Pmax、dP/dt等爆炸特性越强。（5）粉尘层厚度和温度：粉尘层厚度和温度是影响金属粉尘层燃烧和爆炸的重要因素。一般来说，粉尘层厚度和温度越高，金属粉尘层的热量积累和自燃倾向越高，粉尘层燃烧时产生的火焰和气流越强，能够激发更多的粉尘悬浮并引发爆炸。

2金属粉尘爆炸事故统计分析

2.12005-2020年金属粉尘爆炸事故情况分析

根据应急管理系统发布的事故调查报告和国内媒体的公开报道，收集整理2005-2020年我国国内（不含港澳台）67起典型企业金属粉尘爆炸事故案例，事故总计造成507人死亡、712人受伤。67起事故包括一般事故46起、较大事故12起、重大事故6起和特别重大事故３起，分别占比68．66％、17.91％、8.95％和4.48％。其中，3起特别重大事故共造成300人死亡、245人受伤。数据显示，此间金属粉尘爆炸事故伤亡人数总体呈现波浪式下降的趋势，特别重大金属粉尘爆炸事故造成的伤亡人数占比近60％。因此，对金属粉尘涉爆企业爆炸事故风险仍需高度重视。

2.2金属粉尘爆炸事故原因初步分析

通过整体分析67起金属粉尘爆炸事故发现，诱发金属粉尘爆炸事故的因素多元交叉，大量事故因素涉及“人、机、环、管”多个方面。其中，人的因素包括未对除尘设施进行及时清扫、违章作业违规放炮、违规检维修除尘设备、未穿戴防静电工作服、未使用防爆电气工具等；设备因素包括电气线路短路、设备没有安装除静电设施、通风系统设计风量无法保障通风除尘效果等；环境因素包括现场通风条件差、车间安全出口设置不合理、作业车间温度偏高、受限空间等；管理因素包括安全培训教育不到位、安全生产责任不清、隐患排查治理不到位及安全生产投入不足等。

3金属粉尘爆炸的控制措施

3.1金属粉尘爆炸风险识别

（1）粉尘释放源识别。粉尘释放源是指能释放或产生可燃性粉尘的地点或部位。因此，在对作业场所金属粉尘爆炸风险进行识别时，应首先对粉尘查找粉尘释放源，并对其是否等级进行划分，具体如下：①连续级释放。连续存在或预计可长时间连续存在或短时间频繁出现的释放。例如：经常填充和清空的混合容器或储存筒仓的内部。②1级释放。预计可定期出现或正常运行中偶尔出现的释放。例如：毗邻敞口袋灌包或倒包的位置周围。③2级释放。预计正常运行时不会出现，如果出现也是偶尔出现或短时间出现的释放。例如：出现粉尘沉淀的粉尘处理装置。（2）工艺、设备与环境识别。可产生爆炸性粉尘的工艺包括但不限于：除尘、气力输送、机械输送、研磨、旋转干燥、铣屑、锯切、钻孔、打磨、抛光、抛丸、喷砂、涂装等。可产生爆炸性粉尘环境的设备包括但不限于：磨机、抛光机、3D金属打印的混合机、光饰机、缓冲斗、收料容器、除尘器、管道、地坑、低温渗铝设备等。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、堵料、明火等。导致爆炸后果严重的工艺或设备的条件或状态包括但不限于：粉尘堆积、粉尘扩散、设备容积、设备长径比、设备连通、建筑内有人员聚集场所等。（3）管理因素辨识。管理缺陷包括但不限于未制定并落实粉尘清扫制度、粉尘防爆专项安全生产教育和培训制度、除尘系统和相关安全设施设备运行、维护及检修、维修管理等安全管理制度，以及未制定并演练粉尘爆炸事故应急预案等。

3.2金属粉尘防爆的措施

经实验结果确定，6处金属粉尘样品均为爆炸性金属粉尘，需要进一步采取防范措施，提升安全管理水平，下一步金属粉尘防爆工作建议：（1）加强除尘设备对标整改及本质安全提升。根据实验结果显示金属粉尘均存在不同程度的爆炸性风险，相关的除尘系统应当按照标准规范要求进行设置，除尘器采取泄爆、惰化、隔爆、抑爆等一种或多种防爆装置；除尘器灰斗下部设锁气卸灰装置，保证运行工况连续卸灰、连续输灰，使卸灰工作周期内灰斗内无金属粉尘堆积，抑制金属粉尘云的产生。如安装泄爆装置，需对照《金属粉尘爆炸泄压指南》（GB/T15605—2008）的要求，选择并安装符合泄爆压力要求的材料，确保发生事故时能及时泄爆，减轻事故严重度。（2）结果显示煤粉的爆炸危险程度最高，应当加大对高炉、磨煤机等处除尘设备的智能化改造。通过建立金属粉尘涉爆在线监测监控系统，对除尘器灰斗内部温度、进出口风压差、锁气卸灰故障信号等关键安全参数进行实时监测，同时运用物联网、云计算、大数据等手段对金属粉尘爆炸危险作业的各项风险、隐患管控指标参数进行实时监管、监控。（3）焦粉、焦煤粉和矿粉的爆炸程度略低于煤粉，其除尘系统仍需按照标准进行设置。此外还需加强除尘系统的维护保养及作业现场清扫。加强对除尘系统的维护，保证除尘系统有效运行，严禁擅自改动除尘器设置。督促涉粉区域加强金属粉尘清扫，对设备内部、底部以及密封不严、存在跑冒滴漏情形的地方进行清扫。（4）持续强化金属粉尘防爆专项教育培训。组织主要负责人、技术人员、安全管理人员、涉粉作业人员等进行金属粉尘防爆专题培训，深刻认识涉爆金属粉尘危险性，吸取事故教训，切实提升监管能力和管理水平。加强岗位应急处置等方面的培训，提高其安全操作技能和应急能力。（5）强化金属粉尘涉爆场所防火防爆的管理。对金属粉尘涉爆场所的电气设备，应加强防爆线路敷设、防爆电气设备的安装使用、金属设备和管道防静电措施的管理等，防止出现电火花，避免金属粉尘爆炸事故的发生。

3.3安全管理建议

综上，提出针对金属粉尘爆炸事故防控如下措施和建议。（1）升级更新通风除尘系统。考虑到通风除尘设备设计不良可能导致的风险，企业在采购除尘系统除尘时，应选择专业的环保设备生产厂家对整套系统的安全设计，包括收集罩，除尘管道，除尘风机，以降低金属粉尘积聚。（2）增大防爆泄压面积。为避免发生金属粉尘爆炸产生高爆炸压力，企业应调整原有工厂双层钢筋混凝土框架，增加泄压面板、泄压门或其他泄压装置。（3）加大事故隐患排查治理力度。提升事故隐患排查的频率和彻底性，确保及时识别和解决所有潜在问题。使用隶属度较高的隐患排查指标来定期评估工作场所，并按照这些指标进行改进。（4）严格遵守操作规程。根据隶属度数据，制定针对性的培训计划，引导教育员工遵守操作规程的重要性。实施全覆盖的监督网络和无死角的执行措施，确保所有岗位操作符合安全规定。（5）增加安全投入。一是引入智能技术建立通风除尘、浓度监测、阈值报警和应急联动的智能物联预防体系，加强金属粉尘爆炸事故的预防能力；二是为增加安全设施投入和员工安全培训费用，建立完善的粉尘清扫制度为关键风险因素的环节。

结语

（1）提出了作业场所金属粉尘爆炸风险识别点位，即粉尘释放源识别、工艺、设备与环境识别、管理因素识别；在作业场所金属粉尘爆炸风险量化评估过程中，提出了安全措施补偿因子的概念，安全补偿措施包含安全技术措施与安全管理措施；建立了作业场所金属粉尘爆炸风险量化评估方法，提出了粉尘爆炸固有风险与现实风险的概念及其量化计算方法。（2）在金属加工制造过程中，粉尘生成量与自身爆炸参数是影响粉尘爆炸事故发生的根本性参数，企业应定期对作业工段粉尘生成量、粉尘浓度及粉尘自身爆炸参数进行准确测量，及时调整制定粉尘爆炸风险管控措施，以防治粉尘爆炸事故发生。（3）粉尘爆炸风险与企业安全监管方法息息相关（体现在安全补偿系数中），因此，企业安全管理人员应高度重视企业涉尘工艺安全监管，制定并严格执行相关管理措施，对辨识出的具有高风险的作业工序，应本着实事求是的态度作风，及时调整安全管理等级，以提升粉尘爆炸事故预防能力。

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