?旨在將本質(zhì)安全原理與粉塵爆炸(以煤粉爆炸為例)的風(fēng)險(xiǎn)控制聯(lián)系起來(lái)。利用20 L球形爆炸裝置的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試煤粉及煤粉－CaCO3混合物的爆炸下限、最大爆炸壓力、壓力上升速度等爆炸特性。基于本質(zhì)安全基本原理和試驗(yàn)結(jié)果，討論預(yù)防煤粉爆炸的各種基本方法，并重點(diǎn)闡述本質(zhì)安全原理與粉塵爆炸影響因素、不同的預(yù)防方法、過(guò)程設(shè)備的選擇等之間的關(guān)系，對(duì)已制定的爆炸風(fēng)險(xiǎn)控制措施進(jìn)行完善和補(bǔ)充。
【關(guān)鍵詞】 本質(zhì)安全；粉塵爆炸；煤粉爆炸；爆炸預(yù)防
0 引言
粉塵爆炸是可燃物塵粒與空氣中的氧充分接觸，在特定條件下，瞬時(shí)完成的劇烈氧化反應(yīng)，反應(yīng)放出大量熱，形成急劇增高的壓力波。粉塵爆炸一般規(guī)模大，且易發(fā)生二次爆炸，釋放的能量相對(duì)可燃?xì)怏w和液體蒸氣要大得多，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失往往也大得多。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，粉末技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，預(yù)防和抑制粉塵爆炸就更為重要。對(duì)于煤礦、冶金、火電廠等生產(chǎn)和加工煤的行業(yè)，了解煤粉爆炸特性及其預(yù)防抑制措施十分重要。
目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于粉塵爆炸的研究主要包括爆炸機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)兩方面。由于粉塵爆炸非常復(fù)雜，綜合數(shù)學(xué)理論還未成熟，實(shí)際應(yīng)用還存在著困難，更多的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試爆炸參數(shù)等基本研究[1]。
我國(guó)正處于重化工業(yè)的快速發(fā)展時(shí)期，安全生產(chǎn)形勢(shì)十分嚴(yán)峻，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全及通過(guò)追求生產(chǎn)流程諸要素的安全可靠和諧統(tǒng)一，使各種危險(xiǎn)因素始終處于受控制狀態(tài)顯得尤為重要。筆者結(jié)合本質(zhì)安全原理，根據(jù)煤粉爆炸特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論并提出其爆炸危險(xiǎn)及預(yù)防措施。
1 本質(zhì)安全
本質(zhì)安全的正式概念是在20世紀(jì)70年代后期由英國(guó)化工安全專家Trevor Kletz提出的：“預(yù)防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全設(shè)施，而是通過(guò)消除危險(xiǎn)或降低危險(xiǎn)程度以取代那些安全裝置，從而降低事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性”[2]。不同國(guó)家不同行業(yè)對(duì)本質(zhì)安全的理解不盡相同，筆者認(rèn)為，本質(zhì)安全是保證生產(chǎn)安全的主動(dòng)方法，不需要額外的設(shè)備或程序干涉就能消除危險(xiǎn)。
過(guò)程工業(yè)預(yù)防損失的措施主要從以下3方面考慮：
1)本質(zhì)安全；
2)工程安全；
3)程序安全。
本質(zhì)安全是指在安全的生產(chǎn)環(huán)境下使用安全的物料消除危險(xiǎn)，它利用物料或過(guò)程本身的性質(zhì)來(lái)消除危險(xiǎn)；
工程安全，又叫附加安全，包括附加安全裝置(如爆炸泄放裝置、自動(dòng)抑制系統(tǒng)等)，該類裝置只在過(guò)程發(fā)生擾亂時(shí)才運(yùn)行；
程序安全，又叫管理控制，利用安全技術(shù)(規(guī)章)和程序(如高溫作業(yè)許可證等)來(lái)減小風(fēng)險(xiǎn)。
本質(zhì)安全區(qū)別于其他兩種安全的根本在于消除危險(xiǎn)的來(lái)源，而不是有了危險(xiǎn)再設(shè)法減輕其影響。對(duì)于理想的本質(zhì)安全，是不需要任何工程上或程序上的安全裝置的。表1是．Amyotte等提出的本質(zhì)安全的基本原理[3]。
風(fēng)險(xiǎn)控制措施的首選順序是本質(zhì)安全，工程安全，然后是程序安全。實(shí)際生產(chǎn)中，本質(zhì)安全可能不能獨(dú)立地將爆炸風(fēng)險(xiǎn)降低到可以接受的程度，還需要工程上的裝置，如安全閥、爆破片，以及程序上的安全裝置如接地、壓焊等。但是，應(yīng)用本質(zhì)安全可以減少對(duì)工程和程序裝置的依賴。
盡管本質(zhì)安全逐漸被視為生產(chǎn)安全的一個(gè)重要組成部分，但還沒有得到普遍的應(yīng)用，要加強(qiáng)本質(zhì)安全原理的應(yīng)用還需要更多的研究和努力[4]。
2 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介
實(shí)驗(yàn)設(shè)備20升爆炸球裝置如圖1所示。
實(shí)驗(yàn)用2 MPa的高壓空氣將儲(chǔ)粉罐內(nèi)的煤粉經(jīng)機(jī)械兩向閥和分散嘴噴至預(yù)先抽成真空的20 L球形裝置內(nèi)部，形成一定濃度的粉塵云；同時(shí)開始計(jì)算機(jī)采樣，并用點(diǎn)火裝置點(diǎn)火引爆氣粉混合物；最后，對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分析、計(jì)算，完成實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)用煤粉的工業(yè)分析如表2所示。實(shí)驗(yàn)中對(duì)煤樣進(jìn)行了研磨，采用標(biāo)準(zhǔn)金屬篩進(jìn)行分篩，得到4種粒徑范圍的煤粉樣品，如表3所示。
用成都精新粉體測(cè)試設(shè)備有限公司的JL1166系列對(duì)煤粉的粒度進(jìn)行分析測(cè)試，由于設(shè)備測(cè)量范圍的限制，1號(hào)煤粉沒能進(jìn)行粒度分析，2～4號(hào)煤粉的粒度分析結(jié)果如圖2所示，中位粒徑D50如表4所示。
3 粉塵爆炸的預(yù)防
3.1 最小化原理
可燃粉塵與空氣混合物，僅在其爆炸范圍內(nèi)才能引燃，若粉塵濃度能保持在爆炸范圍之外，就能防止粉塵爆炸。但若粉塵濃度超過(guò)了爆炸上限，隨著粉塵的逐漸沉降，其濃度下降，最終會(huì)處于爆炸范圍內(nèi)，且爆炸十分猛烈，因此，爆炸上限對(duì)于預(yù)防粉塵爆炸沒有太大的意義。
根據(jù)本質(zhì)安全的最小化原理，盡可能地將粉塵濃度減到最小，使其濃度保持在爆炸下限以下，就能預(yù)防爆炸的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)采用2 KJ能量的點(diǎn)火頭測(cè)試了4種煤樣的爆炸下限，結(jié)果如圖3所示。(爆炸與否通常以爆炸壓力來(lái)判定，此次實(shí)驗(yàn)采用升壓超過(guò)0.06 MPa作為煤粉發(fā)生爆炸的判據(jù)。)
