鋁制品是當(dāng)代生產(chǎn)生活不可或缺的物質(zhì)，其生產(chǎn)加工過(guò)程中伴生著金屬粉塵的爆炸事故隱患。近年來(lái)我國(guó)發(fā)生了多起鋁粉塵爆炸事故，其中2014 年8 月江蘇昆山中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間發(fā)生特別重大鋁粉塵爆炸事故，造成146 人死亡、95 人重傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.51 億元。安監(jiān)總局對(duì)粉塵爆炸做出嚴(yán)格的督查規(guī)定，但仍然事故不斷。2016 年4 月深圳精藝星五金加工廠五金拋光打磨工序又發(fā)生爆炸，造成5 人死亡，5 人重傷的較大事故。事故頻發(fā)的原因在于涉塵企業(yè)沒(méi)有解析鋁粉塵爆炸的機(jī)理，沒(méi)有從根本上消除鋁粉塵爆炸隱患。

　　1 鋁粉塵爆炸機(jī)理

　　鋁制品打磨拋光產(chǎn)生的細(xì)微粉塵，其表面Al2O3 鈍化層被剝落，呈現(xiàn)出單質(zhì)鋁的活潑性質(zhì)。一方面，鋁是容易氧化的物質(zhì)，其氧化放熱的能量達(dá)到點(diǎn)火溫度，可以引起自燃，粉塵集聚能夠引發(fā)爆炸。另一方面，鋁常溫下可以與水反應(yīng)，生成氫氣，集聚的氫氣遇點(diǎn)火源能夠發(fā)生爆炸。

　　1.1 鋁粉氧化導(dǎo)致的爆炸

　　鋁粉塵比表面積大，點(diǎn)火能量低，具有可燃性及導(dǎo)電性，容易發(fā)生燃燒爆炸。導(dǎo)致鋁粉塵爆炸有以下五個(gè)因素。

　　(1)粉塵粒度：鋁制品拋光打磨形成的粉塵顆粒度越小，單位質(zhì)量的表面積越大，與氧反應(yīng)就越迅速，產(chǎn)生爆炸的速率越大，通常粒度≤75 μm 的粉塵即可發(fā)生爆炸。

　　(2)粉塵云：鋁粉塵分散在空氣中形成粉塵云，粉塵云爆炸濃度下限為60 g/m3(D 50=23 μm)。收塵系統(tǒng)內(nèi)的鋁粉塵濃度往往是高于爆炸下限的，工作場(chǎng)所內(nèi)長(zhǎng)期沉降的粉塵受外力沖擊飛揚(yáng)，形成的粉塵云也是可以達(dá)到爆炸下限的。

　　(3)點(diǎn)火源：鋁的粉塵云引燃溫度為560 ℃，最小點(diǎn)火能29 mJ，屬于高爆炸級(jí)別[1]。鋁制品在打磨過(guò)程中產(chǎn)生的火花，工作環(huán)境中的明火、電氣火花、靜電、熱表面均可構(gòu)成點(diǎn)火源。

　　(4)有限空間：鋁制品打磨涉及的生產(chǎn)車間、除塵器、風(fēng)管都屬有限空間，通常除塵器內(nèi)粉塵的濃度最高，發(fā)生爆炸的幾率最大。除塵器一旦發(fā)生爆炸，沖擊波沿除塵通風(fēng)管道回傳，將沉積在工作場(chǎng)所臺(tái)面、地面、梁柱上的粉塵吹揚(yáng)起來(lái)，形成粉塵云，誘發(fā)二次爆炸。二次爆炸的能量、破壞力通常比一次爆炸更大。

　　(5)氧氣：是鋁粉塵爆炸的助燃?xì)怏w，也是操作人員不可或缺的生存氣體。正常情況下工作場(chǎng)所的氧氣濃度在20 %~22 %，難以人為調(diào)節(jié)。

　　1.2 鋁粉產(chǎn)生氫氣導(dǎo)致的爆炸

　　鋁在空氣中易于氧化，其氧化產(chǎn)物Al2O3 附著在鋁制品表面，形成致密的鈍化膜，保護(hù)內(nèi)層鋁材不受侵蝕。鋁制品在拋光打磨過(guò)程中，表面的鈍化膜受到破壞，鋁塵呈現(xiàn)出既有的化學(xué)活性。

　　鋁可與水發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)方程式如下。

　　2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑

　　氫氣是甲類易燃易爆氣體，其在空氣中的爆炸濃度范圍

　　4 %~75 %(體積濃度)，在有限空間中，氫氣的排放逸散十分重要。

　　1.3 控制鋁粉塵爆炸的措施

　　1.3.1 鋁粉塵濃度控制

　　鋁粉的爆炸下限為60 g/m3，控制有限空間的粉塵云濃度低于爆炸下限，可以防止粉塵爆炸的發(fā)生。為此應(yīng)采取以下控制措施。

　　(1)在工作場(chǎng)所設(shè)置在粉塵在線濃度監(jiān)測(cè)裝置。

　　(2)打磨臺(tái)應(yīng)與收塵系統(tǒng)連接，收塵系統(tǒng)必須保持有效運(yùn)作。

　　(3)收塵系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)及時(shí)卸灰，工作場(chǎng)所內(nèi)的積塵必須及時(shí)清理。

　　1.3.2 點(diǎn)火源控制

　　鋁制品打磨拋光作業(yè)中存在的點(diǎn)火源較多，控制措施有以下3 方面。

　　1.3.2.1 明火源的預(yù)防

　　打磨能夠產(chǎn)生火花，應(yīng)在除塵風(fēng)管內(nèi)設(shè)置火花捕集器，控制除塵系統(tǒng)內(nèi)的點(diǎn)火源。工作場(chǎng)所內(nèi)的動(dòng)火作業(yè)，動(dòng)火前應(yīng)清理現(xiàn)場(chǎng)粉塵，動(dòng)火及冷卻期間停止粉塵作業(yè)。拋光打磨車間禁止吸煙。

　　1.3.2.2 防爆電氣

　　按《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備》(GB12476)選型、安裝、使用粉塵防爆電氣設(shè)備，不能用氣體防爆電機(jī)代替粉塵防爆電機(jī)。

　　1.3.2.3 靜電火源預(yù)防

　　生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的所有機(jī)電設(shè)備應(yīng)靜電接地，形成可靠閉合的接地干線。

　　1.3.3 氫氣控制

　　室內(nèi)禁止?jié)穹ㄗ鳂I(yè)，防止產(chǎn)生氫氣;室外可以采用濕法除塵，應(yīng)及時(shí)逸散氫氣。

　　(1)作業(yè)場(chǎng)所保持干燥，控制室內(nèi)空氣濕度。

　　(2)禁止室內(nèi)使用地下管溝式排風(fēng)除塵系統(tǒng)。

　　(3)室外濕法除塵系統(tǒng)設(shè)置氫氣逸散口。

　　(4)除塵器與室內(nèi)管路連接處設(shè)置隔爆閥。

　　2 防爆型鋁塵濕法處理工藝

　　防爆型鋁塵濕法處理工藝綜合考慮鋁塵濃度控制、點(diǎn)火源控制、氫氣逸散控制、爆炸傳導(dǎo)控制、職業(yè)病危害控制等因素，形成了兼顧本質(zhì)安全和職業(yè)健康的一體化方案。

　　2.1 工藝流程圖

　　2.2 工藝流程說(shuō)明

　　(1)打磨出的細(xì)微鋁塵通過(guò)風(fēng)路系統(tǒng)輸送至室外濕式除塵器。除塵管路內(nèi)進(jìn)入的打磨火花通過(guò)流程衰減后，至濕式除塵器熄滅;控制系統(tǒng)的風(fēng)量風(fēng)速，使管道內(nèi)粉塵濃度低于爆炸下限，保證管道系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

　　(2)通風(fēng)管內(nèi)設(shè)置鋁塵在線濃度監(jiān)測(cè)儀，與氣動(dòng)工具連鎖。設(shè)定在線監(jiān)測(cè)濃度響應(yīng)閾值(閾值可設(shè)為600 mg/m3，為鋁塵爆炸下限1 %)，粉塵濃度達(dá)到響應(yīng)閾值時(shí)，控制系統(tǒng)輸出信號(hào)，啟動(dòng)聲光報(bào)警，提示管道通風(fēng)運(yùn)行異常，同時(shí)連鎖切斷氣動(dòng)工具氣源，保證管道內(nèi)粉塵濃度符合本質(zhì)防爆要求。

　　(3)打磨臺(tái)周圍設(shè)置鋁塵在線濃度監(jiān)測(cè)儀，設(shè)定職業(yè)健康濃度響應(yīng)閾值3 mg/m3(職業(yè)健康接觸限值)，與變頻風(fēng)機(jī)和氣動(dòng)工具連鎖，粉塵濃度達(dá)到響應(yīng)閾值時(shí)，控制系統(tǒng)輸出信號(hào)，啟動(dòng)聲光報(bào)警，同時(shí)連鎖變頻風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行并切斷氣動(dòng)工具氣源，保證工作場(chǎng)所粉塵濃度符合本質(zhì)防爆和職業(yè)健康雙重要求。

　　(4)室外濕式除塵器設(shè)置氫氣逸散排放裝置，保證系統(tǒng)運(yùn)行和停機(jī)狀態(tài)均無(wú)氫氣集聚，避免氫氣爆炸產(chǎn)生。

　　(5)室內(nèi)外風(fēng)管連接處設(shè)隔爆閥，防止除塵器意外爆炸的沖擊波回傳，避免二次爆炸發(fā)生。

　　2.3 防爆型濕法除塵裝置設(shè)備

　　2.3.1 打磨工作臺(tái)

　　打磨工作臺(tái)為立式，臺(tái)面設(shè)有孔洞，雙面操作設(shè)置，中間為吸入式抽風(fēng)廊道，接重力沉降收塵器。打磨拋光作業(yè)中產(chǎn)生的鋁塵經(jīng)過(guò)立面風(fēng)孔和臺(tái)面孔洞進(jìn)入抽風(fēng)廊道，較大顆粒鋁塵自然沉降，進(jìn)入重力沉降收塵器，細(xì)小顆粒鋁塵經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入濕法除塵器。

　　2.3.2 通風(fēng)管道

　　管道材質(zhì)一般采用鍍鋅鋼板，通風(fēng)管道安裝一定坡度(1 %-2 %)，減少鋁塵的沉降聚集。風(fēng)管彎頭及變徑前后均安裝快速檢查孔，長(zhǎng)線直管設(shè)置可視檢查口，檢查口間距不超過(guò)6 m。

　　2.3.3 隔爆閥

　　風(fēng)管與水噴淋除塵器在室外連接，連接處設(shè)隔爆閥。正常工況下，隔爆閥沿引風(fēng)方向開啟;若除塵器意外爆炸，產(chǎn)生的壓力逆向推動(dòng)閥芯關(guān)閉，從而阻隔爆炸的沖擊波向室內(nèi)回傳，避免二次爆炸發(fā)生。

　　2.3.4 濕法除塵裝置

　　濕法除塵裝置由噴淋塔、排氫裝置以及引風(fēng)機(jī)組成。打磨作業(yè)中產(chǎn)生的細(xì)微鋁塵通過(guò)風(fēng)管吸入噴淋塔中，高壓噴頭產(chǎn)生的霧化水與鋁塵接觸，增加鋁塵運(yùn)動(dòng)阻力，將鋁塵束縛于噴淋塔中;塔內(nèi)設(shè)置了固液分離器，鋁塵沉降收集，噴淋水循環(huán)使用。除塵器儲(chǔ)水箱安裝液位傳感器，當(dāng)液位低于最低限值時(shí)，除塵器報(bào)警并自動(dòng)加水。除塵器底部設(shè)置有刮板裝置，可將底部沉淀物定期排出。除塵器后端風(fēng)管頂部設(shè)置氫氣逸散閥，閥門與引風(fēng)機(jī)連鎖，引風(fēng)機(jī)工作時(shí)，氫氣逸散閥關(guān)閉，氫氣由總排風(fēng)口排出，引風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，氫氣逸散閥開啟，除塵器內(nèi)產(chǎn)生的氫氣通過(guò)逸散口排出。

　　2.3.5 粉塵在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)

　　粉塵在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)由粉塵濃度監(jiān)測(cè)儀、聲光報(bào)警器、控制器組成，實(shí)現(xiàn)工作場(chǎng)所和除塵系統(tǒng)的粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)、聲光報(bào)警、引風(fēng)機(jī)連鎖、氣動(dòng)打磨工具連鎖。

　　2.3.5.1 粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)

　　在打磨工作場(chǎng)所和通風(fēng)管道上分別設(shè)置粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)儀，并設(shè)定不同的濃度報(bào)警閾值。打磨工作場(chǎng)所的粉塵濃度閾值設(shè)定為3 mg/m3，該閾值既控制作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度，又保護(hù)工作人員的職業(yè)健康。通風(fēng)管道粉塵濃度閾值設(shè)定為600 mg/m3，該閾值可及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)路系統(tǒng)故障，防止管路系統(tǒng)粉塵集聚。

　　2.3.5.2 控制系統(tǒng)

　　防爆控制系統(tǒng)連鎖粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)儀、聲光報(bào)警器、引風(fēng)機(jī)、打磨工具氣源、氫氣逸散閥。當(dāng)粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)加大引風(fēng)機(jī)風(fēng)量，關(guān)閉打磨工具氣源;當(dāng)引風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)打開氫氣逸散閥。

　　水位控制系統(tǒng)連鎖噴淋塔水箱液位傳感器，當(dāng)液位低于設(shè)置值時(shí)，設(shè)備報(bào)警并自動(dòng)加水。