AL Solutions 粉尘爆炸事故给我们的启示--唐彬

AL Solutions 粉尘爆炸事故给我们的启示

唐彬 天津市居安企业管理咨询有限公司

何琛 上海于睿商务咨询有限公司

关键词: 粉尘爆炸，事故，预防，措施、美国化学品安全与危害调查委员会(CSB)

摘要

本文结合美国化学品安全与危害调查委员会(CSB)对AL Solutions 粉尘爆炸事故的分析以及国内类似的案例，阐述了如何预防粉尘爆炸事故。

1. 介绍

中国国际标准化组织规定，凡粒径小于75μm的固体粒子的悬浮体通称为粉尘。所谓粉尘爆炸，就是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及火源时发生的爆炸现象。近年来，随着工业生产中粉尘产品的增多，特别是粉尘生产和储运等工艺的连续化，以及生产过程中收尘系统的出现，使得粉尘爆炸事故发生的频率明显增大。

2010年12月9日，在西弗吉尼亚州新坎伯兰AL Solutions工厂发生了粉尘爆炸和火灾事故，事故造成3名员工死亡，1名承包商受伤。爆炸以及紧跟着的火灾导致生产装置的损坏和工厂的关停。CSB对这起事故进行了调查并进行了总结。在国内近几年也陆续发生了如，江苏昆山、南通双马化工、成都富士康等粉尘爆炸事故，这些事故都造成多名人员死伤、给企业和社会造成严重影响。通过这些事故，也说明我们在预防粉尘爆炸的过程中管理不够到位，本文将基于CSB对AL Solutions 粉尘爆炸的调查研究，阐述如何在企业进行粉尘爆炸事故的预防。

2. AL Solutions 粉尘爆炸事故

2010年12月9日，在西弗吉尼亚州新坎伯兰AL Solutions工厂发生了粉尘爆炸和火灾事故，事故造成3名员工死亡，1名承包商受伤。爆炸以及紧跟着的火灾导致生产装置的损坏和工厂的关停。

在2006年，AL SOLUTIONS收购了在西弗吉尼亚州新坎伯兰的Jamegy有限公司，

Jamegy有限公司发展壮大后就是现在的AL SOLUTIONS。发生事故时，AL SOLUTIONS拥有并且运行两套生产装置，AL SOLUTIONS在华盛顿也有个研磨工厂，在2010年，AL

SOLUTIONS在新坎伯兰工厂雇佣23名员工，在华盛顿工厂雇佣2名员工，在2010年事故后，AL SOLUTIONS在宾夕法尼亚州西部新建一个制造工厂，计划在2015年全面投产。

AL SOLUTIONS从钛和锆生产商得到废弃的钛和锆，然后将其压制成块后供给铝制品企业作为铝合金添加剂，增加铝合金的强度，在生产过程中，AL SOLUTIONS从桶中按照批次把原来送至研磨机进行研磨，研磨后的金属从研磨罐送至筛分设备进行筛分，颗粒大的原料再返回研磨工序，颗粒满足要求的金属粉末进入搅拌机混合进而达到统一的组成，取样分析满足要求后进行压制成块，压制后的成品经过干燥后用铝箔包装外售，生产过程中的废水送至废水处理单元。生产流程见图1。

图1：AL SOLUTIONS生产流程简图

在常规班组操作中，一个班组需要4名操作工在生产车间操作，2名操作工进行压制操作，1名操作工负责搅拌器的操作，倒班班长需要负责研磨和水处理工序，另外1名操作工在仓库负责压制的成品块的烘干和打包。事故发生当天，车间经理和1名工程师在现场协助解决生产相关的问题，2名实验室人员在现场对混合的物料取样分析。当天午饭后倒班员工回到工作岗位，2名操作工运行3台压制机压制钛和锆压块，另1名操作工操作搅拌机混合一批锆，倒班班长在临近的研磨操作间更换研磨机的磨刀。3名电气承包商也在现场临近搅拌和压制操作间的液压间进行配管，为下一个工作日的计划性断电维修做准备工作。

大约在下午1:20，在爆炸之前，1名电气承包商位于一个部分开启的门的6英尺外听到被美国CSB调查员称之为“金属失效，像什么东西忽然爆开或跌落的声音”的巨大响声，然后听到“噗，就像煤气点燃的声音”和一个爆炸声，倒班班长在研磨操作间也听到了巨大的爆炸声，几秒后发现从搅拌和混合操作间喷出橙色火焰，几乎在同一时间，另外1名在液压间操作的电气承包商听到在紧邻的压制和混合操作间的爆炸声，然后看到火球迅速地从压制和混合操作间的门进入液压操作间，在他从操作间内逃出时，火球烧伤了他的头、脖子、双臂和手。此时正在卫生间的第三名电气承包商也听到了异常的爆炸声，感到一股强大的热浪从门冲进来，并且在天花板上看到橙色的火焰。

倒班班长注意到爆炸之后空气中闪着火花，他先前在AL Solutions有过类似情景的经验，他知道空气中的金属在燃烧，在爆炸之后，倒班班长逃离生产车间，于与此同时，办公室内

花板损坏见 见图 4。 图 3 混合与压制间北侧 图 4 混合与压制间天花板 3. AL Solutions 粉尘爆炸事故原因 CSB 对 AL Solutions 粉尘爆炸事故进行了认真的调查，根据实验和调查结果总结的事故原 因有： l AL Solutions 粉尘爆炸事故时因生产过程中产生的可燃钛与锆的粉末引起的，爆炸的初 始是在研磨后锆粉末的搅拌器内，爆炸发生前几天 AL Solutions 的员工就注意到搅拌 器的机械问题，搅拌桨刮擦搅拌器的罐壁，为了解决这些问题，维护人员调整了搅拌器 搅拌桨以增加与罐壁之间的间隙，但没有彻底修理或更换搅拌器，这为事故的发生埋下 了隐患，搅拌器搅拌桨刮擦罐壁产生热量和火花点燃了锆粉末，可燃锆粉尘云随后发生 了爆燃。燃烧的锆粉尘云再点燃了厂房里几个不同地方存放的敞开圆桶盛装的钛和锆， 火势蔓延。 l 在设计时，搅拌器和压制设备传送带都配备了金属盖，以隔离设备壁并防止粉尘扩散， 但 AL Solutions 并没有落实改措施，在生产过程中，搅拌器、传送带的盖子以及储物 桶通常都是敞开的，此外，安全手册规定只允许正在加工的金属原料存在于生产区，其 他原料则应存放于分隔开的仓库或露天储存区，然而 AL Solutions 员工通常都会留几 桶钛与锆在生产车间，虽然这些原料并非生产必需的。 l l 熔融的钛与锆遇水反应产生氢气，水可能来自冲洗作业或喷淋灭火系统，也是爆炸的部 分因素； AL Solutions 没有通过采用工程技术手段来降低金属粉尘爆炸的危险，比如粉尘收集系 统。特别是 AL Solutions 没有遵守 NFPA484(NFPA 即美国消防协会)所推荐的控制可 燃金属粉尘风险的行业惯例。 4. CSB 针对 AL Solutions 粉尘爆炸事故的建议 CSB 针对 AL Solutions 粉尘爆炸事故的调查的结果，CSB 作如下安全建议： 1. AL Solutions 工厂所有新装和已有的设备及作业程序，应遵守 NFPA484-2012，可燃 金属相关标准的要求： l l l l 12 章，钛 13 章，锆 15 章，防火，消防与应急响应 16 章，可燃金属 回收设施 2. 开发培训资料，阐明可燃粉尘的危险与工厂具有的特定金属粉尘的危险，对公司所有员 工及承包商进行培训。要求定期（比如每年）对员工和承包商进行复培。 3. 禁止在所有加工与储存可燃金属的厂房内使用洒水系统和喷淋灭火系统 4. 按照 NFPA484-2012 12.2.5 章节的要求进行工艺危险分析，并提交分析报告的副本给 当地的消防局或防火规范的实施机构。 5. AL Solutions 粉尘爆炸事故给我们的启示 当前随着现代工艺的发展，粉末技术在工业生产中得到广泛的应用，粉末产物日益增多，这 就是粉尘爆炸的潜在危险大大增加，近些年粉尘爆炸事故频发，造成人员伤亡和

图3 混合与压制间北侧 图4 混合与压制间天花板

3. AL Solutions 粉尘爆炸事故原因

CSB 对AL Solutions 粉尘爆炸事故进行了认真的调查，根据实验和调查结果总结的事故原因有：

l AL Solutions 粉尘爆炸事故时因生产过程中产生的可燃钛与锆的粉末引起的，爆炸的初

始是在研磨后锆粉末的搅拌器内，爆炸发生前几天AL Solutions的员工就注意到搅拌器的机械问题，搅拌桨刮擦搅拌器的罐壁，为了解决这些问题，维护人员调整了搅拌器搅拌桨以增加与罐壁之间的间隙，但没有彻底修理或更换搅拌器，这为事故的发生埋下了隐患，搅拌器搅拌桨刮擦罐壁产生热量和火花点燃了锆粉末，可燃锆粉尘云随后发生了爆燃。燃烧的锆粉尘云再点燃了厂房里几个不同地方存放的敞开圆桶盛装的钛和锆，火势蔓延。

l 在设计时，搅拌器和压制设备传送带都配备了金属盖，以隔离设备壁并防止粉尘扩散，

但AL Solutions并没有落实改措施，在生产过程中，搅拌器、传送带的盖子以及储物桶通常都是敞开的，此外，安全手册规定只允许正在加工的金属原料存在于生产区，其他原料则应存放于分隔开的仓库或露天储存区，然而AL Solutions员工通常都会留几桶钛与锆在生产车间，虽然这些原料并非生产必需的。

l 熔融的钛与锆遇水反应产生氢气，水可能来自冲洗作业或喷淋灭火系统，也是爆炸的部

分因素；

l AL Solutions没有通过采用工程技术手段来降低金属粉尘爆炸的危险，比如粉尘收集系

统。特别是AL Solutions没有遵守NFPA484(NFPA即美国消防协会)所推荐的控制可燃金属粉尘风险的行业惯例。

4. CSB针对AL Solutions 粉尘爆炸事故的建议

CSB 针对AL Solutions 粉尘爆炸事故的调查的结果，CSB作如下安全建议：

1. AL Solutions工厂所有新装和已有的设备及作业程序，应遵守NFPA484-2012，可燃

金属相关标准的要求：

l 12章，钛

l 13章，锆

l 15章，防火，消防与应急响应

l 16章，可燃金属回收设施

2. 开发培训资料，阐明可燃粉尘的危险与工厂具有的特定金属粉尘的危险，对公司所有员

工及承包商进行培训。要求定期（比如每年）对员工和承包商进行复培。

3. 禁止在所有加工与储存可燃金属的厂房内使用洒水系统和喷淋灭火系统

4. 按照NFPA484-2012 12.2.5章节的要求进行工艺危险分析，并提交分析报告的副本给

当地的消防局或防火规范的实施机构。

5. AL Solutions 粉尘爆炸事故给我们的启示

当前随着现代工艺的发展，粉末技术在工业生产中得到广泛的应用，粉末产物日益增多，这就是粉尘爆炸的潜在危险大大增加，近些年粉尘爆炸事故频发，造成人员伤亡和财产损失，通过上述的分成爆炸事故，使我们对粉尘爆炸的危害性及原因有了初步的认识，对粉尘爆炸事故的预防迫在眉睫，需要我们在认识粉尘爆炸的机理，及相关的影响因素基础上，采取合理的措施避免粉尘爆炸事故的发生。

5.1可燃粉尘爆炸机理

结合各种粉尘爆炸事故的研究，粉尘爆炸机理可简单的描述为:

(1)供给粒子表面以热能使其温度上升；

(2)粒子表面的分子由于热分解或干馏作用，变为气体分布在粒子周围；

(3)气体与空气混合生成爆炸性混合气体，进而发火产生火焰；

(4)火焰产生热能，加速粉尘分解，循环往复放出气相的可燃性物质与空气混合，进一步发火传播。因此，粉尘爆炸时的氧化反应主要是在气相内进行的，实质上是气体爆炸，并且氧化放热速率要受到质量传递的制约，即颗粒表面氧化物气体要向外界扩散，外界氧也要向颗粒表面扩散，这个速度比颗粒表面氧化速度小得多，就形成控制环节。所以，实际氧化反应放热消耗颗粒的速率，最大等于传质速率。

5.2可燃粉尘爆炸五边形

与燃烧爆炸事故一样，粉尘爆炸事故也需要五个条件同时叠加在一起才会导致粉尘爆炸事故的发生，见图5的爆炸五边形所示。