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康洛吉火花探測器-工業(yè)中的可燃性粉塵-預(yù)防及減緩火災(zāi)爆炸的作用

日期：2025-12-11 01:31

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摘要：

工業(yè)中的可燃性粉塵－預(yù)防及減緩火災(zāi)爆炸的作用

勞工**組歐新榮助理研究員

目的

此篇**衛(wèi)生資訊快報(Safety and Health Information Bulletin, SHIB)著重於：

l可燃性粉塵的危害。

l降低可燃性粉塵爆炸發(fā)生的可能性，或爆炸發(fā)生時，降低員工危險性之作業(yè)實務(wù)及指引。

l訓(xùn)練員工採取保護，使其遠離上述危害。

背景

有機粉塵火災(zāi)及爆炸：美國麻薩諸塞州(Massachusetts)3死9傷

1999年2月，麻薩諸塞州的某鑄造場發(fā)生一件致命的火災(zāi)爆炸案。美國職業(yè)**衛(wèi)生署(OSHA)與州及當(dāng)?shù)卣畬Υ耸鹿蔬M行聯(lián)合調(diào)查。聯(lián)合調(diào)查報告指出，火災(zāi)起因於未知點火源引燃殼模鑄造機(shell molding machine)，再藉由灌入鑄造機而形成大量沉積的酚醛樹酯粉塵原料蔓延至通風(fēng)系統(tǒng)的導(dǎo)管。小型的初始爆燃(deflagration)先於導(dǎo)管內(nèi)發(fā)生，並使粉塵在導(dǎo)管外開始沉降。接踵而至的粉塵氣雲(yún)成為了二次爆炸所需的燃料，而二次爆炸的威力足以掀起屋頂並造成牆壁損毀。

聯(lián)合調(diào)查報告中所列的事故原因，包括下列缺失項目：

l控制粉塵累積的內(nèi)部管理；

l通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計；

l火爐的維護；

l設(shè)備的**裝置。

有機粉塵火災(zāi)及爆炸：美國北卡羅來納州(North Carolina)6死38傷

2003年1月，破壞力極大的火災(zāi)爆炸毀壞一間位於北卡羅來納州以生產(chǎn)合成橡膠製藥物傳遞元件的製藥廠，造成6名員工死亡，38名人員受傷，其中包括2名消防隊員。美國化學(xué)**與危害調(diào)查委員會(U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board, CSB)，其為獨立的聯(lián)邦機構(gòu)並負責(zé)調(diào)查化學(xué)品事故，公佈*終報告，結(jié)論為可燃性聚乙烯粉塵的累積於天花板上而激起爆炸。CSB並沒有確定是何種原因引燃初始火災(zāi)，或粉塵是如何在隱蔽的天花板空間內(nèi)散佈而產(chǎn)生爆炸性氣雲(yún)。

爆炸嚴重毀損此座工廠，造成附近工廠輕微損害。CSB指出事故原因，包括下列缺失項目：

l危害評估；?

l危害通識；?

l工程管理。

有機粉塵火災(zāi)及爆炸：美國肯塔基州(Kentucky)7死37傷

2003年2月，一間位於肯塔基州的隔音棉製造工廠發(fā)生另一件致命粉塵爆炸事故。CSB也對此事故進行調(diào)查，其報告指出，可能的點火原因為小火自一個未被注意的火爐蔓延開，而引燃了附近生產(chǎn)線**作業(yè)所產(chǎn)生的粉塵氣雲(yún)，隨後，致死的粉塵爆炸接連發(fā)生遍及全廠區(qū)。CSB辯識出幾個粉塵控制不當(dāng)、爆炸預(yù)防及減緩措施不當(dāng)?shù)脑颍?/div>

l危害評估；

l危害通識；

l維修程序；

l建築物設(shè)計；

l過往火災(zāi)案例的調(diào)查。

金屬粉塵火災(zāi)及爆炸：美國印第安納州(Indiana)1死1傷

在容器或建築物內(nèi)，散佈於空氣中的金屬粉塵亦可能產(chǎn)生爆炸。2003年10月，一間位於印第安納州的汽車輪胎製造廠發(fā)生一件事故，CSB亦對此事故進行調(diào)查。雖然調(diào)查報告並未發(fā)布，但CSB的新聞稿報導(dǎo)其事故歷程類似於先前所述的有機粉塵事故：在碎片鎔融爐附近發(fā)生初次爆炸，而鋁粉參與了初次爆炸，隨後，集塵設(shè)備發(fā)生二次爆炸。

在稻穀產(chǎn)業(yè)的相關(guān)事故經(jīng)驗

在1970年後期，在具有貨梯的穀倉內(nèi)，發(fā)生了一連串破壞力強大的稻穀粉塵爆炸事故，共造成59死49傷。為了回應(yīng)這些悲慘的事故，OSHA發(fā)布「稻穀貨梯產(chǎn)業(yè)危害警訊(Grain Elevator Industry Hazard Alert)」提供雇主、員工及其他官員了解稻穀儲存及分配的**衛(wèi)生危害。

1987年OSHA公佈「稻穀作業(yè)設(shè)施標準(Grain Handling Facilities standard, 29 CFR 1910.272)」，現(xiàn)今仍然有效。此標準、緊急應(yīng)變計畫(Emergency Action Plan, 29 CFR 1910.38)等其他OSHA標準及新版產(chǎn)業(yè)標準等，對降低此產(chǎn)業(yè)的爆炸發(fā)生及減緩其影響皆扮演了重要角色。藉由稻穀產(chǎn)業(yè)案例，可以應(yīng)用至其他生產(chǎn)或使用可燃性粉塵的產(chǎn)業(yè)。

粉塵爆炸的基本要素

火災(zāi)的基本要素(火災(zāi)三角形)

1. 可燃性粉塵(燃料)；

2. 點火源(熱能)；及

3. 空氣中的氧(氧化劑)。

可燃性粉塵爆炸額外所需的基本要素

4. 粉塵散佈於氣相中且具足夠量及濃度；及

5. 侷限可燃性粉塵。

於火災(zāi)三角形加入*後2項基本要素即成為有名的爆炸五邊形，如圖1。若粉塵氣雲(yún)在侷限空間或半侷限容器、區(qū)域或建築物內(nèi)被引燃，其將會快速燃燒並可能產(chǎn)生爆炸。員工的生命**將受接踵而至的火災(zāi)、爆炸、飛出的破片及坍塌的建築物元件所威脅。

圖1 爆炸五邊形

製程設(shè)備或區(qū)域內(nèi)累積自由粉塵(fugitive dust)時，當(dāng)初次爆炸發(fā)生後，將可能震鬆更多累積的粉塵、或毀損包圍系統(tǒng)(如導(dǎo)管、容器或集塵器)，如圖2。其將造成額外的粉塵散佈於空氣中，若被引燃，將導(dǎo)致1個或多個二次爆炸發(fā)生，也因為其散佈的粉塵量及濃度較高，因此其具有較初次爆炸強的破壞威力。

圖2

若缺少五邊形的任一項要素，爆炸將不會發(fā)生。爆炸五邊形中的中2項較難被消除的基本要素為：氧氣(存在於空氣中)，及粉塵氣雲(yún)的侷限(於製程或建築物內(nèi)即可形成)。雖然如此，可以藉由控制五邊形的其他3項基本要素，其將於文後進行說明。

設(shè)備粉塵危害評估

可燃性粉塵爆炸危害存在於各種不同的產(chǎn)業(yè)，包括食品業(yè)(如製糖業(yè)、澱粉、麵粉及飼料業(yè))、塑膠業(yè)、木材業(yè)、合成橡膠業(yè)、傢俱業(yè)、紡織業(yè)、殺蟲劑、製藥業(yè)、染料、煤、金屬(如鋁、鉻、鐵、鎂、鋅)及化石燃料能源生成。多數(shù)的天然及合成有機物質(zhì)，及部分金屬皆能成為可燃性粉塵。NFPA的「工業(yè)火災(zāi)危害手冊(Industrial Fire HazardHandbook)」指出，任何工業(yè)製程中，若將可燃性物質(zhì)及部分正常情況下不可燃的物質(zhì)縮小至細微的分割狀態(tài)，皆存有火災(zāi)或爆炸的潛在可能性。

設(shè)備分析要素

為了評估設(shè)備發(fā)生粉塵爆炸的潛在可能性，應(yīng)該仔細辯識下列項目：

l物質(zhì)被細微分割；

l使用、消耗或生產(chǎn)可燃性粉塵的製程；

l可燃性粉塵可能擴散的開放區(qū)域；

l可燃性粉塵可能累積的隱蔽區(qū)域；

l粉塵可能被散佈於空氣中的方法及

l潛在點火源。

必須認同及遵守適用的聯(lián)邦、州及當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)。美國境內(nèi)2個主要的防火規(guī)範為International Code Council’s International Fire Code及NFPA’s Uniform Fire Code，此2個規(guī)範參考許多NFPA關(guān)於粉塵爆炸預(yù)防及減緩的標準。在缺乏法律命令依從這些標準的情況下，這些標準應(yīng)被認為為實用的指引。

粉塵可燃性

評估粉塵爆炸危害的主要因子為判斷粉塵是否具可燃性。若某物質(zhì)的固體型態(tài)可於空氣中燃燒，當(dāng)其成為細微分割狀態(tài)時，將可能具有爆炸性。在NFPA 654中對可燃性粉塵的定義為，任何細微分割的固體物質(zhì)，其粒徑等於或小於420微米(μm)(物質(zhì)能通過美國編號40的標準篩網(wǎng))，當(dāng)散佈於空氣中並點燃，存有火災(zāi)或爆炸危害者。在NFPA 484亦是採用相同的定義。相同化學(xué)物質(zhì)的不同粉塵將可能具有不同的引燃及爆炸特性，其主要視粒徑大小、形狀及含水率等變數(shù)而定，此外，當(dāng)物質(zhì)通過製程設(shè)備時，這些變數(shù)亦可能產(chǎn)生變化。也因此許多情況下，即使粒徑大於NFPA所定義的粉塵，亦將具有可燃性，尤其是纖維狀的物質(zhì)。

電氣分類

因存有(或潛在存有)可燃性粉塵，設(shè)備分析必需辯識出需要採取特定電氣設(shè)備劃分的區(qū)域。OSHA電氣標準(29 CFR 1910 Subpart S)包含了危險區(qū)域電氣設(shè)備安裝的一般規(guī)定。詳細的設(shè)備安裝及焊接方法在NFPA 70中有記載。防爆區(qū)域劃分則在NFPA 499有記載。對電氣要求而言，所有粉塵的危害皆屬等級II，再依任一時間下粉塵存在的可能性進行細分。此外，依粉塵性質(zhì)分為E、F及G等3類，其分別代表金屬、含碳物質(zhì)及其他。E類粉塵具導(dǎo)電性且電流可通過粉塵層，造成短路或電弧。

其他危害分析考量

引發(fā)爆炸濃度的所需粉塵累積量差異很大，這是因為有許多變數(shù)－粉塵的粒徑、散佈的方法、通風(fēng)系統(tǒng)、氣流、物理屏障及粉塵氣雲(yún)存在或可能存在的區(qū)域空間。歸於累積的簡單拇指定律可能過於主觀且容易造成誤解。危害分析應(yīng)該考量到每個設(shè)備的特殊情況，及所有會影響危害的變數(shù)範圍。

評估時需要考量許多位置，容易發(fā)生粉塵爆炸的地方為粉塵集中處，如集塵器，無論是否有運作，皆可能存有可燃性的混合物。此外，亦要考量其他位置是否有粉塵會沉積，無論是在使用的區(qū)域或隱蔽的空間。完整的分析將考量正常操作及潛在失誤情況下，粉塵分佈的所有可能性。

在評定危害及辯識危害區(qū)域後，有下列的預(yù)防、防護及減緩措施可以採用：

粉塵的控制

NFPA 654內(nèi)對防止爆炸發(fā)生的粉塵控制措施具有完整的指引，下列為其部分建議：

l減少粉塵自製程設(shè)備或通風(fēng)系統(tǒng)逸散出；

l使用集塵系統(tǒng)或濾網(wǎng)；

l採用可降低粉塵累積及容易清潔的表面；

l對所有隱蔽區(qū)域提供檢查通道；

l定期檢查開放及隱蔽區(qū)域是否有殘留粉塵；

l定期**殘留粉塵；

l若有點火源存在時，使用不會產(chǎn)生粉塵氣雲(yún)的清潔方法；

l僅可使用經(jīng)認可的吸塵器進行粉塵蒐集作業(yè)；

l釋壓閥的位置應(yīng)遠離粉塵危害區(qū)域；及

l發(fā)展及實行危險性粉塵的檢查、測試、管理及控制計畫(*好以書面記載確切的頻率及方法)。

點火源的控制

NFPA 654內(nèi)對防止爆炸發(fā)生的點火源控制措施具有完整的指引，下列為其部分建議：

l使用適當(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)備及焊接方法；?

l控制靜電，設(shè)備接地；

l控制煙、明火及火花；

l控制機械火花及摩擦；

l使用分離器以移除可能引燃製程物質(zhì)的外界物質(zhì)；

l使粉塵遠離熱表面；

l使粉塵遠離加熱系統(tǒng)；

l選用適當(dāng)?shù)墓I(yè)推車型式及正確使用；

l正確使用炸藥作動工具(cartridge activated tools)；及

l適當(dāng)維護所有上述設(shè)備。

損失的控制

NFPA 654內(nèi)對降低爆炸危險及損失具有完整的指引，下列為其部分建議之防護方法：

l分離危害(採用**距離進行隔離)；

l隔離危害(採用屏障物進行隔離)；

l裝設(shè)建築物、室或區(qū)域的爆波排放(venting)；

l設(shè)備裝設(shè)釋壓閥；

l火花/餘火偵測及消防系統(tǒng)；

l爆炸防護系統(tǒng)(可參考NFPA 69)；

l灑水系統(tǒng)；

l使用其他特殊抑制系統(tǒng)。

訓(xùn)練

員工

員工為預(yù)防及減緩火災(zāi)爆炸的**線防禦人員。若能訓(xùn)練*接近危險源的人員，使其具有辨識及預(yù)防工廠中可燃性粉塵危害的知識，他們將能辨識不**情況、採取預(yù)防措施及/或緊急通報管理者。當(dāng)OSHA規(guī)定，所有的員工應(yīng)該被訓(xùn)練具**的工作實務(wù)以適任其工作任務(wù)，以及整廠的粉塵控制及點火源控制計畫。員工在工作前、定期、重新分配工作及危害或製程變更時，應(yīng)該接受訓(xùn)練。

在工作場所中操作危險性化學(xué)品的員工，應(yīng)需要遵守29 CFR 1910.1200的危害通識，其包括危險化學(xué)品容器上的標示、物質(zhì)**資料表(MSDS)的使用及提供員工訓(xùn)練。

管理

合格的管理團隊?wèi)?yīng)該負責(zé)地在引入危害前實施設(shè)備分析及依其操作訂定預(yù)防及防護計畫。監(jiān)督者及管理者應(yīng)該體認及支持工廠粉塵及點火源控制計畫，提供的員工訓(xùn)練應(yīng)包括如何鼓勵不**操作及設(shè)備衰減(abatement)作動的告知。

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