Grain Distribution Technology

浅析粮食立筒仓粉尘爆炸及防爆措施

吴长康

（南阳防爆电气研究所 河南 南阳 473008）

摘 要：通过对立筒库粮食生产过程产生粉尘飞扬，易引发粉尘爆炸的研究，从发生粉尘爆炸的条 件、机理、特点、危害人手，深入分析粮食立筒库内产生粉尘的原因及发生粮食粉尘爆炸的原因，提出预 防粮食粉尘爆炸的具体措施。

关键词：粮食立筒库；粉尘爆炸；防爆措施；工艺设计

Dust Explosion and Prevebtion for Vertical Grain Silos

WU Chang-kang

（ Nanyang Explosion protected electrical apparatas research institute ， Nanyang 473008，

China) Abstract： Started from the conditions， mechanism， characteristics and hazard of dust explosion， deeply analysed the reasons for dust producing and dust explosion. Then put forward precautions. Key Words：vertical grain silos；dust explosion；precaution；process design

中图分类号：TU249.2；TU894 文献标识码：B

文章编号：1007－3582（2009）05－0029－05

1 粉尘防爆的回顾及再认识

20 世纪 70 年代西方发达国家接连发生了极具 破坏力的粮食粉尘爆炸事故，引起社会的极大关 注，并开始集中大量人力、物力对粮食粉尘爆炸进 行了深入的研究。

联手，对我国粮食粉尘粉爆的机理进行了研究，特

收稿日期：2009-01-07 作者简介：吴长康 （1978-），男，助理工程师；专业方 向为防爆检验和标准培训。

我国对粉尘爆炸研究起步较晚，直至 20 世纪 80 年代后期随着几起极具破坏力的粉爆事故发生， 才唤醒对粉尘爆炸的重视，此前甚至没有一部粉尘 防爆标准可供选用。虽然国外的粉爆事故接连发 生，但我国粮食行业仍然没有引起重视，粉爆隐患 大量存在，即使身处粉尘爆炸危险场所的人员，对 粮食粉爆也了解甚少。由于当时生产规模小、粮食 输送产量低，粉爆事故虽也时有发生，但破坏力 小。近些年随着生产的发展，伴生的粉尘也大量产 生，粮食粉爆事故不仅增多，而且朝着恶性事故发 展。1988 年，原商业部郑州粮食科学研究设计院率 先研究粮食粉尘粉爆技术，与国内外有实力的单位

别是通过“九五”国家重点科技攻关，开发了 8 类 12 种生产急需的粉尘粉爆型电气装备，替代了进 口设备，填补了国内空白。并制定了 GB14770 《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全技术规 程》，结束了我国粮食加工、储运系统粉尘防爆技 术无章可循的落后局面，粮食粉尘防爆开始纳入 安全生产工作，粉尘防爆引起广泛的重视。

• 2 粉尘爆炸对粮食加工、储运企业的威胁

• 粮食粉尘爆炸一直是困扰着粮食加工储运企业

• 及散粮装卸系统的安全作业问题。以美国为 例， 1958～1978 年期间，共发生粮食粉尘爆炸事 故 250 起，死亡 164 人，605 人受伤。其中，1977 年 12 月

• 8 d 之内，共有 5 台谷物提升机发生爆炸，成 59 人死亡，48 人受伤。1979 年～1986 年发生粉尘 爆炸 事故 160 起，造成 50 人死亡，224 人受 伤。1987 年

• ～1996年期间，美国粮食行业年平均发生粉尘爆炸 事故 13 起，1996 年 13 起，1997 年 16 起。

• 对于我国来说，我国粮食仓（厂）粉尘爆炸

• 事故至今尚未有详细准确的统计资料，但粉尘爆 炸事故已有发生，从对北京、天津、上海、河 南、湖 北、浙江、东北等地区的粗略调查表 明，1965年～

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1990 年间共发生 20 起粮食粉尘爆炸，但多数都是 局部性的。1981 年 12 月 10 日广州黄埔港第二作业 区发生筒仓群体恶性爆炸事故，导致 7 人受伤，工 作塔门窗玻璃绝大部分被炸破，提升机机壳炸 裂，输送机皮带被炸毁，预制混凝土筒仓顶盖板 全部掀开，仓壁开裂，仓顶棚立柱和大梁折断， 气浪使墙壁倒塌，仓顶输送机和筒仓两旁建筑 物被破坏。 1996 年 5 月成都杨百万饲料厂发生粉 爆，造成多人死亡和受伤，轻钢结构围护体遭到 巨大破坏，厂房、楼梯间门窗玻璃全部震碎。这 2 次粮食粉爆事故，对人们敲响了警钟。尤其是 近年来，一方面，我国粮食、饲料储运加工业得 到了比较快速的发展，输送设备产量日益增大， 已达 800 t / h 以上，机械化、自动化程度提高；另 一方面，在一些企业中仍存在着的粉爆危险的场 所和危险部位、防爆措施不到位的情况并没有改 变。更为值得注意的是：人们在思想上重视不 够，对粉爆的危险认识不足。因此，粉尘爆炸是 粮食加工、仓储企业生产的主要威胁，也较其它事 故严重 ［1］。

称为 AThXI00A 的“ 新方法” 指令，即现行的 AThX 防爆指令。该指令与以前不同的是它不仅覆 盖了矿井及非矿井设备，还包括了机械设备和电气 设备，把潜在爆炸危险环境扩展到空气中的粉尘及 可燃性气体、可燃性蒸汽气与薄雾。该指令适用的 范围特别大，基本上包括了固定的海上平台、石化 厂、谷物磨坊以及其他可能存在潜在爆炸性环境的 场所适用的设备。在粉尘防爆方面， CENELEC 也

3 国内外粉尘防爆标准的最新进展

20 世纪初，欧洲各国随着工业的发展，灾难性 的工业爆炸事故时有发生，为此各国都制定了自己 的技术规程。随着技术的发展和罗马条约的签订， 欧共体各国都感觉到必须协调各国的技术规程，以 便于商业贸易和技术交流。1968 年欧洲电工标准协 调委员会（CENELCOM）开始着手解决相关工 作。1973 年随着工作范围的扩大，于 1973 年建立 了欧

洲电工标准化委员会（CENEMC）。1977年 3 月 1 日 CENEthC 采用了 EN 50014 系列 7 个潜在爆炸性环 境用标准，之后又颁布了一些相关的指令和标准法 规。这些指令和法规不仅标志着防爆技术的不断发 展和日益完善，而且为消除防爆电气设备贸易壁垒 做出了积极贡献。其中应特别提到的是 1994 年 3 月 23 日欧洲委员会发布的“潜在爆炸环境用的设备及 保护系统”（94／9／EC）指令，该指令通常又被

制定了一系列的防爆标准。CENELEC 的这些 技术动向表明，粮食行业必须密切关注粉尘防 爆的问 题。密切关注 ATEX 防爆指令，熟悉 它的实施方 法，不仅对我国粉尘防爆技术的 发展具有参考作 用，而且对我国自行开发的粉 尘防爆电气设备进入欧洲市场也具有重要意义。

近几年颁布的 IEC 系列标准 IEC61241 《可燃 性 粉尘环境用电气设备》 以及美国国家电 气法规

（NEC）及 NFPA70－2002 在场所划分、保护方式 等方面，新标准的某些观念“逐步向气体防爆观 念靠拢，更具科学性 ［2］ 新标准在观念上主要有 以下显著变化：①保护方法上由原标准只有用 外壳保护一种，新增加了正压型、本质安全 型，相应的名称和代号基本采纳了气体防爆标 准的相应名称。②对外壳轻金属材质的要求改 为材料中镁和钛的总含量不能超过 6％（重量 计），与气体防爆标准一致。③在危险场所的划 分方面，将原标准的 2 个区 21 区和 22 区（国标 10 及 11 区），改为 3 个区：20 区，21 区和 22 区。④ 温度组别由原来的 T11，T12，T13 三 组改为与气体防爆标准（GB3836.1，

标准《可燃性粉尘环境用电气设备第 3 部分：存 在或可能存 在可燃性粉尘危险场所分类》 GB12476.3－2007

（idt IEC61241－3：1997）的制定。这些工作标志 着我国粉尘防爆技术与国际技术的接轨，必将进一 步促进我国粉尘防爆技术的发展和粉尘防爆标准体 系建立，确保生产安全。

4 粮食筒仓粉尘防爆介绍

在粮食筒仓对粮食进行清理与输送的过程中， 将产生大量的粮食伴生粉尘，这些粉尘在生产过程

IEC60079－0）相同的 TI－T6 级别。⑤在区域 范围界定方面，引入了气体防爆类似的距粉尘 释放源距离的方法。⑥粉尘外壳的规定照顾考 虑了欧洲和北美两种体系的协调，分为 A、B 两 种设计型式。

我国近年十分重视粉尘防爆工作，自 1999 年 起，相继以等同采用的方式开始修订了一些 国家标准，已发布了《可燃性粉尘环境用电气设 备第五部 分：用外壳和限制表面温度保护的 电气设备第回 节：电气设备的技术要求》；并 从 2001 年起开始其 第 1 部分《第2 节：电气设备的选择、安装和维护 GB12476.2 － 2006 （idt IEC61241 － 12： 1999）的 制定工作；继颁布了一系列相关标准后，国家标 准化管理委员会于 2003 年 5 月 16 日下达 了以 IEC612413 1997 标准为蓝本的我国相关

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中不断地扩散。如果不采取措施治理，任其飞扬， 不但污染筒仓周围的环境，影响工作人员的身心健 康，而且很容易造成粉尘爆炸，给个人及集体的生命 财产造成极大的损失。因此，在粮食立筒仓中必须采 取有效措施治理粉尘，防止粉尘爆炸，以减少粉尘对 人体的危害及粉尘爆炸事故的发生。

4.1 粉尘爆炸的机理与危害

4.1.1 粉尘组炸产生的条件

粉尘与空气充分混合形成浮游状态，有时形成 气溶胶状态是产生粉尘爆炸的首要条件。从理论上 说，直径在 20μm 以上的很难长久悬浮于空气之 中，但是在粮食筒仓生产过程中，产尘与降尘一般是 同时发生的，另外由于一次尘化与二次尘化的作用， 使许多部位一直保持着粉尘浓度很高的状态，使产 生粉尘爆炸的危险性一直存在，表 1 说明了粮食筒仓 小麦粉尘粒度分布情况。

	表1 粮	食筒仓小麦	粉尘的粒度分布
粒径范围μm	＜5	5~8	815 1525	25~35
质量百分比%	6.33	7.27	15.64 18.54	14.00
粒径范围μm	35~50	50~60	60~70	＞70
质量百分比%	9.35	3.50	2.31	23.06

粉尘堆积也是一个不容忽视的重要因素，有时 粉尘没有弥漫于空气中，而是堆积在设备中的某部 位，一旦受到外力给予的机械性作用或者受到局部 爆炸的冲击波的作用，即可形成新的粉尘悬浮溶胶 状而引发粉尘爆炸。

粉尘的干燥度也是导致粉尘爆炸的一个重要方 面。一般情况下，除了粮食作物在由冷变热的过程中 结露使粉尘的水分增加外，一般粮食作物粉尘的水分 也都在11%～15%，完全具备了粉尘爆炸的条件。 4.1.2 粉尘爆炸产生的过程

表 2）。不同的粉尘，最小点火能是不同的，最小点 火能越大，爆炸的可能性则越小；相反，爆炸的可 能性就越大。

表 2 几种粮食伴生粉尘的最小点火能 粉尘种类 玉米粉尘玉米淀粉小麦粉尘小麦粉 大豆粉尘最 小点火能/J 0.04 0.02 0.03 0.05 0.05

4.1.4 爆炸的火焰传播速度

可燃粉尘与空气混合被点燃后的燃烧波传播速 度常压下为 1m/s或更低。但在封闭的容器内，由于 燃烧放出大量的气体使容器内气压剧增，燃烧波的 传播速度加快，一般都在 300m/s以上，甚至可以达 到 l000m/s。这些速度会形成强大的冲击波，对周 围事物造成极大的破坏；同时产生的冲击波沿通风 管道或输送设备传播到其它部位，造成连环爆炸， 产生非常严重的危害。

4.1.5 粉尘爆炸的危害程度

• 关于粉尘爆炸的危害程度，可以通过几种粮食

粉尘与固体炸药的燃烧热对比来得出（见表3）。

表3 粮食粉尘与固体炸药燃烧对比

项目	固体 TNT硝	炸药 化甘油	玉米粉尘	可燃粉尘 小麦粉尘	大豆粉尘
燃烧热/Kcal·kg最	1210	1510	3200	1650	1830
大爆炸压力/Mpa	0.75	0.81	0.82	0.78	0.82

放出；③这种气体与空气混合生成爆炸性混合气 体，点燃产生火焰；④火焰产生的热更进一步分 解，逐渐地放出燃气体，并与空气混合点燃传播。

• 4.1.3 粮食伴生粉尘的点火能

要使爆炸物发生爆炸需要一个能量把它点燃， 这个点燃可爆物的最小能量被称为最小点火能（见

粉尘爆炸本质上是一种气体爆炸，当粉尘表面 得到热能，粒子的温度迅速上升，这种热能不仅仅 是热传导，热辐射也会起到很大的作用。它与气体 爆炸、火药爆炸相比较突出的特点是：要求的点火 能量稍大。因为粉尘爆炸的一般过程是这样的：① 粒子表面得到热能，表面温度上升；②粒子表面的 分子发生热分解或干馏作用而变成气体在粒子周围