卷煙工廠生產作業過程中煙草粉塵爆炸危險性檢測試驗分析

文 / 劉彬 毛華初 張智勇

1 2 湖南中煙工業有限責任公司，安全管理部，長沙市萬家麗中路三段188號 410014；

3 湖南中煙常德卷煙廠，安保法規部，常德市洞庭大道西段199號 415000；

前言

煙草纖維屬于ⅢA非導電可燃性飛絮，高溫表面堆積粉塵層（5mm）的引燃溫度為290℃，粉塵云的引燃溫度為485℃，無爆炸下限數據，粉塵平均粒徑50-100微米[1]。根據企業當前煙草粉塵防爆存在的主要問題，急需對企業粉塵現狀進行深入研究，尤其是爆炸危險參數的測試，從而為制定防爆炸針對性措施提供依據。

本文擬對煙草生產產生的煙草粉塵進行爆炸性能試驗，并對粉塵粒徑、形狀、水分進行檢測,以探討其爆炸特性的關鍵影響因素，為做好實際生產過程粉塵安全防護措施提供依據。

1 生產工藝

卷煙生產主要包括卷煙配方、卷煙制絲、煙支制卷、卷煙包裝工藝。其中涉及粉塵的生產流程及工藝有煙葉拆包、篩分、轉運，切塊、切絲、烘絲、煙絲流動、烘梗、卷煙、煙絲膨脹切葉以及人工清掃作業等。

2 檢測試驗

2.1 樣品的選取

卷煙廠除塵系統，基本流程相同，煙草加工設備自帶除塵管道，與除塵器連接，煙草塵落入收塵斗，除塵房主管道設防火閥，收塵斗采用連續鎖氣卸灰，經螺旋輸送機推送至壓棒料倉，壓棒后集中處理。除塵器、螺旋輸送機、壓棒是粉塵集中場所，因此在除塵器內布袋外壁、螺旋輸送機、壓棒設取樣點。

2.2 樣品形貌

2.2.1 一般形貌

共取樣品48個，大部分樣品以顆粒為主，雜少量絲狀。樣品外觀見圖2.2.1-1形貌圖。

圖2.2.1-1電鏡掃描放大200、500倍后的圖片見圖2.2.1-2。

2.2.2 異常形貌

36#、37#、38#樣品表現異常，樣品呈現大顆粒片狀，尺寸90%大于0.5mm，見圖2.2.2-1。

2.3 粒徑分布

本文對樣品粒徑分布進行了測試，從測試結果可以看出：

① 除塵器收集的煙草粉塵與設計參數900-50μm 是基本一致的，粒徑小于50μm的粉塵極微，一般粘附在除塵器布袋外壁。

② 同一個取樣點，樣品粉塵粒徑分布呈現一定波動。

圖2 .1-1

③ 同一卷煙廠，制絲和卷包的粉塵粒徑分布呈現較大差異，制絲小于100μm粒徑的粉塵占比不足3%；卷包小于100μm粒徑的粉塵占比在10%左右。

圖2 .2.1-1

圖2 .2.1-2

圖2 .2.2-1

④ 設置在生產現場制絲切絲工段的粉塵均為大顆粒物，小于500μm粒徑的粉塵占比不足10%。

⑤ 不同卷煙廠之間，由于品牌不同，煙草塵的粒徑分布呈現較大差異，如吳忠卷煙廠制絲小于100μm粒徑的粉塵占比達10%。

2.4 樣品含水量

根據中煙公司提供的參考數據，煙絲正常含水量為12%左右，為了準確了解樣品中含水量情況，本文對樣品進行了含水量測試，測試條件為60℃烘干24小時，由測試結果發現：

① 所取樣品含水量普遍低于煙絲正常含水量，原因很可能是因為煙草顆粒物經負壓吸至除塵室過程中，部分水分蒸發所致。

② 烘絲排潮工序樣品的含水量明顯高于其他樣品。

③ 除塵器布袋外壁粘附樣品含水量明顯低于其它樣品，說明顆粒越細，表面積越大，越容易風干。

2.5 布袋外壁粘附粉塵特性參數

布袋外壁粘附粉塵17#樣品外觀、電鏡掃描放大500倍形貌、粒徑分布見圖2.5-1、2、3。

2.6 粉塵爆炸參數

GB 12476.1-2013可燃性粉塵環境用電氣設備 第1部分：通用要求 粉塵（Dust）定義為在大氣中依靠自身重量可沉淀下來，但也可持續懸浮在空氣中一定時間的包括纖維和飛絮在內的固體微小微粒。

國際標準化組織粉塵定義為粒徑小于75μm的固體懸浮物。

根據本文粒徑分布測試結果，現場所取的48個樣品中，8個樣品粒徑小于100μm占比在10.81%-24.86%之間，39個樣品粒徑小于100μm占比小于10%，均不符合粉塵定義。僅布袋外壁煙草粉塵粒徑小于79.89μm占比90%，基本符合粉塵定義要求。

布袋外壁煙草塵樣品爆炸下限測試結果見表2.6-1.

根據GB 12476.8-2010 可燃性粉塵環境用電氣設備 第8部分試驗方法 確定粉塵最低點燃溫度的方法等，測試樣品較粗時，應能夠通過500μm標準篩。

由于實際生產中產生的煙草塵為粗顆粒混合物，而且粒徑大于500μm的質量占比較大，無法直接得到測試結果，因此，本文根據粒徑分布情況，將篩分后的粒徑分別為50-100微米，100-500微米范圍內兩個樣品進行了爆炸全參數測試，測試結果見表2.6-2、3。

3 測試結果分析

煙草粉塵形貌上以顆粒為主，雜少量絲狀；煙草粉塵含水量在5.8-11.31%范圍波動。

粒徑分布范圍較廣，其中粒徑小于50μm的粉塵極微，大部分粒徑在100-500μm及500μm以上范圍內。小于500μm的粉塵占比不少于70%的樣品數量共20個，占總樣品數的41.7%。

粒徑d(0.5)=25μm的煙草粉塵爆炸下限為75-100g/m3。

粒徑在50-100μm范圍內的煙草粉塵爆炸下限為300-400g/m3，最小點火能大于1000mJ，最大爆炸壓力0.67MPa，爆炸指數7.03MPa·m/s，粉塵云引燃溫度450℃，粉塵層引燃溫度220℃。

粒徑在100-500μm范圍內的煙草粉塵爆炸下限為500-600g/m3，最大爆炸壓力0.62MPa，爆炸指數4.08MPa·m/s，粉塵云引燃溫度470℃，粉塵層引燃溫度230℃。

圖2 .5-1

圖2 .5-2

圖2 .5-3

表2 .6-1 布袋外壁煙草塵17#樣品爆炸下限測試結果

表2 .6-2 50-100μm煙草粉塵爆炸參數表

4 粉塵作業場所可燃性、爆炸性結論

本次測試覆蓋湖南中煙6家卷煙廠（長沙、常德、郴州、零陵、四平、吳忠卷煙廠）48個樣品，其中有20個樣品小于500微米范圍內的煙草粉塵占比不少于70%，存在煙草粉塵爆炸危險；28個樣品小于500微米范圍內的煙草粉塵占少于70%，可認為不屬于爆炸性粉塵。

表2 .6-3 100-500μm煙草粉塵爆炸參數表

5 建議防爆分區

正常工況下，粉塵最大濃度均低于爆炸下限，對應除塵器的內部、除塵管道內部、螺旋輸送機內部、料倉內部及下料口1米范圍內，可劃分為21區。

21區周邊3米范圍劃為22區，如除塵器卸灰口周邊3米；如果除塵房面積相對較小，除塵器所在除塵房均應劃為22區。

對于生產車間作業場所除塵效果好，設備密閉，運行正常沒有積塵可劃為非爆炸危險區。

6 隱患排查重點

現場存在主要問題有：無泄爆面，員工未配置防靜電工作服、防靜電鞋，采用IP44等級非防爆電機，管道漏塵，值班室設在除塵室內，除塵器布在生產線上，壓差表維護保養不到位，壓棒機停用等。

由于煙草粉塵點火能（大于1焦耳）遠遠大于人體產生的靜電能（約0.2焦耳），員工未配置防靜電工作服、防靜電鞋的風險較小；由于除塵器內很難形成粉塵云，即使具備點火能，也不會發生粉塵爆炸，因此，無泄爆面，風險很小。

異常工況下，如果除塵管道損壞，出現漏風導致風力不足，收集的粉塵粒徑會偏小，小粒徑粉塵占比升高，會增大危險性。除塵器壓差表損壞，未及時對布袋除塵器內的積塵進行清理，會導致布袋積塵過厚，危險性增大。如果設備接地不良，導致靜電積聚，或雷擊導致形成點火源。當上述要素均具備時，可能會引發粉塵爆炸事故。由于煙草粉塵層引燃溫度較低，存在火災風險。

7 主要應對措施和建議

7.1 本質安全設計

在新建、改建、擴建項目時應充分考慮粉塵粒徑分布，對于小于500微米范圍內的煙草粉塵占比不小于70%時，應視為爆炸性粉塵。

（1）除塵器與除塵管道之間應設置阻火閥，在室內應布置消火栓。

（2）除塵房電機設備應按照粉塵爆炸危險21、22區選型。

（3）異常工況下，除塵器內小粒徑粉塵濃度可能低于爆炸下限，存在爆炸危險性，除塵房的建筑結構宜設置泄爆面；除塵器布置在除塵房內時宜設置泄爆管。

7.2 工程技術措施

（4）建筑物應按第二類防雷建筑要求防雷、防靜電；

（5）煙草塵火災危險性較大，除塵房入口主管道已設置阻火閥時，21區宜設置連續的溫度監測報警裝置。

7.3 安全管理措施

（6）完善除塵器作業安全規程，將管道泄漏、除塵器壓差表異常作為重點巡查內容，根據布袋粘附煙草細塵情況，合理確定停機正壓清灰時間；

（7）完善員工個體防護用品配備標準，配備防靜電工作服、防塵口罩。

（8）完善粉塵壓棒作業安全規程，當壓棒機布置在粉塵爆炸危險22區時，電氣應滿足防爆要求。