糧食粉塵爆炸危險區域分類標準的探析

1 現行的主要糧食粉塵防爆規范

《糧食加工、儲運系統粉塵防爆安全規程》（GB 17440—2008）[1]發布時間最早，2008年12月11日發布，2009年10月1日實施。GB 17440—2008主要引用的是《可燃性粉塵環境用電氣設備 第1部分：用外殼和限制表面溫度保護的電氣設備 第1節：電氣設備的技術要求》（GB 12476.1—2000）的相關規定，已執行14年，現正在討論修訂。

《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（GB 50058—2014）[2]2014年1月29日 發 布，2014年10月1日 實施。GB 50058—2014主要根據《可燃性粉塵環境用電氣設備 第1部分：用外殼和限制表面溫度保護的電氣設備 第1節：電氣設備的技術要求》（GB 12476.1—2000）的相關規定。GB 12476.1—2000等效采用了《可燃性粉塵環境用電氣設備 第1-1部分：用外殼和限制表面溫度保護的電氣設備——電氣設備的技術要求》（IEC 61241-1-1：1999）（第2版）；GB 12476.1—2013等效采用了《可燃性粉塵環境用電氣設備 第0部分：通用要求》（IEC 61241-0-2004）（英文第一版），2013年12月17日發布，2014年11月14日實施。必須在此說明的一點是，IEC 61241-0-2004現已被廢止，被《爆炸性環境 第10-2部分：場所分類 可燃性粉塵環境》（IEC 60079-10-2：2009）所取代，因此GB 12476.1—2013等效采用的標準已經失效，現已被《爆炸性環境 第1部分：設備 通用要求》（GB/T 3836.1－2021）取 代。GB/T 3836.1－2021等效采用了《爆炸性環境 第0部分 設備 通用要求》（IEC 60079-0：2017），2021年10月11日 發 布，2022年5月1日實施。由此可見，GB 50058—2014重新增補修訂也將在所難免。

《爆炸性環境 第35部分：爆炸性粉塵環境場所分類》（GB/T 3836.35－2021）[3]2021年10月11日發布，2022年5月1日實施，等效采用了《爆炸性環境 第10-2部分：場所分類 爆炸性粉塵環境》（IEC 60079-10-2：2015），取代了《可燃性粉塵環境用電氣設備第3部分：存在或可能存在可燃性粉塵的場所分類》（GB 12476.3T—2017）。

《粉塵防爆安全規程》（GB 15577—2018）[4]2018年11月19日發布，2019年6月1日實施。GB 15577—2018主要依據GB 12476.1—2013和GB 50058—2014的相關規定。上文已提及，GB 12476.1—2013等效采用的標準IEC 61241-0-2004已經被廢止失效，GB 50058—2014也應重新增補修訂。GB 15577—2018為何未引用當時最新頒布的GB/T 12476.3—2017，令人難以理解，以至于在爆炸危險區域分類標準方面，出現了一處概念上的錯誤，下文將就此分析。

2 各規范對區域分類的標準

粉塵爆炸危險區域分類為20區、21區、22區，各規范在分類標準中只是用詞上略有不同，沒有本質性的區別。

2.1 GB 17440—2008粉塵爆炸危險區域分類規定

20區：在正常操作過程中，糧食粉塵連續出現或經常出現，其數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制的和極厚的粉塵層的場所；21區：在正常操作條件下，可能出現數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物的糧食粉塵，但未劃分為20區的場所；22區：未劃分為21區的場所，糧食粉塵云偶爾出現并且只是短時間存在，或在異常條件下出現糧食粉塵的堆積或可能存在粉塵層，并且在空氣中產生糧食粉塵混合物。如果不能保證排除糧食粉塵堆積或粉塵層，則應分類為21區。

2.2 GB 50058—2014粉塵爆炸危險區域分類規定

20區應為空氣中的可燃性粉塵云持續地或長期地或頻繁地出現于爆炸性環境中的區域；21區應為在正常運行時，空氣中的可燃性粉塵云很可能偶爾出現于爆炸性環境中的區域；22區應為在正常運行時，空氣中的可燃粉塵云一般不可能出現于爆炸性粉塵環境中的區域，即使出現，持續時間也是短暫的。

2.3 GB/T 3836.35－2021粉塵爆炸危險區域分類規定

20區：爆炸性粉塵環境以粉塵云的形式在空氣中連續或長時間存在或頻繁出現的場所。

21區：正常運行時，爆炸性粉塵環境以粉塵云的形式在空氣中可能出現的場所。

22區：正常運行時，爆炸性粉塵環境以粉塵云的形式在空氣中不可能出現，如果出現也僅是短時間存在的場所。

2.4 GB 15577—2018粉塵爆炸危險區域分類規定

20區應為爆炸性粉塵環境持續地或長期地或頻繁地出現的區域；21區應為在正常運行時，爆炸性粉塵環境可能偶爾出現或故障狀態下出現的區域；22區應為正常運行時，爆炸性粉塵環境一般不可能出現的區域，即使出現也是短暫的。

3 區域分類標準的幾個關鍵詞

3.1 正常運行

按照GB/T 3836.35－2021的術語和定義，正常運行是指設備在電氣上和機械上符合設計規范并在制造商規定的限制范圍內使用的運行狀況。

3.1.1 設備應在設計參數范圍內運行

設計參數包括風、雨等氣候條件，還包括糧食品種、濕度、含雜量等生產條件。糧食品種的不同、濕度的高低和含雜量的大小，會對粉塵特性有很大的影響，點燃溫度、爆炸濃度均不相同，需采取不同的防爆措施。例如，常見的糧食品種有小麥、大豆、稻谷和玉米，它們的粉塵特性各不相同。粉塵粒徑越小，有機物含量越高，含水量越低，則產生的氧化反應越快，需要的著火能量越小，著火溫度也越低。有關研究[5]表明，糧食粉塵的爆炸特性參數如表1所示。

表1 谷物粉塵的爆炸特性參數表

糧食的含雜量會影響除塵系統的工作效率。東北某糧庫發生粉塵爆炸，調查結論里有一條是除塵效果差。當時是將兩個淺圓倉內殘留玉米集并到一個平房倉內，筆者推測應該是因為殘留的玉米本身含雜量大，又是兩個淺圓倉同時出倉作業，灰塵量遠遠超出除塵系統的設定條件，造成灰塵不能及時吸除，以至造成嚴重后果。

3.1.2 設備按照制造商規定的限值使用

設備應按出廠標定的能力生產，不能出現過載現象。人們傳統理念上總想“多拉快跑”，殊不知這就留下了很大的安全隱患，設備機械磨損加大、發熱，容易引起火災甚至粉塵爆炸。例如，某糧庫招標文件規定，輸送機的設計能力應最低不小于設計生產能力的110%，氣墊帶式輸送機的設計能力應最低不小于設計生產能力的120%，埋刮板輸送機應有115%的過載啟動和連續運行能力。由此可以看出，整個系統的設備生產能力已經出現不匹配現象，設計要求的產量為1 000 t·h-1，實際產量有可能是1 100 t·h-1，也可能是1 150 t·h-1，甚至是1 200 t·h-1，其他設備必然出現過載現象。特別是除塵系統，還是按1 000 t·h-1的產量匹配，極有可能造成除塵效果差，存在粉塵爆炸風險。

3.1.3 不應考慮異常情況下的粉塵泄漏

這一點也容易讓人誤解，有人不分情況，認為只要有粉塵出現的場所，就應該劃入粉塵爆炸危險區域。甚至在早期的規范中，也有這樣的規定。例如，《可燃性粉塵環境用電氣設備 第1部分：用外殼和限制表面溫度保護的電氣設備 第1節：電氣設備的技術要求》（GB 12476.1—2000）第3.15條規定：“22區 在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現并且只是短時間存在，或可燃性粉塵偶爾出現堆積或可能存在粉塵層并且產生可燃性粉塵空氣混合物的場所，如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應分類為21區?！?/p>

值得提醒注意的是，《粉塵防爆安全規程》（GB 15577—2018）第4.8條規定：“21區應為在正常運行時，爆炸性粉塵環境可能偶爾出現或故障狀態下出現的區域?！币幏吨邪压收蠣顟B下出現爆炸性粉塵環境的場所也劃入21區，這個概念是錯誤的，應及時修訂改正。

綜上可知，不能僅靠提高要求來解決防爆問題，粉塵一旦出現泄漏，就應及時清理，不能放任不管。

3.2 爆炸性粉塵環境

《糧食加工、儲運系統粉塵防爆安全規程》（GB 17440—2008）第3.5條規定：“在大氣環境條件下，粉塵或纖維狀的可燃性物質與空氣混合的混合物點燃后，燃燒傳至全部未燃混合物的環境?！薄侗ㄎｋU環境電力裝置設計規范》（GB 50058—2014）第2.0.24條規定：“在大氣環境條件下，可燃性粉塵與空氣形成的混合物被點燃后，能夠保持燃燒自行傳播的環境?！薄侗ㄐ原h境 第35部分：爆炸性粉塵環境場所分類》（GB/T 3836.35－2021）第3.5條規定：“在大氣條件下，可燃性物質以粉塵、纖維或飛絮狀的形式與空氣形成的混合物，被點燃后，能夠保持燃燒自行傳播的環境?！薄斗蹓m防爆安全規程》（GB 15577—2018）第3.2條規定：“在大氣條件下，可燃性粉塵與氣態氧化劑（主要是空氣）形成的混合物被點燃后，能夠保持燃燒自行傳播的環境?！?/p>

開放的場所也有可能是爆炸性粉塵環境，這一點必須強調。封閉的場所容易形成爆炸性粉塵環境，容易理解。開放的場所，也能形成爆炸性粉塵環境，這是由粉塵的特性所決定的。粉塵一旦出現，不會像氣體那樣可由自然通風完全排除，當然也不能完全忽視開放場所自然條件的影響。粉塵云經通風稀釋后，爆炸性粉塵環境出現的時間會變短或暫時不會出現。開放式場所，考慮到自然條件的影響，可以適當縮小爆炸性粉塵危險區域范圍，或降低防爆標準。

3.3 粉塵云

糧食粉塵通過釋放源，散布到空氣中，形成與空氣混合的粉塵云，濃度在一定范圍內會形成爆炸性環境。另外，粉塵層的危險也不容忽視，由粉塵層引起的危險主要包括3個方面。①建筑物內如果發生初級爆炸，沖擊波能使粉塵層上揚，形成粉塵云，并產生比初級爆炸破壞作用更大的二次爆炸。②粉塵層長期堆積，可能由于自發熱產生自燃，或被過熱的設備點燃，引起火災危險，并成為爆炸性環境的點火源。③粉塵層有可能會被擾動，形成具有爆炸性危險的粉塵云，被點燃并導致爆炸。

因此，粉塵層應始終得到控制，以降低粉塵爆炸風險。企業應對粉塵爆炸危險場所應制定包括清掃范圍、清掃方式、清掃周期等內容的粉塵清理制度[3]。

3.4 持續時間或頻率

粉塵爆炸危險區域是根據發生的頻率和持續時間分類的，連續或預計頻繁或長期出現的場所為20區，預計是周期性或偶爾出現的場所為21區，預計不可能或即使出現也是罕見且短期的場所為22區。

需提醒注意的是，所謂的長期和頻繁，都是為了描述一個區域潛在爆炸環境的高可能性，并不需要加以量化。發生的頻率和持續時間，與行業或設備的使用方式有關。

4 粉塵爆炸危險區域分類的工作步驟

要想準確分類粉塵爆炸危險區域，以下3步工作是必不可少的。①要確定粉塵特性，如顆粒大小、水分含量、云和層的最低點火溫度和電阻率等。②要查閱工藝流程圖和設備布置圖，確定哪一臺設備、哪一段工藝或哪些環節可能會產生粉塵。③要評估粉塵泄漏的可能性，確定粉塵云出現的頻次和持續時間，是頻繁還是偶爾，是連續或是長期。這3步工作，應由掌握粉塵爆炸危險區域分類原則、具有糧食品種知識、熟悉工藝流程及其設備的專家來執行。經過這3步后，才能準確分類區域范圍。以下舉例分析粉塵爆炸危險區域分類工作。

2021年3月26日，國家防爆電氣產品質量監督檢驗中心、中國電器工業協會防爆電機分會、全國安全生產標準化技術委員會粉塵防爆分技術委員會和中國港口協會筒倉與散糧運輸分會在鄭州聯合召開了“關于散糧筒倉清倉機粉塵防爆電機選用符合性”的專題會議（會議函字〔2021〕第1號）。會后發布的說明中提到，目前國家涉及粉塵防爆的部分規范與標準中，把散糧筒倉內劃分為粉塵爆炸20區，但我國現在未有符合《可燃性粉塵環境用電氣設備 第1部分：通用要求》（GB 12476.1—2013）所規定20區的粉塵防爆電機，故而散糧筒倉內清倉機采用了符合21區規定的防爆電機。會議專家組根據散糧筒倉清倉作業過程，結合20世紀80年代以來數千臺清倉機從未發生過粉塵燃爆事故的實際情況，以及在由“全國安全生產標準化技術委員會粉塵防爆分技術委員會”終審討論《港口散糧裝卸系統粉塵防爆安全規程》標準所形成的結論，一致同意在散糧筒倉出倉作業時，散糧筒倉內劃分為粉塵爆炸21區。

這次會議是一次有益的嘗試，開創了專家評估區域分類的先河，實事求是地解決了長期以來生產實際與部分規范標準不相符合的問題。

5 結語

爆炸性危險區域的準確分類，是采取相應防爆措施的關鍵一步，對于選擇相應保護級別的設備及生產管理具有重要的指導意義。筆者希望各規范能對粉塵爆炸性危險區域統一標準，便于相關人員理解執行，建議各區域分類標準定義如下。

20區：正常運行時，爆炸性粉塵環境連續地，或預計長期地或頻繁地出現的區域；21區：正常運行時，爆炸性粉塵環境預計周期性地或偶爾地出現的區域；22區：正常運行時，爆炸性粉塵環境預計不可能出現，即使出現也僅是罕見和短期的區域。