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泼水导致2死2重伤!3D打印为何发生粉尘爆炸?


本文转自【四川应急】;

2023年9月14日14时许,发生了上海汉邦联航激光科技有限公司(以下简称汉邦公司)的粉尘爆燃事故。截至9月17日,事故导致2人死亡,2人重伤(重伤人员的烧伤面积分别为90%和70%)。

事故单位基本情况

汉邦公司成立于2017年,是一家注册资本为4146万的民营企业。目前,公司拥有89名员工,主要从事金属粉床激光增材制造(以下简称金属3D打印)设备的研发和销售。截至2022年,公司的销售总收入约为1.5亿元。


事故发生地点为汉邦公司研发中心车间,涉事粉尘为铝合金粉尘(Al含量87%,Mg含量9%,Si含量1.5%)。


汉邦公司使用的金属3D打印工艺流程如下:在成型室内,将微米级的金属粉末铺在基板上,然后在激光的作用下,将粉尘熔化并迅速固化在基板上。通过层层堆叠的"打印"过程,完成工件的制造。



为了除尘,金属3D打印设备配备了一级旋风除尘器和二级滤筒除尘器的除尘系统。打印设备和除尘系统在氩气保护下运行。

事故经过

9月14日,作业人员准备在车间内更换滤筒除尘器的滤芯。

11时32分,滤筒除尘器发生第一次爆燃。作业人员立即进行灭火,爆燃没有进一步扩散。

13时40分,作业人员将该滤筒除尘器转移到车间外更换滤芯。

14时01分,作业人员打开滤筒除尘器。

14时02分,作业人员向滤筒除尘器的滤芯泼水,导致滤筒除尘器发生第二次爆燃。

事故原因初步分析

经过现场勘查、询问人员和查看监控录像的初步分析,事故的原因如下:

上午11时30分左右,在更换滤筒除尘器滤芯之前,作业人员对滤芯进行了湿化处理,即向滤芯和收尘桶内喷水。水与铝合金粉尘接触发生放热反应产生氢气。由于收尘桶体积较小,桶内氢气浓度较高。在作业人员进行收尘桶拆卸操作时,由于静电或机械撞击等原因,收尘桶内发生局部爆燃。但这次局部爆燃没有传播到除尘器腔体内。

下午14时02分左右,作业人员将滤筒除尘器转移到车间外。打开箱门后,作业人员似乎发现滤芯区域存在高温冒烟现象。随后,作业人员直接向滤芯泼水,在高温条件下造成反应失控,引发粉尘自燃和迸射,导致箱体内发生爆燃,造成周边员工烧伤。目前,事故的确切原因仍在进一步调查中。


金属3D打印领域的安全风险提示

据了解,金属3D打印中通常使用微米级别的铝粉。这种铝粉不仅具有易燃的属性,而且在与水接触时会放出氢气,并迅速释放热量。当水量足够时,热量会被及时耗散,不会导致热量积聚。但在半干半湿的状态下,由于导热性能差,放出的热量很容易在铝粉堆积过程中累积,从而导致温度升高。温度越高,铝粉和水的反应就越激烈,同时累积的热量也越多,这往往会导致铝粉自燃的发生。


针对这些燃爆风险,建议采取以下防护措施:

1. 强化过程风险管控。建议采用惰性气体保护方式进行金属3D打印及相关过滤工序,并实时监测氧浓度数据,确保相关工序在低氧浓度下进行,以避免发生燃烧爆炸事故。

2. 及时清理和处置废弃粉料。在生产完成后,清理和处置过程中应避免使用水对封闭空间的过滤器和收尘桶等进行局部湿化处理。如果需要使用大量水对废弃粉料进行浸泡处置,应该在开放空间中进行,以防止氢气积聚。

3. 加强应急处置。当生产或处置过程中发生铝粉着火情况时,如果火情较轻,可以使用沙子覆盖进行灭火。在灭火过程中应避免产生扬尘。如果没有灭火条件,涉火设备可以被移到安全区域让其自行燃烧。严禁使用水或泡沫灭火剂灭火,以避免事故后果扩大化。


粉尘爆炸的安全提示

粉尘爆炸是指可燃性粉尘在遇到热源(明火或高温)的条件下发生爆炸。粉尘爆炸具有很大的危害性,经常造成人员伤亡。


粉尘爆炸需要满足以下五个要素:

1. 助燃性气体:一定的氧气含量是粉尘燃烧的基础。

2. 可燃性粉尘:能够与助燃气体发生氧化反应并燃烧的粉尘。

3. 点火源:能使局部粉尘云温度迅速升高并发生燃烧的高温热源。

4. 粉尘云:悬浮在空气中且达到爆炸下限的可燃性粉尘云。

5. 密闭空间:粉尘云被限制在相对密闭的空间内。


粉尘爆炸的特点是多次爆炸。首次爆炸会将设备或地面上的沉积粉尘扬起,在爆炸后短时间内产生负压,新鲜空气会从外部填充进来与扬起的粉尘混合,从而引发二次爆炸。第二次爆炸时粉尘浓度更高。


粉尘涉爆企业的安全管理

根据《工贸企业粉尘防爆安全规定》,粉尘涉爆企业指冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸等工贸企业,存在可燃性粉尘爆炸危险,适用该规定。


粉尘涉爆企业应建立和落实粉尘防爆安全管理制度。该制度应包括以下内容:

1. 粉尘爆炸风险辨识评估和管控;

2. 粉尘爆炸事故隐患排查治理;

3. 粉尘作业岗位的安全操作规程;

4. 粉尘防爆专项安全生产教育和培训;

5. 粉尘清理和处置;

6. 除尘系统和相关安全设施设备的运行、维护、检修和维修管理;

7. 粉尘爆炸事故应急处置和救援。


根据《工贸企业重大事故隐患判定标准》,以下情况被认定为重大事故隐患:

1. 粉尘爆炸危险场所设置在非框架结构的多层建筑内,或者粉尘爆炸危险场所内设有员工宿舍、会议室、办公室、休息室等人员聚集场所;

2. 不同类别的可燃性粉尘、可燃性粉尘与可燃气体等易加剧爆炸危险的介质共用一套除尘系统,或者不同建筑物、不同防火分区共用一套除尘系统、除尘系统互联互通;

3. 干式除尘系统未采取泄爆、惰化、抑爆等任一种爆炸防控措施;

4. 铝镁等金属粉尘除尘系统采用正压除尘方式,或者其他可燃性粉尘除尘系统采用正压吹送粉尘时,未采取火花探测消除等防范点燃源措施;

5. 除尘系统采用重力沉降室除尘,或者采用干式巷道式构筑物作为除尘风道;

6. 铝镁等金属粉尘、木质粉尘的干式除尘系统未设置锁气卸灰装置;

7. 划分为20区的粉尘爆炸危险场所的电气设备不符合防爆要求;

8. 粉碎、研磨、造粒等易产生机械点燃源的工艺设备前,未设置铁、石等杂物去除装置,或者木制品加工企业与砂光机连接的风管未设置火花探测消除装置;

9. 遇湿自燃金属粉尘的收集、堆放、储存场所未采取通风等防止氢气积聚的措施,或者干式收集、堆放、储存场所未采取防水、防潮措施;

10. 没有落实粉尘清理制度,导致作业现场严重积尘。


来源:应急管理部、中国安全生产网等


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