旨在将本质安全原理与粉尘爆炸(以煤粉爆炸为例)的风险控制联系起来。利用20 L球形爆炸装置的标准测试方法测试煤粉及煤粉－CaCO₃混合物的爆炸下限、最大爆炸压力、压力上升速度等爆炸特性。基于本质安全基本原理和试验结果，讨论预防煤粉爆炸的各种基本方法，并重点阐述本质安全原理与粉尘爆炸影响因素、不同的预防方法、过程设备的选择等之间的关系，对已制定的爆炸风险控制措施进行完善和补充。
　　【关键词】 本质安全；粉尘爆炸；煤粉爆炸；爆炸预防
　　0 引言
　　粉尘爆炸是可燃物尘粒与空气中的氧充分接触，在特定条件下，瞬时完成的剧烈氧化反应，反应放出大量热，形成急剧增高的压力波。粉尘爆炸一般规模大，且易发生二次爆炸，释放的能量相对可燃气体和液体蒸气要大得多，人员伤亡和财产损失往往也大得多。随着现代工业的发展，粉末技术得到广泛应用，预防和抑制粉尘爆炸就更为重要。对于煤矿、冶金、火电厂等生产和加工煤的行业，了解煤粉爆炸特性及其预防抑制措施十分重要。
　　目前，国内外关于粉尘爆炸的研究主要包括爆炸机理和应用技术两方面。由于粉尘爆炸非常复杂，综合数学理论还未成熟，实际应用还存在着困难，更多的是通过实验测试爆炸参数等基本研究^[1]。
　　我国正处于重化工业的快速发展时期，安全生产形势十分严峻，实现本质安全及通过追求生产流程诸要素的安全可靠和谐统一，使各种危险因素始终处于受控制状态显得尤为重要。笔者结合本质安全原理，根据煤粉爆炸特性实验结果，讨论并提出其爆炸危险及预防措施。
　　1 本质安全
　　本质安全的正式概念是在20世纪70年代后期由英国化工安全专家Trevor Kletz提出的：“预防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全设施，而是通过消除危险或降低危险程度以取代那些安全装置，从而降低事故发生的可能性和严重性”^[2]。不同国家不同行业对本质安全的理解不尽相同，笔者认为，本质安全是保证生产安全的主动方法，不需要额外的设备或程序干涉就能消除危险。
　　过程工业预防损失的措施主要从以下3方面考虑：
　　1)本质安全；
　　2)工程安全；
　　3)程序安全。
　　本质安全是指在安全的生产环境下使用安全的物料消除危险，它利用物料或过程本身的性质来消除危险；
　　工程安全，又叫附加安全，包括附加安全装置(如爆炸泄放装置、自动抑制系统等)，该类装置只在过程发生扰乱时才运行；
　　程序安全，又叫管理控制，利用安全技术(规章)和程序(如高温作业许可证等)来减小风险。
　　本质安全区别于其他两种安全的根本在于消除危险的来源，而不是有了危险再设法减轻其影响。对于理想的本质安全，是不需要任何工程上或程序上的安全装置的。表1是．Amyotte等提出的本质安全的基本原理^[3]。
　　
　　风险控制措施的首选顺序是本质安全，工程安全，然后是程序安全。实际生产中，本质安全可能不能独立地将爆炸风险降低到可以接受的程度，还需要工程上的装置，如安全阀、爆破片，以及程序上的安全装置如接地、压焊等。但是，应用本质安全可以减少对工程和程序装置的依赖。
　　尽管本质安全逐渐被视为生产安全的一个重要组成部分，但还没有得到普遍的应用，要加强本质安全原理的应用还需要更多的研究和努力^[4]。
　　2 实验简介
　　实验设备20升爆炸球装置如图1所示。
　　
　　实验用2 MPa的高压空气将储粉罐内的煤粉经机械两向阀和分散嘴喷至预先抽成真空的20 L球形装置内部，形成一定浓度的粉尘云；同时开始计算机采样，并用点火装置点火引爆气粉混合物；最后，对采样结果进行分析、计算，完成实验。
　　实验用煤粉的工业分析如表2所示。实验中对煤样进行了研磨，采用标准金属筛进行分筛，得到4种粒径范围的煤粉样品，如表3所示。
　　用成都精新粉体测试设备有限公司的JL1166系列对煤粉的粒度进行分析测试，由于设备测量范围的限制，1号煤粉没能进行粒度分析，2～4号煤粉的粒度分析结果如图2所示，中位粒径D₅₀如表4所示。
　　
　　
　　3 粉尘爆炸的预防
　　3.1 最小化原理
　　可燃粉尘与空气混合物，仅在其爆炸范围内才能引燃，若粉尘浓度能保持在爆炸范围之外，就能防止粉尘爆炸。但若粉尘浓度超过了爆炸上限，随着粉尘的逐渐沉降，其浓度下降，最终会处于爆炸范围内，且爆炸十分猛烈，因此，爆炸上限对于预防粉尘爆炸没有太大的意义。
　　根据本质安全的最小化原理，尽可能地将粉尘浓度减到最小，使其浓度保持在爆炸下限以下，就能预防爆炸的发生。实验采用2 KJ能量的点火头测试了4种煤样的爆炸下限，结果如图3所示。(爆炸与否通常以爆炸压力来判定，此次实验采用升压超过0.06 MPa作为煤粉发生爆炸的判据。)