針對以上4種煤樣，只要將其濃度控制在各自爆炸下限以內(nèi)，理論上就可以移除“粉塵爆炸五邊形”(燃料、氧化劑、點(diǎn)火源、粉塵與空氣混合以及粉塵云的限制)中的燃料邊從而起到預(yù)防粉塵爆炸的作用。粉末加工/生產(chǎn)行業(yè)，應(yīng)用濕法不產(chǎn)生粉塵或盡量將粉塵減到最少，可以通過限制粉塵懸浮的形成(如用吸塵器代替清掃)消除工作場所的粉塵沉積，從而防止二次爆炸的發(fā)生。
　　點(diǎn)火能量也是影響爆炸的重要因素。實(shí)驗(yàn)室以2號煤粉為例，選用400 g/m³和600 g/m³兩個(gè)濃度，分別用1 kJ、2 kJ、5 kJ和10 kJ的點(diǎn)火頭點(diǎn)火，觀察了不同能量點(diǎn)火頭對煤粉爆炸特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯c(diǎn)火能量越大，煤粉爆炸越劇烈。
　　
　　因此，根據(jù)最小化原理，消除點(diǎn)火源，即能量最小化，使其達(dá)不到最小點(diǎn)燃能量或最低點(diǎn)火溫度也是防止粉塵爆炸的重要措施。常采取的措施有：嚴(yán)禁明火照明，使用防爆燈具及防爆電氣設(shè)備；防止機(jī)械由于摩擦、故障等原因產(chǎn)生火花或異常高溫；防止靜電蓄積，出現(xiàn)靜電火花；防止使用手工工具產(chǎn)生摩擦火花；使用恒溫器以防室內(nèi)溫度過高等。
　　3.2 替代原理
　　替代原理在粉塵爆炸的應(yīng)用有幾種形式，包括工作程序的替代(如前面的用吸塵器替代掃帚清掃粉塵積聚)、生產(chǎn)過程的替代、危險(xiǎn)物料的替代。
　　由Amyotte et al．提出的用石油焦部分替代煤粉就屬于危險(xiǎn)物料替代，替代后的混合燃料有大量的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對于本質(zhì)安全也是有益的^[5]。若沒有合適的物料替代，也可以考慮用粒度尺寸大的替代尺寸小的來減少粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)。從圖3可以看出，隨著煤粉粒度的增大，其爆炸下限增大。選用10 kJ能量的點(diǎn)火頭，在相同的濃度等條件下測得，
　　隨著煤粉粒徑增加，最大爆炸壓力P_max和最大壓力上升速率(dP/dt)_max均降低，如圖5所示。
　　
　　這是因?yàn)榇蟪叽珙w粒較小尺寸顆粒比表面積小，燃燒活性部位少，分散困難，危險(xiǎn)性更小。因此，在生產(chǎn)允許的情況下，用大尺寸粒度的粉塵代替小尺寸粒度來預(yù)防粉塵爆炸是本質(zhì)安全的典型應(yīng)用。
　　3.3 適度原理
　　適度原理通常是指通過降低溫度或壓力來減少過程中的能量，爆炸性粉塵的使用不可避免時(shí)，應(yīng)考慮物料本身和環(huán)境的適度，即爆炸性粉塵能否在安全的形式和環(huán)境下使用。
　　
　　實(shí)驗(yàn)室用碳酸鈣粉(CaCO₃)作為固體惰性劑研究了其對煤粉爆炸的影響。圖6是惰化劑濃度對惰化效果的影響，實(shí)驗(yàn)測量8 g的3號煤樣與不同質(zhì)量的400目的CaCO₃組成的混合物用5 kJ點(diǎn)火能點(diǎn)燃產(chǎn)生的最大爆炸壓力?？梢钥闯觯?dāng)CaCO₃含量超過80%時(shí)基本不會爆炸。惰性劑的加入對爆炸下限也有一定的影響，實(shí)驗(yàn)用3號煤樣與不同質(zhì)量的3000目的CaCO₃混合，在2 kJ點(diǎn)火能作用下的爆炸下限，結(jié)果如圖7所示，當(dāng)CaCO₃含量大于40%時(shí)測得未爆炸，認(rèn)為其不具爆炸性。
　　
　　可見，通過加入CaCO₃，使其與煤粉混合可以減少粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)楫?dāng)CaCO₃粉－煤粉混合粉塵云發(fā)生爆炸時(shí)，CaCO₃粉吸收了爆炸火焰熱量，從而使系統(tǒng)冷卻降溫，火焰熄滅，同時(shí)CaCO₃粒子還能夠隔開煤粉粒子起到屏蔽熱輻射、熱傳導(dǎo)的作用，使火焰溫度到達(dá)某一點(diǎn)后不繼續(xù)上升，煤粒子不能揮發(fā)出需要的氣體熱分解產(chǎn)物，火焰不能繼續(xù)燃燒^[6]。惰性劑的組成、粒度尺寸、可燃?xì)怏w的存在、點(diǎn)火能量及設(shè)備尺寸等都是影響惰化效果的因素^[3]，還需要進(jìn)一步的研究。
　　這里討論的是惰性劑與粉塵在被點(diǎn)燃之前已經(jīng)很好混合的情況，Amyotte將這種方法描述為“隋化”，主要在于預(yù)防粉塵爆炸的發(fā)生；而另一種方法“抑制”，惰性劑是在粉，塵/空氣混合物被點(diǎn)燃時(shí)注入，主要在于減輕粉塵爆炸的后果。于是，惰化可以定義為本質(zhì)安全方法(適度原理)，而抑制則屬于工程措施^[7]。
　　3.4 簡化原理
　　簡化原理同樣可以應(yīng)用于粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)控制，主要在工程設(shè)計(jì)階段運(yùn)用。一般地，盡早將本質(zhì)安全原理應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中，能降低危險(xiǎn)的發(fā)生幾率及后果，能減少工程上和程序上的安全裝置?？赏ㄟ^壓力或抗震設(shè)計(jì)等，加強(qiáng)過程設(shè)備抵抗擾亂的能力，使得設(shè)備更加本質(zhì)安全，如道化學(xué)公司的過程設(shè)備設(shè)計(jì)使得設(shè)備能夠承受可能出現(xiàn)的最大爆炸壓力，而不需要額外的壓力泄放系統(tǒng)^[8]。
　　Amyotte認(rèn)為，通過簡化原理達(dá)到本質(zhì)安全的關(guān)鍵在于保持清潔，給出危險(xiǎn)物料的明確信息以及掌握如何正確處理它們。
　　4 結(jié)論
　　1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：增加煤粉粒度，減小煤粉濃度、點(diǎn)火能及加入惰性物質(zhì)能夠消除或減小爆炸風(fēng)險(xiǎn)。另外溫度、濕度、可燃性氣體存在^[9-10]等因素對粉塵爆炸也有影響，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。
　　2)理想的本質(zhì)安全在特定的條件和環(huán)境中才有可能實(shí)現(xiàn)。因此，還需要在工程上和程序上采取一些安全裝置，只是應(yīng)注意，需求的數(shù)量盡可能減少?？梢哉f，現(xiàn)實(shí)本質(zhì)安全+工程安全+程序安全=更高水平的(較理想的)本質(zhì)安全。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] R．K．耳克霍夫．工業(yè)生產(chǎn)粉塵爆炸預(yù)防和緩解——近期研究與發(fā)展綜述[J]．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，1995，5(6)：5～10
　　[2] Lutz William K．Advancing inherent safety into methodology[J]．Process Safety Progress，1997，16(2)：86～88
　　[3] Paul R．Amyotte，Michael J．Pegg，F(xiàn)aisal I．Khan．et al．Moderation of dust explosions[J]．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2007，20：675—687
　　[4] Edwards．D．W．Are we too risk-averse for inherent safety? An examination of current status and barriers to adoption[J]．Process Safety and Environmental Protection，2005，83(B2)：90—100
　　[5] Amyotte，P．R．，Basu，A．a(chǎn)nd Khan，F(xiàn)．I．Reduction of dust explosion hazard by fuel substitution in power plants[J]．Process Safety and Environmental Protection，2003，81：457—462
　　[6] 譚迎新，王志杰．固體惰性介質(zhì)對煤粉爆炸壓力的影響研究[J]．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，17(12)：76～79
　　[7] Paul R．Amyotte．Solid inertants and their use in dust explosion prevention and mitigation[J]．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2006，19：161—173
　　[8] Overton，T．，King，G．M．Inherehtly safer technology：an evolutionary approach[J]．Process Safety Progress，2006，25：116－119
　　[9] Olivier Dufaud，Laurent Perrin，Mamadou Traore．Dust/vapour explosions：Hybrid behaviours? [J]．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2008，21：481—484
　　[10] Kenneth L．Cashdollar．Coal dust explosibility[J]．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，1996，9：65－67

?