一种粉尘爆炸风险评估方法及装置

技术领域

本发明涉及粉尘爆炸技术领域，具体涉及一种粉尘爆炸风险评估方法及装置。

背景技术

在众多涉粉企业中存在粉尘爆炸风险，粉尘爆炸风险防控强调“事前预防”的重要性，因此粉尘爆炸风险评估是风险防控的关键环节。

目前粉尘爆炸风险评估模型主要是结合生产工艺流程建立的，其具有较强的综合性，侧重于生产链安全管理事故预防，更适应于完备的生产体系，因此应用范围有限，无法针对各行业的粉尘样品进行爆炸风险评估。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种粉尘爆炸风险评估方法及装置。解决了目前无法对粉尘样品进行爆炸风险评估的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种粉尘爆炸风险评估方法，包括：

对多组待测粉尘样品进行测试，得到不同浓度的所述待测粉尘样品的爆炸压力、点火能量和着火温度；

对不同浓度的所述爆炸压力、所述点火能量和所述着火温度进行分析，得到所述待测粉尘样品的粉尘爆炸特征参数；

依据所述粉尘爆炸特征参数确定所述待测粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级；

根据所述爆炸严重性等级和所述爆炸敏感性等级确定粉尘爆炸风险等级评估模型，进行粉尘爆炸风险评估。

可选的，还包括：

采用激光粒度分布仪对所有粉尘样品进行粒度分析；

结合粒度分析结果利用粒度筛对所有粉尘样品进行筛分，将粉尘样品筛分为预设的粒度层次；

将不同粒度层次的粉尘样品置于干燥箱中干燥，得到所述待测粉尘样品。

可选的，所述粉尘爆炸特征参数，包括：最大爆炸压力、爆炸指数、最小点火能、最低着火温度和最小爆炸浓度。

可选的，所述依据所述粉尘爆炸特征参数确定所述待测粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级，包括：

利用预先设定的粉尘爆炸严重性矩阵等级划分标准，结合所述最大爆炸压力和所述爆炸指数构建二维矩阵，确定所述爆炸严重性等级；

利用预先设定的粉尘爆炸敏感性三维矩阵等级划分标准，结合所述最小点火能、所述最低着火温度和所述最小爆炸浓度构建三维矩阵确定所述爆炸敏感性等级。

可选的，所述对不同浓度的所述爆炸压力、所述点火能量和所述着火温度进行分析，得到所述待测粉尘样品的粉尘爆炸特征参数，包括：

依据所述爆炸压力绘制不同浓度下的粉尘云最大爆炸压力曲线和爆炸指数曲线，确定该粉尘样品的最危险爆炸浓度；

选择最危险爆炸浓度下对应的所述最大爆炸压力和所述爆炸指数；

依据所述点火能量和所述着火温度分别绘制不同浓度下的粉尘云点火能量和着火温度曲线，确定所述最小点火能量和所述最低着火温度；

通过改变粉尘云浓度、点火延迟时间和喷粉压力确定所述最小爆炸浓度。

一种粉尘爆炸风险评估装置，包括：

样品测试模块，用于对多组待测粉尘样品进行测试，得到不同浓度的所述待测粉尘样品的爆炸压力、点火能量和着火温度；

爆炸特征参数确定模块，用于对不同浓度的所述爆炸压力、所述点火能量和所述着火温度进行分析，得到所述待测粉尘样品的粉尘爆炸特征参数；

爆炸特征参数分析模块，用于依据所述粉尘爆炸特征参数确定所述待测粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级；

风险等级评估模型确定模块，用于根据所述爆炸严重性等级和所述爆炸敏感性等级确定粉尘爆炸风险等级评估模型，进行粉尘爆炸风险评估。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请中公开一种粉尘爆炸风险评估方法，该方法包括：对多组待测粉尘样品进行测试，得到不同浓度的待测粉尘样品的爆炸压力、点火能量和着火温度；对不同浓度的爆炸压力、点火能量和着火温度进行分析，得到待测粉尘样品的粉尘爆炸特征参数；依据粉尘爆炸特征参数确定待测粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级；根据爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级确定粉尘爆炸风险等级评估模型，进行粉尘爆炸风险评估。上述方法通过标准实验得到粉尘爆炸特征参数，依据粉尘爆炸特征参数确定爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级，然后基于粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级对爆炸特性开展粉尘爆炸风险评估，具有实用性强和适用性强的特点，可广泛推广于各种类粉尘的爆炸风险评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的粉尘爆炸风险评估方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的粉尘爆炸风险评估装置的模块图；

图3是本发明一实施例提供的粉尘爆炸风险评估设备的模块图；

图4是本发明一实施例提供的粉尘爆炸敏感性三维矩阵等级划分示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明一实施例提供的粉尘爆炸风险评估方法的流程图。参见图1，一种粉尘爆炸风险评估方法，包括：

步骤101：对多组待测粉尘样品进行测试，得到不同浓度的待测粉尘样品的爆炸压力、点火能量和着火温度。

在进行粉尘爆炸风险评估前，需要采集满足评估条件的粉尘。首先从工厂收集工业粉料样品，然后采用激光粒度分布仪对所有粉尘样品进行粒度分析，记录所收集粉尘的粒径；结合粉尘的粒径利用粒度筛对所有粉尘样品进行筛分，将粉尘样品筛分为合适的粒度层次。最后将不同粒度层次的粉尘样品置于50℃的恒温干燥箱中干燥12h，得到待测粉尘样品，以确保实验过程中待测粉尘样品的条件一致。

步骤102：对不同浓度的爆炸压力、点火能量和着火温度进行分析，得到待测粉尘样品的粉尘爆炸特征参数。其中，粉尘爆炸特征参数包括：最大爆炸压力(P

具体的，取待测粉尘样品利用20L圆柱形爆炸罐、Harttman管和Godbert-Greenwald恒温炉分别测试其在不同浓度下的爆炸压力、点火能量和着火温度。

依据所述爆炸压力绘制不同浓度下的粉尘云最大爆炸压力曲线和爆炸指数曲线，确定该粉尘样品的最危险爆炸浓度；选择最危险爆炸浓度下对应的所述最大爆炸压力和所述爆炸指数；依据所述点火能量和所述着火温度分别绘制不同浓度下的粉尘云点火能量和着火温度曲线，确定所述最小点火能量和所述最低着火温度。通过改变粉尘云浓度、点火延迟时间和喷粉压力等参数进行重复试验，直到出现连续3次相同试验所测最大爆炸压力均小于0.04MPa，则确定该浓度的更高一级为最小爆炸浓度。

步骤103：依据粉尘爆炸特征参数确定待测粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级。

具体的，利用预先设定的粉尘爆炸严重性矩阵等级划分标准，结合最大爆炸压力和爆炸指数构建二维矩阵，确定爆炸严重性等级。

利用预先设定的粉尘爆炸敏感性三维矩阵等级划分标准，结合所述最小点火能、所述最低着火温度和所述最小爆炸浓度构建三维矩阵确定所述爆炸敏感性等级。

步骤104：根据爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级确定粉尘爆炸风险等级评估模型，进行粉尘爆炸风险评估，为生产设备的设计提供具有针对性的参考依据。

本发明基于粉尘爆炸特征参数对工业级粉尘样品进行粉尘爆炸风险评估，具有普遍性和实用性，便于更高效、更有针对性的粉尘爆炸风险评估。可反推粉尘爆炸的各种特征参数水平，根据粉尘爆炸参数的危险程度，对粉料生产相关的工艺设备进行有针对性的防爆控爆设计，满足本质安全的要求，对提高涉及粉料生产企业安全程度有重要意义。该方法可广泛应用于各领域的粉料生产爆炸风险防控。不同于以往结合生产工艺流程复杂的评估方法具有应用局限性，该方法基于粉料样品的爆炸特性开展粉尘爆炸风险评估，具有实用性强和适用性强的特点，可广泛推广于各种类粉尘的爆炸风险评估。

为了更详细地介绍本申请中的粉尘爆炸风险评估的实现过程，现举例对评估过程进行介绍，粉尘爆炸风险评估过程如下：

1.利用激光粒度分布仪对待测粉尘样品进行粒度分析，根据测试需要利用粒度筛对粉尘样品进行筛分，获得5种粒度分布的粉尘样品，编号为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5，如表1所示。将待测样品置于50℃的恒温干燥箱中干燥12h，确保实验过程中样品的使用条件一致。

表1样品粒径参数

2.根据国家标准要求测试粉尘样品的粉尘爆炸特征参数，得到测试结果如表2所示。

(1)粉尘爆炸严重性特征参数——最大爆炸压力和爆炸指数

根据国家标准《粉尘云最大爆炸压力和最大压力上升速率测定方法》GB/T16426-1996利用20L球形爆炸罐进行实验，分别得到粉尘爆炸严重性特征参数(最大爆炸压力和爆炸指数)。绘制不同浓度下的粉尘云最大爆炸压力曲线和爆炸指数曲线，确定该粉尘样品的最危险爆炸浓度。并选择最危险爆炸浓度下对应的最大爆炸压力和爆炸指数值作为建立粉尘爆炸严重性评估模型的数据。

(2)粉尘爆炸敏感性特征参数——最小着火能量

根据国家标准《粉尘云最小着火能量测定方法》GB/T 16428-1996利用Harttman管进行实验，得到粉尘爆炸敏感性特征参数(最小点火能量)。绘制不同浓度下的粉尘云点火能量曲线，从而确定粉尘样品的最小点火能量；

(3)粉尘爆炸敏感性特征参数——最低着火温度

根据国家标准《粉尘云最低着火温度测定方法》GB/T 16429-1996利用Godbert-Greenwald恒温炉进行实验，得到粉尘爆炸敏感性特征参数(最低着火温度)。绘制不同浓度下的粉尘云着火温度曲线，从而确定粉尘样品的最低着火温度。

(4)粉尘爆炸敏感性特征参数——爆炸下限浓度

根据国家标准《粉尘云爆炸下限浓度测定方法》GB/T 16425-1996利用20L球形爆炸罐进行实验，粉尘爆炸敏感性特征参数(爆炸下限浓度)。通过改变粉尘云浓度、点火延迟时间和喷粉压力等参数进行重复试验，直到出现连续3次相同试验所测最大爆炸压力均小于0.04MPa，则确定该浓度的更高一级为粉尘云爆炸下限浓度。

表2聚乙烯粉尘爆炸特征参数表

注释：“-”表示无数据，即粉尘样品5不可爆。

3.建立粉尘爆炸严重性矩阵等级划分标准，并结合样品的最大爆炸压力和爆炸指数测试数据确定其爆炸严重性等级，如表3所示。

表3聚乙烯粉尘爆炸严重性分级

4.根据敏感性特征参数实验数据，将其进行等级划分，如表4所示。

表4聚乙烯粉尘爆炸敏感性特征参数分级

建立粉尘爆炸敏感性三维矩阵等级划分标准，并结合样品的最小点火能、最低着火温度和爆炸下限浓度数据等级划分确定其爆炸敏感性组合等级，如图4所示。在敏感性三维矩阵模型中MIE对应等级表示符号为A-D、MIT对应等级表示符号为a-d、MEC对应等级表示符号为1-4，敏感性等级划分所对应的敏感性特征要素组合详见表5。

表5粉尘爆炸敏感性等级划分及相应要素组合

5.建立粉尘爆炸风险矩阵等级划分标准，结合所确定的粉尘爆炸严重性和敏感性等级确定该样品的粉尘爆炸风险等级。

风险分级要考虑事故发生的可能性和后果的严重程度，因此结合聚乙烯粉尘爆炸的严重性分级(表3)和敏感性分级(表5)共同建立其粉尘爆炸风险评估体系，如表6所示，将聚乙烯粉尘爆炸风险分为4个等级：

Ⅰ级——低风险，一般不会发生事故，或者后果轻微，应采取措施予以控制。

Ⅱ级——中等风险，有导致事故的可能性，必须采取措施予以控制。

Ⅲ级——较高风险，很可能导致事故发生、造成人员伤亡或财产损失，必须立即采取措施进行控制。

Ⅳ级——极高风险，很可能导致事故发生、造成重大人员伤亡或巨大财产损失，必须立即采取措施消除事故隐患。

表6聚乙烯粉尘爆炸风险分级

7.应用示范：以粉尘样品3为例，根据爆炸特征参数等级划分方法确定粉尘爆炸严重性等级为Ⅱ级、粉尘爆炸敏感性等级为Ⅲ级，结合爆炸严重性和爆炸敏感性等级确定样品3的爆炸风险为Ⅱ级，如表7所示。即中等风险，有导致事故的可能性，必须采取措施予以控制。观察到该粉尘样品的爆炸特征参数，表明其具有较高的爆炸严重性和敏感性，在工艺设备设计阶段，应加强防爆控爆措施的设计。

表7样品3粉尘爆炸风险等级划分

上述实施例中建立粉尘爆炸敏感性三维矩阵魔方图作为粉尘爆炸敏感性等级划分标准：选取实际应用性强且容易测试的三个粉尘爆炸参数，即最小点火能(MIE)、最小着火温度(MIT)、最小爆炸浓度(MEC)，通过标准实验得到爆炸特征参数值，将3种粉尘爆炸敏感度带入三维矩阵魔方图确定统一的粉尘爆炸敏感度。

对应于本发明实施例提供的一种粉尘爆炸风险评估方法，本发明实施例还提供一种粉尘爆炸风险评估装置。请参见下文实施例。

图2是本发明一实施例提供的粉尘爆炸风险评估装置的模块图。参见图2，一种粉尘爆炸风险评估装置，包括：

样品测试模块201，用于对多组待测粉尘样品进行测试，得到不同浓度的所述待测粉尘样品的爆炸压力、点火能量和着火温度。

爆炸特征参数确定模块202，用于对不同浓度的所述爆炸压力、所述点火能量和所述着火温度进行分析，得到所述待测粉尘样品的粉尘爆炸特征参数。

爆炸特征参数分析模块203，用于依据所述粉尘爆炸特征参数确定所述待测粉尘样品的爆炸严重性等级和爆炸敏感性等级。

风险等级评估模型确定模块204，用于根据所述爆炸严重性等级和所述爆炸敏感性等级确定粉尘爆炸风险等级评估模型，进行粉尘爆炸风险评估。

同时，爆炸特征参数确定模块202具体用于：依据所述爆炸压力绘制不同浓度下的粉尘云最大爆炸压力曲线和爆炸指数曲线，确定该粉尘样品的最危险爆炸浓度；选择最危险爆炸浓度下对应的所述最大爆炸压力和所述爆炸指数；依据所述点火能量和所述着火温度分别绘制不同浓度下的粉尘云点火能量和着火温度曲线，确定所述最小点火能量和所述最低着火温度；通过改变粉尘云浓度、点火延迟时间和喷粉压力确定所述最小爆炸浓度。

爆炸特征参数分析模块203具体用于：利用预先设定的粉尘爆炸严重性矩阵等级划分标准，结合所述最大爆炸压力和所述爆炸指数构建二维矩阵，确定所述爆炸严重性等级；利用预先设定的粉尘爆炸敏感性三维矩阵等级划分标准，结合所述最小点火能、所述最低着火温度和所述最小爆炸浓度构建三维矩阵确定所述爆炸敏感性等级。

为了更清楚地介绍实现本发明实施例的硬件系统，对应于本发明实施例提供的一种粉尘爆炸风险评估方法，本发明实施例还提供一种粉尘爆炸风险评估系统。请参见下文实施例。

图3是本发明一实施例提供的粉尘爆炸风险评估设备的模块图。参见图3，一种粉尘爆炸风险评估设备，包括：

处理器301，以及与所述处理器301相连接的存储器302；

所述存储器302用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行上述所述的粉尘爆炸风险评估方法；所述处理器301用于调用并执行所述存储器302中的所述计算机程序。

上述实施例中直接针对可爆性粉尘自身的爆炸特性进行研究，分析工业粉料发生爆炸的可能性和严重程度，基于此分析粉料样品的爆炸特性，为涉粉工艺生产设备提供安全设计参数，符合本质安全的原则，提高了粉尘爆炸风险评估方法的实用性和有效性，有助于提高风险评估对粉尘爆炸防控工作的指导意义。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。