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2死2重傷!新領域新風險!3D列印為何發生粉塵爆炸?

作者:環球網

來源:中華人民共和國應急管理部

2023年9月14日14時許

上海漢邦聯航雷射科技有限公司 (以下簡稱漢邦公司)

發生粉塵爆燃事故

截至9月17日

事故造成2人死亡、2人重傷 (重傷人員燒傷面積分别為90%和70%)

事故機關基本情況

漢邦公司成立于2017年,注冊資本4146萬,為民營企業,現有員工89人,主要從事金屬粉床雷射增材制造(以下簡稱金屬3D列印)裝備的研發和銷售,2022年銷售總收入約1.5億元。

事故發生地點為漢邦公司研發中心工廠中的房間,涉事粉塵為鋁合金粉塵(Al含量87%,Mg含量9%,Si含量1.5%)。

2死2重傷!新領域新風險!3D列印為何發生粉塵爆炸?

漢邦公司采用的金屬3D列印工藝流程(見圖2)為:成型室内,在基闆上将金屬粉末鋪成微米級粉塵層,在雷射作用下使粉塵熔化并迅速固化在基闆上。通過層層堆疊“列印”,完成工件制造。

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金屬3D列印裝置配套除塵系統用于成型室除塵,除塵系統采用一級旋風除塵器和二級濾筒除塵器。列印裝置及配套除塵系統在氩氣保護下運作(見圖3、圖4)。

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2次爆燃

還原事故經過

9月14日,作業人員準備在工廠中的房間内更換濾筒除塵器的濾芯。

11時32分,濾筒除塵器發生第一次爆燃。作業人員立即滅火,爆燃未進一步擴散。

13時40分,作業人員将該濾筒除塵器轉移至工廠中的房間外更換濾芯。

14時01分,作業人員打開濾筒除塵器。

14時02分,作業人員向濾筒除塵器濾芯潑水,濾筒除塵器發生第二次爆燃。

2死2重傷!新領域新風險!3D列印為何發生粉塵爆炸?
2死2重傷!新領域新風險!3D列印為何發生粉塵爆炸?

事故原因初步分析

經現場勘查、問詢人員、檢視監控錄像,初步判斷事故原因為:

上午11時30分許,在更換濾筒除塵器濾芯前,作業人員對濾芯進行“濕化”處理,将自來水噴入濾芯和收塵桶内,水與鋁合金粉塵接觸發生放熱反應産生氫氣,由于收塵桶體積小,桶内累積氫氣濃度較高,在作業人員進行收塵桶拆卸操作時,因靜電或機械撞擊等原因引起收塵桶内局部爆燃。收塵桶與除塵器腔體之間用蝶閥隔離,本次局部爆燃未傳播至腔體内。

下午14時02分許,作業人員将濾筒除塵器轉移至工廠中的房間外,在打開箱門後,疑似作業人員發現濾芯區域存在高溫冒煙現象,随後作業人員直接向濾芯潑水,在高溫條件下迅速造成反應失控,引發粉塵自燃和迸射,導緻箱體内發生爆燃,緻使周邊員工燒傷。

目前事故确切原因還在進一步調查中。

金屬3D列印領域

安全風險提示

金屬3D列印是增材制造行業的一項重要生産工藝。據2023年6月28日召開的增材制造産業發展(廣州)論壇暨2023年增材制造産業年會消息,過去十年來,大陸的增材制造産業整體取得了很好的發展,增材制造經曆了由研發創新向産業規模化發展的蛻變,目前廣泛應用于航空航天、醫療、汽車等領域,涵蓋了産品的設計、原型制造、批量生産、工裝夾具、保障維修等,行業規模不斷壯大。産業規模從2012年的10億元左右增長到2022年的320億元。增材制造産業鍊的企業也超過了千餘家,以增材制造為主營業務的規上企業數量從2016年的20餘家增長到2022年的近200家。其中營收過億的企業數量從2012年的3家增長到2022年的42家。

中鋼集團武漢安全環保研究院粉塵防爆室主任吳曉煜介紹,金屬3D列印産品加工、裝置生産企業有别于我們既往印象的“典型”粉塵涉爆企業,但發生粉塵爆炸事故的風險不亞于任一家傳統的鋁鎂金屬制品加工企業。這種新的工藝技術在既往的粉塵爆炸領域研究及風險防控中尚未引起足夠的重視,應該高度關注3D列印裝置研發過程及應用3D列印技術制造加工過程中粉塵爆炸風險,有效采取防控措施。

2死2重傷!新領域新風險!3D列印為何發生粉塵爆炸?

全國安标委粉塵防爆分技術委員會委員、上海化工研究院安全工程中心主任肖秋平介紹,鋁合金粉在金屬3D列印中是比較常見的原料,且大多使用的是微米級鋁粉,本身易燃、遇水反應可放出易瓦斯體(氫氣)。

爆炸機理主要是:鋁粉和水反應釋放氫氣的同時還會産生熱量,當水量足夠時,熱量能夠及時耗散,不會造成熱量累積;但在半幹半濕狀态下,因導熱性能差,反應放出的熱量很容易在鋁粉堆中累積,進而出現溫度升高的現象,而溫度越高,鋁粉和水的反應越激烈,累積的熱量也越多,往往将導緻鋁粉的自燃。此外,在金屬3D列印過程中,還存在較高的粉塵爆炸風險,因使用的鋁粉顆粒度很小,粉塵爆炸的可能性和爆炸後果都比較高。

針對這些燃爆風險,建議采取以下防護措施:

●一是強化過程風險管控。 建議金屬3D列印及其過濾工序采用惰性氣體保護方式,并實時監測氧濃度資料,確定相關工序在低氧濃度下運作,避免制造過程中發生燃燒爆炸事故。

● 二是及時清理和處置廢棄粉料。生産完畢後,在清理和處置過程中,應避免往過濾器、收塵桶等密閉空間使用水進行局部“濕化”處理;若使用大量水對廢棄粉料進行浸泡處置,應在開放空間進行,防止氫氣累積。

● 三是加強應急處置。當生産或處置過程中出現鋁粉着火情況,火情較輕時可使用沙子覆寫滅火,滅火過程應避免揚塵;無滅火條件、涉火裝置可搬離至安全區域時,可讓其自行燃燒;嚴禁使用水或泡沫滅火劑滅火,避免事故後果擴大化。

粉塵爆炸安全提示

粉塵爆炸是由可燃性粉塵

在爆炸極限範圍内遇到熱源

(明火或高溫)而引發的

粉塵爆炸極具危害性

往往會造成較大人員傷亡

夏季氣溫高

粉塵爆炸事故易發

需要提高警惕

2死2重傷!新領域新風險!3D列印為何發生粉塵爆炸?

粉塵爆炸的五要素

助燃性氣體:一定的氧含量是粉塵燃燒的基礎。

可燃性粉塵:可與助瓦斯體發生氧化反應而燃燒的粉塵。

點火源:能使局部粉塵雲的溫度驟增發生燃燒的高溫熱源。

粉塵雲:懸浮在空中且達到爆炸下限的可燃性粉塵雲。

密閉空間:粉塵雲被限制在了相對密閉的空間。

粉塵爆炸的特點

多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點。

第一次爆炸氣浪,會把沉積在裝置或地面上的粉塵吹揚起來,在爆炸後短時間内爆炸中心區會形成負壓,周圍的新鮮空氣便由外向内填補進來,與揚起的粉塵混合,進而引發二次爆炸。二次爆炸時,粉塵濃度會更高。

粉塵涉爆企業安全管理

相關規定

粉塵涉爆企業具體指哪些企業?

《工貿企業粉塵防爆安全規定》第二條 存在可燃性粉塵爆炸危險的冶金、有色、建材、機械、輕工、紡織、煙草、商貿等工貿企業(以下簡稱粉塵涉爆企業)的粉塵防爆安全工作及其監督管理,适用本規定。

企業粉塵防爆安全管理制度應當包括哪些?

《工貿企業粉塵防爆安全規定》第七條 粉塵涉爆企業應當結合企業實際情況建立和落實粉塵防爆安全管理制度。粉塵防爆安全管理制度應當包括下列内容:

(一)粉塵爆炸風險辨識評估和管控;

(二)粉塵爆炸事故隐患排查治理;

(三)粉塵作業崗位安全操作規程;

(四)粉塵防爆專項安全生産教育和教育訓練;

(五)粉塵清理和處置;

(六)除塵系統和相關安全設施裝置運作、維護及檢修、維修管理;

(七)粉塵爆炸事故應急處置和救援。

粉塵涉爆企業

重大隐患判定标準

相關企業哪些情形被判定為重大事故隐患?

《工貿企業重大事故隐患判定标準》第十一條 存在粉塵爆炸危險的工貿企業有下列情形之一的,應當判定為重大事故隐患:

(一)粉塵爆炸危險場所設定在非架構結構的多層建(構)築物内,或者粉塵爆炸危險場所内設有員工宿舍、會議室、辦公室、休息室等人員聚集場所的;

(二)不同類别的可燃性粉塵、可燃性粉塵與可瓦斯體等易加劇爆炸危險的媒體共用一套除塵系統,或者不同建(構)築物、不同防火分區共用一套除塵系統、除塵系統互聯互通的;

(三)幹式除塵系統未采取洩爆、惰化、抑爆等任一種爆炸防控措施的;

(四)鋁鎂等金屬粉塵除塵系統采用正壓除塵方式,或者其他可燃性粉塵除塵系統采用正壓吹送粉塵時,未采取火花探測消除等防範點燃源措施的;

(五)除塵系統采用重力沉降室除塵,或者采用幹式巷道式構築物作為除塵風道的;

(六)鋁鎂等金屬粉塵、木質粉塵的幹式除塵系統未設定鎖氣卸灰裝置的;

(七)除塵器、收塵倉等劃分為20區的粉塵爆炸危險場所電氣裝置不符合防爆要求的;

(八)粉碎、研磨、造粒等易産生機械點燃源的工藝裝置前,未設定鐵、石等雜物去除裝置,或者木制品加工企業與砂光機連接配接的風管未設定火花探測消除裝置的;

(九)遇濕自燃金屬粉塵收集、堆放、儲存場所未采取通風等防止氫氣積聚措施,或者幹式收集、堆放、儲存場所未采取防水、防潮措施的;

(十)未落實粉塵清理制度,造成作業現場積塵嚴重的。

粉塵爆炸涉及範圍廣

危害難以想象

請大家務必加以防範