鎂粉在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用：在鋼鐵冶金中用作脫硫劑；在航天工業(yè)中用作推進(jìn)劑添加劑,；在煙花爆竹生產(chǎn)中用作焰色反應(yīng)藥劑；在防腐耐磨噴涂中用作油漆添加劑,。鎂粉極其活潑的化學(xué)性質(zhì),，決定了其具有極大的燃燒爆炸危險(xiǎn)性。在生產(chǎn),、貯存,、運(yùn)輸、使用過程中懸浮狀態(tài)的鎂粉達(dá)到一定濃度后,，遇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火源就可能發(fā)生粉塵爆炸事故,。近幾十年來，國(guó)內(nèi)外鎂粉爆炸事故屢見不鮮,。1978年,，東北某輕合金加工廠在清理除塵器排氣管時(shí)發(fā)生鎂粉爆炸事故，造成5死2傷,；2001年,，日本宮城縣某工廠發(fā)生鎂粉爆炸事故，造成6人受傷,；2007年,，深圳某鎂合金廠抽風(fēng)機(jī)里殘存的鎂粉遇水燃燒引發(fā)爆炸,，造成16人受傷；2008年,，湖北省化工設(shè)計(jì)院某車間發(fā)生鎂粉爆炸事故,，造成1死1傷。研究鎂粉爆炸特性,，探尋減災(zāi)防護(hù)手段,，有重要的意義。

筆者將本質(zhì)安全原理與鎂粉爆炸風(fēng)險(xiǎn)控制聯(lián)系成為一個(gè)整體,。采用20L球形爆炸測(cè)試裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，系統(tǒng)地探尋了鎂塵濃度、鎂粉粒徑,、點(diǎn)火強(qiáng)度,、環(huán)境壓力、惰化劑種類,、惰化劑含量,、惰化劑粒徑等7個(gè)因素對(duì)鎂粉爆炸危害特性的影響；將實(shí)驗(yàn)結(jié)論結(jié)合本質(zhì)安全原理中最小化,、替代,、緩和3個(gè)原則，提出了預(yù)防鎂粉爆炸,、降低爆炸危害的風(fēng)險(xiǎn)控制策略,。
　　1本質(zhì)安全原理本質(zhì)安全的提出源于20世紀(jì)50年代宇航技術(shù)的發(fā)展，是人類在生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展過程中對(duì)事故由被動(dòng)接受到積極事先預(yù)防,，以實(shí)現(xiàn)從源頭杜絕事故和人類自身安全保護(hù)需要,，在安全認(rèn)識(shí)上取得的一大進(jìn)步。它的誕生標(biāo)志了事故的預(yù)防由被動(dòng)的末端控制向主動(dòng)的源頭消減轉(zhuǎn)變,。
　　英國(guó)化工專家TrevorKletz在1977年正式闡述了本質(zhì)安全的理念：通過消除危險(xiǎn)或降低危險(xiǎn)程度來降低事故發(fā)生的可能性與嚴(yán)重性,。與通過附加安全防護(hù)措施控制危險(xiǎn)的傳統(tǒng)安全技術(shù)不同，本質(zhì)安全強(qiáng)調(diào)從源頭上消減危險(xiǎn),，將安全功能融入生產(chǎn)過程的基本功能或?qū)傩?。顯而易見，本質(zhì)安全思想與傳統(tǒng)的安全技術(shù)相比,，技術(shù)實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單,、成本更低且能有效避免因附加安全系統(tǒng)失效帶來的事故。
　　本質(zhì)安全的思想可用以下詞語來描述：強(qiáng)化,、代替,、減弱、影響的限制,、簡(jiǎn)化,、容錯(cuò),。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，形成了由四條基本原則組成的本質(zhì)安全原理,。
　　本質(zhì)安全思想已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的設(shè)計(jì),、生產(chǎn)、管理,、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及事故分析中。20世紀(jì)80年代以來,，美,、歐等國(guó)家和地區(qū)對(duì)本質(zhì)安全開展了一系列研究和實(shí)際應(yīng)用：1997年，歐盟資助INSIDE項(xiàng)目研究了本質(zhì)安全技術(shù)在歐洲過程工業(yè)中的應(yīng)用,，同時(shí)提出了一系列本質(zhì)安全應(yīng)用技術(shù)方法,；1998年，歐盟頒布的SevesoDirective要求重大危險(xiǎn)源,、重大危險(xiǎn)設(shè)施優(yōu)先采用本質(zhì)安全設(shè)計(jì),；2000年，美國(guó)化工過程研究中心在2020年展望報(bào)告中指出美國(guó)要維護(hù)化學(xué)工業(yè)未來的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,，必須重視化工本質(zhì)安全的研究,。近年來，我國(guó)也廣泛開展了該領(lǐng)域的研究：李求進(jìn)等研究了基于本質(zhì)安全的化學(xué)工藝風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,；吳宗之等研究了基于本質(zhì)安全理論的安全管理體系,。
　　2實(shí)驗(yàn)裝置與系統(tǒng)鎂粉的爆炸危害特性通常用下列三個(gè)參數(shù)進(jìn)行描述：最大爆壓pmax，表征爆炸過程釋放的總能量,；最大爆壓上升速率（dp/dt）max,，表征爆炸過程能量釋放的速率；爆炸下限LEL,，表征爆炸能夠持續(xù)進(jìn)行的最低粉塵云濃度,。筆者選取國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國(guó)際電工委員會(huì)IEC31H共同推薦的20L球形爆炸測(cè)試裝置對(duì)上述三個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，所示,。
　　實(shí)驗(yàn)時(shí),，用壓縮空氣將儲(chǔ)粉罐內(nèi)的鎂粉經(jīng)機(jī)械兩向閥和分散噴嘴噴至預(yù)先抽成真空的球罐內(nèi)部；同時(shí)開始計(jì)算機(jī)采樣并用化學(xué)點(diǎn)火頭引爆粉塵云,；最后對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分析,、計(jì)算，完成實(shí)驗(yàn),。
　　3運(yùn)用本質(zhì)安全原理控制鎂粉爆炸風(fēng)險(xiǎn)3.1最小化原則3.1.1控制鎂塵濃度粉塵爆炸的實(shí)質(zhì)是非均相燃燒化學(xué)反應(yīng),，其特性極大程度受到粉塵云濃度的影響。實(shí)驗(yàn)采用10kJ點(diǎn)火強(qiáng)度,，對(duì)粒徑為2743m的鎂粉測(cè)量了鎂塵質(zhì)量濃度由30g/m3遞增到1000g/m3對(duì)應(yīng)的pmax和（dp/dt）max,。給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,，pmax和（dp/dt）max均隨鎂塵濃度增大而增大。因此,，適當(dāng)控制鎂塵濃度,，可將爆炸危害降至較小程度。
　　可燃粉塵與空氣混合物僅在其爆炸范圍內(nèi)才能引燃,。將鎂塵濃度控制在LEL之下就能防止粉塵爆炸,。實(shí)驗(yàn)依照粉塵云爆炸下限濃度測(cè)定方法（GB/T16425-1996），采用10kJ點(diǎn)火強(qiáng)度分別測(cè)量了2743m,、4375m,、75125m三種粒徑鎂粉的LEL，結(jié)果由給出,?？紤]到粒徑為2743m的鎂粉已經(jīng)極其細(xì)微，而日常工業(yè)中生產(chǎn),、使用的鎂粉大都高于該粒徑范圍,，故可認(rèn)為一般情況下確保鎂塵質(zhì)量濃度低于15g/m3則不會(huì)發(fā)生爆炸。
　　基于最小化原則的本質(zhì)安全對(duì)策：一是采用通風(fēng)等措施減少懸浮在受限空間的鎂粉顆粒,，最理想的狀態(tài)是使鎂塵濃度低于LEL,，從本質(zhì)上杜絕爆炸發(fā)生的可能。二是及時(shí)清掃散落在地面,、管道,、設(shè)備中的堆積鎂粉，避免意外揚(yáng)塵形成可爆性鎂塵氛圍,。
　　3.1.2控制點(diǎn)火源點(diǎn)火強(qiáng)度也是影響爆炸特性的重要因素,。實(shí)驗(yàn)對(duì)粒徑為4375m的鎂粉在鎂粉塵質(zhì)量濃度400g/m3的條件下分別測(cè)量了1、2,、5,、10kJ點(diǎn)火強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的pmax和（dp/dt）max。給出的結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),，點(diǎn)火強(qiáng)度越大,，pmax（dp/dt）max越大；且（dp/dt）max對(duì)于點(diǎn)火強(qiáng)度的增加更為敏感,。因此,，控制點(diǎn)火強(qiáng)度可降低爆炸事故破壞程度；若消除點(diǎn)火源,，則從本質(zhì)上消除了爆炸隱患,。
　　基于最小化原則的本質(zhì)安全對(duì)策：一是消除明火和控制高熱。具體包括：在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域配置防爆電器；鍋爐（[url=http://www.eguolu.net/news/html/tech/7514.html]鍋爐通現(xiàn)的損毀問題和應(yīng)對(duì)舉措[/url]）,、加熱爐遠(yuǎn)離鎂粉球磨,、洗消、霧化生產(chǎn)設(shè)備,；可能發(fā)熱的設(shè)備須配置循環(huán)水冷卻,，避免熱表面形成；駛?cè)胛ｋU(xiǎn)區(qū)的機(jī)動(dòng)車輛排氣管應(yīng)佩戴防火帽,；使用氣焊,、電焊、噴燈對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行維修時(shí)須按危險(xiǎn)等級(jí)辦理動(dòng)火手續(xù)等,。
　　二是防止撞擊摩擦和控制靜電,。具體包括：所有生產(chǎn)設(shè)備須接地良好；鎂粉輸送管路須采用全金屬材料制作且接地良好,；易發(fā)生鎂粉顆粒撞擊的設(shè)備部件應(yīng)采用防爆合金材料制作，避免產(chǎn)生火星等,。
　　3.2替代原則粉體粒徑會(huì)顯著影響燃燒過程的表面反應(yīng)速率,，并顯著影響爆炸特性。實(shí)驗(yàn)采用10kJ點(diǎn)火強(qiáng)度于500,、750g/m3鎂塵質(zhì)量濃度下分別測(cè)量了2743m,、4375m、75125m三種粒徑鎂粉的pmax和（dp/dt）max,。
　　給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,，粒徑越小，pmax和（dp/dt）max越大,。這主要是因?yàn)椋烘V粉顆粒與氧氣的接觸面積隨粒徑減小而增大,，故顆粒表面燃燒放熱速率隨之加快；此外,，顆粒與周圍氣體對(duì)流熱速率隨粒徑減小而加快,，導(dǎo)致顆粒點(diǎn)火馳豫時(shí)間縮短。
　　粒徑也會(huì)顯著影響可燃性粉塵的LEL.由可知,，2743m,、4375m、75125m三種粒徑鎂粉的LEL逐級(jí)遞增,，故粒徑越小,，LEL越低，爆炸風(fēng)險(xiǎn)越大,。
　　基于替代原則的本質(zhì)安全對(duì)策：在工藝條件允許的情況下,，采用較為安全的大粒徑鎂粉替代較為危險(xiǎn)的小粒徑鎂粉，能從本質(zhì)上降低爆炸風(fēng)險(xiǎn),。
　　3.3緩和原則3.3.1控制環(huán)境壓力緩和原則認(rèn)為,，倘若危險(xiǎn)物質(zhì)的使用不可避免,，應(yīng)盡量在較安全的環(huán)境中使用，便可弱化風(fēng)險(xiǎn),、限制災(zāi)害,；相反，若使事故發(fā)生于較危險(xiǎn)的環(huán)境中,，則會(huì)加劇災(zāi)害,。實(shí)驗(yàn)對(duì)于4375m、75125m兩種粒徑的鎂粉,，在500g/m3鎂粉質(zhì)量濃度和10kJ點(diǎn)火強(qiáng)度的條件下考察不同的環(huán)境壓力對(duì)pmax的影響,。由給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)環(huán)境壓力越高,，鎂粉爆炸的pmax值越大,，其爆炸威力越強(qiáng)。
　　基于緩和原則的本質(zhì)安全對(duì)策：避免采用過高的風(fēng)壓輸送鎂粉,；避免鎂粉輸送管路堵塞,。
　　3.3.2添加惰化劑緩和原則認(rèn)為，將危險(xiǎn)性物質(zhì)溶解于安全的溶劑中便可弱化風(fēng)險(xiǎn),、限制災(zāi)害,。惰化是指在可燃粉塵中加入一定量惰性介質(zhì)，通過其吸收火焰熱量,、阻隔可燃顆粒與氧氣的接觸,、降低火焰?zhèn)鞑ニ俾省⑽毡_擊達(dá)到有效破壞燃燒反應(yīng)條件的抑爆技術(shù)措施,。工業(yè)安全領(lǐng)域知名專家Amyotte將惰化認(rèn)定為一種本質(zhì)安全方法,。
　　實(shí)驗(yàn)選取粒徑為4375m的鎂粉分別與重質(zhì)碳酸鈣、碳酸氫鈉兩種常用惰化劑粉末按一定比例組成混合試樣,。在500g/m3鎂當(dāng)量質(zhì)量濃度和10kJ點(diǎn)火強(qiáng)度的條件下測(cè)量了各試樣的pmax,。隨著重質(zhì)碳酸鈣含量的增加，pmax呈下降趨勢(shì),，選其作為惰化劑能有效地抑制爆炸威力,；相反，隨著碳酸氫鈉含量的增加,，pmax反而呈上升趨勢(shì)（原因是碳酸氫鈉受熱分解出的二氧化碳是鎂粉燃燒的助燃物）,，這說明碳酸氫鈉不能作為鎂粉抑爆的惰化劑。
　　為探討惰化劑粒徑對(duì)鎂粉爆炸抑制能力的影響,，實(shí)驗(yàn)選取6m和38m重質(zhì)碳酸鈣粉末添加于4375m的鎂粉中,，鎂塵當(dāng)量質(zhì)量濃度保持在500g/m3，碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)按10遞增。由給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，小粒徑的惰化劑比大粒徑的惰化劑抑爆能力更強(qiáng),。若以pmax超過0.15MPa作為發(fā)生爆炸的判據(jù)，當(dāng)惰化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到80時(shí),，可以認(rèn)定鎂粉未能發(fā)生爆炸,。
　　基于緩和原則的本質(zhì)安全對(duì)策：在工藝條件允許的情況下加入適量惰化劑（如重質(zhì)碳酸鈣粉末）能有效抑制爆炸威力，甚至使鎂粉轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗嘉?；且?yīng)該盡量選擇小粒徑的惰性介質(zhì)作為惰化劑,。
　　4結(jié)論（1）鎂粉爆炸特性pmax、（dp/dt）max隨鎂塵濃度,、點(diǎn)火強(qiáng)度減小而降低,。基于最小化原則,，在生產(chǎn),、貯存、運(yùn)輸,、使用等環(huán)節(jié)應(yīng)盡量降低鎂塵云濃度,，并消除點(diǎn)火源或盡量降低發(fā)火強(qiáng)度。
　?。?）鎂粉爆炸特性pmax、（dp/dt）max隨鎂粉粒徑增大而降低,；LEL隨粒徑增大而升高,。相對(duì)大粒徑鎂粉，小粒徑鎂粉燃爆風(fēng)險(xiǎn)更高,，應(yīng)特別注重細(xì)小鎂粉的防爆,。基于替代原則,，工藝中可考慮采用粗鎂粉替代細(xì)鎂粉,。
　　（3）鎂粉爆炸特性pmax隨環(huán)境壓力的減小而降低,，而發(fā)生在高于常壓環(huán)境中的鎂粉爆炸具有更大的破壞力,。基于緩和原則,，工藝中應(yīng)避免高風(fēng)壓輸送鎂粉且嚴(yán)防輸運(yùn)管路堵塞,。
　　（4）常用惰化劑碳酸氫鈉粉末并不適用于鎂粉抑爆,，而重質(zhì)碳酸鈣粉末則可有效抑制鎂粉爆炸威力,，且小粒徑的碳酸鈣粉末抑爆效果更好。隨惰化劑含量的增加，鎂粉爆炸威力逐漸降低,，甚至可以轉(zhuǎn)化為不燃物,。基于緩和原則,，在工藝條件允許的情況下加入適量惰化劑（如重質(zhì)碳酸鈣粉末）能有效控制爆炸風(fēng)險(xiǎn),，且應(yīng)該盡量選擇小粒徑的惰性介質(zhì)作為惰化劑。