粉尘爆炸预防与控制是涉及可燃粉尘操作的企业需要关注的重点之一，如集尘器、干燥器、粉碎、打磨等操作。据公开数据，2020年全球共发生165起粉尘引起的火灾及60起粉尘爆炸，共导致10人死亡及88人受伤，而2021年全球共发生163起粉尘引起的火灾及53起粉尘爆炸，共导致69人死亡及215人受伤。应急管理部于2021年发布了第6号应急管理部令-工贸企业粉尘防爆安全规定，同时诸如精细化工的其他行业也涉及大量的可燃粉尘，需要系统性地评估粉尘爆炸风险。

我们知道粉尘爆炸的五要素如下图1-1所示，而评估粉尘爆炸风险的第一步是识别粉尘是否具有爆炸性(即所称的"Go/No-Go"测试)。本文通过分析全球常用粉尘爆炸性测试标准探讨如何判断是否为爆炸性粉尘。

图1-1 粉尘爆炸五要素

一、粉尘爆炸性测试相关标准

目前粉尘爆炸性测试相关的标准主要有以下三个标准。

德国标准VDI 2263 第1部分(1990)：粉尘安全特性测试方法(Test Methods for the Determination of the Safety Characteristic of Dusts)

ISO/IEC 80079-20-2(2016): 物料特性-可燃粉尘测试方法(Material characteristics – Combustible dusts test methods)

美国材料与试验协会标准ASTM E1226-19(2016)：粉尘云爆炸性标准测试方法(Standard Test Method For Explosibility Of Dust Clouds)。

本文将基于以上三个标准解释如何判断粉尘是否具有爆炸性。

二、粉尘爆炸性判定

a.德国标准VDI 2263 第1部分(1990)

VDI 2263粉尘爆炸性筛选测试流程如下图1-2所示。

图1-2  VDI 2263粉尘爆炸性筛选测试流程

在改进的哈特曼管中(如图1-3所示)采用感应电火花(15kV电压)进行测试，如果测试粉尘发现火焰传播，则认为是爆炸性粉尘。如果测试粉尘未发现火焰传播，则需要在20L球形容器(如图1-4所示)内进一步测试。

在20L球形容器内进行测试，使用1-2kJ的点燃能量进行测试。粉尘爆炸性判定标准：

在点燃后，如果补偿后测试的最大压力大于0.5barg，则判定为爆炸性粉尘。

在点燃后，如果补偿后测试的最大压力小于0.5barg，则判定为非爆炸性粉尘。

标准中并未明确规定如果在点燃补偿后测试的最大压力正好为0.5barg如何进行判定。

图1-3  改进的哈特曼管

图1-4  20L球形容器

b.ISO/IEC 80079-20-2(2016)标准:

ISO/IEC 80079-20-2粉尘爆炸性筛选测试流程如下图1-5所示。

图1-5  ISO/IEC 80079-20-2粉尘爆炸性筛选测试流程

1.在改进的哈特曼管中采用感应电火花(15kV电压)进行测试，如果测试粉尘发现火焰传播，则认为是爆炸性粉尘。如果测试粉尘未发现火焰传播，则进行第2步的测试，且认为粉尘的最小点火能大于1J。

2.在改进的哈特曼管中采用加热盘管进行测试(温度大于1000℃)。如果测试粉尘发现火焰传播，则认为是爆炸性粉尘。如果测试粉尘未发现火焰传播，则进行第3步的测试，且认为粉尘的最小点火能大于10J。

3.在20L球形容器内进行测试，使用2kJ的点燃能量进行测试。粉尘爆炸性判定标准：

在点燃后，如果补偿后测试的最大压力大于等于0.3barg，则判定为爆炸性粉尘。

在点燃后，如果补偿后测试的最大压力小于0.3barg，则判定为非爆炸性粉尘。

c.美国材料与试验协会标准ASTM E1226-19(2016)：

ASTM E1226-19中目前并未使用改进的哈特曼管的进行粉尘爆炸性筛选测试，采用的是20L球形容器，可以采用5kJ或者10kJ的点燃能量，但建议采用10kJ的点燃能量。

粉尘爆炸性判定标准：

在点燃后，如果补偿后测试的最大压力大于等于1barg，则判定为爆炸性粉尘。

在点燃后，如果补偿后测试的最大压力小于1barg，则判定为非爆炸性粉尘。

三个标准中都建议如果对20L球形容器的测试结果不确定，则在1m3的容器内进一步测试。但是考虑到成本及耗时，很少采用1m3的容器进行测试。

粉尘爆炸性判定

我们将以上三个标准的粉尘爆炸性判定标准汇总于下图1-5中。假设某粉尘爆炸性筛选测试结果为0.4barg(对应的粉尘浓度为500mg/m3)，则按照ASTM E1226-19和VDI2263为非爆炸性粉尘，但是按照ISO/IEC 80079-20-2标准为爆炸性粉尘。再假设某粉尘爆炸性筛选测试结果为0.6barg(对应的粉尘浓度为1000mg/m3)，则按照ASTM E1226-19为非爆炸性粉尘，但是按照VDI2263和ISO/IEC 80079-20-2标准为爆炸性粉尘。因此我们在判断粉尘是否具有爆炸性时需要注意所应用的测试标准的不同。

图1-5  粉尘爆炸性筛选测试标准比较

2.虽然三个标准中给出了粉尘爆炸性的判定标准，但是粉尘爆炸性影响因素很多，如粒径、温度等，很难通过单一的爆炸超压或者爆燃指数Kst判定粉尘是否具有爆炸性。例如，某些粉尘(如铁粉、烟草)在特定的生产条件下测出的Kst可能只有10-20bar·m/sec，但是同样发生过导致人员死亡的安全事故。因此我们不能简单的通过爆炸超压或者爆燃指数Kst判定粉尘不具有爆炸性，在特定的条件下粉尘也会发生爆燃。

总结

粉尘是否具有爆炸性很难通过一个单一的标准(如爆炸超压/爆燃指数Kst)进行简单判定，需要结合其它参数以及生产条件系统性地判断以合理评估粉尘爆炸风险。

化工行业涉及的粉尘绝大部分为可燃粉尘，从经济有效性角度是否有必要对于所有粉尘进行粉尘爆炸性筛选测试值得我们进一步探讨，我们也可以通过公开可以获得的数据初步判断粉尘是否具有爆炸性。