中荣轮毂抛光粉尘爆炸事故分析
东北大学工业爆炸及防护研究所 钟圣俊
2014年8月7日
2014年8月2日，江苏省昆山市中荣金属制品有限公司抛光车间发生特大粉尘爆炸事故，目前已造成75人死亡，185人受伤。本次事故是我国历史上人员伤亡最大的工业粉尘爆炸事故（工业粉尘爆炸不含煤矿瓦斯粉尘爆炸）。此前我国伤亡最大的工业粉尘爆炸事故1987年3月15日哈尔滨亚麻厂亚麻粉尘爆炸事故，死亡58人，受伤182人。
本文对昆山中荣轮毂抛光粉尘爆炸事故进行分析，提出除尘系统设计不合理和粉尘清扫不足是本次事故的根本原因。分析了爆炸可能的点火源和可能的传播途径。
作者没有参与事故现场调查，因此本文仅为作者本人的观点。部分数据为作者估算，因此本文不是学术论文。事故真正的原因和过程应以国家安监局事故调查组发布的事故调查报告为准。 1 事故概况
8月2日上午7时37分，江苏昆山市开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂拋光车间在生产过程中发生爆炸。事发时车间内共有264人，截止到8月5日，已造成75人死亡，185人受伤。发生爆炸的抛光二车间为两层厂房，车间总面积2000平方米。爆炸造成车间房顶约3/4的彩钢板掀起，窗户全部碎裂。一层南墙部分倒塌。一层东墙中部外墙被炸出两个大洞，几台重型设备位移，设备的一部分位移到车间外。二层东墙部分倒塌。
根据有关规定，经国务院批准，成立了由国家安监总局局长杨栋梁任组长、国务院有关部门和江苏省政府负责人参加的事故调查组。
2 中荣公司概况
根据昆山中荣官网 http://www.zr-plating.com/ 信息，昆山中荣金属制品有限公司创办于1998年，是一家外商（台商）独资企业，系中信戴卡的供应商。戴卡是全球最大的铝合金轮毂供应商，年供应量为3000万只。
该公司核心业务是生产电镀铝合金轮毂，年产量达近100万片。该公司已通过 ISO 14001: 2004、ISO TS 16949: 2002 认证，现有厂房面积 4.8 万平方米，职工 450 名，拥有先进的生产技术和丰富的生产经验，已建成 4 条现代化全自动电镀生产线。
昆山中荣金属公司共7个车间，最近正在使用的是4个车间，分别是抛光二车间，抛床一、二车间，以及电镀二车间。
图1是百度地图提供的卫星照片，图2是事故后航拍照片。百度的卫星图片比较过时，但可用测距工具量出车间建筑占地面积为45m ൈ22m ，每层面积约1000平方米。
图 1 百度地图提供的厂区卫星照片
图 2 事故后航拍照片
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3.1 相关生产工艺及设备 工艺
铝合金轮毂的生产主要包括熔炼、铸造、抛光、电镀等工序。中荣公司的生产工艺是从抛光开始的，熔炼、铸造工序不在事故厂区。中荣轮毂生产工艺如图3。
图 3 中荣轮毂生产工艺
抛光工艺包括喷砂和手工打磨两步。喷砂抛光使用自动喷砂抛光床，主要是去除毛坯上的氧化皮。将钢砂高速喷砂到轮毂上，毛刺和氧化皮在钢砂的撞击下脱落，形成的粉尘颗粒较大，成分含金属氧化物，发生粉尘爆炸的危险相对较低。喷砂抛光床有独立的除尘系统，除尘器一般位于车间内。
轮毂的表面非常复杂，有曲面，撑条、螺栓孔和凹孔（图4）。完全采用全自动打磨很难达到要求，因此只能全部或部分手工打磨。豪车的轮毂曲面复杂，对表面处理要求高，打磨尤其耗时。手动打磨一般采用气动打磨机。打磨机的打磨部件通常为细砂纸或金属丝刷。
图 4 中荣生产的典型轮毂
3.2 打磨设备
打磨生产线由打磨台和除尘系统组成，打磨台用于固定工件、固定照明灯具及其线路、压缩空气气路和除尘管路。图5为中荣公司的打磨生产台。
从图5可以看出，A 、B 两条生产线相向布置, 每条生产线有12个工位。打磨台面包括斜板和底部水平托板。打磨时轮毂固定在倾斜台面上，作业人员手持气动打磨机进行打磨。常用轮毂的尺寸为16~18英寸，约406mm~457mm。估算倾斜台面宽度为500mm~600mm，水平托板的宽度为150mm 。
车间宽度
为小于22m ，布置了12个工位。通过网上照片估算两边廊道宽度各为4m ，即12个工位占用14m ，工位间距约为1m 。工位布置相当紧密。
图 5 中荣公司手动打磨生产线
典型打磨粉尘的粒径分布见图6，中位径d 50为6μm，粒径范围为1~20μm。在电子显微镜下可以看到粉尘形状不规则，大部分粒径小于10μm。
图 6 典型金属打磨粉尘的粒径分布（非中荣公司样品）
图 7 典型金属打磨粉尘的扫描电子显微镜（SEM ）图片（非中荣公司样品）
3.3 除尘系统
据报道，打磨车间两层楼布置了29条生产线。规范的设计是为每条生产线配备1套除尘系统，但在45m 的长度布置近30套除尘器是不可能的，必须采用几条生产线共用除尘器的方式。那么一套除尘系统带几条打磨线呢？
先看看从网络上获取的除尘系统照片（图7~9）。从图7~9可以看出，二层清楚可见4根除尘主风管，一层隐约可见4根主风管。如果是1带4（1套除尘带4条生产线）则8套除尘系统最多可带32条打磨线。如果是1带3，则29条线需要10条主风管。在图上找不到10条主风管，因此除尘设计很可能是1套除尘系统带4条打磨线。
图7 除尘系统（视图1）
图8 除尘系统（视图2）
图9 除尘系统（视图3）
4 爆炸事故分析方法
一场悲剧往往是各种原因导致的结果。在事故分析中必须要查找事故原因，以防止同类事故发生。事故分析通常还进行事故过程还原，查明不同时间点发生的各种事件，包括事故前设备的状态和人的行为，事故过程中人员伤亡和设备损失的情况。对于粉尘爆炸，一般应尽量确定初始爆炸位置，爆炸传播途径、二次爆炸发生的情况。
事故原因通常包括直接原因和根本原因，对于引起重大伤亡和重大财产损失的事故，还要分析事故导致重大损失（事故扩大化）的原因。直接原因一般是指时间上离事故发生非常近、引发事故或者与事故发生相关度高的事件或状态。例如，抽烟或者电气故障导致了火灾或爆炸，那么抽烟或电气故障是事故的直接原因。
根本原因是导致直接原因的更深层次的原因，通常与安全意识、管理水平、技术水平有关，例如工艺缺陷、工程（设计和安装）缺陷、管理制度不完善、制度执行力不够、培训不足等等。
事故分析常用事故树分析、领结图分析等方法。由于缺乏第一手数据，对该事故本文不作专业的事故分析。
事故分析主要包括以下工作：
(1) 收集资料
工艺流程图（PFD ）、管道和仪表图（P&ID）、建筑平面图与立面图、设备布置平面图与立面图、关键设备结构图、除尘系统风网图、除尘系统设计计算书等。
企业安全生产规程、作业指导书、培训记录、正常作业记录、维修作业记录、清扫记录、历史事故调查报告、设备台账（设备采购、维修与报废记录）。
如果事故现场有监控录像，调取监控录像。
(2) 现场勘查
实地勘查建筑与设备图纸与实物的一致性，实地测量建筑间距、逃生通道间距等。
勘查事故车间建筑、设备和周边环境的损坏情况。记录并拍照。
勘查设备移位的方向、设备翻倒方向、墙壁灰痕或烟痕、管道内的灰痕或烟痕。推算爆炸的传播方向。记录并拍照。
查看并记录车间内配电箱、电气设备、空调设备、加热炉等设备内部或周边的灰痕和烟痕。记录并拍照。铝合金燃烧会产生氧化铝（白色）、氧化镁（白色）、少量的氮化镁（淡黄）以及微量的炭黑（黑色），其产物为灰白色，有时灰白略带微黄。正常情况下铝合金燃烧产物不应大量出现在配电箱中和空调等非生产电气设备附近。
查看电气设备铭牌，记录其防爆型号。
(3) 相关人员访谈
访谈人员包括事故现场幸存人员、车间主任、班长、维修部门负责人、企业安全主管、企业法人、救援人员等。在事故现场勘查无法确定爆炸传播途径的情况下，幸存人员访谈有时可用以确定初始爆炸的位置或者大致方位。
(4) 专家组讨论
专家组成员通常具有不同专业背景，例如建筑消防、电气设备、粉尘爆炸、化学工程、安全工程、劳动保护等。在组长的协调下，专家组通过讨论起草事故调查报告。爆炸事故调查最难的部分是确定点火源和还原事故过程。
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5.1 事故原因分析 对国家安监局事故调查组初步调查结果的解析
8月4日，事故调查组确定：粉尘浓度超标，遇到火源发生爆炸，昆山爆炸是一起重大责任事故；责任主体是中荣金属制品公司，主要责任人是企业董事长吴基滔等；当地政府领导责任和监管责任落实不力。注意，此前央视报道的“明火”已经改成“火源”。
国家安监局调查组总结了5点事故原因：
① 企业厂房没有按二类危险品场所进行设计和建设，生产车间违规采用双层设计，且建筑间距不够。
② 生产线过紧过密，2000平方米的车间内布置了29条生产线，300多个工位。
③ 除尘设备没有按规定为每个岗位设计独立的吸尘装置，除尘能力不足。
④ 车间内所有电器设备没有按防爆要求配置。
⑤ 安全生产制度和措施不完善、不落实，没有按规定每班按时清理管道积尘，造成粉尘聚集超标；没有对工人进行安全培训，没有按规定配备阻燃、防静电劳保用品；违反劳动法规，超时组织作业。
以上5点原因分别涉及建筑消防、设备布置、除尘系统、电气防爆和管理（清扫、培训和劳动保护）。
以下逐条解析一下专家组的5条原因。
① 建筑设计问题
由于建筑采用两层设计，二楼工人无法及时逃生，这是事故损失扩大的原因。
根据GB 15577第5.2条规定，车间宜采用单层设计。这里的“宜”表示条款为推荐性条款。GB 17269第5.2.2条也规定，用于加工、转运或贮存铝镁粉的建筑物宜为不带地下室的单层建筑。
根据GB 50016，铝合金粉尘为乙类危险品，车间应为乙类生产厂房。GB 50016也未强制要求乙类危险品生产厂房为单层。
因此从现有标准看建筑采用两层设计似乎并不违规，但当前的标准可能需要更新。例如GB 15577的5.2可改为：“除非工艺要求必须采用多层，车间应采用单层设计。当采用多层设计时，应保证楼层之间隔板的强度能承受爆炸的冲击，并应在一层以外的楼层设置快速逃生设置”。
GB 17269第5. 1.2条规定铝镁粉加工厂的内部距离应大于10 m，GB 50016规定乙类厂房的建筑间距与厂房耐火等级有关，当耐火等级为一级或二级时，间距为10m 。建筑间距不够在本次事故中并未造成严重后果。
② 生产线布局问题
由于生产线布置过密，导致车间人员逃生困难，这是事故损失扩大的原因。同时，在同一个车间布置过多工位易于发生群死群伤的特大事故。
③ 除尘系统设计
除尘能力不足，导致粉尘在工位沉积，也导致粉尘在管道沉积。作业时产生的粉尘飞扬和工人在清扫作业时产生的粉尘飞扬会导致粉尘迁移沉降到建筑高处的钢结构。车间内和管道内粉尘集聚过多是
本次事故的直接原因。除尘系统设计不合理、粉尘清扫不够是本次事故的根本原因。
多岗位共用除尘系统可能导致一个岗位着火并被吸入除尘系统后，爆炸通过除尘管道传播到其它岗位。但每个岗位设计独立的吸尘装置是不现实的。一般为每条生产线（中荣为12个岗位）配备一套除尘系统。
④ 电气防爆
根据GB 12476.3，打磨台附近应划分为21区，打磨车间应划分为22区。打磨车间应按照所在的区域使用粉尘防爆型电气设备。对于铝镁合金粉尘，可选用T4温度组别。
电气设备不防爆是否为本次事故的直接原因尚需等待专家组的进一步调查。
⑤ 管理问题（清扫、培训和劳动保护）
清扫不足和缺乏培训也是造成本次事故的根本原因。车间和打磨台面一般每班次清扫1次，除尘管道和除尘器至少一周维护一次。从照片上，看不到除尘管道有清扫孔。如果打开除尘管道，应该看到大量燃尽铝合金的氧化物和未燃铝合金粉。作业人员如果配备防火服和防护眼镜，可增加的逃生机会，减少烧伤面积。
5.2 除尘系统设计缺陷
在打磨台面的上方安装有除尘管道和吸尘罩。估算吸尘管直径为100mm ，吸尘罩尺寸为300mm ൈ300mm 。假定管道风速为23m/s（铝合金打磨标准风速），则每个吸尘点的风量为650m 3/h。每条生产线12个吸尘点，4条线48个吸尘点，总风量为31200 m3/h，对应总风管直径为700mm 。从图10看，通风管道的直径约为500mm 。从图7除尘器的体积看，除尘器的风量不大于15000 m 3/h。因此当前除尘系统的除尘风速达不到23m/s，也就是说与国家强制标准不符。
如果每个吸尘点的管道风速为10m/s，则48个吸尘点的风量为13560m 3/h。现有除尘系统的管道风速估算为10m/s左右，吸尘罩开口为300mm ൈ300mm ，估算面风速为0.87m/s，
吸尘罩离打磨产尘点的平均距离约为400mm~500mm（见图5）。在面风速低于1m/s的情况下，吸尘罩对400mm~500mm外的粉尘的吸力有限。因此现有的除尘系统只能吸走部分粉尘。部分粉尘因为离吸尘罩比较远会沉降在倾斜台面，并滑落在底部托盘。
部分粉尘悬浮到空气中，导致车间环境很差。工人工作一个班次下来脸上看起来像兵马俑，可见车间粉尘浓度比较高。工业卫生标准规定，车间粉尘浓度上限为10mg/m3。但是，车间粉尘浓度估计不超
，因为粉尘浓度为1g/m3就伸手不见五指了。因此，车间粉尘浓度离铝合金爆过100mg/m3（超标9倍）
炸下限（约40g/m3）还差得很远。也就是说，车间粉尘浓度超标还只是工业卫生问题，与粉尘爆炸原因并无直接关联。
由于除尘系统设计不合理，导致在打磨台面、管道和车间出现粉尘集聚。这才是事故的直接原因。
图10 除尘风管（圆形的）
5.3 事故点火源
要想确定事故的点火源是非常困难的。除非有足够的证据，事故调查报告中点火源通常是几种可能。 本次事故可能的点火源有：
① 风机叶轮打火
② 打磨机内部着火
③ 打磨台电气线路短路
④ 静电放电
⑤ 明火
以下分别分析以上点火源的可能性
(1) 风机叶轮打火
袋式除尘器除尘效率不是100%，因此部分铝合金粉尘会穿过除尘器进入风机并在空气中水分的作用下附着在风机的壳体内。如果风机不定期维护（三个月至半年），粉尘层会逐渐变厚变硬。风机叶轮可能和壳体内的粉尘层摩擦起火并发生爆炸。爆炸逆向传播到除尘器、风管而进入室内。对于这种情况，作业人员完全没有反应时间。
通过逐台检查风机内是否有厚且坚硬的燃烧产物、摩擦划痕可确定该假设的可能性。
(2) 打磨机内部着火
气动打磨机由壳体、气动马达和传动轴组成。传动轴顶端可以固定小刷子或者快粘布（用于粘背面有毛的砂纸）。气动马达和壳体之间有缝隙，如果打磨机不每天维护，铝合金粉尘进入过多打磨机可能着火。这种情况，作业人员有反应时间（例如，有人会喊“不好，着火了”）。
可以调查以前是否有打磨机着火事故。
(3) 打磨台电气线路短路
如果打磨台的灯具、穿线管不防爆，铝合金粉进入可能导致短路着火。这种情况下，着火有一个过程，不会马上爆炸，作业人员有反应时间。
(4) 静电放电
除尘管道软连接不导电，因此吸尘罩没有接地。吸尘罩静电积累可能放电，因为燃烧在吸尘罩附近发生，作业人员反应时间很有限。
图11 除尘管道软连接
(5) 明火
明后包括抽烟、手机爆炸、空调压缩机爆炸等。如果管控严格，一般不存在抽烟和手机明火。但中荣公司好像允许手机进入车间。
从工艺看，打磨二车间不用蒸汽，无需锅炉。8月2日说爆炸原因为锅炉应该是没有依据的。
(6) 其它火源
南墙有配电柜，东墙有空调。这些设备有可能成为点火源。配电柜油漆完好，估计不是爆炸位置。东墙空调不知情况如何。希望记者朋友们能发布一些照片。
图12 南墙倒塌，可看到配电柜油漆完好
图13 东墙部分倒塌，可看到移位的大设备
6 铝合金打磨除尘解决方案
对于铝合金打磨，湿法打磨或湿法除尘是最佳的解决方案。把车间通风搞好，不会有氢气爆炸的问题。
如果采用湿法打磨，不会有粉尘爆炸危险。湿法打磨在自动打磨柜中进行，由机械手进行打磨作业，在打磨过程中水喷头不断向打磨部位喷洒混合了切削液的水流和水滴。打磨产生的粉尘进入水中，并通过滤网分离出来。根据万丰奥威（中国第二大轮毂供应商）8月4日发布的消息，2013年万丰奥威投资研制建成了国内首条全自动抛光轮生产线，该生产线采用的是水磨抛光工艺，主要由自动抛光机、清洗线、空压机等设备组成，与传统手工抛光轮工艺相比，水磨生产工艺全流程不产生粉尘，直接从设计上杜绝了因空中粉尘产生而引发的爆炸风险，生产过程更环保、更安全。
如果采用湿法除尘，则在管道风速足够请情况下，除尘器不会发生严重的爆炸，至多在管道中发生闪爆。当然，中荣的吸尘罩必须改进，例如将吸尘罩改成长方形（600ൈ150）直接安装在斜面上沿，将底部平板改成水槽（本人专利申请中）。常用湿式除尘器包括喷淋塔、水洗塔等。湿式除尘器没有被水淹没的部分也可能参与爆炸，但通常不会发生大的事故。
有记者问我，是否有在中荣做顾问。我说，中荣公司要是聘我为顾问是不可能出现这样的事故的。
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