应急科普丨2死2重伤！新领域新风险！3D打印为何发生粉尘爆炸？

  汉邦公司成立于2017年，注册资本4146万，为非公有制企业，现有员工89人，主要是做金属粉床激光增材制造（以下简称金属3D打印）装备的研发和销售，2022年销售总收入约1.5亿元。

  事故发生地点为汉邦公司研发中心车间，涉事粉尘为铝合金粉尘（Al含量87%，Mg含量9%，Si含量1.5%）。

  汉邦公司采用的金属3D打印工艺流程（见图2）为：成型室内，在基板上将金属粉末铺成微米级粉尘层，在激光作用下使粉尘熔化并迅速固化在基板上。通过层层堆叠“打印”，完成工件制造。

  金属3D打印设备配套除尘系统用于成型室除尘，除尘系统采用一级旋风除尘器和二级滤筒除尘器。打印设备及配套除尘系统在氩气保护下运行（见图3、图4）。

  11时32分，滤筒除尘器发生第一次爆燃。作业人员立即灭火，爆燃未进一步扩散。

  上午11时30分许，在更换滤筒除尘器滤芯前，作业人员对滤芯进行“湿化”处理，将自来水喷入滤芯和收尘桶内，水与铝合金粉尘接触发生放热反应产生氢气，由于收尘桶体积小，桶内累积氢气浓度较高，在作业人员进行收尘桶拆卸操作时，因静电或机械撞击等原因引发收尘桶内局部爆燃。收尘桶与除尘器腔体之间用蝶阀隔离，本次局部爆燃未传播至腔体内。

  下午14时02分许，作业人员将滤筒除尘器转移至车间外，在打开箱门后，疑似作业人员发现滤芯区域存在高温冒烟现象，随后作业人员直接向滤芯泼水，在高温条件下迅速造成反应失控，引发粉尘自燃和迸射，导致箱体内发生爆燃，致使周边员工烧伤。

  金属3D打印是增材制造业的一项重要生产的基本工艺。据2023年6月28日召开的增材制造产业高质量发展（广州）论坛暨2023年增材制造产业年会消息，过去十年来，我国的增材制造产业整体取得了很好的发展，增材制造经历了由研发创新向产业规模化发展的蜕变，目前大范围的应用于航空航天、医疗、汽车等领域，涵盖了产品的设计、原型制造、批量生产、工装夹具、保障维修等，行业规模不断壮大。产业规模从2012年的10亿元左右增长到2022年的320亿元。增材制造产业链的企业也超过了千余家，以增材制造为主营业务的规上公司数从2016年的20余家增长到2022年的近200家。其中营收过亿的公司数从2012年的3家增长到2022年的42家。

  中钢集团武汉安全环保研究院粉尘防爆室主任吴晓煜介绍，金属3D打印产品加工、设备生产企业有别于我们既往印象的“典型”粉尘涉爆企业，但发生粉尘爆炸事故的风险不亚于任一家传统的铝镁金属制作的产品加工公司。这种新的工艺技术在既往的粉尘爆炸领域研究及风险防控中尚未引起足够的重视，应该高度关注3D打印设备研发过程及应用3D打印技术制造工艺流程中粉尘爆炸风险，有效采取防控措施。

  全国安标委粉尘防爆分技术委员会委员、上海化工研究院安全工程中心主任肖秋平介绍，铝合金粉在金属3D打印中是很常见的原料，且大多使用的是微米级铝粉，本身易燃、遇水反应可放出易燃气体（氢气）。

  爆炸机理主要是：铝粉和水反应释放氢气的同时还会产生热量，当水量足够时，热量能够及时耗散，不会造成热量累积；但在半干半湿状态下，因导热性能差，反应放出的热量很容易在铝粉堆中累积，从而出现温度上升的现象，而温度越高，铝粉和水的反应越激烈，累积的热量也越多，往往将导致铝粉的自燃。此外，在金属3D打印过程中，还存在较高的粉尘爆炸风险，因使用的铝粉颗粒度很小，粉尘爆炸的可能性和爆炸后果都比较高。

  ●一是强化过程风险管控。建议金属3D打印及其过滤工序采用惰性气体保护方式，并实时监测氧浓度数据，确保相关工序在低氧浓度下运行，避免制造过程中发生燃烧爆炸事故。

  ●二是及时清洗整理和处置废弃粉料。生产完毕后，在清理和处置过程中，应避免往过滤器、收尘桶等密闭空间使用水进行局部“湿化”处理；若使用大量水对废弃粉料进行浸泡处置，应在开放空间进行，防止氢气累积。

  ●三是加强应急处置。当生产或处置过程中出现铝粉着火情况，火情较轻时可使用沙子覆盖灭火，灭火过程应避免扬尘；无灭火条件、涉火设备可搬离至安全区域时，可让其自行燃烧；严禁使用水或泡沫灭火剂灭火，避免事故后果扩大化。

  第一次爆炸气浪，会把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在爆炸后短时间之内爆炸中心区会形成负压，周围的新鲜空气便由外向内填补进来，与扬起的粉尘混合，从而引发二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度会更高。

  《工贸企业粉尘防爆安全规定》第二条 存在可燃性粉尘爆炸危险的冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸等工贸企业（以下简称粉尘涉爆企业）的粉尘防爆安全工作及其监督管理，适用本规定。

  《工贸企业粉尘防爆安全规定》第七条 粉尘涉爆企业应当结合企业真实的情况建立和落实粉尘防爆安全管理制度。粉尘防爆安全管理制度应当包括下列内容：

  《工贸企业重大事故隐患判定标准》第十一条存在粉尘爆炸危险的工贸企业有以下情形之一的，应当判定为重大事故隐患：

  （一）粉尘爆炸危险场所设置在非框架结构的多层建(构)筑物内，或者粉尘爆炸危险场所内设有员工宿舍、会议室、办公室、休息室等人员聚集场所的；

  （二）不同类别的可燃性粉尘、可燃性粉尘与可燃气体等易加剧爆炸危险的介质共用一套除尘系统，或者不同建（构）筑物、不同防火分区共用一套除尘系统、除尘系统相互连通的；

  （四）铝镁等金属粉尘除尘系统采用正压除尘方式，或者其他可燃性粉尘除尘系统采用正压吹送粉尘时，未采取火花探测消除等防范点燃源措施的；

  （五）除尘系统采用重力沉降室除尘，或者采用干式巷道式构筑物作为除尘风道的；

  （七）除尘器、收尘仓等划分为20区的粉尘爆炸危险场所电气设备不符合防爆要求的；

  （八）粉碎、研磨、造粒等易产生机械点燃源的工艺设备前，未设置铁、石等杂物去除装置，或者木制品加工公司与砂光机连接的风管未设置火花探测消除装置的；

  （九）遇湿自燃金属粉尘收集、堆放、储存场所未采取通风等防止氢气积聚措施，或者干式收集、堆放、储存场所未采取防水、防潮措施的；