我国棉花加工危险有害因素辨识分析及安全对策

■ 李梦辉 徐 捷

〔中华全国供销合作总社郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕

一、引言

棉花是关系国计民生的重要战略物资，棉花加工企业是我国纺织行业和服装行业的重要基础性行业。棉花的自燃点是250℃，是一种管状纤维，具有易燃、自燃、阴燃、复燃等燃烧特性，在棉花加工过程中极易发生火灾，火灾发生率高、火灾危险性大，是火灾事故易发多发行业。

早在1985年11月18日，商业部和公安部就联合发布了《关于印发〈棉花加工厂消防安全管理暂行规定〉的通知》，明确了棉花加工厂消防安全管理的组织领导、宣传教育、安全检查、建筑管理、车间生产、存储包管、火源管理、电源管理、消防设施等要求，规范棉花加工的消防安全管理，取得了很大的成效。但是，在我国棉花加工行业，每年仍有数起重大火灾安全事故发生，威胁着人民的生命财产安全。例如2011年3月9日凌晨新疆奎屯市一棉花加工厂价值200余万元的成品皮棉过火，2014年11月2日新疆昌吉市二六工镇州棉麻二分公司7个棉垛过火，近期最大的棉花加工企业火灾案例发生于2015年10月31日的新疆生产建设兵团第七师125团一棉花加工厂，起火棉花堆垛约7 000 t，起火面积5 000 m2左右，参与消防官兵、人民群众200余人，共投入消防车13辆、铲车8辆、洒水车2辆、加油车1辆，历时11小时大火才被扑灭。事实上，对于多数棉花加工厂而言，在每个加工周期内虽然没有重特大火灾安全事故的发生，没有造成巨大的经济财产损失和人员伤亡的严重影响，但是均存在不同程度的火情，少则十几次，多则几十次。棉花加工厂小型过火安全事故的发生，虽然没有造成重大的经济损失和人员伤亡，但在灭火的过程中造成了大量的水渍棉和火烧棉，棉纤维表面蜡质和棉纤维分子结构被破坏，致使该部分棉花不能被重新利用，造成一定的经济损失。另外，根据火情的大小，处理火情的过程需要几个小时甚至更长的时间，不仅增加了工人的劳动强度，而且严重影响了棉花加工的生产效率，制约着棉花加工厂的安全生产。

另外，由于棉花具有复燃和阴燃特性，因此在棉花加工厂，无论火灾安全事故的大小，严格意义上讲火灾安全事故处理完毕之后并没有完全杜绝了火灾事故的安全隐患。对于棉花加工，为了确保棉花的输送，输棉管道内的风速大于20 m/s，而火灾的发现具有滞后性，当发现火情时存在火星已进入棉包的可能，但在400吨打包机打包的压力下，并没有发生火灾，而当棉包在运输或者仓储过程中，一旦满足棉纤维燃烧的条件时，就会出现棉包燃烧的现象。如2016年1月31日，河南豫棉物流公司仓库发生火灾，造成经济损失约80万元，起火原因可能是棉花在加工过程中棉包火星夹带阴燃引发火灾。经调查，仓库方在卸货后棉包未按规定在观察场停放24小时观察，而是直接将棉包码垛存放，以致外来火种引发火灾。这些事故的发生不仅给企业及个人造成了巨大的经济损失，同时也对我国棉花产业的稳定发展产生了极其不利的影响。基于此，笔者针对其棉花加工厂生产过程中存在（或潜在）的危险、有害因素进行辨识和分析，有针对性地提出消除（或减少）危险安全对策和措施，为进行棉花储备库的安全性评价提供依据。

二、棉花加工厂生产流程及主要设备

（一）棉花加工生产工艺流程

棉花加工工艺是劳动者利用棉花加工设备把籽棉加工成皮棉、短绒、棉籽的方法。我国的棉花加工工艺经历了棉花加工传统工艺——棉花加工新工艺——机采棉加工工艺三个阶段。其中，机采棉加工工艺无论从加工产量还是加工质量上均有了质的飞跃，其机械化、自动化程度已十分接近世界棉花加工强国美国的机采棉加工水平。为此，本报告以我国机采棉加工工艺为例进行介绍，机采棉加工工艺流程图如图1所示。

图1 机采棉加工工艺流程图

待加工籽棉被送入籽棉喂料机后，在籽棉喂料机的喂料电机和刺钉辊筒的输送开松作用下，籽棉进入输棉管道，在风力作用下被输送到重杂物分离器，随着输棉腔体突然增大，风速下降，密度较大的石块儿、棉壳、棉秆等重杂物掉落，实现重杂物分离的目的。当籽棉到达籽棉卸料器时，籽棉与输棉气体分离，籽棉进入异性纤维清理机，通过异性纤维清理机缠绕辊的缠绕作用和气体抛射作用实现地膜、丝线、毛发等异性纤维与籽棉的分离。经过异性纤维清理后的籽棉在混合箱处与干燥气体混合，进入干燥塔，完成籽棉回潮的首次平衡。回潮率平衡后的籽棉再次进入籽棉卸料器，完成气体与籽棉分离，分离后的籽棉首先进入倾斜式籽棉清理机，在刺钉辊筒和隔条栅的打击作用下实现杂质的一次清理；清理后的籽棉进入锯齿式籽棉清理机，在锯齿钩拉作用下，实现杂质的二次清理。二次清理后的籽棉在混合箱处与调湿气体混合进入调湿塔，实现籽棉回潮率的再次平衡。回潮率平衡后的籽棉进入卸料器，完成气体与籽棉分离后，籽棉分别进入倾斜式籽棉清理机和回收式籽棉清理机，在刺钉辊筒和隔条栅的打击作用下，实现籽棉杂质的再次清理。清理后的籽棉通过配棉绞龙的配棉作用，分配到各个轧花机的上储棉箱，把上储棉箱内的籽棉喂入轧花机内，籽棉在轧花机内首先通过刺钉辊的清花和锯齿的钩拉作用实现籽棉的清理及棉籽与纤维的分离。轧花后的纤维在气力输送作用下，先经过气流式皮棉清理机完成一次皮棉清理；再经过两道锯齿式皮棉清理机，在锯齿钩拉作用下完成两次锯齿式皮棉清理。完成皮棉清理后的皮棉进入总集棉机实现输棉气体与皮棉的分离，通过皮棉滑道进入打包机进行打包包装进入货场存储。

（二）危险有害因素分析

1.货场自动喂花机。

货场自动喂花机在喂花过程中，主要通过刺钉辊筒打击棉花，使其开松并进入输棉管道。而根据中国国情，在棉花交售过程中，棉农为了个人利益，往往会向运棉车内投放石块、铁块等杂物，特别是超过10 CM以上的大石块。在自动喂花机输送籽棉时，石块等杂物在刺钉辊筒高速打击作用下，极易产生火花，导致自动喂花机内的棉花起火，此类事件在棉花加工厂普遍存在。为此，货场自动喂花机是棉花加工厂引发火灾的重要危险源之一。

2.籽棉清理机。

目前，棉花加工行业在用的籽棉清理机主要有倾斜式籽棉清理机、回收式籽棉清理机和锯齿式籽棉清理机三种。其中，倾斜式籽棉清理机和回收式籽棉清理机工作原理基本一致，均通过刺钉辊筒高速打击和隔条栅配合作用下开松棉花、清除杂质，而刺钉辊筒的刺钉在工作过程中极易缠绕棉纤维，随着高速打击时间的增长，刺钉上缠绕的棉纤维在摩擦作用下温度升高，当达到棉花的燃点150℃时，引发火情。而锯齿式籽棉清理机，其工作原理是利用锯齿辊筒钩住带走籽棉，与刷条产生擦拭作用及刷条的抖动作用，使铃壳、僵瓣等不易被锯齿钩住的杂质抖落、抛离锯齿辊筒与籽棉分离。锯齿辊筒在工作过程中，锯齿间极易夹带棉纤维，锯齿辊筒高速运转时，棉纤维摩擦生热达到棉花燃点时引发火情。

因为籽棉清理机在实际工作过程中出现过火情的状况，所以，无论是其工作原理还是实际情况，棉花加工厂危险源调研时，籽棉清理机也是不可忽视的。

3.烘干机。

烘干机是棉花加工进行籽棉干燥的设备，籽棉干燥时，干燥气体夹带待干燥籽棉在籽棉干燥机内运动时进行热交换，待干燥籽棉的水分在运动过程中通过热辐射和热气体穿透作用进入气体中致使籽棉回潮率降低，而干燥气体随着热交换温度降低、湿度增大，在实际干燥过程中，干燥气体温度一般在120℃-150℃之间，特殊情况可达到180℃以上。一般情况下，高回潮率的籽棉从与干燥气体结合到分离不超过6 s的时间，且在后期因热交换，温度会迅速降下来。但是，一旦烘干机内存在堵棉或者毛刺挂住纤维长时间处于高温状态下，燃点只有150℃的棉纤维极易燃烧引发火情。棉花加工厂火灾危险源调研时，烘干机的因素不容忽视。

4.轧花机。

轧花机是棉花加工工艺中最主要的加工设备，轧花机主要有皮辊轧花机和锯齿轧花机两种，目前国内应用最多的是锯齿轧花机。锯齿轧花机主要通过锯齿辊筒的锯片钩拉籽棉经阻壳肋条进入工作箱，工作箱内的籽棉在锯片钩拉和排籽管阻力作用下形成旋转籽棉卷，在通过肋条工作点时，锯片将镶嵌在锯齿中的纤维钩拉走。在轧花过程中，锯齿辊筒高速旋转，每分钟转速达到1 650 r/min以上，一旦籽棉里面含有石块、铁块等特杂就会发生碰撞与摩擦产生火星。另外锯齿辊筒锯片间夹带棉纤维，在高速摩擦力作用下短时间内达到棉纤维燃点，引发火情。该类现象在棉花加工现场时有发生，为此，棉花加工厂火灾危险源调研，轧花机是必不可少的调研分析对象。

5.锯齿皮棉清理机。

锯齿皮棉清理机是棉花加工工艺中重要的皮棉杂质清理设备，锯齿皮棉清理机主要是通过喂花辊把集棉尘笼上形成的棉胎喂送给锯齿辊筒，锯齿辊筒的锯齿钩住皮棉高速旋转，在排杂刀的阻力作用下，把暴露在棉胎表层的杂质清理出棉胎。在锯齿辊筒高速旋转过程中，一旦夹带棉纤维，极易在摩擦力作用下引发火灾。

6.集棉机。

集棉机主要把集棉总管送来的棉纤维与气流分离，并清除棉纤维中的部分细小杂质，使散乱的棉纤维积聚于尘笼的表面，对棉纤维进行初步压缩，形成密度均匀的棉胎，以利于打包，实质就是皮棉分离器。其在工作过程中各个拨棉辊、压棉辊易缠绕棉纤维摩擦发生火情。

三、棉花加工厂火灾调研

（一）全国棉花加工调研

近几年，随着国家棉花政策的调整停止收储，实行棉花目标价格补贴政策，以及植棉用工成本的逐渐提高，我国棉花加工企业数量呈逐年减少趋势。根据中国纤维检验局印发的《2016/2017年度中国棉花质量分析报告》提供的数据，自2012/2013年度到2016/2017年度5年间，我国棉花加工企业数量统计如表1所示。根据2017/2018年度棉花种植、生长情况以及环保等其他因素的影响，预计棉花加工企业还会持续减少，保持在900家左右。棉花加工厂火灾风险调研，为了确保调研质量，确保调研结果能够准确反映我国棉花加工企业火灾风险现状，结合项目经费实际，选取我国棉花加工企业总量的约2%，作为本次棉花加工企业火灾风险调研的样本量，即选取18家棉花加工企业。

表1 我国棉花加工企业数量统计表

另外，根据中华人民共和国国家统计局和新疆维吾尔自治区统计局发布的2014年-2016年的国民经济和社会发展统计公报提供的数据，我国和新疆维吾尔自治区2014年-2016年棉花产量统计数据如表2所示。

表2 全国与新疆棉区棉花产量统计表

从表2中可知，自2014年以来，新疆棉花产量在全国棉花产量所占的比例基本在75%左右且呈上升趋势，而其他将近25%的产量主要分布在河北、山东、湖北、湖南、甘肃、安徽、江苏、天津等8个省、直辖市。由于每个省、直辖市的加工企业数量较少、产量较低、生产周期不稳定，其调研结果代表性不强，因此，为了确保棉花加工企业火灾风险调研结果的真实性、准确性，棉花加工企业火灾风险调研主要集中在新疆棉区进行。

综上所述，在整体考虑项目实际以及我国棉花加工企业分布现状的情况下，确定棉花加工企业火灾调研数量为18家，其中新疆兵团棉花加工企业6家，新疆地方棉花加工企业12家。另外，新疆维吾尔自治区区域较大且受天山阻隔等原因，造成南疆与北疆的自然气候有所差异，致使棉花加工周期、加工自然环境存在一定的差异，为了确保棉花加工企业火灾风险调研客观性，在新疆兵团的6家棉花加工企业和新疆地方的12家棉花加工企业中，按照南北疆棉花加工企业各占50%处理。

根据中国纤维检验局2017年提供的棉花公检棉花加工企业信息，按照调研方案制定了新疆兵团与新疆地方棉花加工企业选取的数量，随机抽取18家调研企业。

四、棉花加工厂风险危害调研统计表

（一）棉花加工厂火灾风险发生概率

（二）棉花加工厂火灾风险危险等级

致灾因素级别危险等级棉花加工厂A.及其危险，不能继续作业B.高度危险，需立即整改C.显著危险，重点控制D.一般危险，需要控制E.稍有危险，可以接受货场籽棉垛存放期间引起火情发生火灾的危险等级货场自动机喂花时发生火灾的危险等级籽棉清理时发生火灾的危险等级烘干机发生火灾的危险等级轧花机发生火灾的危险等级皮棉清理机发生火灾的危险等级集棉机发生火灾的危险等级明火及抽烟引起火情发生火灾的危险等级棉包高温高湿引起霉变阴燃的危险等级雷击引起火情发生火灾的危险等级电气设备短路、超负载、接触不良，产生电火花，引起火灾及粉尘爆炸事故危险等级的电器火花引起火情发生火灾的危险等级电线搭接不当导致火灾事故的危险等级高水分棉花进入机器与机器摩擦起火，引发火灾事故的危险等级棉绒与油类、酸类、氧化剂接触导致火灾事故的危险等级动火作业导致火灾事故的危险等级其它A B D D B C D C E C C C C D E C

（三）棉花加工厂火情事故发生频次

次数致灾因素说明棉花加工厂统计一年之内即一个加工季节总共发生火情事故货场籽棉垛存放期间引起火情发生火灾货场自动机喂花时发生火灾籽棉清理时发生火灾烘干机发生火灾轧花机发生火灾皮棉清理机发生火灾集棉机发生火灾明火及抽烟引起火情发生火灾棉包高温高湿引起霉变阴燃雷击引起火情发生火灾电气设备短路、超负载、接触不良，产生电火花，引起火灾及粉尘爆炸事故电器火花引起火情发生火灾电线搭接不当导致火灾事故高水分棉花进入机器与机器摩擦起火，引发火灾事故棉绒与油类、酸类、氧化剂接触导致火灾事故动火作业导致火灾事故其它0 2 1 1 5 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

五、安全对策及措施

为预防棉花加工厂火灾、棉包火星夹带等事故发生，从技术和安全管理角度提出消除或减少危险的安全对策和措施。

（一）安全技术上的对策措施

1.严格控制特杂混入。

经过对棉花加工厂大量调研，笔者认为棉花生产工艺流程中轧花机和货场自动喂花机是产生火星的主要危险源。

自动喂花机主要是因为籽棉中含有较大石块等特杂与喂花机刺钉辊筒碰撞产生火星，从而引起籽棉起火。如何杜绝10 cm以上较大石块等特杂进入是消除火情的关键，为此棉花加工厂在籽棉收购过程中加强收购监督，对此进行大力宣传并增加惩罚力度。

轧花机产生火星主要是籽棉中含有的没有清理干静的小石块铁钉等特杂与高速旋转的轧花机锯片碰撞产生火星，棉花运输为气力输送，风速为16 m/s以上，这些火星被棉花包裹很快进入打包机。已经打包的棉花在遇到火种后，由于棉包内氧气供应不足，燃烧常常在局部或小范围内缓慢进行，这种燃烧看不见火苗，也看不见烟，处于阴燃状态。它可以持续数天，甚至几十天的时间，不易被发觉。

目前，我国棉花加工厂基本上都安装有重杂物清理器，但该设备为非标设备，对特杂清除率不稳定，不同工艺生产线上清理效果差距较大，如何调节好重杂物清理器的使用效果是减少棉花加工厂火灾隐患的关键环节。

在本次调研过程中我们发现一个特别现象，有些棉花加工厂在没有安装异性纤维清理机前发生火情的概率较高，但装上该设备后火情明显减少。通过研究分析，原来异性纤维清理机是为了清除棉花中混入的塑料毛发等异性纤维，但该设备独特的构造同时也能大量清除籽棉中特杂，如石块、铁块等。据不完全统计，棉花加工厂生产线增加异性纤维清理机后能清除籽棉中99%的特杂，效果非常明显，极大地消除了轧花机、皮清机、籽棉清理机等设备产生的火星隐患。

2.消除和控制火源。

检查人员、车辆是否携带火源、火种、易燃易爆物品，检查入库作业车辆是否带防火罩；监督各类工作人员在指定的区域工作；车辆装卸货物后，不准在公司区内停放或维修。

3.防止电气火花。

电焊时，接地线不得随意乱接、乱拉，高空动火要注意火星飞溅，备有足够的灭火器材；动火结束后，监督动火单位清扫动火现场，清除安全隐患。必须设置可靠的避雷设施，经常检查装置。

4.配置消防设施与设备。

需按规定要求配置基本的消防设施与设备，如消防给水、灭火器材、消防水池等且保持应急状态。消防水源要充足，作业场所安全疏散通道、楼梯、安全出口、消防安全标志设置符合国家规定的标准，经常检查，一旦发现火灾隐患及时整改。

（二）安全管理上的对策措施

1.建立各项安全管理制度。

棉花加工厂要认真贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的安全工作方针，加强安全生产管理，建立健全各项安全管理制度，实行“一岗双责制”，深化企业主体责任，全面落实安全管理制度，完善安全生产条件，确保安全。一般需制定如下安全管理制度：24小时库领导值班制度，门卫值班制度，进出库检查登记制度，消防训练制度，24小时巡逻制度，警消人员交接班制度，安全作业制度，火源、电源、水源管理制度，消防器材、设施管理制度，行政管理制度，棉花保管制度，安全检查制度，安全奖惩制度。

2.强化安全生产的过程控制和管理。

建立健全特种设备、重点岗位的安全操作规程和防范措施，落实到相关岗位，严格执行。从事叉车、电工、焊接、消防控制室值班等特种作业岗位的人员必须按照国家有关规定经专门的安全作业培培训，取得特种作业操作资格证书，方可上岗作业。持续开展员工消防教育培训，按照“一岗双责”的要求，教育员工自觉履行消防义务，认真学习安全知识，加强消防技能训练。

3.开展经常性的安全生产监督检查工作。

安全生产监督检查的任务是发现和查明各种危险和隐患，督促整改，监督各项安全规章制度的实施，制止违章指挥、违章作业。棉花企业一般是由主要负责人组织制订完善本单位生产安全检查制度和安全检查实施细则并实施及落实。对库内安全状况，特别是生产车间、籽棉货场、棉包库房、棉籽货场、收购等重点部位实行全方位的有效监控，确保及时发现安全风险及隐患。

六、结论

笔者通过对新疆地区棉花加工厂火灾安全隐患的全面调查分析，棉花在加工厂生产过程中存在明确火灾风险和棉包内夹带火星造成棉包内阴燃，对今后棉包出厂进入棉花储备存在一定的危险性。为确保棉花储备库的安全，对在入库及存储过程中存在（或潜在）的危险、有害因素予以充分认识和高度重视，掌握事故致因和安全对策。同时从技术措施和安全管理措施着手，提出消除或减少危险进而预防火灾、阴燃等事故，对保障棉花储备安全具有一定的意义，同时为进行棉花储备库的安全性评价提供依据。☆