引言(1)
現(xiàn)代社會(huì)需要大量的粉末產(chǎn)品,在其生產(chǎn)過程中,最危險(xiǎn)的因素是發(fā)生粉塵爆炸。面粉廠、紡織廠、硫橫廠、飼料加工廠、塑料加工廠、金屬粉末加工廠、糖廠、煤礦等存在可燃粉塵的工廠都可能發(fā)生粉塵爆炸。研究生產(chǎn)過程中粉塵爆炸的特點(diǎn),采取相應(yīng)措施預(yù)防粉塵爆炸,是安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容。
生產(chǎn)過程中粉塵爆炸的特點(diǎn)(2)
1. 粉塵爆炸事故發(fā)生率高
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,粉塵種類不斷擴(kuò)大,使用量不斷增加,使粉塵爆炸潛在的危險(xiǎn)大
為增加。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展。粉體的深細(xì)加工已經(jīng)成為當(dāng)今生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要發(fā)展方向,生產(chǎn)超細(xì)粉的產(chǎn)品日漸增多,粉塵粒徑越小,爆炸下限越低,最小點(diǎn)火能量越小,粉塵爆炸的感度增加,由此,粉塵爆炸的事故率大為增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上平均每天有一起谷物粉塵爆炸事故發(fā)生,英國近10年發(fā)生粉塵爆炸243起。
2. 粉塵爆炸事故危害性大
粉體的深加工使粉塵愈來愈細(xì)。粉塵粒徑越小,表面積越大,燃燒越完全,燃燒速度越
快,升壓速度越快,爆炸壓力越大。
為了實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能,生產(chǎn)設(shè)備朝著大型化發(fā)展,大容積設(shè)備爆炸發(fā)生時(shí)會(huì)有較多粉塵參與爆炸,爆炸壓力增大;同時(shí)大容積設(shè)備的強(qiáng)度比小容積設(shè)備高,如果不能及時(shí)泄爆,發(fā)生爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓力。生產(chǎn)中對(duì)于可能產(chǎn)生粉塵飛揚(yáng)的設(shè)備和場(chǎng)所必須盡可能密封,在密閉設(shè)備里粉塵濃度容易達(dá)到爆炸極限,密閉性越好,爆炸產(chǎn)生的壓力也越大。
現(xiàn)代生產(chǎn)的工藝參數(shù)具有高溫、高壓、高速等特點(diǎn),這增加了系統(tǒng)發(fā)生粉塵爆炸時(shí)的初始?jí)毫臀闪鞫龋瑥亩哟蟊ê蠊膰?yán)重程度。
生產(chǎn)的連續(xù)化使爆炸的傳播路線加長(zhǎng),沿著相鄰設(shè)備和連接管道傳播,爆炸壓力和升壓速度會(huì)在管道里發(fā)生疊加,甚至有發(fā)生爆轟的危險(xiǎn)。
粉塵爆炸易產(chǎn)生二次爆炸,第一次爆炸氣浪把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚(yáng)起來,在爆炸后的短時(shí)間內(nèi)爆炸中心區(qū)會(huì)形成負(fù)壓,周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)填補(bǔ)進(jìn)來,形成所謂的“返回風(fēng)”,與揚(yáng)起的粉塵混合,在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸時(shí),粉塵濃度一般比一次爆炸時(shí)高得多,故二次爆炸威力比第一次要大得多。例如,某硫磺粉廠,磨碎機(jī)內(nèi)部發(fā)生爆炸,爆炸波沿氣體管道從磨碎機(jī)擴(kuò)散到旋風(fēng)分離器,在旋風(fēng)分離器發(fā)生了二次爆炸,爆炸波通過爆炸后在旋風(fēng)分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車間中,揚(yáng)起了沉降在建筑物和工藝設(shè)備上的硫磺粉塵,又發(fā)生了爆炸。
3. 生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)多種引火源
(1) 設(shè)備內(nèi)的摩擦撞擊火花
設(shè)備內(nèi)部由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部位缺乏潤(rùn)滑而摩擦生熱;物料、硬性雜質(zhì)或脫落的零件與設(shè)備
內(nèi)壁碰擊打出火星。表面粗糙的堅(jiān)硬物體相互猛烈撞擊或摩擦?xí)r,產(chǎn)生的火星撞擊或摩擦脫落的高溫固體微粒。若火星的微粒直徑為0.1~1mm,其所帶的能量可達(dá)1.76~1760mJ,足可點(diǎn)燃可燃粉塵。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅粉碎研碎設(shè)備因摩擦撞擊引起的爆炸事故占57%。
(2) 電火花和靜電火花
電氣設(shè)備故障引起的電火花是常見的一種引火源,事故案例較多。物料在輸送和粉碎研磨的攪拌中,粉料與管壁、設(shè)備壁,粉料的顆粒與顆粒之間的摩擦和碰擊,會(huì)產(chǎn)生靜電。一些粉塵表面的電量可達(dá)10-6~10-7C/cm2。在適當(dāng)條件下,其靜電電壓可高達(dá)數(shù)千至數(shù)萬伏。
(3) 沉積粉塵的陰燃和自燃
沉積在加熱表面如照明裝置、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械設(shè)備熱表面的粉塵,受熱一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)陰燃,最終也可能轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰?,成為粉塵爆炸的引火源。粉塵最易陰燃的層厚范圍為10~20mm。可燃粉塵在沉積狀態(tài)下還具有自燃的傾向,因?yàn)榉蹓m微粒與空氣接觸發(fā)生氧化放熱反應(yīng),在一定條件下熱量不能充分散發(fā),粉層內(nèi)溫度會(huì)升高引起自燃。長(zhǎng)期積聚在設(shè)備裂縫中和管道拐彎處的粉塵易發(fā)生自燃。
易發(fā)生粉塵爆炸的工藝過程(3)
1. 粉碎過程
按作用力性質(zhì)不同,粉碎過程有:擠壓、撞擊、研磨、劈裂以及彎曲、撕裂等方法,
一般情況下,粉碎研磨損作要同時(shí)利用多種作用力。粉碎操作由于機(jī)械力的作用會(huì)揚(yáng)起大量粉塵,設(shè)備內(nèi)懸浮的粉塵往往處于爆炸濃度范圍之內(nèi)。且各種力的作用更容易產(chǎn)生摩擦、撞擊火花,靜電等點(diǎn)火源,導(dǎo)致粉塵爆炸的發(fā)生。這類設(shè)備如顎式破碎機(jī)、滾筒軋碎機(jī)、球磨機(jī)、膠體磨等,都是具有粉塵爆炸的危險(xiǎn)設(shè)備。
2. 分離過程
典型的分離裝置有旋風(fēng)分離器。和其他類似裝置一樣,分離的主要原理都是利用氣流
旋轉(zhuǎn)過程中作用在物料上的離心力,使物料按重量大小達(dá)到分離的效果。在風(fēng)力作用下,分離器內(nèi)的粉塵均處于懸浮狀態(tài),此時(shí),如存在足夠能量的點(diǎn)火源,爆炸事故就會(huì)不可避免地發(fā)生。
3. 除塵過程
除塵器的原理通常是利用濾材將氣體流中的顆粒阻擋住,除塵前粉塵是處于懸浮狀態(tài)
的,不僅如此,在濾材清灰時(shí)通常采用脈沖反吹風(fēng)方式,此時(shí),粘附在濾材上的粉塵又再次處于懸浮狀態(tài),若恰 好有足夠能量的點(diǎn)火源,也將發(fā)生粉塵爆炸事故。
4. 干燥過程
干燥是從含水或濕物料中脫除水分或其他溶劑的操作過程,氣流干燥器是一種流化設(shè)
備,濕物料在高速熱氣流載體的流動(dòng)中進(jìn)行傳熱傳質(zhì),再經(jīng)旋風(fēng)分離器使物料中水分隨熱空氣排出;噴霧干燥器是將含水量高達(dá)75%~80%的溶液、懸浮液或熔融液的物料在熱氣流中噴成細(xì)霧,霧滴在很短時(shí)間內(nèi)被干燥成粉末;沸騰干燥器又稱流化床干燥器,是利用熱氣流使散粒狀物料在干燥器內(nèi)呈沸騰狀態(tài),使水分汽化、脫除,達(dá)到干燥的目的。使用噴霧、氣流或沸騰干燥器干燥顆粒狀物料或粉料時(shí),設(shè)備內(nèi)形成的可燃粉塵-空氣混合物的爆炸事故在生產(chǎn)實(shí)踐中時(shí)有發(fā)生。
5. 輸送過程
為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)和自動(dòng)化,工廠生產(chǎn)通常采用自動(dòng)輸送,而粉塵由于其特性而采用
氣力輸送管線輸送,輸送過程中,工業(yè)粉塵處于蓬松的懸浮狀態(tài),已具備粉塵爆炸的主要條件,只要有合適的點(diǎn)火源則極其危險(xiǎn),并且輸送管線與分離和除塵設(shè)備相連,極易引起二次爆炸,造成更大的傷亡和損失。
6. 清掃、吹掃過程
生產(chǎn)過程中粉塵難免要從設(shè)備中逸出,這些粉塵堆積在廠房及設(shè)備表面,若不及時(shí)清
除,在達(dá)到一定濃度并且飛揚(yáng)起來之后,很容易造成爆炸事故,并且在清掃過程中,也極易粉塵飛揚(yáng),形成懸浮爆炸條件。
防火粉塵爆炸的安全技術(shù)(4)
1. 控制粉塵濃度
各生產(chǎn)過程中的設(shè)備要密閉,操作間應(yīng)有良好的通風(fēng)設(shè)備,以降低空氣中粉塵含量。供
給設(shè)備以粉料時(shí),必須使正常操作條件下設(shè)備和氣動(dòng)輸送裝置中的空氣量不超過30%,并且最高極限含氧量為6%~8%。在粉塵濃度爆炸極限內(nèi)操作的設(shè)備,可用縮小容器體積的方法提高粉塵濃度,使之超過爆炸上限,以防止粉塵爆炸,也可減弱爆炸威力。
2. 減少粉塵沉積
各工段設(shè)備應(yīng)隔離設(shè)備在單獨(dú)房間內(nèi);車間的地面、墻面、頂棚要求平滑無凹凸之處,
不設(shè)凸出部件,非設(shè)置不可時(shí),應(yīng)保持其上平面與水平線成60℃以上的傾角,便于沉積的粉塵自動(dòng)滑落;梁與柱子應(yīng)加以覆蓋,門窗與墻壁保持在同一平面內(nèi)。粉末的輸送管道設(shè)置要考慮粉末沉積問題。粉末輸竤管段不允許鋪成水平狀態(tài),不得有氣流死角;死頭支管及連接2個(gè)干燥設(shè)備或粉碎設(shè)備的連接管,粉末輸送管與水平線所成的傾斜角不得小于45°。應(yīng)定期及時(shí)清理沉積于廠房?jī)?nèi)各角落、設(shè)備、管道上的粉塵,使設(shè)備外面的粉塵和系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的粉塵減至最少。
3. 防止摩擦、撞擊、生熱
注意檢查和維修設(shè)備,防止機(jī)械零部件松脫。注意潤(rùn)滑機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部位;經(jīng)常檢查軸承的
溫度,滑動(dòng)軸承溫度不得超過室溫45℃,滾動(dòng)軸承溫度不得超過60℃;如發(fā)現(xiàn)軸承過熱,應(yīng)立即停車檢修。加料應(yīng)保持滿料,供料流量要均勻正常,防止斷料空轉(zhuǎn)而摩擦生熱。設(shè)備的外表面溫度應(yīng)比被加工材料的陰燃溫度至少低50℃。排塵系統(tǒng)應(yīng)采用不產(chǎn)生火花的除塵器。研磨機(jī)如果研磨具有爆炸危險(xiǎn)的物料,則設(shè)備內(nèi)需襯以橡皮或其它軟材料,所有的研磨體應(yīng)采用青銅球。
4. 防止電火花和靜電放電
生產(chǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備要按規(guī)定選擇相應(yīng)的防爆型設(shè)備,整個(gè)電氣線路應(yīng)經(jīng)常維護(hù)和檢
查。設(shè)備接地是最基本的防靜電措施。對(duì)于能產(chǎn)生可燃粉塵的破碎和研磨設(shè)備,要安裝可靠的接地裝置。接地線必須連接牢靠,有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,否則在松斷處可能產(chǎn)生靜電火花。要定期檢查接地線路,避免發(fā)生故障?;ハ嚅g距較近的設(shè)備、管道、器具應(yīng)用導(dǎo)體使之聯(lián)成一體,進(jìn)行接地。增加濕度以防止靜電積累,并選取不易產(chǎn)生靜電的材料,減少靜電的產(chǎn)生。
5. 增加物料濕度降低危險(xiǎn)性
增加濕度能降低粉塵的可爆性:一方面使粉塵結(jié)團(tuán),難以懸浮于空間;另一方面潮濕粉塵受熱首先要蒸發(fā)水分,故引燃和傳播火焰困難。例如,粉塵濕度增大,其著火溫度升高、最小點(diǎn)火能量或最低可爆濃度增加。車間內(nèi)可裝設(shè)自動(dòng)水噴淋設(shè)備,保證空氣的相對(duì)濕度在70%以上。對(duì)易燃易爆物料要求很細(xì)時(shí)應(yīng)考慮采用濕法作業(yè)。對(duì)不易除塵的粉碎作業(yè)也采用濕法作業(yè)。
6. 惰性氣體保護(hù)
惰性介質(zhì)保護(hù)是抑制大多數(shù)工業(yè)粉塵爆炸的有效措施。處理特別危險(xiǎn)的物質(zhì)如硫、電石等時(shí),通常加入惰性氣體如N2、CO2、He等,以減少設(shè)備中粉塵-空氣混合物中的氧含量,而對(duì)金屬粉塵則采用N 2保護(hù),對(duì)有機(jī)粉塵采用CO2保護(hù)比較有效。
7. 設(shè)置防爆泄壓阻火裝置
生產(chǎn)或使用粉塵的廠房和車間應(yīng)有足夠的泄壓面積,泄壓比應(yīng)滿足0.05~0.22m2/ m3。輕質(zhì)屋蓋和輕質(zhì)墻體門窗作為泄壓面積時(shí),輕質(zhì)屋蓋和輕質(zhì)墻體重量不應(yīng)超過120kg/m2。泄壓面設(shè)置應(yīng)注意靠近容易發(fā)生爆炸部位且避開當(dāng)?shù)爻D曛鲗?dǎo)風(fēng)向,不要面向人員集中的場(chǎng)所和主要交通道路。用門、窗、輕質(zhì)墻體做泄壓面積時(shí),不要影響相鄰車間和其他建筑物的安全,注意防止負(fù)壓的影響,并且清除泄壓面積外的影響泄壓的障礙物。
設(shè)備內(nèi)部可安裝防爆膜、閥、爆破板、爆破門等,以減弱粉塵爆炸形成的壓力,保護(hù)設(shè)備不遭到嚴(yán)重破壞。在相連設(shè)備之間設(shè)置阻火器、隔焰板、自動(dòng)閥等,以防出現(xiàn)事故時(shí)火焰或爆炸波從設(shè)備的一部分傳至另一部分。對(duì)于難以安裝防爆泄壓裝置的設(shè)備如磨碎機(jī),則要求設(shè)備自身能抵抗爆炸壓力的破壞,或配置自動(dòng)切斷系統(tǒng)。
8.抑制粉塵爆炸
易發(fā)生粉塵爆炸的設(shè)備和管道,可考慮安裝一種有效的抑爆系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括爆炸檢測(cè)機(jī)構(gòu)和滅火劑撒播機(jī)構(gòu)2個(gè)部分。爆炸檢測(cè)機(jī)構(gòu)的傳感器主要為壓力傳感器。檢測(cè)爆炸發(fā)出的信號(hào)傳送到撒播機(jī)構(gòu)以后,撒播機(jī)構(gòu)立即啟動(dòng)能快速地(10-2~10-3s內(nèi))把滅火劑撒播出去。撒播機(jī)構(gòu)內(nèi)的滅火劑可用鹵代烷、磷酸銨粉末或水等。
9. 火災(zāi)事故處理措施
當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),操作人員必須立即停車處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的粉末陰燃或燃燒時(shí),必須立即停止輸送物料,消除空氣進(jìn)入系統(tǒng)的一切可能性,發(fā)現(xiàn)