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防爆除塵器的消防及抑爆措施
點擊次數:985 發布時間:2016-09-02 打印本頁面 返回

易燃易爆粉塵的收集處理曆來是工業通風除塵工作的難點,也應該是一個非常值得關注的重點,這不單要求從業人員具有較為全面紮實的業務知識,還要有高度嚴謹的負責态度,兩者缺一不可。什麼是易燃易爆的粉塵,現場工作人員必須對自己處理的物料有清楚的認識,有很多資料可以查詢,也有很多文獻可以參考,關鍵要對實際産塵的工藝流程做深入了解,對揚塵塵體的物化性質給出定義,才能夠準确無誤地行使除塵系統的設計、設備的選型以及制造應用的責任。

  金屬加工中産生的粉塵可能引起燃燒甚至爆炸。燃燒與爆炸的概念有所不同,首先談談燃燒,它是指可燃物與氧化劑作用發生的放熱反應,通常伴有火焰、發光、發煙的現象。物質燃燒需要同時具備三個要素,即可燃物質、助燃物質和起火源,三缺一均不可能造成燃燒現象。比如在等離子切割和激光切割一些合金闆材過程中,所産生的煙塵具有可燃性,無處不在的氧氣是助燃物質,這時環境中一旦出現明火、電火花、甚至摩擦、撞擊産生的火花及發熱,以及造成自燃起火的氧化熱等物理化學因素都能成為起火源。采取措施使三要素不同時存在,比如應用除塵器裝置收集和控制可燃物、減少或隔絕空氣進入除塵工藝系統、防止和消除起火源,即可阻止燃燒發生,從而實現防火救災的目的。

火花探測及熄滅系統安裝示意圖
                          火花探測及熄滅系統安裝示意圖

  然而這種理想的措施和狀态,往往會因設備管理不當或者誤操作而遭到破壞,引起不可預計的失火災害。火花探測及熄滅系統是降低這種損害的一方法。其工作原理是:檢測到除塵器内zui初期有火花出現,通過探測器迅速發出報警,自動或由人工開啟滅火劑噴射系統,将可能發生的火災結束在萌發狀态,從而達到火災預防的作用,減少不必要的損失,避免進一步爆炸發生的風險。火花熄滅過程完成後,需要對集塵器設備進行清理和修複,方能再次投入生産。

  火花探測器安裝在設備壁上,連接上控制器,收到探測信号後将迅速觸發報警,指示熄滅系統在集塵器内噴射滅火介質,如噴水、噴氮氣或者噴二氧化碳氣體,及時熄滅火花、火焰或者灰燼等燃燒體。注意對收集如鋁粉等特殊性質粉塵的集塵器不能采用噴水,會有強氧化放熱反應并且助燃,隻能噴氮氣、二氧化碳,或其他有選擇的惰性氣體進行熄滅。

  在一些金屬部件打磨、抛光和拉絲等工藝生産中,所産生的粉塵量有時會很大,環境污染不但對勞動者的身體健康造成威脅,更有産生爆炸引起人身安全的隐患。近些年來有些地方報道的此類燃爆人身傷亡事故,不能不引起社會各個方面的關注。這種爆炸所産生的後果比起火燃燒來的更猛烈,損傷更慘重。爆炸是能量(物理能或化學能)在瞬間迅速釋放或急劇轉化成機械功和其它能量的現象。一般說來,爆炸現象具有以下特征:1)爆炸過程進行得很快;2)爆炸點附近壓力急劇升高,多數爆炸伴有溫度升高;3)周圍介質在壓力作用下産生振動或受到機械破壞;4)由于介質振動而産生聲響。其中,壓力急劇升高是爆炸現象的zui主要特征。發生粉塵爆炸的首要條件是粉塵本身可燃爆,即能與空氣中的氧氣發生氧化反應。 如煤塵、鋁粉、金屬合金粉、面粉和棉絮塵等;其次,懸浮在空氣中的粉塵達到一定濃度(超過其爆炸下限)。粉塵呈懸浮狀才能保證其表面與空氣(氧氣)充足接觸,堆積粉塵一般不會發生爆炸;再則,要有足夠引起粉塵爆炸的起始能量。隻要同時具備上述幾個條件,就會導緻粉塵爆炸。

  空氣中易爆炸粉塵種類可以包括:1)金屬類,如钼、銻、矽、锆、鐵、矽鐵合金,鎂、鋁鎂合金等;2)合成材料類,如塑料、合成樹脂、合成纖維素、有機化工原料、纖維素絮凝物;3)糧食産品類,如面粉、澱粉、砂糖等;4)工業原材料類,如煤粉、木材、幹紙漿等。粉塵的爆炸性指數(Kst)值是通風除塵工程設計的主要依據之一,同時要明确能夠引起爆炸的zui低濃度,即爆炸下限(以g/m3表示)。一般來講,粉塵粒徑越小,爆炸下限越低;氧濃度越高,爆炸下限越低;可燃揮發份含量越高,粉塵爆炸下限越低。通風除塵設備及管内的此類物質濃度應該控制在其爆炸下限值的50%以下。通過減小爆炸的影響,使餘壓低于過程設備的承壓安全水平,zui大爆炸壓力(Pmax)通常高于100psi,設定餘壓值(Pred)通常低于3psi。

  粉塵燃爆炸指數(Kst)是指在1m3密閉容器内,粉塵爆炸試驗中zui大爆炸壓力上升速率與容器容積的立方根的乘積一常數,用來表明粉塵爆燃的劇烈程度和危險性,Kst值越大危險性越高。

  針對除塵器或通風管道内可能出現的粉塵爆炸,采取爆炸抑制和化學隔離系統是目前一種較為行之有效的措施。爆炸抑制的設計原理:檢測到爆炸起始的早期症兆,通過迅速噴射化學滅火劑至正在發展的火球中,以完全結束燃燒的苗頭而達到預防燃爆的作用。抑制過程完成後,可以進行快速清理,允許生産再次進行。 爆炸抑制系統包括一個的傳感器,将檢測到爆炸初始階段的壓力波(它總是比火球的速度快)傳導。傳感器的設計應該預防由于震動或其他非爆炸壓力波事件而引起的誤啟動。傳感器形成的一個電氣信号啟動安裝在設備表面的"滅火炮",直接噴射食品級的NaHCO2 滅火劑到設備中。滅火劑通過噴嘴進行有效噴撒,熄滅還沒有形成爆燃的火源。根據除塵器的使用條件,該系統通常限制壓力在0.2bar以内。研究表明,一個沒有保護的粉塵爆炸通常可以在1/4秒内達到zui低8bar的壓力(不同的易燃粉塵的壓力值有所不同)。


化學抑爆布置示意圖

  下圖為一安裝實例,工作現場完成系統組成的機械、壓力氣罐、全部電氣端口接線的連接,保證"系統啟動報警"的接通無誤和現場緊急停車制動、監控當地交流電源的連接、系統開機診斷模式、系統開啟激活模式等的正常穩定和可靠。工作現場的系統操作應當做完整的連續的檢查記錄,以備運行分析和必要時的查用。

  除塵器防爆燃的zui簡便常見的方法之一是采用洩爆膜片,設計考慮因素包括設備安裝的環境,洩爆口的方向,除塵器殼體及其管道的耐壓強度等。它的優勢是成本較低,安裝容易,不需要日常維護和監測;缺點是洩爆膜片将會完全爆開并損毀,需要更換新的配件和修複,局部爆炸後的設備内部及周邊環境要做清掃,并且不能夠應對已形成火球的消防熄滅。洩爆膜片的強度和尺寸與不同類型的除塵器相匹配的設計計算很關鍵,不然可能會造成頻繁洩爆動作,或者洩爆動作滞後而延誤施救。

  有些防爆要求特别嚴格的工況,比如在合金部件打磨和金屬件熱噴塗工藝生産中,還會采取機械隔爆和化學抑爆結合應用,在化學抑爆的同時機械隔爆閥分段及時關閉,切斷火勢外延的可能。除塵器或管道内聚集的粉塵,往往被初次爆炸充分揚起,引發新的"二次爆炸",由于這時的懸浮揚塵濃度更高,二次爆炸比一次爆炸更具有破壞性和殺傷力,許多事故中發生的傷亡事件幾乎是由二次爆炸造成的,因此對二次爆炸的預防尤為重要,措施和手段更應迅速可靠。

  下圖,金屬熱噴塗除塵系統之消防抑爆流程圖,采取了化學熄滅與機械隔爆閥聯動應用方式,同時還在除塵器本體上加裝了洩爆膜片,是否每個點都需要值得商榷,有條件時還是穩妥保險些為上。化學熄滅炮和機械隔爆閥均需要可靠的專業檢測儀變送信号的控制觸發,系統響應速度是zui基本的要求。

  在考慮通風除塵系統消防抑爆的時候,還有其他方面應加以探究,比如風機電機和電氣控制的防爆要求,濾料的阻燃能力、防靜電性能,除塵器接地導通問題,入風口火花撲集器的形式等等,必要的話一定要增加到位不得疏漏。構成通風除塵系統的吸罩和管道等周邊設備也要科學合理,正确設計、制作和安裝,調試運行達标後才可投入生産。

  要強調的是,在正确設計選型和安裝通風除塵系統的防爆抑爆設施後,生産運營管理的水平也要随之提高,保持工作現場環境清潔,随時徹底清除加工中所産生的易燃易爆粉塵,力争從源頭上降低爆燃幾率。

  對可燃性粉塵爆炸的防爆設備曆來都有法律法規嚴格規範。美國國家消防協會(NFPA)在爆炸的保護和預防上制定了一系列的标準;ATEX防爆指令是歐洲普遍采用的相應标準,規定了在有爆炸性環境的設備需要做到的技術要求,隻有獲得ATEX認證後,方可在這些國家銷售和使用防爆設備。我國亦有健全的國家标準和規範,例如粉塵防爆安全規程(GB15577-2007)、粉塵爆炸洩壓指南(GB15605-2008)、粉塵爆炸危險場所用收塵器防爆導則(GB/T17919-2008)等等。特别在8月2日,昆山金屬廠發生爆炸後,國家安荃生産監督管理總局發布了第68号令《嚴防企業粉塵爆炸五條規定》,進一步挑明工業粉塵除塵防爆燃安全的重要性和對規範标準的執行要求。希望通過經驗教訓,我國工業除塵領域得到應有的重視,監督部門和企業管理執行力有所加強,技術水平獲得不斷提高。

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