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防爆除尘器的消防及抑爆措施

点击次数:3063  更新时间:2016-09-02

易燃易爆粉尘的收集处理历来是工业通风除尘工作的难点,也应该是一个非常值得关注的重点,这不单要求从业人员具有较为全面扎实的业务知识,还要有高度严谨的负责态度,两者缺一不可。什么是易燃易爆的粉尘,现场工作人员必须对自己处理的物料有清楚的认识,有很多资料可以查询,也有很多文献可以参考,关键要对实际产尘的工艺流程做深入了解,对扬尘尘体的物化性质给出定义,才能够准确无误地行使除尘系统的设计、设备的选型以及制造应用的责任。

  金属加工中产生的粉尘可能引起燃烧甚至爆炸。燃烧与爆炸的概念有所不同,首先谈谈燃烧,它是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光、发烟的现象。物质燃烧需要同时具备三个要素,即可燃物质、助燃物质和起火源,三缺一均不可能造成燃烧现象。比如在等离子切割和激光切割一些合金板材过程中,所产生的烟尘具有可燃性,无处不在的氧气是助燃物质,这时环境中一旦出现明火、电火花、甚至摩擦、撞击产生的火花及发热,以及造成自燃起火的氧化热等物理化学因素都能成为起火源。采取措施使三要素不同时存在,比如应用除尘器装置收集和控制可燃物、减少或隔绝空气进入除尘工艺系统、防止和消除起火源,即可阻止燃烧发生,从而实现防火救灾的目的。

火花探测及熄灭系统安装示意图
                          火花探测及熄灭系统安装示意图

  然而这种理想的措施和状态,往往会因设备管理不当或者误操作而遭到破坏,引起不可预计的失火灾害。火花探测及熄灭系统是降低这种损害的一方法。其工作原理是:检测到除尘器内zui初期有火花出现,通过探测器迅速发出报警,自动或由人工开启灭火剂喷射系统,将可能发生的火灾结束在萌发状态,从而达到火灾预防的作用,减少不必要的损失,避免进一步爆炸发生的风险。火花熄灭过程完成后,需要对集尘器设备进行清理和修复,方能再次投入生产。

  火花探测器安装在设备壁上,连接上控制器,收到探测信号后将迅速触发报警,指示熄灭系统在集尘器内喷射灭火介质,如喷水、喷氮气或者喷二氧化碳气体,及时熄灭火花、火焰或者灰烬等燃烧体。注意对收集如铝粉等特殊性质粉尘的集尘器不能采用喷水,会有强氧化放热反应并且助燃,只能喷氮气、二氧化碳,或其他有选择的惰性气体进行熄灭。

  在一些金属部件打磨、抛光和拉丝等工艺生产中,所产生的粉尘量有时会很大,环境污染不但对劳动者的身体健康造成威胁,更有产生爆炸引起人身安全的隐患。近些年来有些地方报道的此类燃爆人身伤亡事故,不能不引起社会各个方面的关注。这种爆炸所产生的后果比起火燃烧来的更猛烈,损伤更惨重。爆炸是能量(物理能或化学能)在瞬间迅速释放或急剧转化成机械功和其它能量的现象。一般说来,爆炸现象具有以下特征:1)爆炸过程进行得很快;2)爆炸点附近压力急剧升高,多数爆炸伴有温度升高;3)周围介质在压力作用下产生振动或受到机械破坏;4)由于介质振动而产生声响。其中,压力急剧升高是爆炸现象的zui主要特征。发生粉尘爆炸的首要条件是粉尘本身可燃爆,即能与空气中的氧气发生氧化反应。 如煤尘、铝粉、金属合金粉、面粉和棉絮尘等;其次,悬浮在空气中的粉尘达到一定浓度(超过其爆炸下限)。粉尘呈悬浮状才能保证其表面与空气(氧气)充足接触,堆积粉尘一般不会发生爆炸;再则,要有足够引起粉尘爆炸的起始能量。只要同时具备上述几个条件,就会导致粉尘爆炸。

  空气中易爆炸粉尘种类可以包括:1)金属类,如钼、锑、硅、锆、铁、硅铁合金,镁、铝镁合金等;2)合成材料类,如塑料、合成树脂、合成纤维素、有机化工原料、纤维素絮凝物;3)粮食产品类,如面粉、淀粉、砂糖等;4)工业原材料类,如煤粉、木材、干纸浆等。粉尘的爆炸性指数(Kst)值是通风除尘工程设计的主要依据之一,同时要明确能够引起爆炸的zui低浓度,即爆炸下限(以g/m3表示)。一般来讲,粉尘粒径越小,爆炸下限越低;氧浓度越高,爆炸下限越低;可燃挥发份含量越高,粉尘爆炸下限越低。通风除尘设备及管内的此类物质浓度应该控制在其爆炸下限值的50%以下。通过减小爆炸的影响,使余压低于过程设备的承压安全水平,zui大爆炸压力(Pmax)通常高于100psi,设定余压值(Pred)通常低于3psi。

  粉尘燃爆炸指数(Kst)是指在1m3密闭容器内,粉尘爆炸试验中zui大爆炸压力上升速率与容器容积的立方根的乘积一常数,用来表明粉尘爆燃的剧烈程度和危险性,Kst值越大危险性越高。

  针对除尘器或通风管道内可能出现的粉尘爆炸,采取爆炸抑制和化学隔离系统是目前一种较为行之有效的措施。爆炸抑制的设计原理:检测到爆炸起始的早期症兆,通过迅速喷射化学灭火剂至正在发展的火球中,以*结束燃烧的苗头而达到预防燃爆的作用。抑制过程完成后,可以进行快速清理,允许生产再次进行。 爆炸抑制系统包括一个的传感器,将检测到爆炸初始阶段的压力波(它总是比火球的速度快)传导。传感器的设计应该预防由于震动或其他非爆炸压力波事件而引起的误启动。传感器形成的一个电气信号启动安装在设备表面的"灭火炮",直接喷射食品级的NaHCO2 灭火剂到设备中。灭火剂通过喷嘴进行有效喷撒,熄灭还没有形成爆燃的火源。根据除尘器的使用条件,该系统通常限制压力在0.2bar以内。研究表明,一个没有保护的粉尘爆炸通常可以在1/4秒内达到zui低8bar的压力(不同的易燃粉尘的压力值有所不同)。


化学抑爆布置示意图

  下图为一安装实例,工作现场完成系统组成的机械、压力气罐、全部电气端口接线的连接,保证"系统启动报警"的接通无误和现场紧急停车制动、监控当地交流电源的连接、系统开机诊断模式、系统开启激活模式等的正常稳定和可靠。工作现场的系统操作应当做完整的连续的检查记录,以备运行分析和必要时的查用。

  除尘器防爆燃的zui简便常见的方法之一是采用泄爆膜片,设计考虑因素包括设备安装的环境,泄爆口的方向,除尘器壳体及其管道的耐压强度等。它的优势是成本较低,安装容易,不需要日常维护和监测;缺点是泄爆膜片将会*爆开并损毁,需要更换新的配件和修复,局部爆炸后的设备内部及周边环境要做清扫,并且不能够应对已形成火球的消防熄灭。泄爆膜片的强度和尺寸与不同类型的除尘器相匹配的设计计算很关键,不然可能会造成频繁泄爆动作,或者泄爆动作滞后而延误施救。

  有些防爆要求特别严格的工况,比如在合金部件打磨和金属件热喷涂工艺生产中,还会采取机械隔爆和化学抑爆结合应用,在化学抑爆的同时机械隔爆阀分段及时关闭,切断火势外延的可能。除尘器或管道内聚集的粉尘,往往被初次爆炸充分扬起,引发新的"二次爆炸",由于这时的悬浮扬尘浓度更高,二次爆炸比一次爆炸更具有破坏性和杀伤力,许多事故中发生的伤亡事件几乎是由二次爆炸造成的,因此对二次爆炸的预防尤为重要,措施和手段更应迅速可靠。

  下图,金属热喷涂除尘系统之消防抑爆流程图,采取了化学熄灭与机械隔爆阀联动应用方式,同时还在除尘器本体上加装了泄爆膜片,是否每个点都需要值得商榷,有条件时还是稳妥保险些为上。化学熄灭炮和机械隔爆阀均需要可靠的专业检测仪变送信号的控制触发,系统响应速度是zui基本的要求。

  在考虑通风除尘系统消防抑爆的时候,还有其他方面应加以探究,比如风机电机和电气控制的防爆要求,滤料的阻燃能力、防静电性能,除尘器接地导通问题,入风口火花扑集器的形式等等,必要的话一定要增加到位不得疏漏。构成通风除尘系统的吸罩和管道等周边设备也要科学合理,正确设计、制作和安装,调试运行达标后才可投入生产。

  要强调的是,在正确设计选型和安装通风除尘系统的防爆抑爆设施后,生产运营管理的水平也要随之提高,保持工作现场环境清洁,随时*清除加工中所产生的易燃易爆粉尘,力争从源头上降低爆燃几率。

  对可燃性粉尘爆炸的防爆设备历来都有法律法规严格规范。美国国家消防协会(NFPA)在爆炸的保护和预防上制定了一系列的标准;ATEX防爆指令是欧洲普遍采用的相应标准,规定了在有爆炸性环境的设备需要做到的技术要求,只有获得ATEX认证后,方可在这些国家销售和使用防爆设备。我国亦有健全的国家标准和规范,例如粉尘防爆安全规程(GB15577-2007)、粉尘爆炸泄压指南(GB15605-2008)、粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则(GB/T17919-2008)等等。特别在8月2日,昆山金属厂发生爆炸后,国家安荃生产监督管理总局发布了第68号令《严防企业粉尘爆炸五条规定》,进一步挑明工业粉尘除尘防爆燃安全的重要性和对规范标准的执行要求。希望通过经验教训,我国工业除尘领域得到应有的重视,监督部门和企业管理执行力有所加强,技术水平获得不断提高。