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粉塵爆炸的起因以及防范措施

一、粉塵起火爆炸的條件與因素

某些廠礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵,特別是一些有機物加工中產(chǎn)生的粉塵,在某些特定條件下會發(fā)生爆炸燃燒事故。國內(nèi)外的研究成果表明,這些條件一般有三種:(1)可燃性粉塵以適當?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋?,形成人們常說的粉塵云;(2)有充足的空氣和氧化劑;(3)有火源或者強烈振動與摩擦。通常認為,易爆粉塵只要滿足條件(1)和條件(2),就意味著具備了可能發(fā)生事故的苗頭。

1.易爆與不易爆粉塵的劃分

一般比較容易發(fā)生爆炸事故的粉塵大致有鋁粉、鋅粉、硅鐵粉、鎂粉、鐵粉、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機合成藥品的中間體、小麥粉、糖、木屑、染料、膠木灰、奶粉、茶葉粉末、煙草粉末、煤塵、植物纖維塵等。這些物料的粉塵易發(fā)生爆炸燃燒的原因是都有較強的還原劑H、C、N、S等元素存在,當它們與過氧化物和易爆粉塵共存時,便發(fā)生分解,由氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體,或者氣體量雖小,但釋放出大量的燃燒熱。例如,鋁粉只要在二氧化碳氣氛中就有爆炸的危險。

粉塵爆炸的難易與粉塵的物理、化學性質(zhì)和環(huán)境條件有關(guān)。一般認為燃燒熱越大的物質(zhì)越容易爆炸,如煤塵、碳、硫黃等。氧化速度快的物質(zhì)容易爆炸,如鎂粉、鋁粉、氧化亞鐵、染料等。容易帶電的粉塵也很容易引起爆炸,如合成樹脂粉末、纖維類粉塵、淀粉等。這些導(dǎo)電不良的物質(zhì)由于與機器或空氣摩擦產(chǎn)生的靜電積聚起來,當達到一定量時,就會放電產(chǎn)生電火花,構(gòu)成爆炸的火源。

通常不易引起爆炸的粉塵有土、砂、氧化鐵、研磨材料、水泥、石英粉塵以及類似于燃燒后的灰塵等。這類物質(zhì)的粉塵化學性質(zhì)比較穩(wěn)定,所以不易燃燒。但是如果這類粉塵產(chǎn)生在油霧以及CO、CH4、煤氣之類可燃氣體中,也容易發(fā)生爆炸。

2.除塵系統(tǒng)中起火爆炸的原因

為了防止粉塵污染和粉塵爆炸,采用除塵系統(tǒng)及時排出工作環(huán)境中的粉塵,降低車間內(nèi)的粉塵濃度是必要的手段。但對于可燃性粉塵來說,除塵設(shè)備也必須采取防火、防爆措施,否則一旦使用不當也會造成爆炸起火事故。除塵系統(tǒng)發(fā)生爆炸、起火的原因主要是滿足了條件(1)和條件(2)。因為一般除塵器都是吸入空氣后再排出,故除塵系統(tǒng)內(nèi)氧氣供給充足。據(jù)調(diào)查,能引起除塵系統(tǒng)起火可能性的主要為靜電火花、自燃發(fā)火、沖擊摩擦和明火。其中靜電火花是由于除塵器尼龍濾布帶電、管路帶電造成的。自燃發(fā)火是由于捕集下來的粉塵在布袋或灰斗內(nèi)緩慢進行氧化反應(yīng)而積蓄下的氧化熱造成的。沖擊摩擦一般認為是除塵系統(tǒng)吸入的鐵片碰撞,或者是檢修清掃過程中用錘頭振落附著在灰斗或袋室內(nèi)的粉塵時因碰撞而產(chǎn)生的火星。明火是由于檢修時氣焊火焰及電焊火花產(chǎn)生的。

二、除塵系統(tǒng)各部位的防爆措施

粉塵爆炸事故多發(fā)生在破碎機、粉磨機、篩分機、干燥機、加料機和貯料倉等部位。在除塵系統(tǒng)中,粉塵入口處的吸塵罩內(nèi)一般不會發(fā)生爆炸事故,因為粉塵濃度在這里僅為0.1~10g/m∧3,這個數(shù)值是安全的。但吸塵罩可以將作為火源的火花吸入,故要引起注意。例如砂輪機工作時會產(chǎn)生大量的火花,如果和其他設(shè)備(可燃性粉塵發(fā)生源)共用一臺除塵器就非常危險,應(yīng)該采取隔離措施。

除塵設(shè)備的風管發(fā)生爆炸的實例較多,這是因為粉塵在管內(nèi)沉積,當受到某種沖擊時,可燃性粉塵再次飛揚,在瞬間形成高濃度粉塵云,若遇上火源,很容易爆炸。粉塵在風管內(nèi)沉積的主要原因,是輸送風速太小或有漏風現(xiàn)象。所以為防止發(fā)生爆炸,可燃性粉塵的除塵管路應(yīng)盡可能短些,并要求同一系統(tǒng)的除塵器所擔負的產(chǎn)塵設(shè)備(生產(chǎn)加工中能形成粉塵的產(chǎn)塵源)最多不超過四臺。對于系統(tǒng)中的彎頭,變徑管等,在設(shè)計時應(yīng)使彎頭曲率半徑在管道直徑D的1.5倍以上,變徑管的展開角在15度以下,以減少阻力。據(jù)國外經(jīng)驗,若可燃性粉塵的粒徑小于15μm,其沉降速度在0.1m/s左右時,管內(nèi)的風速應(yīng)該是沉降速度的100~200倍。當粉塵濃度增大時,輸送風速也應(yīng)相應(yīng)地加大。在袋室和灰斗處應(yīng)安裝便于檢修和清掃的活動門,當聯(lián)接處采用插入止口聯(lián)接時,應(yīng)精心施工,使管內(nèi)基本看不出縫隙或襯墊,沒有阻擋粉塵的現(xiàn)象和漏氣現(xiàn)象。對于除塵器來說,灰斗部分是工作條件最為惡劣的地方,也最容易產(chǎn)生起火爆炸。

為吸入風管的粉塵有一部分直接落入灰斗,大部分在濾袋中被過濾。粉塵在濾袋表面形成層后,靠重力自行脫落或被噴吹、振打后脫落,這時就有可能產(chǎn)生高濃度粉塵云,或者在灰斗內(nèi)的加強筋上及鋼板焊縫上堆積起來。如果由于某種原因造成粉塵二次飛揚,條件適宜,又遇上火源,將是非常危險的。

因此,對于產(chǎn)塵源(加工設(shè)備)和除塵系統(tǒng)的防火、防爆措施,首先是要清除火源。對于機械摩擦、撞擊產(chǎn)生的火花,需采取措施將火星除掉,并在吸塵罩口安裝適當?shù)慕饘倬W(wǎng),以防止鐵片、螺釘?shù)任锉晃肱c管道碰撞產(chǎn)生火花引起燃燒。

防止靜電火花是一個重要問題,特別是對于處理有可燃性粉塵的除塵設(shè)備,應(yīng)將除塵系統(tǒng)的除塵器、管道、風機等設(shè)施聯(lián)接起來接地處理。也可采用防靜電濾布或?qū)⒊龎m器的袋子用鐵夾子夾牢后接地。

對于金屬粉塵,如鉛、鋅、氧化亞鐵、鋯等,在除塵系統(tǒng)的灰斗中堆積時發(fā)生的緩慢氧化反應(yīng),以及塑料合成樹脂、橡膠等仍保持著制品加工時的摩擦熱的粉塵,應(yīng)采取連續(xù)排灰的方法,勿使灰斗內(nèi)積存過多的粉塵,并要經(jīng)常觀察灰斗及袋室內(nèi)的溫度,或安裝溫度傳感器,以便隨時控制裝置內(nèi)的溫度,防止積蓄熱誘發(fā)火災(zāi)引起爆炸。

生產(chǎn)車間的含油霧和含可燃性氣體的通風排風設(shè)施,絕對不能與可燃性粉塵的除塵系統(tǒng)或有機溶劑作業(yè)的通風設(shè)備相聯(lián)接或共用風機。特別是煉鐵高爐用的袋式除塵器,盡管整個系統(tǒng)都有相應(yīng)的防爆、防火措施,但在高爐休風時仍要嚴格防止煤氣爆炸。為此在高爐無蒸汽的情況下,必須迅速打開煤氣系統(tǒng)所有的放散閥及清灰閥,與箱體外大氣串通,以便在很短時間內(nèi)將煤氣驅(qū)出除塵器。對于原則上不能分開的通風系統(tǒng),除考慮以上措施外,在除塵器運轉(zhuǎn)、停機前后,還應(yīng)清除整個除塵系統(tǒng)中的殘余氣體。

三、除塵系統(tǒng)中的防滅火措施

除塵系統(tǒng)在采取上述措施后雖能防止發(fā)生爆炸事故,但在除塵器內(nèi)局部仍有可能出現(xiàn)起火燃燒現(xiàn)象,這一點也是不能忽視的。如處理可燃性粉塵的袋式除塵器在進行煙氣除塵或煤氣凈化過程中,當煙氣冷卻裝置、噴霧嘴等出現(xiàn)故障時,濾布就可能被高溫煙氣燒壞,甚至造成火災(zāi)。干式除塵設(shè)備一般采用以下防滅火措施。

1.在室外設(shè)備的大型除塵裝置,如果發(fā)現(xiàn)有著火現(xiàn)象需關(guān)閉除塵器風機時,為防止煙氣經(jīng)管道倒灌入車間,應(yīng)在關(guān)閉防火閥或風量開關(guān)后,再關(guān)掉風機。電除塵及袋式除塵器的過濾部分通常是密封結(jié)構(gòu),沒有特殊情況,濾袋的燃燒不會向其他部位蔓延。對設(shè)立在室內(nèi)的小型除塵裝置,遇到袋室起火冒煙情況則應(yīng)立即關(guān)閉風機。

2.堆集在灰斗內(nèi)的粉塵一旦著火,可用滅火器撲滅,然后將其內(nèi)部的粉塵排出。排出的粉塵要認真處理,防止死灰復(fù)燃并要注意在清除過程中避免出現(xiàn)爆燃事故?;叶坊虼仪謇砀蓛艉笤贀Q上新濾袋。

3.滅火后,為了防止袋室內(nèi)缺氧及一氧化碳中毒,人員進入前應(yīng)進行充分的通風換氣,待確認安全后方可進入查看、操作。

4.治理可燃性、摩擦性強的粉塵時,原則上風機應(yīng)設(shè)在袋式除塵器后。若放在前面,粉塵附著在風機葉片上,受潮后粘結(jié)形成結(jié)垢層會使葉輪失去平衡,導(dǎo)致運轉(zhuǎn)時偏心扭矩過大軸承發(fā)熱、振動或折斷葉片,撞壞機殼,產(chǎn)生火花,成為粉塵的著火源。為了避免這種事故,可加裝振動開關(guān),當風機出現(xiàn)異常時自動控制風機關(guān)閉。

四、設(shè)置除塵設(shè)備的注意事項

干式除塵方式與濕式除塵方式相比,粉塵的回收和利用較為方便,不需考慮冬季的防凍措施和污水處理問題,且造價和運行費用都較低。特別是袋式除塵器,已廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門的煙氣、粉塵治理中。但對于治理可燃性粉塵的除塵系統(tǒng)和建筑物的設(shè)計及施工中應(yīng)注意以下幾點。

1.除塵器與其他生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)保持適當?shù)陌踩嚯x,四周設(shè)置耐壓壁。

2.有易燃粉塵的車間建筑物應(yīng)采用防火結(jié)構(gòu),與其他車間的聯(lián)接處應(yīng)設(shè)防火門、百葉窗以及排氣孔,以便驅(qū)散爆炸氣體。

3.在含有易燃易爆氣體的車間內(nèi)設(shè)置的除塵器,一般要設(shè)計防爆孔。孔的尺寸應(yīng)為袋室面積的5~6%或相對袋室容積的0.16m^2/m∧3。

4.建筑物的換氣次數(shù)和通風口的比例按防止粉塵爆炸的要求來設(shè)計。

5.要防止可燃性粉塵泄漏飄散,車間內(nèi)的房梁、支架、頂棚等處不能有粉塵堆集。

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防爆電氣設(shè)備在爆炸性氣體環(huán)境與粉塵環(huán)境的不同選型

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煤礦井下防爆電氣設(shè)備的安裝標準

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