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可燃性粉尘的基础知识和粉尘爆炸的控制

文章出处:艾伊科技 人气:-发表时间:2016-11-11 10:46:00

2016年5月31日5时左右,河南省安阳县水冶镇盛鑫铁合金经销处发生一起疑似雷蒙磨粉尘爆炸,造成7人受伤。其中3人在送往医院过程中因伤势较重不治身亡,其他4人正在积极救治中。2014年8月2日,江苏昆山市开发区中荣金属制品有限公司发生恶性粉尘爆炸事故引起了社会各界的震惊。据报道已导致75人死亡,逾185人受伤。在我国,由可燃性粉尘引发的燃烧、爆炸事故曾多次发生。2010年2月24日16时许,河北省秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司淀粉四车间发生一起粉尘爆炸事故,造成19人死亡,49人受伤。2011年5月20日,富士康集团鸿富锦成都公司抛光车间在生产中发生爆炸事故,造成3人死亡,15人受伤,其中多人重伤。我国随着工业化生产的扩大,粉尘爆炸的机会会越来越大。粉尘爆炸的危险不只是中国面临的。在许多发达国家,例如在美国粉尘爆炸造成重大伤亡、死亡事故也时有发生。

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这篇文章旨在介绍粉尘爆炸的基本知识,并从工程设计、机械设备、及粉尘控制等方面探讨预防粉尘爆炸的方法。

可燃性粉尘的基本知识

粉尘爆炸是由于悬在空气中的可燃粉尘燃烧而形成的高气压所造成的。粉尘是固体物质的微小颗粒,它的表面积与相同重量的块状物质相比要大得多,故容易着火。很多本来不易燃烧的固体块状物质如铁块、塑料,如果是小到粉尘状,它悬浮在空气中,并达到一定的浓度,便形成爆炸性混合物。

什么是可燃性粉尘?  可燃性粉尘是非常小的固体颗粒,小到420微米或更小。当分散在空气中达到一定浓度时,能引起火灾或爆炸。

爆炸浓度下限     悬浮在空气中的粉尘能引起爆炸的最低浓度。什么时候粉尘层的厚度引起警戒?如果一个房间的地板或房顶有超过5%的面积有粉尘积累,并且粉尘层的厚度超过1/32英寸(大约0.8毫米,一分硬币的厚度),这个房间就面临着粉尘爆炸的危险。

可燃性粉尘的物质  金属粉尘,如铝和镁;木屑;煤和碳尘;塑料;有机粉尘如糖、面粉、纸、肥皂和干血;生物固体(如污水厂的处理淤泥);某些纺织材料。

美国过去25年的中发生的粉尘爆炸事故,近四分之一涉及的金属粉尘。其中铝合金金属占绝大多数。(事故主要发生在灰尘收集系统,例如如工业布袋除尘器)。

可燃性粉尘的工业: 金属加工、农业、化学、煤、食品行业、森林和家具、纸张、制药、回收、纺织品、轮胎和橡胶、废水处理。

基本词汇

爆燃   爆燃就是燃烧反应的前沿通过未燃烧的介质的扩展速度小于声速(340米/秒)。它需要两个条件:封闭空间和燃料在这个空间的分散。

爆震燃烧  燃烧反应产生超音速冲击波,极具破坏性的。

一次爆炸  由工作区域和加工设备中积累的灰尘引起的最初爆炸

二次爆炸  一次爆炸摇动或松动累积的灰尘引发更大的,更具破坏性的连锁性爆炸。一旦开始,难以控制。大部分造成的灾难性的人员伤亡和财产损失都是由二次爆炸引起的。

着火的三要素   着火的三个必须条件是,可燃材料、氧气和点火源(温度)。当这三种要素都存在,并以合适的比例存在时,火情就会发生。没有点火源时,如果温度足够高,有些材料也会自燃。

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粉尘爆炸五要素 可燃性粉尘要产生爆炸,需要以下五个因素的同时存在。

可燃粉尘2. 点火源    3. 氧气 4. 分散 (粉尘悬浮在空气中) 5. 封闭空间

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我们从四个方面探讨预防粉尘的爆炸:

粉尘的控制

粉尘爆炸的灾难性的伤亡大部分是由二次爆炸引起的。二次爆炸就是一次爆炸松动了积累在车间的表面和隐蔽处的粉尘层引起的爆炸。预防二次爆炸的最好措施就是预防粉尘的积累。以下从几个方面来探讨粉尘的控制:

1. 首先是查明你们工厂使用的材料是否有可燃性粉尘。一般这些信息可以在材料数据表(MSDS)或原材料供应商提供的技术文件中找到。

2. 设备的封闭

所有产生和运输可燃性粉尘相关的设备,除了进口和出口,都应该全封闭无粉尘泄露。这些设备包括传送带、干燥机、过滤器、磨床、搅拌机、磨等。

3. 厂房和设备设计

用光滑而非毛糙的材料做房顶,不但会减少灰尘的聚集,并且利于打扫。积累灰尘的隐蔽地带应该允许工人进去清理,特别是设备的后面和高处。如果一些积累粉尘的地方无法打扫,应该将这些地方封闭起来,让灰尘无法进入。

4. 灰尘清理方法

清理灰尘时,避免使用产生尘云的方法如,扫帚扫、气枪吹。建议使用湿法除尘,或使用防爆工业真空吸尘器吸尘。

5. 最后一步,也是非常重要的一步,建立一个厂区清洁的制度。这个制度应该以书面形式写下来,建立检查和清理的时间间隔和清理粉尘的方法。

工程预防粉尘爆炸

工程预防粉尘爆炸就是利用机械设备、仪器、或厂房设计方面来预防粉尘爆炸或减少粉尘爆炸的威力。

危害分家

危害分家就是将有可燃性粉尘操作的车间和其他的生产车间相隔一定的距离。这个方案最好在设计厂房和厂房改建时使用。粉尘性爆炸发生时,不会祸及不必要的人和车间。

危害隔离

如果粉尘车间和其他车间在同一大楼里,也可采用危害隔离。就是把同一大楼内粉尘车间与其他车间用墙隔开。隔离墙要用防火材料,能够承受燃烧和承担爆炸的冲击力。

粉尘的储藏

较大型的可燃性粉尘的储藏罐应该放置于室外。

通风管道

所有运输可燃性粉尘的通风管道应该用金属和不可燃性材料铸造,并且要导电,避免静电的堆积。管道应该保持一定的空气流速而不至于粉尘在管道内积累。例如对于一般重量的工业粉尘(如石灰粉尘、泥尘),管道内的空气流速应该是在1050 到1200 米/分钟。较重的金属粉尘(如铅尘、铸铁粉尘),管道内的空气流速应该在 1200 到14000 米/分钟.与可燃性粉尘操作连接的通风管道应该避免和与火花的操作的连接的通风管道连接。

泄压排气阀

泄压排气阀一般装在储罐和低压容器上排出气体,减低容器内的压力,以避免容器爆炸。

爆燃排气

超过50%的粉尘爆炸都是起始与粉尘收集设备。爆燃排气就是安装在粉尘收集设备上的一个排气门, 在爆燃时会打开让热气流排出。

排气门在正常时是封闭的。但在爆燃时当压力达到一定的压力时会破裂或打开,热气流排出。爆燃排气装置的设计是保证排气门打开时压力是小于粉尘收集设备的破裂压力。它通常用在粉尘收集设备、雾化干燥机、和斗式提升机等(见图)。

优点:安装成本低、维护成本低

缺点:1)只能减低爆炸的危害,不消除爆炸危害。

2)排气口排出的带火气流可能是严重的火灾隐患

3)排出的气体可能是有毒或有腐蚀性。

【爆料】可燃性粉尘的基础知识和粉尘爆炸的控制

【爆料】可燃性粉尘的基础知识和粉尘爆炸的控制


爆燃抑制

爆燃抑制就是当燃烧产生时在爆燃破坏性的压力产生前,检测到燃烧并扑灭火焰。爆炸不是在瞬间发生的。火焰需要一段时间来积累它破坏性的压力。火球扩展的速度一般是9米/秒。火焰前锋的气流的扩展速度是335米/秒。最起始的燃烧由压力检测器或火焰检测器检测到,将信号传递到控制室。控制室会启动预先设置的应对系统,例如高速灭火器,报警系统,和自动关掉设备。整个过程大约需要几毫秒。因为燃烧被消灭在萌芽阶段,最大化的避免了财产损失。

应用  装置多数用在粉尘收集设备和气力输送系统内(见图)。

优点:1)消灭爆燃在萌芽阶段

缺点:1)比爆燃通风成本高

2)需要定期检测和维护

【爆料】可燃性粉尘的基础知识和粉尘爆炸的控制

爆燃隔离

粉尘收集设备可以用爆燃排气和爆燃抑制装置来保护。可是燃烧的火焰仍然可以通过与收集设备连接的管道蔓延到工厂的其他地方,导致毁灭性的二次爆炸。

机械隔离

机械隔离就是在空气管道内安装旋转气锁阀,在检测到爆燃时旋转式气锁阀就停止,封闭管道。要真正的发挥作用,旋转式气锁阀应该与爆炸检测系统连接。这样在检测到爆炸的一霎那关闭锁阀。旋转式气锁阀应该铸造的非常坚固,能够承受很大的压力。 当粉尘收集设备是用爆燃排气来保护时,爆燃时冲进连接管道的压力是较大的。见机械隔离装置示意图。

机械隔离另一个例子是高速刀阀。高速刀阀可以承受很大的压力并且应当能够快速闭合。

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化学隔离

如果粉尘收集设备是用爆燃抑制来保护的。爆燃时冲进连接管道的压力不大。这时就可以用化学隔离隔离火焰。化学隔离就是在检测到火焰时, 管道内快速释放的化学灭火物质充满管道, 阻止火焰在管道内的蔓延。见化学隔离装置示意图。

【爆料】可燃性粉尘的基础知识和粉尘爆炸的控制

高速中止门

高速中止门一般被安装在粉尘收集装置的出口管道上。当火花检测器检测到火花时,中止门打开,火焰、火花、和其他燃烧物质会排到大气中。下图显示了高速中止门和典型粉尘收集设备的防爆检测系统。

【爆料】可燃性粉尘的基础知识和粉尘爆炸的控制

点火源的控制

点火源  点火源是任何能够以热的形式提供足够的能量来点燃的物质。实例包括以下:静电、热表面、明火或余烬、电弧和火花、工业卡车、火药致动的工具、闷烧、机械生热。

静电  两个物体摩擦会产生静电。如果积累的静电不被接地,就会产生静电火花放电,成为点火源。所有收集粉尘的设备和运输粉尘的管道都应该用导电材料,并且接地,避免静电的积累产生火花。

热表面   当热表面温度超过可燃性粉尘的自燃点,可燃性粉尘落上来就会着火。可燃性液体和可燃性粉尘混合落在热表面上,也会着火。可燃液体可以是用来维护设备正常运行所需要的润滑剂和润滑油。

明火或灼热的灰烬

来源包括:蜡烛、吸烟、天然气火焰、熔炉。所以有可燃性粉尘存在区域要禁止吸烟和一切的明火

电弧放电和火花

电弧放电是形成的电流连续放电。火花是一种随机的瞬间放电。产生电弧放电和电火花的操作有焊接、等离子切割、放电加工和电弧炉。 这些操作都要禁止在有可燃性粉尘的区域操作。

工业卡车

机动车,例如如工业卡车可以产生火花时。当工业卡车发动机发动、燃烧、逆火时,都有可能产生火花。柴油发动机会更危险。气体会被吸到发动机内,而无法关掉发动机。

火药致动的工具

这些类型的工具当子弹发射时,会产生火花。此外发射时产生的空气震动能摇动和松散粉尘层。

闷燃

一些化学或生物反应可以产生闷燃(无火焰生热)。一个例子是有机污泥会产生热量和焖燃。当附近的可燃性粉尘吹落在闷燃物质上,就会起火。

动火作业许可证

动火操作的10米内应该无可燃性粉尘存在。在动火作业前应该先获得动火许可证。所有有可燃性粉尘的地方,要用阻燃防水布覆盖。墙壁和地板的缝隙和管道的开口都要覆盖,以免火星飞到其他地方。动火操作包括:焊接、钎焊、切割、磨。

上锁/挂牌

一些设备在启动开关和断路时产生火花。在这些设备上上锁和挂牌是为了避免在无意中启动这些设备, 产生火源。

本质安全设备

在有可燃性粉尘存在的危险区,应尽量使用本质安全的设备。 这些仪器和布线在不管是正常或有故障的情况下释放的电能或热能也不够点燃大气混合物。例如,采矿作业用本质安全型冷气设备供应空气,但释放的能量不够引起火灾。

本质安全设备包括:红外温度传感器、LED指示灯、磁感应流量计、压力、流量和液位开关、电位计、接近开关、电磁阀、应变计、电话和收音机、热电偶。

防爆设备

在无条件使用本质安全的设备时,应该用防爆设备。防爆设备应该用在以下设备上:光灯具、发动机开关、泵、电机、和其他在危险区使用的设备。

粉尘爆炸的紧急应对计划

粉尘爆炸的紧急应对计划就是在粉尘爆炸时,工人的应对和逃生计划。这个计划应该在平时就完善好并且经常演习。准备充分且详尽的紧急应对计划能够在爆炸时最大程度的减少人员伤亡。

紧急应对计划的硬件

紧急逃生路径

紧急逃生路径应该时工厂建立厂房的固定建筑,而不时临时搭建的。根据工厂的工人人数,设立足够数量的紧急出口,使工人能够不必践踏而逃生。紧急逃生路径应该用防火材料和工厂建筑隔开。紧急逃生路径的进口应该有可自动关闭的防火门。紧急逃生路径应该保持通畅无杂物堆积。

警报系统 厂房内应该有警报系统,在爆炸时拉响警报,通知工人离开。

紧急应对计划

紧急应对计划应该包括:计划实施的负责人;在何种情况下工人用手提式灭火器灭火,何种情况下应该放弃灭火而撤离(在粉尘车间,一个刚刚开始的小火也能点燃远处的粉尘引发粉尘爆炸);在紧急情况下,谁负责关闭重要设备;撤离路径; 撤离后清点人头数的方法;受伤的工人如何处置。

工人的培训 培训、培训、再培训!紧急应对计划的成功实施取决于工人的培训。

粉尘爆炸是一种非常危险的危害,应该由经过专业训练有专业的灭火工具的消防人员来急救。工厂应该在平时和当地的消防人员沟通,介绍工厂的爆炸危害和爆炸物质的存放点。

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