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    粉塵爆炸與袋式除塵器的防爆設計-粉塵爆炸與袋式除塵器的防爆設計-一恒除塵設備

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    粉塵爆炸與袋式除塵器的防爆設計

    來源:一恒除塵設備發布時間:2011/8/24 15:00:19
    隨著環保意識的加強,人們對企業向大氣排放的污染氣體的要求也越來越嚴,而袋式除塵器正是煙塵、粉塵污染的克星,是治理大氣污染的高效除塵設備。袋式防塵器最大優點是除塵效率高,在實際應用中可達到99.9%,粉塵排放濃度可達10mg每m3以下,甚至達到1 mg每m3。正是因為袋式除塵器這些優點,已在眾多企業中得到應用。但隨著袋式除塵器普及,袋式除塵器粉塵爆炸事故也呈上升趨勢,因此袋式除塵器防爆設計已提及到日程上。
    1 發生粉塵爆炸條件及機理[1,2]
    粉塵爆炸發生需要3個條件:
    ①空氣中粉塵達到一定的濃度,即處于爆炸上下限內,一般爆炸下限最為人們關注;
    ②有足夠能量的點火源;
    ③足夠的空氣或氧氣混合接觸。
    粉塵爆炸是一個非常復雜的過程,受很多因素的影響,所以爆炸機理至今尚不十分清楚,一般認為粉塵爆炸經過以下發展過程:粉塵爆炸首先是粉塵粒子從點燃源獲得能量后(熱傳導、熱輻射)表面受熱,另外粉塵粒子獲得能量后內外相繼受熱而產生熔融和氣化迸發出熾熱微小質子顆?;蚧鸹?,會形成粉塵的點火源。由于粉塵表面積大,與空氣能夠充分接觸,加之粉塵層的存在,故粉塵粒子表面溫度急劇上升,使粉塵粒子加速分解或氣化。當與空氣混合接觸時即可形成氣相點火,這樣粉塵中既有氣相也有固相,兩相同時存在燃燒時更加劇烈。而且,靜電的積聚摩擦也形成點火源。當粉塵濃度與空氣混合達到爆炸下限時遇到點火源即可燃燒,在初始燃燒時,由于粉塵與空氣混合較充分,粉塵即可爆炸,并以壓力波的方式釋放能量,所以常常把機械裝置中的粉塵吹出來,把地面上的粉塵層吹起,形成了飛揚的粉塵云,這些粉塵云再被初始爆炸的灼熱殘余物瞬間再次點燃,接著發生第2次爆炸,同時可產生空氣湍流。這次爆炸由于把大量沉積的粉塵再次吹起,其爆炸的威力比初始爆炸大得多,粉塵的爆炸受到點火源的形成、最小點火能量和粉塵濃度等多種因素的影響??蓮谋ㄟ^程看出:粉塵顆粒直徑的大小是引爆難易程度的決定者,引燃源是起爆的關鍵因素,而引燃粉塵云造成二次爆炸是最大危害。
    2 防爆技術
    防爆技術可分為預防性技術措施和設計性措施。預防性措施是指使粉塵的濃度低于爆炸下限和粉塵的大量堆積,及消除有效引燃源;設計性措施是指預防爆炸發生的措施難以奏效時而采取的將爆炸危害程度降至安全水平的措施,使爆炸不至于造成人員傷亡,爆炸后設備短時間內可恢復使用的技術,它包括:抗暴、抑爆、隔爆、泄爆等。
    袋式除塵器內作為集塵收集地,使粉塵的濃度時刻低于爆炸下限,經濟上不劃算,也很難做到;但不讓大量粉塵堆積是可以做到的。有效引燃源要區分下列2種引燃源:普通引燃源(例如焊接、磨削、熏煙產生的引燃源)和機械故障引起的引燃源(機械火花、高溫表面、無焰燃燒聚熱、靜電火花)。其中各類運動摩擦引然源是最常發生的,粉塵爆炸的多半事故都是由它引起的。另外經調查和試驗,在粉塵云中主要是發生電暈放電,在工業生產中尚未發生過閃電式放電。此外,工業性生產設備也難以發生這種閃電式放電,除非形成的粉塵云的容器容積大于60 m3或直徑大于3m,才有這種可能。
    抗爆就是結構本身能夠承受爆炸壓力,結構本身不發生爆裂??贡Y構有耐爆炸壓力及耐爆炸沖擊壓力2種,耐爆炸壓力設計應遵守壓力容器設計制造規范,而耐爆炸沖擊壓力可適當放寬。一般地:耐爆炸沖擊壓力為1.5倍的耐爆炸壓力。
    抑爆就是將設備內可燃物質爆炸撲滅在初始階段,從而避免過高爆炸壓力的措施,一個成功的抑爆系統能夠在爆炸壓力1×104Pa時動作,抑制后設備內最大壓力低于1×105Pa。抑爆分為2種,一種為被動式,如水袋和阻燃粉末裝置,這類裝置就是爆炸壓力上升到一定范圍內,自動破裂拋撒出水或阻燃粉末;一種由探測初始爆炸傳感器,控制單元及帶高壓驅動的高速噴灑(HRD)抑爆器組成的智能抑爆裝置。
    隔爆就是要為防止1個容器內發生的爆炸沿連接管道傳播到后續容器,從而導致系統爆炸,造成更大的損失,然而實際中危害最大的爆炸就是因為隔爆裝置不能工作或沒有設計。它一般可在管道上安裝火焰探頭,觸發相應機構,實現爆炸阻斷。
    粉塵爆炸會產生高達0.7—1MPa的壓力,而泄爆措施可以將上升的壓力限制在構件材料強度所能承受的范圍內,粉塵爆炸具有圖1所示的特征,其中的曲線a表示密閉容器內發生爆炸的情況,Pmax表示最大爆炸壓力,Pn表示最大爆炸壓力上升速率;曲線b表示有泄爆發生的情況,Pred表示最大爆炸壓力和Pn表示最大爆炸壓力上升速率。由此可見,泄爆對于減輕爆炸危害有著及其重要的作用。
    3 袋式除塵器的防爆措施[3]
    3.1 控制袋式除塵器內的粉塵堆積量
    工業可燃性粉塵危險濃度一般為:20—6000g/m3。通常袋式除塵器是工藝系統最后部分,含塵氣體經過管道送入袋式除塵器被捕集形成粉塵層,并通過脈沖反吹清灰落入灰斗。在這些過程中,粉塵在袋式除塵器中濃度很有可能處于上述危險濃度范圍之內。因此,要加強系統通風量,特別是清灰要及時,使袋式除塵器和管道中的粉塵濃度低于危險范圍的下限。及時把漏斗的灰塵運走,對袋式除塵器的安全正常運行等方面至關重要,袋式除塵器處理的粉塵多是易燃型粉塵,如果漏斗灰塵不及時運走,會使粉塵中熱量積累,容易使粉塵發生自燃。堆積的粉塵并不是一個嚴實的整體,其中是有空氣的,堆積的粉塵其實是空氣與粉塵的混合膠體,這將會成為二次粉塵爆炸源泉,為安全埋下隱患。采用雙層氣動卸灰閥,可以保證及時排灰,減少漏風率,并可避免不嚴密處粉塵外溢,防止粉塵二次污染。
    3.2 清除點火源
    在袋式除塵器內點火源主要是以下幾種:普通引燃源、沖擊或摩擦產生的火化、靜電火化及外殼溫度等。
    ①普通引燃源主要是由外界的火源直接帶進來,特別是氣割火焰和電焊火花,因為袋式除塵器一般均為焊件,對于氣割火焰和電焊火花主要是在修理儀器時產生的,所以可通過加強管理,提高工人防爆意識等方面進行控制,在進行儀器修理時還要清除修理部位周圍的粉塵。
    ②沖擊或摩擦產生的火花通常是由螺母或鐵塊等金屬物件吸入袋式除塵器發生碰撞引起的火花,其消除方法主要是:在吸塵罩處設置適當的金屬網,電磁除鐵裝置,防止金屬進入收塵管道和袋式除塵器中,維修后應及時取出落入管道中金屬物質。其次通風機最好布置在袋式除塵器后潔凈空氣側,防止金屬異物與風機高速旋轉葉片碰撞產生火花,并可防止易燃易爆粉塵與高速旋轉葉片摩擦發熱燃燒。最后管網內的風速要合理,過高風速可使粉塵加速對管道的磨損,試驗表明磨損率同風速成立方關系,從而給除塵器內部帶來更多的金屬物質。
    ③靜電產生的機理現在還沒有弄清出,但可以采取必要措施防靜電。選用與帶電序列中相近的物質,或與帶電序列相反的物質組合起來使用,盡量減少接觸電位差,那么就可以最大程度的抑制靜電的產生。所帶的正負電荷自行中和,達到消除靜電的目的。其次接地是最主要、最普遍的泄漏措施之一。設備、容器、管道等應保持等電位。根據實際情況,采用分散或集中的接地系統進行可靠接地,其接地電阻要求在1—2Ω范圍之內。此外增加導電性,用導體或導電物質代替高絕緣性物質。特別是采用抗靜電濾料,這主要是試驗表明濾料是產生靜電最集中的部位,另外,堆積于濾袋上的粉塵層使空間電場強度增大,有可能擊穿空氣而發生火花放電。最后可以采用提高環境濕度的辦法來泄漏靜電,也可以在生產過程中直接摻水。
    ④保持除塵器外殼的溫度不能過高,由于大量粉塵被外殼內壁吸附,外殼溫度過高使的粉塵表面受熱,獲得能量后產生熔融和氣化迸發出熾熱微小質子顆?;蚧鸹?,也形成粉塵的點火源。所以控制好環境溫度不可把袋式除塵器放置屋外。
    3.3 安裝泄爆膜
    對于袋式除塵器來說,最有效也最經濟防爆措施是安裝泄爆膜,安裝泄爆膜關鍵在于泄爆面積的計算,泄爆面積太小不起作用,太大又會增加成本。在國際上最常用泄爆面積計算方法是Kst諾摸圖法、St諾摸圖法。袋式除塵器泄爆位置也很重要,主要靠近易爆發生點,泄爆效果更好。如圖2袋式除塵器結構簡圖所示。
    3.4 隔爆和抑爆
    隔爆裝置可以采用一種緊急關斷閥,它是由紅外線火焰傳感器快速啟動氣動式彈簧閥而實現的。能夠觸發安裝在距離傳感器足夠遠的緊急關斷閥,防止火焰或爆炸波及爆炸物向其它場所傳播形成二次爆炸,從而爆炸事故控制的特定區域,避免事態的惡化,造成更嚴重的后果。如果為小型袋式除塵器易采用被動式有壓水袋或阻燃粉末裝置,粉塵為親水物質易采用有壓水袋,其它采用阻燃粉末裝置;如果為大型袋式除塵器易采用智能高壓噴灑裝置。
    3.5 其它
    粉塵爆炸絕大多數都是人員的疏忽造成的,加強人員的管理是最根本和重要的。①對操作人員進行理論及實踐知識的培訓,使操作人員意識到粉塵爆炸危險性及如何有效地防塵防爆;②加強勞動紀律,在工作中必須時刻注意袋式除塵器運行情況;③絕對禁止在袋式除塵器工作時間對其進行電焊、氣割等操作和火進入或靠近工作區。

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