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透析粮食立筒仓粉尘爆炸及防爆方法

类别:文章分享 发布时间:2018-10-12 浏览人次:

1、粉尘防爆的回顾及再认识


20世纪70年代西方发达国家接连发生了极具破坏力的粮食粉尘爆炸事故,引起社会的极大关注,并开始集中大量人力、物力对粮食粉尘爆炸进行了深入的研究。


我国对粉尘爆炸研究起步较晚,直至20世纪80年代后期随着几起极具破坏力的粉爆事故发生,才唤醒对粉尘爆炸的重视,此前甚至没有一部粉尘防爆标准可供选用。虽然国外的粉爆事故接连发生,但我国粮食行业仍然没有引起重视,粉爆隐患大量存在,即使身处粉尘爆炸危险场所的人员,对粮食粉爆也了解甚少。由于当时生产规模小、粮食输送产量低,粉爆事故虽也时有发生,但破坏力小。近些年随着生产的发展,伴生的粉尘也大量产生,粮食粉爆事故不仅增多,而且朝着恶性事故发展。1988年,原商业部郑州粮食科学研究设计院率先研究粮食粉尘粉爆技术,与国内外有实力的单位联手,对我国粮食粉尘粉爆的机理进行了研究,特别是通过“九五”国家重点科技攻关,开发了8类12种生产急需的粉尘粉爆型电气装备,替代了进口设备,填补了国内空白。并制定了GB14770《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全技术规程》,结束了我国粮食加工、储运系统粉尘防爆技术无章可循的落后局面,粮食粉尘防爆开始纳入安全生产工作,粉尘防爆引起广泛的重视。


2、粉尘爆炸对粮食加工、储运企业的威胁


粮食粉尘爆炸一直是困扰着粮食加工储运企业及散粮装卸系统的安全作业问题。以美国为例,1958~1978年期间,共发生粮食粉尘爆炸事故250起,死亡164人,605人受伤。其中,1977年12月8d之内,共有5台谷物提升机发生爆炸,成59人死亡,48人受伤。1979年~1986年发生粉尘爆炸事故160起,造成50人死亡,224人受伤。1987年~1996年期间,美国粮食行业年平均发生粉尘爆炸事故13起,1996年13起,1997年16起。


对于我国来说,我国粮食仓(厂)粉尘爆炸事故至今尚未有详细准确的统计资料,但粉尘爆炸事故已有发生,从对北京、天津、上海、河南、湖北、浙江、东北等地区的粗略调查表明,1965年~1990年间共发生20起粮食粉尘爆炸,但多数都是局部性的。1981年12月10日广州黄埔港第二作业区发生筒仓群体恶性爆炸事故,导致7人受伤,工作塔门窗玻璃绝大部分被炸破,提升机机壳炸裂,输送机皮带被炸毁,预制混凝土筒仓顶盖板全部掀开,仓壁开裂,仓顶棚立柱和大梁折断,气浪使墙壁倒塌,仓顶输送机和筒仓两旁建筑物被破坏。1996年5月成都杨百万饲料厂发生粉爆,造成多人死亡和受伤,轻钢结构围护体遭到巨大破坏,厂房、楼梯间门窗玻璃全部震碎。这2次粮食粉爆事故,对人们敲响了警钟。尤其是近年来,一方面,我国粮食、饲料储运加工业得到了比较快速的发展,输送设备产量日益增大,已达800t/h以上,机械化、自动化程度提高;另一方面,在一些企业中仍存在着的粉爆危险的场所和危险部位、防爆措施不到位的情况并没有改变。更为值得注意的是:人们在思想上重视不够,对粉爆的危险认识不足。因此,粉尘爆炸是粮食加工、仓储企业生产的主要威胁,也较其它事故严重。

透析粮食立筒仓粉尘爆炸及防爆方法

3、国内外粉尘防爆标准的最新进展


20世纪初,欧洲各国随着工业的发展,灾难性的工业爆炸事故时有发生,为此各国都制定了自己的技术规程。随着技术的发展和罗马条约的签订,欧共体各国都感觉到必须协调各国的技术规程,以便于商业贸易和技术交流。1968年欧洲电工标准协调委员会(CENELCOM)开始着手解决相关工作。1973年随着工作范围的扩大,于1973年建立了欧洲电工标准化委员会(CENEMC)。1977年3月1日CENEthC采用了EN50014系列7个潜在爆炸性环境用标准,之后又颁布了一些相关的指令和标准法规。这些指令和法规不仅标志着防爆技术的不断发展和日益完善,而且为消除防爆电气设备贸易壁垒做出了积极贡献。其中应特别提到的是1994年3月23日欧洲委员会发布的“潜在爆炸环境用的设备及保护系统”(94/9/EC)指令,该指令通常又被称为AThXI00A的“新方法”指令,即现行的AThX防爆指令。该指令与以前不同的是它不仅覆盖了矿井及非矿井设备,还包括了机械设备和电气设备,把潜在爆炸危险环境扩展到空气中的粉尘及可燃性气体、可燃性蒸汽气与薄雾。该指令适用的范围特别大,基本上包括了固定的海上平台、石化厂、谷物磨坊以及其他可能存在潜在爆炸性环境的场所适用的设备。在粉尘防爆方面,CENELEC也制定了一系列的防爆标准。CENELEC的这些技术动向表明,粮食行业必须密切关注粉尘防爆的问题。密切关注ATEX防爆指令,熟悉它的实施方法,不仅对我国粉尘防爆技术的发展具有参考作用,而且对我国自行开发的粉尘防爆电气设备进入欧洲市场也具有重要意义。


近几年颁布的IEC系列标准IEC61241《可燃性粉尘环境用电气设备》以及美国国家电气法规(NEC)及NFPA70-2002在场所划分、保护方式等方面,新标准的某些观念“逐步向气体防爆观念靠拢,更具科学性[2]新标准在观念上主要有以下显著变化:①保护方法上由原标准只有用外壳保护一种,新增加了正压型、本质安全型,相应的名称和代号基本采纳了气体防爆标准的相应名称。②对外壳轻金属材质的要求改为材料中镁和钛的总含量不能超过6%(重量计),与气体防爆标准一致。③在危险场所的划分方面,将原标准的2个区21区和22区(国标10及11区),改为3个区:20区,21区和22区。④温度组别由原来的T11,T12,T13三组改为与气体防爆标准(GB3836.1,IEC60079-0)相同的TI-T6级别。⑤在区域范围界定方面,引入了气体防爆类似的距粉尘释放源距离的方法。⑥粉尘外壳的规定照顾考虑了欧洲和北美两种体系的协调,分为A、B两种设计型式。


我国近年十分重视粉尘防爆工作,自1999年起,相继以等同采用的方式开始修订了一些国家标准,已发布了《可燃性粉尘环境用电气设备第五部分:用外壳和限制表面温度保护的电气设备第回节:电气设备的技术要求》;并从2001年起开始其第1部分《第2节:电气设备的选择、安装和维护GB12476.2-2006(idtIEC61241-12:1999)的制定工作;继颁布了一系列相关标准后,国家标准化管理委员会于2003年5月16日下达了以IEC6124131997标准为蓝本的我国相关标准《可燃性粉尘环境用电气设备第3部分:存在或可能存在可燃性粉尘危险场所分类》GB12476.3-2007(idtIEC61241-3:1997)的制定。这些工作标志着我国粉尘防爆技术与国际技术的接轨,必将进一步促进我国粉尘防爆技术的发展和粉尘防爆标准体系建立,确保生产安全。


4、粮食筒仓粉尘防爆介绍


在粮食筒仓对粮食进行清理与输送的过程中,将产生大量的粮食伴生粉尘,这些粉尘在生产过程中不断地扩散。如果不采取措施治理,任其飞扬,不但污染筒仓周围的环境,影响工作人员的身心健康,而且很容易造成粉尘爆炸,给个人及集体的生命财产造成极大的损失。因此,在粮食立筒仓中必须采取有效措施治理粉尘,防止粉尘爆炸,以减少粉尘对人体的危害及粉尘爆炸事故的发生。


4.1粉尘爆炸的机理与危害


4.1.1粉尘组炸产生的条件


粉尘与空气充分混合形成浮游状态,有时形成气溶胶状态是产生粉尘爆炸的首要条件。从理论上说,直径在20μm以上的很难长久悬浮于空气之中,但是在粮食筒仓生产过程中,产尘与降尘一般是同时发生的,另外由于一次尘化与二次尘化的作用,使许多部位一直保持着粉尘浓度很高的状态,使产生粉尘爆炸的危险性一直存在,表1说明了粮食筒仓小麦粉尘粒度分布情况。

表1 粮食筒仓小麦粉尘的粒度分布

粒径范围μm<55~88~1515~2525~35
质量百分比%6.337.2715.6418.5414.00
粒径范围μm35~5050~6060~70>70
质量百分比%9.353.502.3123.06

粉尘堆积也是一个不容忽视的重要因素,有时粉尘没有弥漫于空气中,而是堆积在设备中的某部位,一旦受到外力给予的机械性作用或者受到局部爆炸的冲击波的作用,即可形成新的粉尘悬浮溶胶状而引发粉尘爆炸。


粉尘的干燥度也是导致粉尘爆炸的一个重要方面。一般情况下,除了粮食作物在由冷变热的过程中结露使粉尘的水分增加外,一般粮食作物粉尘的水分也都在11%~15%,完全具备了粉尘爆炸的条件。


4.1.2粉尘爆炸产生的过程


粉尘爆炸本质上是一种气体爆炸,当粉尘表面得到热能,粒子的温度迅速上升,这种热能不仅仅是热传导,热辐射也会起到很大的作用。它与气体爆炸、火药爆炸相比较突出的特点是:要求的点火能量稍大。因为粉尘爆炸的一般过程是这样的:①粒子表面得到热能,表面温度上升;②粒子表面的分子发生热分解或干馏作用而变成气体在粒子周围放出;③这种气体与空气混合生成爆炸性混合气体,点燃产生火焰;④火焰产生的热更进一步分解,逐渐地放出燃气体,并与空气混合点燃传播。


4.1.3粮食伴生粉尘的点火能


要使爆炸物发生爆炸需要一个能量把它点燃,这个点燃可爆物的最小能量被称为最小点火能(见表2)。不同的粉尘,最小点火能是不同的,最小点火能越大,爆炸的可能性则越小;相反,爆炸的可能性就越大。


4.1.4爆炸的火焰传播速度


可燃粉尘与空气混合被点燃后的燃烧波传播速度常压下为1m/s或更低。但在封闭的容器内,由于燃烧放出大量的气体使容器内气压剧增,燃烧波的传播速度加快,一般都在300m/s以上,甚至可以达到l000m/s。这些速度会形成强大的冲击波,对周围事物造成极大的破坏;同时产生的冲击波沿通风管道或输送设备传播到其它部位,造成连环爆炸,产生非常严重的危害。

表2 几种粮食伴生粉尘的最小点火能

粉尘种类玉米粉尘玉米淀粉小麦粉尘小麦粉大豆粉尘
最小点火能/J0.040.020.030.050.05

4.1.5粉尘爆炸的危害程度


关于粉尘爆炸的危害程度,可以通过几种粮食粉尘与固体炸药的燃烧热对比来得出(见表3)

表3 粮食粉尘与固体炸药燃烧对比

项目固体炸药可燃粉尘
TNT硝化甘油玉米粉尘小麦粉尘大豆粉尘
燃烧热/Kcal·kg12101510320016501830
最大爆炸压力/Mpa0.750.810.82
0.780.82

4.2粮食立筒仓产生粉尘爆炸的原因


粮食立筒仓产生粉尘爆炸的原因有很多,归纳起来有3种:管理因素、工艺设计因素和粉尘的理化特性因素。


4.2.1管理因素


(1)管理操作人员缺乏应有的防火防爆基本知识,思想上不够重视;


(2)外来明火进人筒仓作业区,如在工作场合吸烟、到处扔烟头等。


(3)在筒仓工作期间对设备进行气割、电焊等;进行检修、更换设备时操作不规范,没有做好必要的安全防范措施。


(4)没有及时地搞好设备内外的清洁工作,使设备内外积尘严重而时常造成二次扬尘。


4.2.2工艺设计因素

4.2.2.1整体规划及布局不合理

(1)在整体规划时,将变电所与配电室设计得距筒仓与工作塔太近,存在着潜伏的危险。

(2)未设计通风口与泄爆口或者设计不合理。

(3)没有设计足够的消防通道。


4.2.2.2工艺设计不合理


(1)清理工艺设计不合理,粮食清理不净,含尘、含石、金属性杂质过多,在被处理的过程中存在一定的危险性。


(2)通风除尘工艺不合理,使很多设备与管道中的含尘浓度过高,或者造成粉尘沉积,使产生粉尘爆炸的危险性增加。


(3)选用设备不合理,设备的工作参数选用不当,或者没有采取合理的防火防爆措施。


(4)电气设施与线路设计及安装不合理。因电气安装造成的电路短路或者接触不良,尤其是各个设备没有良好的接地措施而导致静电的过分积累。


4.2.3粉尘的理化特性因素


4.2.3.1粉尘的物理特性


(1)粉尘粒度:在粮食立筒仓中的谷物粉尘粒度一般在0.1μm—200μm。通常情况下,粒度<10μm的粉尘颗粒很容易与空气形成气溶胶,长期飘于空中很难降落。但根据前面的粒度表可看出,粮食筒仓中的谷物粉尘中<10μm的有将近20%,故该因素造成的粉尘爆炸的危险性还是存在的。


(2)粉尘的尘化作用:生产过程中产生的粉尘,由于空气流动而引起的飞扬,称为尘化作用或者粉尘的扩散。常见的尘化原因有:诱导空气,剪切作用和排挤作用。同时,由于室内空气的流动与设备的振动会使沉降在设备、地坪、建筑结构上的粉尘再次扬起,称为二次尘化。尘化作用与二次尘化会造成粉尘的积聚、扩散、飞扬,使浓度增大,爆炸的危险性也升高。


4.2.3.2粉尘的化学特性


一般情况下,在粮食立筒仓中的谷物粉尘中有机物含量在40%以上,在遇外界明火时,都有燃烧的特性。在密闭空间内的粉尘浓度在40g/m3以上时,就有发生粉尘爆炸的可能。粉尘的粒度越小,其比表面积越大,发生爆炸所需要的下限浓度越低,所需的最小点火能也越小。


5、粮食立筒仓粉尘爆炸的防范措施


5.1科学的管理


(1)加强对工人的岗位培训,使他们了解粉尘爆炸的内在本质,掌握防尘防爆的基本知识。


(2)加强劳动纪律,要求工人必须各尽其责,经常检查机器设备的运行情况,如发现诸如轴承发热、有异声等情况,立即采取必要的措施。


(3)禁止一切明火进人筒仓作业区。例如,绝对禁止在作业区内吸烟;在筒仓生产作业时,禁止在作业区内进行电焊、气割等。


(4)注意工作区的卫生,要经常保持设备表面与地面的清洁,注意经常打扫设备内部的卫生,减少粉尘积累,最终可以减少粉尘爆炸的发生。


(5)在筒仓的作业区,一定要有必要的消防器材并经常检查保证其有效。


5.2进行科学合理的工艺设计


5.2.1做好库区的整体规划


库区的各建筑物应有合理的布局,设置必要和方便的消防通道;筒库的变电所与配电室应设在远离工作区的地方;在具有爆炸危险性建筑物和机械设备等地方应设置特制的安全壁与隔离带,并用合适的防火材料;对避雷、接地、防静电及消防设计应全面考虑,采用安全可靠的防范措施。


5.2.2设计合理的清理工艺


(1)工艺流程要简捷、高效且灵活性好。工艺效果好,粮食被清理干净,就不会有大杂质与金属性杂质影响输送设备的正常运行,在输送过程中产生火花的机率就会降低。另外,工艺效果好,粮食在进出仓的过程中被磨擦、撞击的次数少,则产生的有机粉尘数量就会少,粉尘爆炸的机率也会降低。


(2)在初清筛、斗提机、刮板机、电子秤等设备前应安装磁选装置,去除粮流中的金属类杂质,以避免在输送过程中金属杂质与输送设备的某些部件发生撞击而产生火花,引起粉尘爆炸。


(3)斗式提升机、刮板输送机的线速度不宜过高。如果线速度过高,则轴承会发热,一旦达到粉尘云的着火点,就可能发生粉尘爆炸。另外,线速度过高就会加剧粉尘的扬起,使粉尘浓度增高,更加剧了爆炸的危险性。


(4)在高速运转设备的轴承r。应安装测温传感器,以便及时发现轴承发热的现象。如果轴承发热达到粉尘云的着火点,就可能发生粉尘爆炸。


(5)布袋除尘器的布袋和斗提机的皮带最好具有良好的导电性,以防止静电积累。


5.2.3合理设计除尘风网,降低产尘点的粉尘浓度


(1)设计除尘风网时应根据尘源情况,合理地划分为若干个独立的系统。在考察风网组合时,要注意同类性质的吸点才能合人同一风网。否则,就不会起到很好的吸尘效果。


(2)在粮食立筒库中,斗式提升机是最易发生粉尘爆炸的设备,最好避免同其它粉尘浓度较高的设备组合在同一风网中,因为一旦发生粉尘爆炸,火就会沿着管道传递,有可能会在其它设备中发生二次爆炸。如果必须组合在同一风网中,就必须设法在管道上安装隔爆阀,防止粉尘爆炸的传递。


(3)在对工作塔内的各设备吸风时,要选择科学合理的吸风位置,才能达到良好的吸风效果。如对斗式提升机进行吸风时,首选位置为机座,且要在机座的下行端。如果斗式提升机产量大、高度大,则要在机头上加一吸风点,最好设在该机的下行端。


(4)在设计除尘风网时,最好就近组合吸点,避免使用过长的管道,因为长的管道会带来很大的阻力。如果水平管道过长,还会引起粉尘在管道内沉积,使吸风效果变差。


(5)在设计与安装除尘风网时,应尽量使风管组合简洁流畅,减少局部构件的使用。过多地使用局部构件,不但阻力大增,而且在局部构件外,粉尘易沉积,影响除尘效果。


(6)沿海地区由于空气潮湿,在粮食作业过程中粉尘易吸湿,吸湿后的粉尘在通风管道中易粘附在地管壁上,特别是水平管道中,时间长了会使管壁变小,阻力增大。因此,在通风管道中,应每隔一定长度设一清灰口,以便定期清灰。


(7)对于筒仓也要有良好的通风系统,以防止粮食因长期储存而发热。


5.3科学地泄爆


泄爆是为了降低粉尘爆炸的程度、减少爆炸损失与人员伤亡的一项举措。它主要是指在易爆设备或管道上设置泄爆口,当粉尘爆炸发生时,压力冲破泄爆口而迅速释放,从而降低了爆炸的破坏程度科学的泄露,关键在于选定泄爆位置、确定泄爆面积、选择泄爆材料。


5.3.1泄爆位置的确定


实践证明,凡是内部粉尘浓度很高的设备,都容易发生粉尘爆炸,都应设泄爆口。在粮食立筒仓,斗式提式机、埋刮板输送机、筒仓、布袋除尘器和粉尘浓度较高的管道都要加泄爆口。


(1)斗式提升机的泄爆。斗式提升机的产尘点,也是其粉尘浓度最高的地方,在机头与机座部位,因此,泄爆口应首先选在机头与机座位置。另外,为了最大限度地减少粉尘爆炸的强度,最好在机身L每隔几米就设一泄爆口。


(2)埋刮板输送机的泄爆。埋刮板输送机在粮食立筒仓中主要用于仓顶装仓,它是一点进料,多点卸料,其扬尘点在进料点与卸粮点(进仓点),泄爆口也应该设在这几个位置。


(3)筒仓的泄爆。由于筒仓四周仓壁受到粮食的巨大压力,在仓上设泄爆口是不可能的,因此,筒仓的泄爆口只能设在仓顶上。如果给工人操作带来危险,可以在四周加上安全护栏。


(4)布袋除尘器的泄爆。布袋除尘器的泄爆口应设在中箱体上,因为这里是布袋除尘器的主要工作区域,含尘浓度也最高,粉尘爆炸最易在这里发生。


5.3.2泄爆面积的确定


确定泄爆面积大小的常用方法有2种,图解法和经验推荐值。


(1)图解法:德国化学工业粉尘协会在Heinrich图算法的基础上确定了6张算图,用于计算各种情况下的泄爆面积


(2)经验推荐值:一般情况用泄爆面积与有效空间的比值来衡量。英国的国标规定为0.07m2/m3~0.03m2/m3,美国的规定为0.10m2/m3~0.07m2/m3,加拿大的规定为0.04m2/m3,我国采用的标准为0.10m2/m3~0.05m2/m3


5.3.3泄爆材料的选择


目前,国内外最常用的泄爆材料为防水纸板、聚乙烯板、薄铝板等。具体选用哪一种,要根据具体的用途而定,同时也要考虑到使用的成本。


5.3.4喷油抑尘


喷油抑尘是近年来国外发展起来的一种控制粮食粉尘的新技术,在国外已经研究并使用了十几年,除尘效果非常好。据国外的资料介绍,喷油抑尘是一种效果好、成本低廉的控制粉尘的方法。它可以在粮食被处理的开始阶段进行喷油,喷施量为粮食重量的0.2‰~0.6‰,可以有效地抑制粉尘的飞扬,保持多个落差不扬尘。


在粮食立筒仓中,喷油抑尘其实不是一件很难的事,用一套喷油设备在粮食进人筒库工作塔之前的一个落料点进行喷油,不但可以抑制喷施点的粉尘,而且可以确保后路的许多工作点不扬尘,这样就可以省去后路的许多除尘风网,节省大量的电能。所以,喷油抑尘在粮食立筒仓的应用前景是非常光明的。


6、结束语

随着粮食储运、加工行业的发展,一些新仓型、新技术。新装备在全国范围内的推广,应加强粮食粉尘防爆标准的宣传和贯彻,并大力普及粮食粉尘防爆知识,有效防止粮食粉尘爆炸事故发生,保证安全生产。


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