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可燃性粉尘的爆炸特性、分类及防爆措施
发布时间:2019-04-25 16:28

摘要:主要阐述了粉尘的特性、分类、行业分布以及可燃性粉尘危险场所的划分和发生爆炸后的危害。针对粉尘的爆炸机理及影响粉尘爆炸的因素,采取了限制工业粉尘环境及煤矿井下的粉尘浓度以及采用粉尘防爆电气设备等防爆措施。

关键词:可燃性粉尘;粉尘爆炸;爆炸危害;粉尘防爆

0引言

粉尘是指在空气中依靠自身重量可沉淀下来,但也可持续悬浮在空气中一段时间(包括ISO4225中定义的粉尘和颗粒)的固体微小颗粒。

粉尘有多种多样的性质,按不同的物性可分为:吸湿性粉尘、不吸湿性粉尘;不粘尘、微粘尘、中粘尘、高粘尘;可燃尘、不燃尘;高比电阻尘、一般比电阻尘、导电性尘;可溶性粉尘、不溶性粉尘。

与空气混合后可能燃烧或闷燃的是可燃性粉尘,可燃性粉尘又分为导电性粉尘和非导电性粉尘。以下所讲的均为可燃性粉尘。

在生产、生活中可燃性粉尘经常存在着爆炸危险,1987年3月15日发生在哈尔滨亚麻纺织厂的爆炸事故就是其中一例,为了保证人身及财产安全,就要了解可燃性粉尘的特性、分类以便采取相应的防爆措施。

1可燃性粉尘的行业分布

在矿山开采、粉末冶金、粮食加工、食品生产、高分子塑料工业、合成染料和涂料,新型洗涤剂、漂白粉、农药和药品制造业以及植物纤维纺织工艺等普遍存在着粉尘爆炸的危险。

随着生产技术向均质化、流态化发展,出现可燃性粉尘的行业越来越多。如:

金属:镁粉、铝粉、锌粉;

碳素:活性炭、电炭、煤;

粮食:面粉、淀粉、玉米面;

饲料:鱼粉;

农产品:棉花、亚麻、烟草、糖;

林产品:木粉、纸粉;

合成材料:塑料、染料;

火药、炸药:黑火药、TNT。

2可燃性粉尘的分级与分组

与爆炸性气体一样,可燃性粉尘也按其电火花试验结果将其进行危险性分类、分级和分组。不过对于可燃性粉尘国内外做的试验不如对爆炸性气体做得多,故数据较少,目前还难以做出科学的划分,暂时将其划分为第Ⅲ类(第Ⅰ、Ⅱ类是爆炸性气体)分为a、b两个级,见表1。

3粉尘爆炸危险场所的分级

可燃性粉尘和易燃性纤维与空气混合形成爆炸性混合物的场所,按其危险程度的大小GB12476.1-2000中给出三个区域等级。

20区:在正常运行过程中,可燃性粉尘连续出现或经常出现,其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。

21区:在正常运行过程中,可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。

该区域包括:与充入或排放粉尘点直接相邻的场所,出现粉尘层和正常操作情况下可能产生可燃浓度的可燃性粉尘与空气混合物的场所。22区:在异常情况下,可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘与空气混合物的场所。如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时,则应划分为21区。

粉尘爆炸危险场所的爆炸危险程度随着空间爆炸浓度出现的频度、存在时间的长短和是否混有可燃性气体而不同。空间经常处于爆炸浓度的场所,如以空气流吹送易燃粉尘的管道和料仓内部,比偶尔扬起粉尘场所的爆炸几率高。若还混有可燃气体,如生产过程中带来的易燃溶剂的蒸气,则所需的点燃能量更小、更易点爆,危险程度就更高些。与有可燃性粉尘有关的作业场所和设备见表2。

4粉尘爆炸现象和爆炸条件以及爆炸后的危害

4.1粉尘爆炸机理和特点

与气体爆炸相比,粉尘爆炸有三个特点:

(1)必须有足够的尘粒飞扬在空气中才能发生粉尘爆炸(尘粒飞扬与颗粒的大小和气体的扰动速度有关)。

(2)粉尘燃烧过程比气体燃烧过程复杂,感应期长(有的粉尘要经过粒子表面的分解或蒸发阶段,即便是直接氧化,这样的粒子也有由表面向中心燃烧的过程,感应时间达到几十秒,为气体的几十倍)。

(3)粉尘点燃的起始能量大,几乎是气体的百倍。

4.2影响粉尘爆炸的因素

影响粉尘爆炸的因素,有粉尘自身形成的与外部形成的两方面的条件,就粉尘自身形成的因素来说,又有化学和物理两类因素,见表3。

主要影响粉尘爆炸的因素有:

(1)可燃性粉尘都有一定的爆炸浓度范围,在此范围以内才能爆炸。爆炸浓度的下限一般为几十g/m³至几百g/m³,上限可达2~6kg/m³。由于粉尘具有一定的粒度和沉降性,其爆炸浓度的上限很少能达到,故从安全方面考虑,重点是要求不达到爆炸浓度的下限。

(2)燃烧热燃烧热高的粉尘,其爆炸浓度下限低,爆炸威力也大。

(3)燃烧速度燃烧速度高的粉尘,爆炸压力较大。

(4)粒径多数可燃性粉尘的粒径在μ1m~150μm范围内,粒径越细越易飞扬。粒径小的粉尘的比表面积大,表面能大,所需点燃能小,所以容易点爆。因此,限制小颗粒粉尘的产生,或设法使小粒子凝聚成大尘粒,对防止爆炸是有作用的。

(5)氧含量随着空气中氧含量的增加,爆炸浓度范围也扩大。

(6)惰性粉尘和灰分惰性粉尘和灰分的吸热作用会影响爆炸。例如:粉尘中含11%的灰分时还能爆炸,但当灰分达到15%~30%时,就很难爆炸了。

(7)气中含水量气中含水量对粉尘爆炸的小点燃能量有影响。水分能使粉尘凝聚沉降,使粉尘不易达到爆炸浓度范围,水分的蒸发要吸取大量热能使温度不易达到燃点而破坏化学反应链,产生的水蒸汽占据空间,稀释了氧含量而降低粉尘的燃烧速度。所以在生产条件许可时,喷水是有效的防爆措施。

(8)可燃气含量当粉尘与可燃气共存时,爆炸浓度下限相应下降,小点燃能量也有一定程度的降低,可燃气的存在能大大增加粉尘的爆炸危险性。

(9)温度和压力温度升高和压力增加,均能使爆炸浓度范围扩大,所需着火能量下降,所以输送易燃粉尘的管道要避免日光曝晒。

(10)小着火能量粉尘着火能量一般为十毫焦耳至数百毫焦耳,相当于气体着火能量的一百倍左右。粉尘的着火能量除与粉尘的种类有关外,还与粉尘的浓度、粒径、含水量、含氧量、可燃气含量等许多因素有关。

4.3粉尘爆炸的危害

(1)粉尘爆炸有产生二次爆炸的可能性。由于粉尘的初始爆炸气浪会将沉积粉尘扬起,在新的空间达到爆炸浓度而产生二次爆炸。这种连续爆炸会造成极大的破坏。

(2)粉尘爆炸会产生有毒气体。产生的有毒气体是一氧化碳和爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的众多人畜中毒伤亡,必须充分重视。

5粉尘的防爆措施

5.1对粉尘环境采取防尘措施

5.1.1工业粉尘环境的防尘措施

(1)厂房位置和朝向的选择

①产尘车间在工厂总平面图上的位置,对于集中采暖地区应位于其它建筑物的非采暖季节主导风向的下风侧,在非集中采暖地区,应位于全年主导风向的下风侧。

②厂房主要进风面应与夏季风向频率多的两个象限的中心线垂直或接近垂直。

③对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ形平面的厂房,开口部分应朝向夏季主导风向,并在0~45°之间。

④在考虑风向的同时,应尽量使厂房的纵墙朝南北向或接近南北向,以减少西晒,在太阳辐射热较强及低纬度地区尤须特别注意。

(2)工艺方法和工艺布置合理化

①采用新工艺、新设备、新材料做到机械化、自动化、消灭尘源或减少粉尘飞扬。

②工艺布置必须合理,在工艺流程和工艺设备布局时,应使主要操作点位于车间内通风良好和空气较为清洁的地方。

(3)粉尘扩散的控制

①密闭控制。对产尘点的设备进行密闭,防止粉尘外逸的措施。

②消除正压。粉尘从生产设备中外逸的原因之一是由于物料下落时诱导了大量空气,在密闭罩内形成正压,为了减弱和消除这种影响,应该降低落料高差,适当减少溜槽倾斜角,隔绝气流,减少诱导空气量,降低下部正压等。

(4)静电消尘与湿法消尘

①静电消尘。静电消尘装置是建立在电除尘和尘源控制方法的基础上。它主要包括高压供电设备和电收尘装置(包括密闭罩和排风管)两部分。直接利用生产设备的密闭罩和排风管作为阳极,在其空间中装设电晕线,并接上高压电源,构成简易的电除尘器

②湿法消尘。在工艺允许的条件下,可以采用湿法消尘的措施来达到防尘的目的。

(5)通风除尘。

采用通风除尘系统来使工作地点的粉尘浓度达到国家卫生标准是工厂防尘工作的又一重要措施。这常采用局部排风的除尘系统,对其排气进行净化处理后排入大气。有时也辅以机械的全面排风(如屋顶通风器或轴流通风机)或自然排风(如利用通风天窗排气)。

5.1.2煤矿井下防尘及煤尘防爆

在煤矿生产的各个环节都会产生煤尘或岩尘。煤矿粉尘采取的防尘措施,从防尘技术角度分为以下五类:

(1)抑尘措施,包括抑制粉尘呈浮游状态的措施和减少粉尘产生量的措施。例如:预先湿润煤体(煤层注水及采空区灌水)、湿式打眼、湿式落煤、水泡泥填塞炮眼爆破,浇湿煤(岩)堆出煤(渣),改进采煤方法或落煤工艺,采掘机械采用佳的截割机构和工作参数。

(2)降尘措施。主要是采用喷雾等方法把已经产生并转为浮游状态的粉尘捕集起来的措施。

(3)通风排尘措施即采用通风方法将浮游于作业场所空气中的粉尘排出去的措施。

(4)除尘措施。即采用除尘器对含尘空气进行过滤,使含尘空气得到净化的措施。

(5)个体防护措施,即佩戴个体防尘器具,或采用气帘等方法对个体进行防尘保护的措施。

煤尘是一种可燃性粉尘,存在煤尘即同时存在煤尘防爆问题,在考虑煤矿防尘问题的同时需要切实注意防止煤尘爆炸。

减少煤尘的产生量是防止煤尘爆炸的根本途径,也是改善作业环境,保护工人健康的重要手段。所以,广泛采用的煤层注水、湿式打眼、水泡泥、喷雾洒水等防降尘措施也是防止煤尘爆炸的重要方法。

杜绝井下高温热源的存在,是防止煤尘爆炸不可忽视的措施。减少或消除机械设备所产生的摩擦火花与摩擦热,电气设备产生的电火花,防止煤自燃,沼气爆炸与燃烧,消除炸药爆燃等都可以预防煤尘发生爆炸。

大量的事故说明,煤尘爆炸往往是因沉积煤尘再次飞扬而引起的。加强对沉积煤尘的清理对防止煤尘爆炸具有格外重要意义。

5.2采用粉尘防爆电气设备

采用粉尘防爆电气设备主要是控制了点火源。

在现行有效GB12476.1-2000标准中规定了A型和B型两种型式的粉尘防爆电气设备(不适用于那些不需要大气中的氧即可燃烧的炸药粉尘或自燃引火物质),这两种型式具有相同的保护水平。

根据可燃性粉尘的特性及可燃性粉尘/空气混合物存在场所的区域不同,所选择的电气设备也不同,见表4、表5。

6结语

总之,在各行各业中,凡是有可燃性粉尘存在的场所,都应该严格采取防尘措施,控制高温和火源,以杜绝粉尘爆炸的发生,确保人身及生命财产的安全。

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