防爆除塵器的消防及抑爆措施

易燃易爆粉塵的收集處理歷來是工業(yè)通風(fēng)除塵工作的難點(diǎn)，也應(yīng)該是一個非常值得關(guān)注的重點(diǎn)，這不單要求從業(yè)人員具有較為全面扎實(shí)的業(yè)務(wù)知識，還要有高度嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呢?fù)責(zé)態(tài)度，兩者缺一不可。什么是易燃易爆的粉塵，現(xiàn)場工作人員必須對自己處理的物料有清楚的認(rèn)識，有很多資料可以查詢，也有很多文獻(xiàn)可以參考，關(guān)鍵要對實(shí)際產(chǎn)塵的工藝流程做深入了解，對揚(yáng)塵塵體的物化性質(zhì)給出定義，才能夠準(zhǔn)確無誤地行使除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型以及制造應(yīng)用的責(zé)任。

　　金屬加工中產(chǎn)生的粉塵可能引起燃燒甚至爆炸。燃燒與爆炸的概念有所不同，首先談?wù)勅紵?，它是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光、發(fā)煙的現(xiàn)象。物質(zhì)燃燒需要同時具備三個要素，即可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)和起火源，三缺一均不可能造成燃燒現(xiàn)象。比如在等離子切割和激光切割一些合金板材過程中，所產(chǎn)生的煙塵具有可燃性，無處不在的氧氣是助燃物質(zhì)，這時環(huán)境中一旦出現(xiàn)明火、電火花、甚至摩擦、撞擊產(chǎn)生的火花及發(fā)熱，以及造成自燃起火的氧化熱等物理化學(xué)因素都能成為起火源。采取措施使三要素不同時存在，比如應(yīng)用除塵器裝置收集和控制可燃物、減少或隔絕空氣進(jìn)入除塵工藝系統(tǒng)、防止和消除起火源，即可阻止燃燒發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)防火救災(zāi)的目的。

                          火花探測及熄滅系統(tǒng)安裝示意圖

　　然而這種理想的措施和狀態(tài)，往往會因設(shè)備管理不當(dāng)或者誤操作而遭到破壞，引起不可預(yù)計(jì)的失火災(zāi)害。火花探測及熄滅系統(tǒng)是降低這種損害的一方法。其工作原理是：檢測到除塵器內(nèi)zui初期有火花出現(xiàn)，通過探測器迅速發(fā)出報(bào)警，自動或由人工開啟滅火劑噴射系統(tǒng)，將可能發(fā)生的火災(zāi)結(jié)束在萌發(fā)狀態(tài)，從而達(dá)到火災(zāi)預(yù)防的作用，減少不必要的損失，避免進(jìn)一步爆炸發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)?；鸹ㄏ邕^程完成后，需要對集塵器設(shè)備進(jìn)行清理和修復(fù)，方能再次投入生產(chǎn)。

　　火花探測器安裝在設(shè)備壁上，連接上控制器，收到探測信號后將迅速觸發(fā)報(bào)警，指示熄滅系統(tǒng)在集塵器內(nèi)噴射滅火介質(zhì)，如噴水、噴氮?dú)饣蛘邍姸趸細(xì)怏w，及時熄滅火花、火焰或者灰燼等燃燒體。注意對收集如鋁粉等特殊性質(zhì)粉塵的集塵器不能采用噴水，會有強(qiáng)氧化放熱反應(yīng)并且助燃，只能噴氮?dú)狻⒍趸?，或其他有選擇的惰性氣體進(jìn)行熄滅。

　　在一些金屬部件打磨、拋光和拉絲等工藝生產(chǎn)中，所產(chǎn)生的粉塵量有時會很大，環(huán)境污染不但對勞動者的身體健康造成威脅，更有產(chǎn)生爆炸引起人身安全的隱患。近些年來有些地方報(bào)道的此類燃爆人身傷亡事故，不能不引起社會各個方面的關(guān)注。這種爆炸所產(chǎn)生的后果比起火燃燒來的更猛烈，損傷更慘重。爆炸是能量（物理能或化學(xué)能）在瞬間迅速釋放或急劇轉(zhuǎn)化成機(jī)械功和其它能量的現(xiàn)象。一般說來，爆炸現(xiàn)象具有以下特征：1）爆炸過程進(jìn)行得很快；2）爆炸點(diǎn)附近壓力急劇升高，多數(shù)爆炸伴有溫度升高；3）周圍介質(zhì)在壓力作用下產(chǎn)生振動或受到機(jī)械破壞；4）由于介質(zhì)振動而產(chǎn)生聲響。其中，壓力急劇升高是爆炸現(xiàn)象的zui主要特征。發(fā)生粉塵爆炸的首要條件是粉塵本身可燃爆，即能與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。 如煤塵、鋁粉、金屬合金粉、面粉和棉絮塵等；其次，懸浮在空氣中的粉塵達(dá)到一定濃度（超過其爆炸下限）。粉塵呈懸浮狀才能保證其表面與空氣（氧氣）充足接觸，堆積粉塵一般不會發(fā)生爆炸；再則，要有足夠引起粉塵爆炸的起始能量。只要同時具備上述幾個條件，就會導(dǎo)致粉塵爆炸。

　　空氣中易爆炸粉塵種類可以包括：1）金屬類，如鉬、銻、硅、鋯、鐵、硅鐵合金，鎂、鋁鎂合金等；2）合成材料類，如塑料、合成樹脂、合成纖維素、有機(jī)化工原料、纖維素絮凝物；3）糧食產(chǎn)品類，如面粉、淀粉、砂糖等；4）工業(yè)原材料類，如煤粉、木材、干紙漿等。粉塵的爆炸性指數(shù)（Kst）值是通風(fēng)除塵工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一，同時要明確能夠引起爆炸的zui低濃度，即爆炸下限（以g/m3表示）。一般來講，粉塵粒徑越小，爆炸下限越低；氧濃度越高，爆炸下限越低；可燃揮發(fā)份含量越高，粉塵爆炸下限越低。通風(fēng)除塵設(shè)備及管內(nèi)的此類物質(zhì)濃度應(yīng)該控制在其爆炸下限值的50%以下。通過減小爆炸的影響，使余壓低于過程設(shè)備的承壓安全水平，zui大爆炸壓力（Pmax）通常高于100psi，設(shè)定余壓值（Pred）通常低于3psi。

　　粉塵燃爆炸指數(shù)（Kst）是指在1m3密閉容器內(nèi)，粉塵爆炸試驗(yàn)中zui大爆炸壓力上升速率與容器容積的立方根的乘積一常數(shù)，用來表明粉塵爆燃的劇烈程度和危險(xiǎn)性，Kst值越大危險(xiǎn)性越高。

　　針對除塵器或通風(fēng)管道內(nèi)可能出現(xiàn)的粉塵爆炸，采取爆炸抑制和化學(xué)隔離系統(tǒng)是目前一種較為行之有效的措施。爆炸抑制的設(shè)計(jì)原理：檢測到爆炸起始的早期癥兆，通過迅速噴射化學(xué)滅火劑至正在發(fā)展的火球中，以*結(jié)束燃燒的苗頭而達(dá)到預(yù)防燃爆的作用。抑制過程完成后，可以進(jìn)行快速清理，允許生產(chǎn)再次進(jìn)行。 爆炸抑制系統(tǒng)包括一個的傳感器，將檢測到爆炸初始階段的壓力波（它總是比火球的速度快）傳導(dǎo)。傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)該預(yù)防由于震動或其他非爆炸壓力波事件而引起的誤啟動。傳感器形成的一個電氣信號啟動安裝在設(shè)備表面的"滅火炮"，直接噴射食品級的NaHCO2 滅火劑到設(shè)備中。滅火劑通過噴嘴進(jìn)行有效噴撒，熄滅還沒有形成爆燃的火源。根據(jù)除塵器的使用條件，該系統(tǒng)通常限制壓力在0.2bar以內(nèi)。研究表明，一個沒有保護(hù)的粉塵爆炸通?？梢栽?/4秒內(nèi)達(dá)到zui低8bar的壓力（不同的易燃粉塵的壓力值有所不同)。

化學(xué)抑爆布置示意圖

　　下圖為一安裝實(shí)例，工作現(xiàn)場完成系統(tǒng)組成的機(jī)械、壓力氣罐、全部電氣端口接線的連接，保證"系統(tǒng)啟動報(bào)警"的接通無誤和現(xiàn)場緊急停車制動、監(jiān)控當(dāng)?shù)亟涣麟娫吹倪B接、系統(tǒng)開機(jī)診斷模式、系統(tǒng)開啟激活模式等的正常穩(wěn)定和可靠。工作現(xiàn)場的系統(tǒng)操作應(yīng)當(dāng)做完整的連續(xù)的檢查記錄，以備運(yùn)行分析和必要時的查用。

　　除塵器防爆燃的zui簡便常見的方法之一是采用泄爆膜片，設(shè)計(jì)考慮因素包括設(shè)備安裝的環(huán)境，泄爆口的方向，除塵器殼體及其管道的耐壓強(qiáng)度等。它的優(yōu)勢是成本較低，安裝容易，不需要日常維護(hù)和監(jiān)測；缺點(diǎn)是泄爆膜片將會*爆開并損毀，需要更換新的配件和修復(fù)，局部爆炸后的設(shè)備內(nèi)部及周邊環(huán)境要做清掃，并且不能夠應(yīng)對已形成火球的消防熄滅。泄爆膜片的強(qiáng)度和尺寸與不同類型的除塵器相匹配的設(shè)計(jì)計(jì)算很關(guān)鍵，不然可能會造成頻繁泄爆動作，或者泄爆動作滯后而延誤施救。

　　有些防爆要求特別嚴(yán)格的工況，比如在合金部件打磨和金屬件熱噴涂工藝生產(chǎn)中，還會采取機(jī)械隔爆和化學(xué)抑爆結(jié)合應(yīng)用，在化學(xué)抑爆的同時機(jī)械隔爆閥分段及時關(guān)閉，切斷火勢外延的可能。除塵器或管道內(nèi)聚集的粉塵，往往被初次爆炸充分揚(yáng)起，引發(fā)新的"二次爆炸"，由于這時的懸浮揚(yáng)塵濃度更高，二次爆炸比一次爆炸更具有破壞性和殺傷力，許多事故中發(fā)生的傷亡事件幾乎是由二次爆炸造成的，因此對二次爆炸的預(yù)防尤為重要，措施和手段更應(yīng)迅速可靠。

　　下圖，金屬熱噴涂除塵系統(tǒng)之消防抑爆流程圖，采取了化學(xué)熄滅與機(jī)械隔爆閥聯(lián)動應(yīng)用方式，同時還在除塵器本體上加裝了泄爆膜片，是否每個點(diǎn)都需要值得商榷，有條件時還是穩(wěn)妥保險(xiǎn)些為上?；瘜W(xué)熄滅炮和機(jī)械隔爆閥均需要可靠的專業(yè)檢測儀變送信號的控制觸發(fā)，系統(tǒng)響應(yīng)速度是zui基本的要求。

　　在考慮通風(fēng)除塵系統(tǒng)消防抑爆的時候，還有其他方面應(yīng)加以探究，比如風(fēng)機(jī)電機(jī)和電氣控制的防爆要求，濾料的阻燃能力、防靜電性能，除塵器接地導(dǎo)通問題，入風(fēng)口火花撲集器的形式等等，必要的話一定要增加到位不得疏漏。構(gòu)成通風(fēng)除塵系統(tǒng)的吸罩和管道等周邊設(shè)備也要科學(xué)合理，正確設(shè)計(jì)、制作和安裝，調(diào)試運(yùn)行達(dá)標(biāo)后才可投入生產(chǎn)。

　　要強(qiáng)調(diào)的是，在正確設(shè)計(jì)選型和安裝通風(fēng)除塵系統(tǒng)的防爆抑爆設(shè)施后，生產(chǎn)運(yùn)營管理的水平也要隨之提高，保持工作現(xiàn)場環(huán)境清潔，隨時*清除加工中所產(chǎn)生的易燃易爆粉塵，力爭從源頭上降低爆燃幾率。

　　對可燃性粉塵爆炸的防爆設(shè)備歷來都有法律法規(guī)嚴(yán)格規(guī)范。美國國家消防協(xié)會（NFPA）在爆炸的保護(hù)和預(yù)防上制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)；ATEX防爆指令是歐洲普遍采用的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了在有爆炸性環(huán)境的設(shè)備需要做到的技術(shù)要求，只有獲得ATEX認(rèn)證后，方可在這些國家銷售和使用防爆設(shè)備。我國亦有健全的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，例如粉塵防爆安全規(guī)程（GB15577-2007）、粉塵爆炸泄壓指南（GB15605-2008）、粉塵爆炸危險(xiǎn)場所用收塵器防爆導(dǎo)則（GB/T17919-2008）等等。特別在8月2日，昆山金屬廠發(fā)生爆炸后，國家安荃生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布了第68號令《嚴(yán)防企業(yè)粉塵爆炸五條規(guī)定》，進(jìn)一步挑明工業(yè)粉塵除塵防爆燃安全的重要性和對規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行要求。希望通過經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我國工業(yè)除塵領(lǐng)域得到應(yīng)有的重視，監(jiān)督部門和企業(yè)管理執(zhí)行力有所加強(qiáng)，技術(shù)水平獲得不斷提高。