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關于“粉塵爆炸”的相關知識

時間:2021-02-25    發布者:    瀏覽次數::1

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爆炸極限:可燃物質(可燃氣體、蒸氣和粉塵)與空氣(或氧氣)必須在一定的濃度范圍內均勻混合,形成預混氣,遇著火源才會發生爆炸,這個濃度范圍稱為爆炸極限,或爆炸濃度極限。

粉塵在爆炸極限范圍內,遇到熱源(明火或溫度),火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間,化學反應速度極快,同時釋放大量的熱,形成很高的溫度和很大的壓力,系統的能量轉化為機械功以及光和熱的輻射,具有很強的破壞力。

常見的爆炸性粉塵可分七類:金屬(如鎂粉、鋁粉);煤炭;糧食(如小麥、淀粉);飼料(如血粉、魚粉);農副產品(如棉花、煙草);林產品(如紙粉、木粉);合成材料(如塑料、染料)。

一般比較容易發生爆炸事故的粉塵大致有鋁粉、鋅粉、硅鐵粉、鎂粉、鐵粉、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機合成藥品的中間體、小麥粉、糖、木屑、染料、膠木灰、奶粉、茶葉粉末、煙草粉末、煤塵、植物纖維塵等。這些物料的粉塵易發生爆炸燃燒的原因是都有較強的還原劑H、C、N、S等元素存在,當它們與過氧化物和易爆粉塵共存時,便發生分解,由氧化反應產生大量的氣體,或者氣體量雖小,但釋放出大量的燃燒熱。例如,鋁粉只要在二氧化碳氣氛中就有爆炸的危險。

粉體爆炸的形成和發展的過程:在密閉的工業設備內部產生的許多粉末和灰塵與空氣中的氧氣混合,假如達到適當的濃度,萬一產生了火花,就會由火花發展成小火球,如不抑制就會由小火球發展成大火球,并伴隨有高溫高壓的產生,當壓力升高到一定程度,超出了設備的抗壓強度,就會發生爆炸。在此過程中,升高的壓力會產生沖擊波,而且沖擊波的傳播速度遠大于火焰傳播的速度,利用這個原理,讓抑爆系統的傳感器及時探測到沖擊波,在火焰還沒有時間發展成爆燃的時候,發射器噴射出抑爆劑(碳酸氫鈉),將火焰噴滅,從而避免小火球演變成大火球,甚至形成爆炸,從而破壞設備,甚至危害到人身安全。

爆炸特點:

(1)多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點;

(2)粉塵爆炸所需的最小點火能量較高,一般在幾十毫焦耳以上。

(3)與可燃性氣體爆炸相比,粉塵爆炸壓力上升較緩慢,較高壓力持續時間長,釋放的能量大,破壞力強。

某些廠礦生產過程中產生的粉塵,特別是一些有機物加工中產生的粉塵,在某些特定條件下會發生爆炸燃燒事故。國內外的研究成果表明,這些條件一般有三種:(1)可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮,形成人們常說的粉塵云;(2)有充足的空氣和氧化劑;(3)有火源或者強烈振動與摩擦。通常認為,易爆粉塵只要滿足條件(1)和條件(2),就意味著具備了可能發生事故的苗頭。

常用的防護措施或方案主要有四種:遏制、泄放、抑制、隔離。其中泄放分為正常情況下的壓力泄放和無火焰泄放;隔離分為機械隔離和化學隔離。主要防護設備包括:防爆板(Explosion Panel)、防爆門(Explosion Vent)、無焰泄放系統(Flameless Venting)、隔離閥(Explosion Isolation Valve)以及抑爆系統(ExplosionSuppression Systems)。在實際應用中,并不是每一種防護措施單獨使用,往往采用多種防護措施進行組合運用,以達到更可靠更經濟的防護目的。 

首先,對于遏制,就是在設計、制造粉體處理設備的時候采用增加設備厚度的方法以增大設備的抗壓強度,但是這種措施往往以高成本為代價,在金屬材料價格日益昂貴的今天,采用這種措施顯然是非常不經濟的。

其次,對于泄放,包括正常泄放和無焰泄放,是利用防爆板、防爆門、無焰泄放系統對所保護的設備在發生爆炸的時候采取的主動爆破,泄放爆炸壓力的辦法進行泄壓,以達到保護粉體處理設備的安全。防爆板通常用來保護戶外的粉體處理設備,如粉塵收集器、旋風收集器等,壓力泄放的時候并隨有火焰以及粉體的泄放,可能對人員和附近設備產生傷害和破壞;防爆門通常用來保護處理粉體的車間建筑,以達到整個車間避免產生粉體爆炸;對于處于室內的粉體處理設備,有時對泄放要求非常嚴格,不能產生火焰、物料泄放或者沒有預留泄放空間的情況下,通常會采用無焰泄放系統,以達到保護人員以及周圍設備的安全。

第三,對于抑制,爆炸抑制系統是在爆燃現象發生的初期(初始爆炸)由傳感器器及時檢測到,通過發射器快速在系統設備中噴射抑爆劑,從而避免危及設備乃至裝置的二次爆炸,通常情況下爆炸抑制系統與爆炸隔離系統一起組合使用。抑制就是利用了爆炸需要的三要素以及原理。根據這個原理,爆炸需要完整的三個要素,并在適當的條件下產生爆炸。所以要抑制爆炸的發生,必須取消三要素中的一個要素。一種措施是往粉體處理設備內部注入惰性氣體如N2、CO2等代替空氣,從而降低氧化劑:氧氣O2的含量,以達到抑制爆炸的目的;另一種措施是取消易燃易爆物料,但是這是不可能的,因為設備本身就是用來處理該物料的。所以以上兩種措施都是不可能或者很難做到的,所以我們一般采用最簡單的措施,就是取消其中的一個重要要素:火源,從而抑制爆炸的發生。這就要采用爆炸抑制系統,最簡單的爆炸抑制系統是由四個單元組成:監視器、傳感器、發射器和電源。

第四,對于隔離,分為機械隔離和化學隔離兩種,往往和抑爆系統一起應用。

隔離就是把有爆炸危險的設備與相連的設備隔離開,從而避免爆炸的傳播,產生二次爆炸。一般在設備的物料入口安裝化學隔離,在設備的物料出口安裝機械隔離閥。化學隔離和抑爆系統中的發射筒相同,只是一般為45°安裝;機械隔離閥類似于常見的閘閥。

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