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木材加工企业粉尘防爆的现状及对策探讨
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木材加工企业粉尘防爆的现状及对策探讨

编辑:广州崇景环保    发布时间:2019-04-30 17:42  来源:www.chongjingep.com

随着产业的进步和升级,木材加工企业由私人小作坊式经营向机械化、规模化发展,大厂房、多机台成为标配。在木材加工过程中,如锯切、砂光、打孔,产生大量木质粉尘,这些粉尘不仅严重危害人体健康,污染环境、降低设备寿命、影响产品质量,而且可能酿成火灾或爆炸事故。

木材加工粉尘

1(木)粉尘爆炸的条件和特点

粉尘爆炸是粉尘粒子表面与氧均匀混合后发生的反应。国内外的研究成果表明,发生粉尘爆炸必须具备以下几个条件:其一,要有一定的粉尘浓度,粉尘浓度必须达到爆炸极限范围。其二,要有一定的氧含量(含能粉尘除外)。其三,要有足够能量的点火源。其四,粉尘粒子必须处于悬浮状态。其五,粉尘云要处在相对封闭的空间。通常认为,只要满足条件一和条件二,就意味着具备了粉尘爆炸的苗头。

粉尘爆炸的特点:

1)粉尘爆炸的起爆能量较高,约数十毫焦至数百毫焦,几乎是气体的几十倍。

2)粉尘的爆炸速度或升压速度比爆炸气体小,但由于粉尘中的碳、氢含量高,其燃烧时间长及产生的能量大,所以造成的破坏及烧毁的程度严重得多。

3)粉尘燃烧过程比气体燃烧过程复杂,感应期长,感应时间(接触火源到完成化学反应的时间)可达几十秒,为气体的几十倍。

4)多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点。初始爆炸所扬起的沉积粉尘,其浓度往往比第一次爆炸时的粉尘浓度还要大,再加上粉尘爆炸中心空气受热膨胀,密度变稀,经过一个极短时间后形成负压区,新鲜空气向爆炸中心逆流,与新扬起的粉尘重新组成爆炸性粉尘而发生二次爆炸。二次爆炸压力比第一次爆炸压力大,破坏性更严重。

5)粉尘爆炸能呈现出跳跃式和爆炸连续性的特点。粉尘爆炸形成后,随着爆炸的连续,反应速度和爆炸压力也就持续加快和升高,并呈现跳跃式发展,产生爆震。

6)粉尘爆炸由于时间短,容易引起不完全燃烧,燃烧产物中含有大量一氧化碳和爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体HCL、HCN等,容易使人员中毒,因此粉尘爆炸毒性比较大。

2木材加工企业粉尘防爆现状及主要隐患

2.1除尘系统设置不规范

环保部门介入木材加工企业的粉尘环境污染问题较早,他们制定了较严格的粉尘排放标准,在环保部门的监管下,大部分的木材加工企业设立了除尘系统,这些除尘系统的废气排放基本能达到环保要求。但是新设的除尘系统,在设计、施工、验收等各个阶段均以环境排放指标作为标准,但大多数未考虑木粉尘的爆炸属性,粉尘防爆措施未落实,每一个除尘系统就犹如一个炸药包,在一定的条件下,就可能造成重大事故。

图 1 正负压除尘对比图

2.2除尘系统采用正压吹送粉尘

是否正压除尘是以除尘器内的压力作为衡量标准,如果除尘器内的压力高于除尘器外的环境压力就是正压除尘(图1)。正压除尘的除尘风机一定设于除尘器的前端,也就是说除尘管网过来的粉尘和空气混合物先经过除尘风机的叶片加压,再送入到除尘器进行除尘。这种除尘方式最大的风险就是除尘风机的叶片打火(一是风机运行时间长后,各种原因导致风机叶片进行偏移,有可能叶片直接与风机壳接触、撞击打火;二是除尘系统的吸风口,有可能吸入砂石、小螺丝等杂物,在风机内与叶片进行碰撞打火),火星进入除尘器从而引发事故。

2.3除尘器未设同步运行的锁气卸灰装置

除尘器内部属于粉尘爆炸20区,是木材加工行业内粉尘浓度最高,最容易发生爆炸事故的部位,要降低除尘器爆炸的风险、要减小除尘器爆炸的强度,最直接的手段就是减少除尘器内部的粉尘,采取边除尘边卸灰的方式,同步运行的锁气卸灰装置(图2)是最直接、有效的设备。它能在不影响除尘器工作的情况下,及时把除尘器内部的粉尘转移出除尘器,大大降低了除尘器内的粉尘量。

图 2  锁气卸灰装置

2.4除尘系统未采用控爆措施或设置不合理

除尘系统的控爆措施主要包括泄爆、隔爆、惰化、抑爆,在木材加工行业比较常用的控爆措施是泄爆和隔爆。泄爆可以使爆炸压力通过设置的泄爆口(薄弱部分)向无危险方向泄出,使设备本体(除尘器、除尘管网、粉体输送管道等)不致被破坏,以避免爆炸产生的压力和火焰通过除尘系统造成人身伤害。

隔爆是在可燃粉尘的管道中,设置能够阻止火焰通过和阻波、消波的器具,将爆炸阻断在一定范围内。在被检查的木材加工企业中,相当一部分企业的除尘器未设置控爆措施,或设置一个很小的泄爆口,或未考虑泄爆口的方向(泄爆口直接对着停车场、厂区主要道路或其他建筑物窗口)。隔爆主要是通过隔爆阀来实现的,隔爆阀是一种单向阀,其原理是利用爆炸时产生的压力移动阀芯来阻隔爆炸火焰和压力。在检查中,隔爆存在的主要问题是安装位置不科学,有些企业将隔爆阀安装在车间内的主风管上。由于除尘器发生爆炸时,隔爆阀与除尘器之间的风管很可能由于其材质、选型、磨损失效等因素导致破裂,爆炸火焰和压力就有可能通过风管导入车间内,造成伤亡和损失,因此,隔爆阀原则上应安装在车间外的安全位置。

2.5防静电措施未落实

经统计分析,粉尘爆炸的点火方式按事故发生频率多少依次排序为:冲击或摩擦、静电火花、熔接或熔断火花、自燃火花、明火、金属过热等。可见静电火花是粉尘爆炸事故的主要点火方式。《木材加工系统粉尘防爆安全规范》(AQ4228-2012)、《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》(AQ4273-2016)规定管道系统不应使用绝缘管,除尘管道、设备的法兰连接处要导电跨接。一些企业使用PVC管作为支风管,管道内高速运动的粉尘粒子与其摩擦易产生静电;许多企业使用普通塑料管作为风管与机器之间作软连接,虽然规范AQ4228-2012允许在风管与机器之间使用软连接,但是应注意:一是要采用能导静电的软管,二是长度要尽可能短,不能超过3m;企业在除尘管道、设备的法兰连接的导电跨接工作基本未开展。

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2.6除尘管道选材、选型不正确

除尘管道的选择要注意以下方面,一是管道强度要够,确保在发生爆炸事故时,管道主体不被破坏,从而爆炸火焰和压力从管道和设备上设置的泄爆装置上泻出;二是管道内壁要光滑,从流体力学的角度分析,流体都存在边界层,在边界层内的流体流速很低,粗糙的管道内壁会增大边界层的厚度。在检查中,发现许多企业使用管壁很薄且不光滑的波纹管作为风管,导致管道强度不够(部分位置已锈穿)、管道内积尘严重。

2.7除尘系统的管道风速低

粉尘颗粒在空气或气流中,由于自身的重力,具有沉降的特性。维持一定的风速才有可能克服风尘自身的重量将粉尘顺利吸入并减少在风管中的沉降,在检查中,发现许多企业的除尘系统的管道风速在10m/s左右,风管内积尘严重。根据规范AQ4228-2012的要求,木材加工除尘系统的管道风速应予合理计算,并不应低于20m/s。

2.8砂光机与火花探测

砂光机是利用砂纸等磨性材料摩擦木料的表面,将木料表面磨平整、光滑。当木料表面混入铁质、砂子等杂质时,在砂光机摩擦过程就会产生火花,而木料表面混入铁质、砂子等杂质是一个大概率事件,认真观察也能发现砂光机内偶尔发出的火光,这是一个很难杜绝的点火源。针对这一危险作业,规范AQ4228-2012要求板材砂光机应安装火花探测和自动报警装置。检查中发现大部分企业未安装火花探测和自动报警装置,部分企业用温感、烟感代替火花探测。日常经验告诉大家,在点燃的火柴棒0.3m外,就基本感受不到火柴棒火焰的温度了,温感在此并不可靠;有些燃烧的初始阶段释放的烟量并不多,且在除尘管网内大风量的稀释作用下,烟感的作用也非常有限。

此外,在除尘系统内仅安装火花探测和自动报警装置对预防和减少事故损失的作用也非常有限。由于管道风速作用,从探测到火花与该火花进入除尘器引燃粉尘爆炸的时间差仅有几秒甚至是几十毫秒的时间。因此,火花探测应与设于除尘系统内的细水雾或水喷雾联动扑灭,才能更好的起到预防事故的作用。

2.9粉尘清理

粉尘爆炸的能量(威力)取决于粉尘的量。粉尘的量包括厂房内建构筑物及生产设备上的积尘、地板未清扫或未清走的粉尘、除尘系统(风管和除尘器)内的积尘、除尘器卸料口处未及时清走的粉尘、有可能被粉尘爆炸波及范围内堆放的粉尘。

检查时,企业的粉尘清理主要存在以下问题:企业未制定粉尘清扫制度或制度未落实,地面、机台、除尘系统内的积尘多;部分区域的粉尘清扫成一堆,但未清出厂房;采用铁制工具进行粉尘的清理;除尘器旁边堆放大量已装袋的粉尘。按AQ4273要求,企业应制定每班、日、周、月、季的清扫方案并落实清扫责任制并做好记录。

2.10培训教育

“无知者无畏”,纵观近十年来的粉尘爆炸事故,几乎都与管理者和作业人员对粉尘爆炸的忽视而违章指挥、违规作业相关。除木粉外,许多爆炸粉体属于人们日常接触、使用的物质,比如面粉、饲料粉、淀粉、糖粉、奶粉、塑料粉等,许多人不知其爆炸危险性,台湾八仙乐园爆炸事故就是一例。

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3木材加工行业粉尘防爆对策

3.1降低厂房、除尘系统内的粉尘存量

粉尘爆炸的能量取决于粉尘爆炸范围内的可燃粉体的数量,控制好粉尘量也就控制好了粉尘爆炸的能量和破坏性。企业要制定粉尘清扫制度,明确设备、除尘系统各部位的清扫周期并严格落实;粉尘爆炸范围内清扫出的粉尘,要在第一时间清理到爆炸范围外;定时监控除尘管道内的风速,及时清理管道内的积尘,保证除尘效率;加强锁气卸灰装置的维护保养,确保除尘器内的粉尘及时转移出来;锁气卸灰阀后的粉尘及时清走。

3.2控制点火源

控制点火源可以采取以下措施:严禁使用正压除尘系统;破碎机、砂光机、铺装机等的入口端应设置防止异物进入的装置;火花探测装置不仅要与报警装置联动,还应与水喷雾、细水雾等灭火措施联动;粉尘清扫作业严禁使用铁制工具,严格检维修作业时铁制工具的使用;除尘管道应使用金属管道,严禁使用PVC管,除尘风管与设备之间的软连接应采用导静电软管并限制其长度小于3m,布袋除尘器的滤袋应采用防静电和阻燃材料;除尘系统的管道之间、管道与设备之间的法兰连接应进行防静电跨接;动火作业(电焊、气割)要办好作业票、落实安全措施,作业完成要对作业点进行认真清理;加强安全管理,严禁烟火,保证粉尘爆炸区域与明火地点的安全距离;加强对发热设备、管道外表面的温度控制,杜绝超温;采用皮带传动的设备应采用差速联锁报警装置降低皮带打滑引起的过热风险;根据爆炸区域的划分,选择粉尘防爆型电气设备。

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3.3用好控爆措施

木材加工企业重点是做好泄爆和隔爆措施。采用泄爆措施时应保证设备、管道本体的强度;通过计算确定泄爆面积和泄爆部位;泄爆导管应尽可能短且直;保证泄爆口处的人员、设备安全。采用隔爆措施时,应重点考虑隔爆阀的安装位置、合理采用主动或被动隔爆措施,隔爆与泄爆联合使用效果最好。

3.4抓好安全教育和制度落实

木材加工企业负责人、安全管理人员必须参加粉尘涉爆相关培训,充分认识粉尘爆炸的特点和危害。相关岗位员工三级教育应有粉尘涉爆内容;企业必须制定科学合理的清扫制度、动火作业制度、有限空间作业制度、检维修制度等,并狠抓落实。

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