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干式除尘系统的防火、防爆

厂矿企业在生产过程中会产生不同的粉尘。这些粉尘不仅污染厂区环境及大气，危害人们的健康，还严重威胁现场操作人员的生命，这是因为某些粉尘在特定状况下会发生爆燃。人们已充分熟悉到粉尘污染的危害性，但是关于粉尘在特定条件下的爆燃危害性却熟悉不够，甚至忽略了这方面的预防措施和安全教育，直到1987年3月15日哈尔滨亚麻厂的大爆炸才给人们敲响了警钟，引起了重视。因此对粉尘的治理，不仅要从环境保护的角度，还要从防火、防爆的高度来熟悉和对待，这是每个企业义不容辞的责任，也是消防教育和安全防范的一个重要组成部分。1987年3月15日哈尔滨亚麻厂发生爆炸事故使58人死亡，177人受伤。据事故调查组的专家分析，这次爆炸是由亚麻纤维粉尘引起的。可见，粉尘爆燃的危害性是十分严重的。因此，设置有效的除尘设施是一个十分重要的措施。
    然而在粮食加工、冶金企业以及部分轻工、化工生产中产生的粉尘，由于受生产条件的限制及工艺的要求，不能采纳湿式除尘器，且为提升经济效益，有些粉尘还要回收利用，所以采纳干式除尘便成为这些企业防尘的唯一途径。
    目前工矿企业都致力于降低工业设备的粉尘排放量，大力推广高效节能除尘设备，普遍采纳静电收尘及袋式收尘等高效收尘装置，而将旧式的离心收尘装置作为第一级除尘设备。但是在使用干式除尘设备时，防火、防爆问题常常被忽视，因除尘设备操作不当造成的爆燃事故也不乏其例。济南向阳化工二厂1978年曾因袋式除尘器的过滤袋积尘后，摩擦受热，发生过一起重大镁粉尘爆炸事故，伤亡惨重。烟台文登某面粉厂除尘设备也发生过面粉尘爆炸。济南火柴厂某车间于1984年底因除尘设备损坏，不能有效排出车间的木屑粉尘，加上用火不当，造成火灾事故。据外刊报道，与使用除尘器或除尘装置有关的爆炸、火灾事故，10年前大约每年平均2次，5年前每年平均6次，近年来增至20几次。因此，随着除尘装置的普及，这类事故应引起人们的足够重视。
    本文针对已经使用的除尘设施，特别是袋式除尘设备，在运行中如何防止粉尘爆炸、燃烧问题加以探讨，供有关单位参照。
    一、粉尘起火爆炸的条件与因素
    某些厂矿生产过程中产生的粉尘，特别是一些有机物加工中产生的粉尘，在某些特定条件下会发生爆炸燃烧事故。国内外的研究成果说明，这些条件一般有三种：〔1〕可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮，形成人们常说的粉尘云；〔2〕有充足的空气和氧化剂；〔3〕有火源或者激烈振动与摩擦。通常认为，易爆粉尘只要满足条件〔1〕和条件〔2〕，就意味着具备了可能发生事故的苗头。
    1．易爆与不易爆粉尘的划分
    一般比较容易发生爆炸事故的粉尘大致有铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、铝材加工研磨粉、各种塑料粉末、有机合成药品的中间体、小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末、烟草粉末、煤尘、植物纤维尘等。这些物料的粉尘易发生爆炸燃烧的原因是都有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在，当它们与过氧化物和易爆粉尘共存时，便发生分解，由氧化反应产生大量的气体，或者气体量虽小，但释放出大量的燃烧热。例如，铝粉只要在二氧化碳气氛中就有爆炸的危险。
    粉尘爆炸的难易与粉尘的物理、化学性质和环境条件有关。一般认为燃烧热越大的物质越容易爆炸，如煤尘、碳、硫黄等。氧化速度快的物质容易爆炸，如镁粉、铝粉、氧化亚铁、染料等。容易带电的粉尘也很容易引起爆炸，如合成树脂粉末、纤维类粉尘、淀粉等。这些导电不良的物质由于与机器或空气摩擦产生的静电积聚起来，当达到一定量时，就会放电产生电火花，构成爆炸的火源。
    通常不易引起爆炸的粉尘有土、砂、氧化铁、研磨材料、水泥、石英粉尘以及类似于燃烧后的灰尘等。这类物质的粉尘化学性质比较稳定，所以不易燃烧。但是如果这类粉尘产生在油雾以及CO、CH4、煤气之类可燃气体中，也容易发生爆炸。
    2．除尘系统中起火爆炸的原因
    为了防止粉尘污染和粉尘爆炸，采纳除尘系统及时排出工作环境中的粉尘，降低车间内的粉尘浓度是必要的手段。但关于可燃性粉尘来说，除尘设备也必须采用防火、防爆措施，否则一旦使用不当也会造成爆炸起火事故。除尘系统发生爆炸、起火的原因主要是满足了条件〔1〕和条件〔2〕。因为一般除尘器都是吸入空气后再排出，故除尘系统内氧气供给充足。据调查，能引起除尘系统起火可能性的主要为静电火花、自燃发火、冲击摩擦和明火。其中静电火花是由于除尘器尼龙滤布带电、管路带电造成的。自燃发火是由于捕集下来的粉尘在布袋或灰斗内缓慢进行氧化反应而积蓄下的氧化热造成的。冲击摩擦一般认为是除尘系统吸入的铁片碰撞，或者是检修清扫过程中用锤头振落附着在灰斗或袋室内的粉尘时因碰撞而产生的火星。明火是由于检修时气焊火焰及电焊火花产生的。

    二、除尘系统各部位的防爆措施
    粉尘爆炸事故多发生在破碎机、粉磨机、筛分机、干燥机、加料机和贮料仓等部位。在除尘系统中，粉尘入口处的吸尘罩内一般不会发生爆炸事故，因为粉尘浓度在这里仅为0．1～10g／m∧3，这个数值是安全的。但吸尘罩可以将作为火源的火花吸入，故要引起注意。例如砂轮机工作时会产生大量的火花，如果和其他设备〔可燃性粉尘发生源〕共用一台除尘器就非常危险，应该采用隔离措施。
    除尘设备的风管发生爆炸的实例较多，这是因为粉尘在管内沉积，当受到某种冲击时，可燃性粉尘再次飞扬，在瞬间形成高浓度粉尘云，假设遇上火源，很容易爆炸。粉尘在风管内沉积的主要原因，是输送风速太小或有漏风现象。所以为防止发生爆炸，可燃性粉尘的除尘管路应尽可能短些，并要求同一系统的除尘器所担负的产尘设备〔生产加工中能形成粉尘的产尘源〕最多不超过四台。关于系统中的弯头，变径管等，在制定时应使弯头曲率半径在管道直径D的1．5倍以上，变径管的展开角在15度以下，以减少阻力。据国外经验，假设可燃性粉尘的粒径小于15μm，其沉降速度在0．1m／s左右时，管内的风速应该是沉降速度的100～200倍。当粉尘浓度增大时，输送风速也应相应地加大。在袋室和灰斗处应安装便于检修和清扫的活动门，当联接处采纳插入止口联接时，应精心施工，使管内基本看不出缝隙或衬垫，没有阻挡粉尘的现象和漏气现象。关于除尘器来说，灰斗部分是工作条件最为恶劣的地方，也最容易产生起火爆炸。因为吸入风管的粉尘有一部分直接落入灰斗，大部分在滤袋中被过滤。粉尘在滤袋表面形成层后，靠重力自行脱落或被喷吹、振打后脱落，这时就有可能产生高浓度粉尘云，或者在灰斗内的强化筋上及钢板焊缝上堆积起来。如果由于某种原因造成粉尘二次飞扬，条件适宜，又遇上火源，将是非常危险的。
    因此，关于产尘源〔加工设备〕和除尘系统的防火、防爆措施，首先是要清除火源。关于机械摩擦、撞击产生的火花，需采用措施将火星除掉，并在吸尘罩口安装适当的金属网，以防止铁片、螺钉等物被吸入与管道碰撞产生火花引起燃烧。
    防止静电火花是一个重要问题，特别是关于处理有可燃性粉尘的除尘设备，应将除尘系统的除尘器、管道、风机等设施联接起来接地处理。也可采纳防静电滤布或将除尘器的袋子用铁夹子夹牢后接地。
    关于金属粉尘，如铅、锌、氧化亚铁、锆等，在除尘系统的灰斗中堆积时发生的缓慢氧化反应，以及塑料合成树脂、橡胶等仍坚持着制品加工时的摩擦热的粉尘，应采用连续排灰的方法，勿使灰斗内积存过多的粉尘，并要常常观察灰斗及袋室内的温度，或安装温度传感器，以便随时控制装置内的温度，防止积蓄热诱发火灾引起爆炸。
    生产车间的含油雾和含可燃性气体的通风排风设施，绝对不能与可燃性粉尘的除尘系统或有机溶剂作业的通风设备相联接或共用风机。特别是炼铁高炉用的袋式除尘器，无论整个系统都有相应的防爆、防火措施，但在高炉休风时仍要严格防止煤气爆炸。为此在高炉无蒸汽的状况下，必须迅速打开煤气系统所有的放散阀及清灰阀，与箱体外大气串通，以便在很短时间内将煤气驱出除尘器。关于原则上不能分开的通风系统，除合计以上措施外，在除尘器运转、停机前后，还应清除整个除尘系统中的残余气体。
    三、除尘系统中的防灭火措施
    除尘系统在采用上述措施后虽能防止发生爆炸事故，但在除尘器内局部仍有可能出现起火燃烧现象，这一点也是不能忽视的。如处理可燃性粉尘的袋式除尘器在进行烟气除尘或煤气净化过程中，当烟气冷却装置、喷雾嘴等出现故障时，滤布就可能被高温烟气烧坏，甚至造成火灾。干式除尘设备一般采纳以下防灭火措施。
    1．在室外设备的大型除尘装置，如果发现有着火现象需关闭除尘器风机时，为防止烟气经管道倒灌入车间，应在关闭防火阀或风量开关后，再关掉风机。电除尘及袋式除尘器的过滤部分通常是密封结构，没有特别状况，滤袋的燃烧不会向其他部位蔓延。对设立在室内的小型除尘装置，碰到袋室起火冒烟状况则应马上关闭风机。
    2．堆集在灰斗内的粉尘一旦着火，可用灭火器扑灭，然后将其内部的粉尘排出。排出的粉尘要认真处理，防止死灰复燃并要注意在清除过程中避免出现爆燃事故。灰斗或袋室清理干净后再换上新滤袋。
    3．灭火后，为了防止袋室内缺氧及一氧化碳中毒，人员进入前应进行充分的通风换气，待确认安全后方可进入查看、操作。
    4．治理可燃性、摩擦性强的粉尘时，原则上风机应设在袋式除尘器后。假设放在前面，粉尘附着在风机叶片上，受潮后粘结形成结垢层会使叶轮失去平衡，导致运转时偏心扭矩过大轴承发热、振动或折断叶片，撞坏机壳，产生火花，成为粉尘的着火源。为了避免这种事故，可加装振动开关，当风机出现异常时自动控制风机关闭。
    四、设置除尘设备的注意事项
    干式除尘方式与湿式除尘方式相比，粉尘的回收和利用较为方便，不需合计冬季的防冻措施和污水处理问题，且造价和运行费用都较低。特别是袋式除尘器，已广泛应用于各个工业部门的烟气、粉尘治理中。但关于治理可燃性粉尘的除尘系统和建筑物的制定及施工中应注意以下几点。
    1．除尘器与其他生产设备应坚持适当的安全距离，四周设置耐压壁。
    2．有易燃粉尘的车间建筑物应采纳防火结构，与其他车间的联接处应设防火门、百叶窗以及排气孔，以便驱散爆炸气体。
    3．在含有易燃易爆气体的车间内设置的除尘器，一般要制定防爆孔。孔的尺寸应为袋室面积的5～6％或相对袋室容积的0．16m2／m3。
    4．建筑物的换气次数和通风口的比例按防止粉尘爆炸的要求来制定。
    5．要防止可燃性粉尘泄漏飘散，车间内的房梁、支架、顶棚等处不能有粉尘堆集。
    五、结语
    自1885年意大利发生第一次粉尘大爆炸后，世界工业发达国家对这一问题进行了大量研究。特别是日本，由于国土狭小，工业企业密集，为谋求工业的发展与保护生态环境的平衡，制订了许多规范、标准，特别是有关粉尘爆炸、消防技术的研究论著很多，并采用了越来越严密的防范措施。我国自建国以来曾发生过天津的铝粉爆炸、广州的面粉爆炸、济南的镁粉爆炸等，但人们并没有对此引起高度的重视和采用有效的防范措施与宣扬教育，至今还没有一部防止粉尘爆炸的规范和制定标准，相当多的工厂只知道粉尘影响健康，职工上班要戴口罩，而对粉尘可能引起的爆炸和安全防范措施却一无所知。同时，也缺乏对除尘设备的维护管理和定期检查，致使一些高效除尘设备达不到预想效果，存在着易燃粉尘爆炸的隐患。今后如果强化这方面的研究和监测，认真采用防范措施，相信粉尘的爆炸、燃烧事故是完全可以避免的。