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探究除尘器的防爆安全

1 引言
　　2005年9月，笔者参加了2起事故的调查工作。2起事故均是车间通风除尘系统中除尘器的爆炸。2起事故均与新改扩项目有关，一起事故是车间的技术改造项目，另一起是污染搬迁项目。为了减少车间工位上产生的大量粉尘，保证污染物的达标排放，两项目采用通风除尘净化方法，且均通过了环保验收和职业卫生验收，各项指标符合国家污染物排放标准和工业企业卫生标准。但是，除尘设备中的安全措施并未落到实处，安全问题未得到有关人员应有的重视，最终引起爆炸事故的发生。
　　以下，笔者结合参加事故调查的所得，探讨除尘器的防爆安全问题，借以引起有关单位对污染治理设备设施中安全问题的关注。
　　2 除尘器的防爆安全
　　近些年来，粉状物料的应用领域愈来愈广，随着环保意识和健康意识的强化，除尘系统已普及到几乎所有涉及粉状物料的行业。除尘系绕是利用通风机所提供的能量，依靠排风罩将各个尘源所散发出的粉尘予以捕集，通过通风管道将含尘气流送入除尘器进行净化，以达到净化作业环境和减少污染的目的。然而，在相对密闭的除尘系境内，粉尘浓度往往较高，有些已达到粉尘的爆炸下限，这就为粉尘的爆炸提供了前提条件。据统计，粉尘爆炸事故大多发生在除尘系统，而除尘器又是除尘系绕中最危险的部位。

　　2005年9月17日9时20分左右，北京某企业的外壳分厂轰轰两声巨响，3号抽尘仓发生爆燃，激烈的爆炸气体冲击波和火焰向四周传播，引燃了4号抽尘仓，爆燃点周边20m范围内部分厂房和设施损坏，由于是周六，部分分厂加班，爆燃区域无人，未造成人员伤害，但造成了较大的经济损失。

　　在油漆木制件砂、磨、抛的工艺过程中，产生大量的树脂漆粉尘，汇合于除尘系统中，且系统内风量未达到制定要求，具备了粉尘爆炸的第一个条件。在除尘系统中的管道内，管道内壁产生细小粉尘结成的尘垢，树脂漆粉尘在风道内运动，粉尘颗粒之间或粉尘颗粒与有尘垢的管壁之间会发生互相碰撞和摩擦，这种互相之间反复接触和分开会发生电子转移，致使粉尘和管壁分别带上不同极性的静电。通过现场分析，树脂漆粉尘布袋除尘器发生静电引燃引爆的可能性是最大的。此外，金属撞击，电气火花导致树脂漆粉尘爆炸也是有可能的。但是由于现场调查时没有发现足够的证据，对此不能做出肯定结论。

　　(l)日常使用时，除尘系统要保证一定的控制风量，按照作业指导书要求，及时清理抽尘仓粉尘，使粉尘浓度处于爆炸危险范围之外。
　　(2)接地是防静电危害的主要措施，通风管道和抽尘仓应进行可靠的电气接地。
　　(3)依据此次事故抽尘仓爆燃冲击波的威力来看，抽尘仓应设有足够泄压面积的泄压装置，真正起到泄压的作用。
　　(4)强化对职工的安全救育，提升职工的安全意识和自我保护能力，不在易燃易爆区域内抽烟、动火。

　　煤矿、农林、冶金、化工、纺织、轻工、建材等几乎所有生产、使用、加工粉状物料的工业部门，都会涉及到除尘器爆炸事故。如化工生产中的粉状物料输送、搅拌、分开等流体动力过程以及筛分、过滤、粉碎、混合等机械过程，冶金工业中煤粉的制备过程，纺织工业中棉、毛、麻纺织生产过程，以及粮食的贮运和加工，饲料、烟草生产，食品加工，木材加工等过程。其中，部分行业发生的除尘器爆炸事故列于表1。
　　表1 部分行业除尘器爆炸事故案例

行业
发生地点
事故发生时间
事故发生部位
损失状况
事故原因分析
建材
新疆某水泥厂

高压电除尘器
部分设备损毁
存在过量的CO和未完全燃烧的煤粉，且电除尘器入口温度过高。
粮食加工
华北某面粉厂

静电除尘器
部分设备损毁
高压电源打火引起
纺织
哈尔滨亚麻厂

中央除尘换气室南部除尘器
职工伤亡235人，其中重伤65人，轻伤112人，死亡58人，直接经济损失881.9万元。
多数专家认为是由布袋除尘器内静电引爆的；少数专家认为是由摇纱换气室内手提行灯引燃麻尘，导致除尘器的首爆。
金属加工
东北某轻合金加工厂

除尘器排气管
镁粉粉尘爆炸，当场炸死5人，重伤2人，432m2厂房全部炸毁，直接经济损失22万元。
清除除尘器排气管壁粘着的镁粉时，管壁撞击钢制隔板产生火花，引发爆炸。
木材加工
沈阳市某地板厂

除尘器
6名工人受伤，其中1名严重烧伤，直接经济损失70多万元。
点火原因可能是静电，也可能是粉尘在除尘器内部堆积，造成粉体团块产生闷热。

　　除尘器爆炸事故的发生需要具备以下3个基本条件：要存在一定浓度的可燃性粉尘、达到一定的氧含量、同时存在足够能量的点火源或热源。
　　2.2.1 存在一定浓度的可燃性粉尘
　　首先，要求除尘器所处理的粉尘是可燃性粉尘。目前．绝大多数工业生产中涉及到的粉尘均是可燃性粉尘，如金属粉尘、煤炭粉尘、粮食、合成材料(如塑料、染料)、饲料、农副产品(如烟草、棉花)以及林业产品粉尘。
　　其次，要求除尘器中的粉尘浓度达到或超过其爆炸下限，粉尘的爆炸下限与诸多因素有关，如分散度、湿度、火源的性质、氧含量、情性粉尘和灰分以及温度等。粮食、烟草粉尘的爆炸特性亦受产地、季节等影响。此外，可燃气体关于粉尘爆炸还具有协同效应，即可燃气体的加入可使低挥发性可燃粉尘容易着火，高挥发性可燃粉尘更易着火。如机械铸造行业的冲天炉在化铁过程中，会产生大量高温烟气，由于烟气中含有大量粉尘和CO等可燃气体，此时，烟气中粉尘的爆炸下限会相对降低。
　　作业环境中粉尘的种类也是多种多样的，如纺织厂除尘系统内是由麻尘、棉尘、各种尘埃等组成的混合粉尘。实际工作中，应依据各类除尘系统所处理粉尘的特点，通过查找资料或实验测试的方法，确定实际工况下粉尘的爆炸下限。
　　通常进行通风除尘系统制定时，将系统内粉尘的浓度控制在其爆炸下限之下，但是除尘器清灰时，吸附在其上的粉尘呈悬浮状态，增加了除尘器中粉尘的台量，使之有可能达到其爆炸下限的范围内。此时，如碰到适当能量的点火源，则有可能发生除尘器的爆炸事故。

　　粉尘爆炸的强度随着含氧量的减小而下降，当氧气浓度不够以维持粉尘爆炸火焰自行传播时，就不会发生粉尘爆炸。
　　关于纺织、木材加工及烟草、饲料、粮食加工中的非密闭除尘系统而言，含尘介质即空气，其中氧浓度高达21％，大于工业粉尘的最大同意氧含量，具有较大的爆炸危险性。
　　关于水泥工业中的煤粉制备系统而言，当利用窑尾废气作为烘干介质时，废气中氧浓度较低，有抑制粉尘燃爆的作用，利于除尘器的防爆。当利用窑头蓖冷机热风或利用热风炉热风作烘干介质时，其氧浓度高达21％，大于煤粉的最大同意氧含量，爆炸危险性较大。
　　处理含氧量较高的含尘气体时，需要严格控制粉尘的浓度，采用完善的防燃防爆措施，防止除尘器爆炸事故的发生。

　　在生产过程中，引起除尘器爆炸的点火源或热源较多，其中较为典型的包括：外部明火蔓延至除尘系统，粉尘与机械摩擦发热引燃粉尘，除尘管道内进人的金属、石块等杂质与机械摩擦撞击引起火花，积聚的静电荷放电以及粉尘自燃等。
　　3预防除尘器爆炸事故的安全对策
　　3.1 控制除尘器和管道中粉尘浓度
　　合理制定除尘系统的通风量，使除尘器和管道中的粉尘浓度低于其爆炸下限，如处理粉尘浓度过高，可合计使用二级除尘。
　　3.2 控制除尘器内的粉尘堆积量
　　除尘器在清灰过程中，粉尘浓度较高，有可能达到其爆炸浓度范围，故应及时清灰，防止除尘设备内积聚过量的粉尘，热量积存，引发粉尘自燃。
　　3.3 惰化处理
　　惰化处理是指在可燃粉尘所处环境中充入氮气、二氧化碳等惰性气体，以降低环境中的氧含量，减小粉尘的爆炸性能，或降低其爆炸压力和爆炸强度。
　　3.4 清除点火源
　　关于外部明火，可通过强化管理，提升职工防爆意识等方面进行控制；关于撞击产生的火花，可通过安装电磁除铁装置，防止金属进人除尘系统；关于静电火花，主要采纳接地和增湿的方法进行控制；关于粉尘自燃，要控制除尘器的外壳温度，避免其过高温度的出现。
　　3.5 防爆装置
　　一旦除尘器中形成了粉尘爆炸的3个条件，其爆炸就不可避免地要发生。此时，可通过技术措施，尽可能地减少爆炸带来的损失，通常的技术措施有泄爆、隔爆和抑爆。具体采纳时，可依据实际状况进行制定。
　　4 结束语
　　在日常工作中，类似除尘器这类污染治理设备中的事故隐患较多，事故频发，但由于多数事故的损失较小，往往得不到人们的重视。这关于污染治理设备、设施的安全运行极为不利，有关企业必须见微知著，高度重视，切实改善污染治理设备的安全运行。