粉尘爆炸及防爆措施的探讨.doc

粮食立筒仓粉尘爆炸及防爆措施的探讨
在粮食筒仓对粮食进行清理与输送的过程中，将产生大量的粮食伴生粉尘，这些粉尘在生产过程中不断地扩散。如果不采取措施治理，任其飞扬，不但污染筒仓周围的环境，影响工作人员的身心健康，而且很容易造成粉尘爆炸，给个人及集体的生命财产造成极大的损失。因此，在粮食立筒仓中必须采取有效措施治理粉尘，防止粉尘爆炸，以减少粉尘对人体的危害及粉尘爆炸事故的发生。
1 粉尘爆炸的机理与危害
1.1 粉尘组炸产生的条件
粉尘与空气充分混合形成浮游状态，有时形成气溶胶状态是产生粉尘爆炸的首要条件。从理论上说，直径在20μm以上的很难长久悬浮于空气之中，但是在粮食筒仓生产过程中，产尘与降尘一般是同时发生的，另外由于一次尘化与二次尘化的作用，使许多部位一直保持着粉尘浓度很高的状态，使产生粉尘爆炸的危险性一直存在，表1说明了粮食筒仓小麦粉尘粒度分布情况。
表1 粮食筒仓小麦粉尘的粒度分布
粒径范围μm
＜5
5-8
8-15
15-25
25-35
质量百分比%
6.33
7.27
15.64
18.54
14.00
粒径范围μm
35-50
50-60
60-70
＞70
质量百分比%
9.35
3.50
2.31
23.06

粉尘堆积也是一个不容忽视的重要因素，有时粉尘没有弥漫于空气中，而是堆积在设备中的某部位，一旦受到外力给予的机械性作用或者受到局部爆炸的冲击波的作用，即可形成新的粉尘悬浮溶胶状而引发粉尘爆炸。
粉尘的干燥度也是导致粉尘爆炸的一个重要方面。一般情况下，除了粮食作物在由冷变热的过程中结露使粉尘的水分增加外，一般粮食作物粉尘的水分也都在11%—15%，完全具备了粉尘爆炸的条件。
1.2 粉尘爆炸产生的过程
粉尘爆炸本质上是一种气体爆炸，当粉尘表面得到热能，粒子的温度迅速上升，这种热能不仅仅是热传导，热辐射也会起到很大的作用。它与气体爆炸、火药爆炸相比较突出的特点是:要求的点火能量稍大。因为粉尘爆炸的一般过程是这样的:①粒子表面得到热能，表面温度上升;②粒子表面的分子发生热分解或干馏作用而变成气体在粒子周围放出;③这种气体与空气混合生成爆炸性混合气体，点燃产生火焰;④火焰产生的热更进一步分解，逐渐地放出燃气体，并与空气混合点燃传播。
1.3 粮食伴生粉尘的点火能
要使爆炸物发生爆炸需要一个能量把它点燃，这个点燃可爆物的最小能量被称为最小点火能(表2)。不同的粉尘，最小点火能是不同的，最小点火能越大，爆炸的可能性则越小;相反，爆炸的可能性就越大。
表2 几种粮食伴生粉尘的最小点火能
粉尘种类
玉米粉尘
玉米淀粉
小麦粉尘
小麦粉
大豆粉尘
最小点火能/J
0.04
0.02
0.03
0.05
0.05
1.4 爆炸的火焰传播速度
可燃粉尘与空气混合被点燃后的燃烧波传播速度常压下为1m/s或更低。但在封闭的容器内，由于燃烧放出大量的气体使容器内气压剧增，燃烧波的传播速度加快，一般都在300m/s以上，甚至可以达到l000m/s。这些速度会形成强大的冲击波，对周围事物造成极大的破坏;同时产生的冲击波沿通风管道或输送设备传播到其它部位，造成连环爆炸，产生非常严重的危害。
1.5 粉尘爆炸的危害程度
关于粉尘爆炸的危害程度，可以通过几种粮食粉尘与固体炸药的燃烧热对比来得出(表3)。
表3 粮食粉尘与固体炸药燃烧对比
项目
固体炸药
可燃粉尘
TNT硝化甘油
玉米粉尘
小麦粉尘
大豆粉尘
燃烧热/Kcal·kg
1210
1510
3200
1650
1830
最大爆炸压力/MPa
0.75
0.81
0.82
0.78
0.82

2 粮食立筒仓产生粉尘爆炸的原因
粮食立筒仓产生粉尘爆炸的原因有很多，归纳起来有3种:管理因素、工艺设计因素和粉尘的理化特性因素。
2.1 管理因素
(1) 管理操作人员缺乏应有的防火防爆基本知识，思想上不够重视;
(2) 外来明火进人筒仓作业区，如在工作场合吸烟、到处扔烟头等。
(3) 在筒仓工作期间对设备进行气割、电焊等;进行检修、更换设备时操作不规范，没有做好必要的安全防范措施。

(4) 没有及时地搞好设备内外的清洁工作，使设备内外积尘严重而时常造成二次扬尘。
2.2 工艺设计因素
2.2.1 整体规划及布局不合理
(1) 在整体规划时，将变电所与配电室设计得距筒仓与工作塔太近，存在着潜伏的危险;
(2) 未设计通风口与泄爆口或者设计不合理;
(3) 没有设计足够的消防通道。
2.2.2 工艺设计不合理
(1) 清理工艺设计不合理，粮食清理不净，含尘、含石、金属性杂质过多，在被处理的过程中存在一定的危险性。
(2 通风除尘工艺不合理，使很多设备与管道中的含尘浓度过高，或者造成粉尘沉积，使产生粉尘爆炸的危险性增加。
(3) 选用设备不合理，设备的工作参数选用不当，或者没有采取合理的防火防爆措施。
(4) 电气设施与线路设计及安装不合理。因电气安装造成的电路短路或者接触不良，尤其是各个设备没有良好的接地措施而导致静电的过分积累。
2.3 粉尘的理化特性因素
2.3.1 粉尘的物理特性
(1) 粉尘粒度:在粮食立筒仓中的谷物粉尘粒度一般在0.1—200μm。通常情况下，粒度用或者粉尘的扩散。常见的尘化原因有:诱导空气，剪切作用和排挤作用。同时，由于室内空气的流动与设备的振动会使沉降在设备、地坪、建筑结构上的粉尘再次扬起，称为二次尘化。尘化作用与二次尘化会造成粉尘的积聚、扩散、飞扬，使浓度增大，爆炸的危险性也升高。
2.3.2 粉尘的化学特性
一般情况下，在粮食立筒仓中的谷物粉尘中有机物含量在40%以上，在遇外界明火时，都有燃烧的特性。在密闭空间内的粉尘浓度在40g/m3以上时，就有发生粉尘爆炸的可能。粉尘的粒度越小，其比表面积越大，发生爆炸所需要的下限浓度越低，所需的最小点火能也越小。
3 粮食立筒仓粉尘爆炸的防范措施
3.1 科学的管理
(1) 加强对工人的岗位培训，使他们了解粉尘爆炸的内在本质，掌握防尘防爆的基本知识。
(2) 加强劳动纪律，要求工人必须各尽其责，经常检查机器设备的运行情况，如发现诸如轴承发热、有异声等情况，立即采取必要的措施。
(3) 禁止一切明火进人筒仓作业区。例如，绝对禁止在作业区内吸烟;在筒仓生产作业时，禁止在作业区内进行电焊、气割等。
(4) 注意工作区的卫生，要经常保持设备表面与地面的清洁，注意经常打扫设备内部的卫生，减少粉尘积累，最终可以减少粉尘爆炸的发生。
(5) 在筒仓的作业区，一定要有必要的消防器材并经常检查保证其有效。
3.2 进行科学合理的工艺设计
3.2.1 做好库区的整体规划
库区的各建筑物应有合理的布局，设置必要和方便的消防通道;筒库的变电所与配电室应设在远离工作区的地方;在具有爆炸危险性建筑物和机械设备等地方应设置特制的安全壁与隔离带，并用合适的防火材料;对避雷、接地、防静电及消防设计应全面考虑，采用安全可靠的防范措施。
3.2.1 设计合理的清理工艺
(1) 工艺流程要简捷、高效且灵活性好。工艺效果好，粮食被清理干净，就不会有大杂质与金属性杂质影响输送设备的正常运行，在输送过程中产生火花的机率就会降低。另外，工艺效果好，粮食在进出仓的过程中被磨擦、撞击的次数少，则产生的有机粉尘数量就会少，粉尘爆炸的机率也会降低。
(2) 在初清筛、斗提机、刮板机、电子秤等设备前应安装磁选装置，去除粮流中的金属类杂质，以避免在输送过程中金属杂质与输送设备的某些部件发生撞击而产生火花，引起粉尘爆炸。
(3) 斗式提升机、刮板输送机的线速度不宜过高。如果线速度过高，则轴承会发热，一旦达到粉尘云的着火点，就可能发生粉尘爆炸。另外，线速度过高就会加剧粉尘的扬起，使粉尘浓度增高，更加剧了爆炸的危险性。
(4) 在高速运转设备的轴承r.应安装测温传感器，以便及时发现轴承发热的现象。如果轴承发热达到粉尘云的着火点，就可能发生粉尘爆炸。
(5) 布袋除尘器的布袋和斗提机的皮带最好具有良好的导电性，以防止静电积累。
3.2.2 合理设计除尘风网，降低产尘点的粉尘浓度
(1) 设计除尘风网时应根据尘源情况，合理地划分为若干个独立的系统。在考察风网组合时，要注意同类性质的吸点才能合人同一风网。否则，就不会起到很好的吸尘效果。
(2) 在粮食立筒库中，斗式提升机是最易发生粉尘爆炸的设备，最好避免同其它粉尘浓度较高的设备组合在同一风网中，因为一旦发生粉尘爆炸，火就会沿着管道传递，有可能会在其它设备中发生二次爆炸。如果必须组合在同一风网中，就必须设法在管道上安装隔爆阀，防止粉尘爆炸的传递。
(3) 在对工作塔内的各设备吸风时，要选择科学合理的吸风位置，才能达到良好的吸风效果。如对斗式提升机进行吸风时，首选位置为机座，且要在机座的下行端。如果斗式提升机产量大、高度大则要在机头上加一吸风点，最好设在该机的下行端。
(4) 在设计除尘风网时，最好就近组合吸点，避免使用过长的管道，因为长的管道会带来很大的阻力。如果水平管道过长，还会引起粉尘在管道内沉积，使吸风效果变差。
(5) 在设计与安装除尘风网时，应尽量使风管组合简洁流畅，减少局部构件的使用。过多地使用局部构件，不但阻力大增，而且在局部构件外，粉尘易沉积，影响除尘效果。
(6) 沿海地区由于空气潮湿，在粮食作业过程中粉尘易吸湿，吸湿后的粉尘在通风管道中易粘附在地管壁上，特别是水平管道中，时间长了会使管壁变小，阻力增大。因此，在通风管道中，应每隔一定长度设一清灰口，以便定期清灰。
(7) 对于筒仓也要有良好的通风系统，以防止粮食因长期储存而发热。
3.3 科学地泄爆
泄爆是为了降低粉尘爆炸的程度、减少爆炸损失与人员伤亡的一项举措。它主要是指在易爆设备或管道上设置泄爆口，当粉尘爆炸发生时，压力冲破泄爆口而迅速释放，从而降低了爆炸的破坏程度科学的泄露，关键在于选定泄爆位置、确定泄爆面积、选择泄爆材料。
3.3.1 泄爆位置的确定
实践证明，凡是内部粉尘浓度很高的设备，都容易发生粉尘爆炸，都应设泄爆口。在粮食立筒仓，斗式提式机、埋刮板输送机、筒仓、布袋除尘器和粉尘浓度较高的管道都要加泄爆口。
(1) 斗式提升机的泄爆。斗式提升机的产尘点，也是其粉尘浓度最高的地方，在机头与机座部位，因此，泄爆口应首先选在机头与机座位置。另外，为了最大限度地减少粉尘爆炸的强度，最好在机身L每隔几米就设一泄爆口。
(2) 埋刮板输送机的泄爆。埋刮板输送机在粮食立筒仓中主要用于仓顶装仓，它是一点进料，多点卸料，其扬尘点在进料点与卸粮点(进仓点)，泄爆口也应该设在这几个位置。
(3) 筒仓的泄爆。由于筒仓四周仓壁受到粮食的巨大压力，在仓上设泄爆口是不可能的，因此，筒仓的泄爆口只能设在仓顶上。如果给工人操作带来危险，可以在四周加上安全护栏。
(4) 布袋除尘器的泄爆。布袋除尘器的泄爆口应设在中箱体上，因为这里是布袋除尘器的主要工作区域，含尘浓度也最高，粉尘爆炸最易在这里发生。
3.3.2 泄爆面积的确定
确定泄爆面积大小的常用方法有2种，图解法和经验推荐值。
(1) 图解法:德国化学工业粉尘协会在Heinrich图算法的基础上确定了6张算图，用于计算各种情况下的泄爆面积
(2) 经验推荐值:一般情况下，用泄爆面积与有效空间的比值来衡量。英国的国标规定为0.07—0.03m2/m3,美 国的规定为0.10—0.07m2/m3，加拿大的规定为0.04m2/m3，我国采用的标准为0.10—0.05m2/m3。
3.3.3 泄爆材料的选择
目前，国内外最常用的泄爆材料为防水纸板、聚乙烯板、薄铝板等。具体选用哪一种，要根据具体的用途而定，同时也要考虑到使用的成本
3.4 喷油抑尘
喷油抑尘是近年来国外发展起来的一种控制粮食粉尘的新技术，在国外已经研究并使用了十几年，除尘效果非常好。据国外的资料介绍，喷油抑尘是一种效果好、成本低廉的控制粉尘的方法。它可以在粮食被处理的开始阶段进行喷油，喷施量为粮食重量的0.2‰-0.6‰，可以有效地抑制粉尘的飞扬，保持多个落差不扬尘。
在粮食立筒仓中，喷油抑尘其实不是一件很难的事，用一套喷油设备在粮食进人筒库工作塔之前的一个落料点进行喷油，不但可以抑制喷施点的粉尘，而且可以确保后路的许多工作点不扬尘，这样就可以省去后路的许多除尘风网，节省大量的电能。所以，喷油抑尘在粮食立筒仓的应用前景是非常光明的。