粉尘防爆技术

粉尘防爆技术中钢集团武汉安全环保研究院徐国平2目录引言第一部分：粉尘爆炸基本原理第二部分：预防技术措施第三部分：监管对策建议31980--2006年，美国共发生了280起粉尘引起的火灾爆炸事故，导致119人死亡，700人受伤。美国粉尘爆炸事故状况4典型事故（1）:2003年1月29日,西部制药厂,6人死亡,38人受伤。！5典型事故（2）:2008年2月8日皇家糖厂事故，14人死亡，36人重伤。！6典型事故（3）:2003年10月29日，贺氏公司铸铝厂铝尘爆炸、火灾，1人死亡，多人受伤。！7典型事故（4）:2003年2月20日，CTA隔声材料厂树脂粉尘爆炸，7人死亡，37人受伤。！8新西兰：奶制品冷库爆炸马来西亚：面粉厂爆炸韩国：链斗提升机粮食粉尘爆炸新加坡：塑料粉尘爆炸、奶酪厂喷雾干燥器爆炸澳大利亚：食糖爆炸菲列宾、印度：水泥厂煤尘爆炸印度：奶粉厂喷雾干燥器爆炸近年来，亚太地区粉尘爆炸事故状况91987年3月15日，黑龙江省哈尔滨亚麻厂发生亚麻粉尘爆炸事故，造成58人死亡，65人重伤，112人轻伤。八十年代我国发生较大影响的粉尘爆炸事故101101352128003214606205500070531121事故次数110135212受伤人数80032146062055死亡人数000705311212002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年2010年2002年以来我国粉尘爆炸事故发生状况11涉及到的粉尘:饲料木材硫磺色母粉铝粉硅铁粉食糖12今年1月13日、2月24日，相继发生铝粉爆炸事故（2人死亡，6人受伤）、淀粉爆炸事故（20人死亡，8人重伤、49人受伤）。13可燃性粉尘爆炸事故呈现多发态势，与我国安全生产“总体稳定、趋向好转”的发展态势不相称！全社会、相关生产经营单位、从业人员粉尘爆炸及预防认知欠缺！引起总局领导高度重视！第一部分粉尘爆炸基本原理151.1什么是粉尘爆炸？1.2为什么粉尘会发生爆炸？1.3粉尘爆炸五个要素1.4粉尘爆炸的破坏性第一部分粉尘爆炸基本原理！161.1什么是粉尘爆炸？（1）粉尘国际标准化组织定义：粒径小于75μm的固体悬浮物GB/T15604-2008《粉尘防爆术语》：细微的固体颗粒可分为：呼吸性粉尘/漂尘/降尘/可见粉尘/显微粉尘等特点：能在空中停留、一段时间后可以沉降回顾几个概念17（2）可燃性粉尘：可与助燃气体发生氧化反应而燃烧的粉尘。NFPA：直径小于420微米，在分散状态下点火会引起火灾或爆炸的细微颗粒物。如：农业（淀粉、面粉、饲料、粮食）化学（塑料、香料、硫、橡胶、染料、杀虫剂橡胶、化肥）医药食品工业（药品、糖）金属加工（铝、镁、锌等）煤、木材、烟草、造纸、纸浆、家具等像水泥、泥沙、飞灰等是不可燃粉尘。回顾几个概念18（3）粉尘云悬浮在助燃气体中的高浓度可燃粉尘与助燃气体的混合物。回顾几个概念回顾几个概念19（4）粉尘爆炸火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现象。回顾几个概念回顾几个概念回顾几个概念20（5）一次爆炸与二次爆炸、多次爆炸一次爆炸：也叫初始爆炸，由初始点火源引起的爆炸。二次爆炸：第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。回顾几个概念21多次爆炸（请看多次爆炸视频）：随着爆炸引起极大的震动，沉积在不同部位的粉尘扬起，形成多个粉尘云，从而产生连环爆炸！回顾几个概念二次、多次爆炸更具破坏性！2223粉尘云着火时，顷刻间完成燃烧过程，释放大量热能，形成爆燃，使燃烧气体温度骤然升高，体积剧烈膨胀，形成很高膨胀压力，一旦空间受限，发生爆炸！1.2为什么粉尘会发生爆炸？诱发较大区域粉尘反应、释放能量温度、压力急剧上升，气体急剧膨胀可燃粉尘氧化反应释放能量241.3粉尘爆炸的五个要素五个要素粉尘爆炸燃烧三要素氧气可燃性粉尘点火源增加扩散受限空间2-氧气3-火源4-限制5-扩散1-可燃性粉尘25（1）可燃性粉尘:一定浓度或数量（2）氧气:一定的氧含量是粉尘燃烧的基础。（3）点火源达到MIE(10-50mJ)，能使局部粉尘云的温度发生突变形成火焰的高温热源。点火源能量：自燃、轴承过热100J；静电10mJ；摩擦火花10J；火焰、热表面10,000J1.3粉尘爆炸的五个要素燃烧三要素26点火源分为以下几类：根据产生能量的方式的不同，点火源可分成七类：①明火焰(动火、吸烟、气焊割等)②高温物体(过热马达、电烙铁、白炽灯、汽车排气管、烟囱火星、焊割作业金属熔渣、暖气片等过热表面)1.3粉尘爆炸的五个要素27③电气火花(接线盒、开关、控制箱漏电、短路、接触不良、继电器接点等)④撞击与摩擦（使用铁制工具、运输工具撞刮、润滑不良轴承、氧化剂撞击)⑤绝热压缩28⑥光线照射与聚焦(雷闪电、光线聚焦)⑦化学反应放(氧化燃烧、自燃)。⑧静电放电（电晕放电、静电积累、火花放电）29（4）扩散粉尘必须处于悬浮状态，即粉尘云状态。这样可以增加气固接触面积，加快反应速度。最小浓度（MEC），低于MEC，粉尘粒子间距过大，火焰难以传播。如玉米及淀粉:45g/m3、沙糖:19g/m31.3粉尘爆炸的五个要素30（5）受限空间粉尘云要处在相对封闭的空间，压力和温度才能急剧升高，继而发生爆炸。无受空间也会爆燃、爆轰1.3粉尘爆炸的五个要素31（1）具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广，煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。粉尘爆炸尤其是系统爆炸，造成了损失严重，仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故，死亡58人，轻、重伤177人，直接经济损失882万元（当时）。1.4粉尘爆炸的破坏性32（2）容易产生二次爆炸、多次连环爆炸。（3）能产生有毒气体。一种是一氧化碳；另一种是爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡，必须充分重视。1.4粉尘爆炸的破坏性331.4粉尘爆炸的破坏性粉尘爆炸现场1.4粉尘爆炸的破坏性粉尘爆炸现场341.4粉尘爆炸的破坏性粉尘爆炸现场1.4粉尘爆炸的破坏性粉尘爆炸现场351.4粉尘爆炸的破坏性粉尘爆炸现场361.4粉尘爆炸的破坏性粉尘爆炸现场371.4粉尘爆炸的破坏性（美国的统计）第二部分预防技术措施392.1哪些粉尘容易爆炸？2.2影响粉尘爆炸的因素2.3容易发生粉尘爆炸的生产工艺2.4容易发生粉尘爆炸的设备2.5预防技术措施第二部分预防技术措施40一般比较容易发生爆炸事故的粉尘大致有铝粉、锌粉、镁粉、铝材加工研磨粉、铁粉；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、植物纤维尘等特点：活泼金属有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在当它们与氧化物共存时，便发生分解，由氧化反应产生大量的气体，释放出大量的燃烧热。2.1哪些粉尘容易爆炸？41燃烧热越大的物质越容易爆炸：如煤尘、碳、硫磺等。氧化速度快的物质容易爆炸：如镁粉、铝粉、染料等。2.1哪些粉尘容易爆炸？！42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。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飞灰等。这类物质的粉尘化学性质比较稳定，所以不易燃烧。2.1哪些粉尘容易爆炸？！43化学性质：主要指燃烧热和燃烧速度物理性质：粒子越细越容易爆炸、爆炸强度越高；粉尘浓度越高爆炸压力越高，但达到一定高度后有下降趋势。2.2影响粉尘爆炸的因素（1）自身因素44粉尘云粉尘层煤粉510oC165oC玉米淀粉520440低密度聚乙烯450融化态铝粉850450调色剂570450粉尘点火温度：点火温度越低，越容易爆炸4545粉尘直径，微米Kst（爆炸指数）(bar-m/s)Pmax（最大爆炸压力）(bar)木屑2920510.5食糖301388.5煤粉241299.2玉米淀粉720210.3PVC60988.3可燃性粉尘爆炸指数46粉尘分散情况：分散度越高，爆炸强度越高点火源强度：点火能量越高，越容易爆炸最小点火温度:如玉米及淀粉:470℃沙糖:410℃2.2影响粉尘爆炸的因素（2）外部因素47氧含量：必须达到最低氧含量粉尘云的温度：越高越易爆炸湍流情况：湍流越严重，爆炸范围越大空气湿度：越低，爆炸强度越高2.2影响粉尘爆炸的因素（2）外部因素48由于机械力的作用会扬起大量粉尘，设备内悬浮的粉尘往往处于爆炸浓度范围之内。且各种力的作用更容易产生摩擦、撞击火花，静电等点火源，导致粉尘爆炸的发生。2.3容易发生粉尘爆炸的生产工艺（1）粉碎过程49在风力作用下，分离器内的粉尘均处于悬浮状态，此时，如存在足够能量的点火源，爆炸事故就会不可避免地发生。（2）气固分离过程50除尘前粉尘是处于悬浮状态的，粘附在滤材上的粉尘在清灰状态下也处于悬浮状态，若恰好有足够能量的点火源，将发生粉尘爆炸事故。（3）干式除尘过程51使用喷雾、气流或沸腾干燥器干燥颗粒状物料或粉料时，设备内形成的可燃粉尘－空气混合物的爆炸事故在生产实践中时有发生。（4）干燥过程52气力输送过程中，工业粉尘处于蓬松的悬浮状态，已具备粉尘爆炸的主要条件，只要有合适的点火源则极其危险，并且输送管线与分离和除尘设备相连，极易引起二次爆炸，造成更大的伤亡和损失。（5）输送过程53生产过程中粉尘难免要从设备中逸出，这些粉尘堆积在厂房及设备表面，若不及时清除，在达到一定浓度并且飞扬起来之后，很容易造成爆炸事故，并且在清扫过程中，也极易粉尘飞扬，形成悬浮爆炸条件。（6）清扫、吹扫过程54集尘器除尘器气力输送机2.4容易发生粉尘爆炸的设备55干燥器筒仓磨粉机56链式提升机572.5预防技术措施安全三要素火源燃料氧化剂预防就是消除三要素中的一个或多个因素。58（a）可靠接地（b）使用粉尘防爆电器（1）消除火源59（c）火花探测与熄灭60（请看视频：美国糖厂粉爆事故）（d）消除明火（e）防止局部过热视频:局部过热引发糖厂爆炸6162“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故:点燃源为铁质工具与铁质构件或装置的机械撞击与摩擦所产生的火花。（f）不用金属敲击，防止产生火花63发生爆炸前，三层平台有10人正在对5号筛和6号筛进行清理和维修。清理和维修工具为：铁质扳手、铁质钳子、铁锹等。紧邻5#筛的配电间屋顶（标高3.7m）有淀粉四车间4名包装工正在清扫由5#、6#振动筛上散落下的淀粉。所有工具为铁锹、铁畚箕、扫帚、包装袋。点燃过程分析“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故64三层平台（标高5.2M）的作业人员将清理的淀粉装袋后，通过楼梯往下滚落到一层地面。批号间与配电室的清理工作大致进行了一半，已经清理出了20多袋淀粉，有部分淀粉袋由配电间屋面直接抛到一层地面。事故发生时，三层平台和批号间与配电室屋顶有大量淀粉。点燃过程分析“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故65对5号振动筛处进行清理和维修的过程中，铁质工具撞击摩擦产生的机械火花，将清理过程中产生的处于爆炸浓度范围内的粉尘云引燃，在5号振动筛处发生了爆燃。这个爆燃也是此次事故的初始爆炸。初始爆炸能量比较小，只对局部设备和厂房产生破坏。“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故点燃过程分析“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故66初始爆炸产生的冲击波超压不强，但冲击波和气流激起了三层平台上的淀粉粉尘层，形成了更多的粉尘云，在三层平台和批号间与配电室屋顶发生了爆燃的扩散，粉尘云和粉尘层剧烈燃烧，在三层平台和批号间与配电室屋顶的作业人员处于高温火焰区。9名作业人员被严重烧伤未能逃生。5名作业人员成功逃生。“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故点燃过程分析“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故67在三层平台和批号间与配电室屋顶发生的初始爆燃和燃烧将更多的粉尘扬起,形成粉尘云，稍后在三层平台4号包装机上方旋风分离器下料管和5号筛之间的上部空间中发生了强烈的“二次爆炸”。该次爆炸摧毁了包装车间的屋顶和北面墙，西墙体安全门摧。爆炸同时导致4号和5号包装机之间的钢梁明显下垂