粉尘爆炸与防爆技术

粉尘爆炸与防爆技术目录第一部分：概述第二部分：粉尘爆炸防护方法与技术第三部分：粉尘防爆标准第一部分：概述一、粉尘爆炸事故危害二、粉尘爆炸机理与特性参数三、粉尘爆炸试验四、我国粉尘防爆工作的历史、现状与存在的问题一、粉尘爆炸事故危害1、1970年6月，挪威Stavanger港口筒仓发生小麦粉尘爆炸后筒仓顶部损坏的情形。2、1973年8月，挪威某铝粉厂发生粉尘爆炸后的情形。3、1976年6月，挪威某粮食加工厂筒仓发生燕麦粉尘爆炸后筒仓顶部建筑的破坏情况。4、1998年6月8日，美国堪萨斯州某谷物价格厂发生筒仓、提升机爆炸事故。5、2003年1月29日，美国北卡罗来纳州某生产企业发生化学粉尘爆炸后的情形6、2008年2月7日,美国乔治亚州皇家糖公司发生糖粉尘爆炸事故，造成14人死亡、36人重伤（其中一些人终生残疾或毁容）。爆炸首先从筒仓下面密封的钢结构输送机开始，筒仓用于储存颗粒状糖片刻之后，巨大的二次粉尘爆炸蔓延至整个存在大量糖颗粒和糖粉尘的糖包装车间厂房及炼糖车间的部分厂房。爆炸及次生的火灾摧毁了包装车间、库房和筒仓，严重损坏了火车撞车区域和部分精制糖区域的设备和建筑附近的乔治亚港拍摄到第一次爆炸形成的多个火球，持续时间未16秒在第一次爆炸15分钟之后，包装车间厂内也发生了粉尘爆炸，形成了更大火球。爆炸持续了10秒7、1987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，47人轻伤。8、2009年3月11日，中铁二十四局施工人员租用生活用房发生因铝粉爆炸导致的坍塌事故，造成11人死亡、20人受伤。9、2010年2月24日，秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司发生粉尘爆炸事故，19人死亡，8人重伤，41人轻伤。10、2014年8月2日，江苏省昆山开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间在生产过程中发生爆炸。截至2014年8月6日，共75人死，185伤。二、粉尘爆炸机理与特性参数1、为什么粉尘会发生爆炸？粉尘爆炸属于化学爆炸，其爆炸过程大致如下：:悬浮于空气中的可燃粉尘从着火源处获得足够的能量,从而发生气化、蒸发、热分解、干馏等物理化学作用,并由此产生可燃性气体，继而和空气中的氧气发生氧化还原反应，导致爆炸发生。燃烧与爆炸的区别燃烧------物质氧化还原反应产生的热以热传导、热对流、热辐射等方式向周围物质传播。爆炸-----物质氧化还原反应产生的热以爆轰波的方式向周围传播。2、粉尘爆炸条件（1）可燃性粉尘（2）氧气（3）点火源（4）可燃粉尘与空气形成的混合物浓度处于爆炸范围以内（5）相对封闭的环境3、哪些粉尘可能发生爆炸《严防企业粉尘爆炸五条规定》（国家安全监管总局68号令）中提及及煤粉、铝粉、镁粉、锌粉、钛粉、锆粉、面粉、淀粉、糖粉、奶粉、血粉、鱼骨粉、纺织纤维粉、木粉、纸粉、橡胶塑料粉、烟草粉等国外将爆炸性粉尘大致分为十类：（1）粮食及农产品粉尘（2）金属粉尘（3）石油化工粉尘（4）纺织工业粉尘（5）制药工业粉尘（6）农药与杀虫剂（7）煤粉、焦炭粉尘、沥青粉尘、石油焦粉尘（8）木材粉尘（9）非金属单质，例如硫磺粉、磷粉、硅粉等（10）其他化工粉尘，例如抗氧化剂、缓释剂等4、粉尘爆炸的特点（1）粉尘爆炸所需起爆所需能量大，约数10mj至数100mj（2）2、粉尘的燃烧速度比气体的要小，由于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。这是因为粉尘中的碳、氢含量高，即可燃物含量多。如果按产生能量的最高值进行比较，粉尘爆炸是气体爆炸的好几倍，温度可达2000—3000℃以上，最大爆炸压力为345—690kpa。3、粉尘燃烧要经过加热熔融、离解、蒸发等复杂过程，粉尘从接触火源到发生爆炸所需的时间即感应期要比气体爆炸长，达数十秒。粉尘爆炸感应期长使得有可能探测初始爆炸。4、粉尘爆炸能引起建筑物其它部位的粉尘再次爆炸。第一次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第二次爆炸。而且第二次爆炸压力比第一次爆炸压力大，破坏性更严重。5、影响粉尘爆炸的因素粉尘的爆炸性受以下因素影响：（1）粉尘的粒度、挥发性、水分、灰分等；（2）粉尘分散情况；（3）点火源强度（4）含氧量（5）粉尘云的温度（6）湍流情况6、粉尘爆炸特性参数（1）最大爆炸压力与爆炸指数最大爆炸压力Pmax、最大爆炸压力上升速率及爆炸指数Kst,是反映爆炸猛烈程度的重要参数，用于爆炸泄压设计和爆炸抑制设计。爆炸压力：大部分粉尘的爆炸压力为0.5MPa~1MPa。最大爆炸压力主要用于结构抗压设计。爆炸指数反映了压力上升速率，简接反映了火焰传播速度。爆炸指数主要用于泄爆设计。（2）最小点燃能量MIE粉尘云最小点燃能量是粉尘云中可燃粉尘处于最容易着火的浓度时，使粉尘云着火的点火源能量的最小值。也称为最小点火能或最小点火能量。最小点燃能量是防爆方法选择的依据。•如果粉尘的点燃能量MIE1J，则粉尘处理工艺相对安全。•如果粉尘的点燃能量MIE10mJ，则粉尘较易被点燃，通常要考虑惰化方法防爆。最小点燃能量的测定最小点燃能量的测定装置（3）粉尘层着火温度粉尘层最低着火温度在粉尘层受热时，使粉尘层的温度发生突变（点燃）时的最低加热温度（环境温度）。粉尘层的着火温度反映了粉尘在堆积状态是对点燃的敏感程度。在处理可燃粉尘的车间设备及管道热表面常常沉积一层可燃粉尘，如热表面或环境温度较高时，会使粉尘的氧化速度增加，热量不断积聚就可能发生自燃着火。粉尘层着火后通常自身不会发生爆炸，但可能成为粉尘爆炸的点火源。在有可燃粉尘沉积的场所，设备表面温度不能超过粉尘层最低着火温度。粉尘层着火温度的主要应用为：电气防爆设备的选型；控制发热设备的表面温度。粉尘层着火温度的测定粉尘层粉尘着火温度测定装置(4)粉尘云着火温度悬浮在空气中的粉尘，如果遇到温度足够高的热源，就可能被点着，从而引发火灾或爆炸。空气中的粉尘云的着火是由于能量的传递引起爆炸的初始阶段，一旦粉尘浓度在爆炸范围就会形成粉尘爆炸。粉尘云最低着火温度是在粉尘云（粉尘和空气的混合物）受热时，使粉尘云的温度发生突变（点燃）时的最低加热温度（环境温度）。粉尘云着火温度的主要应用为：(1)电气防爆设备的选型；(2)控制发热设备的表面温度。三、粉尘爆炸试验（1）小麦粉爆炸试验（2）玉米淀粉爆炸试验（3）250m3容器爆炸泄爆试验（4）斗式提升机泄爆试验（5）5.8m3过滤玉米淀粉泄爆试验（6）原型生产设备粉尘爆炸试验（7）相互连接容器大比例粉尘泄爆试验（8）60m3筒仓小麦粉尘泄爆试验（9）236m3专门用于筒仓泄爆研究的试验装置玉米淀粉泄爆试验（10）泄爆导管试验装置（11）5.8m3过滤器聚乙烯粉尘泄爆试验无火焰捕集装置有火焰捕集装置（12）隔爆技术试验装置四、我国粉尘防爆工作的历史、现状与存在的问题1、历史（1）1984年，我院在全国率先进入粉尘防爆控爆领域（2）1987年，哈尔滨亚麻厂粉尘特大粉尘爆炸事故，造成235人伤亡，其中重伤65人，轻伤112人，伤亡58人。（3）1989年，国家“八五“最大安全科技项目申报，原劳动部组织。（4）1991年，全国粉尘防爆标准化技术委员会成立。（5）1998年，政府机构改革，撤销劳动部、冶金部、化工部、煤炭部等。（6）2001年，由国家经贸委管理的”煤矿安全监察局“加挂”国家安全生产监督管理局“牌子；2003年，安监局从经贸委独立出来；2005年，升格为国家安全生产监督管理总局。2、现状与存在的问题（1）认识、意识与素质（2）设备、设施与作业环境（3）管理体制（政府与企业，政府内部）国家安全监管总局关于进一步加强工商贸企业粉尘爆炸事故防范工作的通知（2010年）国务院安委会办公室关于深入展开铝镁制品机加工企业安全生产专项治理的通知（2012年）国家安全生产监督管理总局令（68号）《严防企业粉尘爆炸五条规定》（4）社会化服务第二部分：粉尘爆炸防护方法与技术一、作业现场粉尘控制二、建筑结构与设备布置三、防止出现火源四、除尘系统设计与维护五、惰化六、爆炸泄压七、爆炸抑制八、爆炸隔离九、抗爆设计粉尘爆炸的防护措施包括爆炸预防和爆炸防护。通过消除爆炸发生的条件（点火源、可爆性粉尘云、空气或氧气）防止爆炸的发生称为爆炸预防。通过采取防护措施在粉尘爆炸后减轻爆炸损失或防止爆炸的产生称为爆炸的防护。粉尘爆炸的预防措施主要有：（1）防止粉尘爆炸的点火源，采用的设备主要有火花探测器及熄灭系统。1）防止明火；2)防止机械火花和设备过热；3）使用防爆电气设备；4)防止静电和自燃；（2）防止形成可爆性粉尘云，措施如下：1）氧气、二氧化碳或惰性气体惰化；2）在粉尘中加入惰性粉尘；3）控制粉尘浓度在爆炸极限之外；4)防止粉尘沉积。粉尘爆炸的预防措施主要有：1）抗爆设计：使用抗爆结构的设备，即设备的抗压强度能承受最大爆炸压力。2)爆炸隔离：采用隔离技术隔离爆炸，有机械隔离（爆炸隔离阀和快速关闭阀等）和化学隔离（采用抑爆剂进行隔离）两种方式。3）爆炸泄压：采用泄压技术进行泄压，通常用防爆板（或叫泄爆板）泄放爆炸产生的超压。4）爆炸抑制：采用抑爆技术抑制爆炸的产生。以上防护措施可以组合使用，达到可靠、经济、实用的目的。一、作业现场粉尘控制目的：控制粉尘浓度粉尘发生爆炸，其浓度必须在爆炸范围内，如控制粉尘浓度，使其低于爆炸浓度下线，则爆炸事故可避免很薄的粉尘层也具有潜在的危险性1mm厚密度为500kg/m3的粉尘层可以在5m高的空间形成平均浓度为100g/m3的粉尘云，如果空间的高度仅为1m则浓度可达500g/m3作业现场可能出现的粉尘爆炸条件带式输送机下料：538mg/m3控制作业现场粉尘浓度的方法与技术（1）维护设备防止粉尘和物料从工艺设备中泄漏到作业现场（2）湿法作业前向作业承载物喷洒或注入液体，利用液体和固体表面的亲和力使粉尘相互黏附，避免飞扬（3）通风除尘在尘源附近及其他作业现场，利用除尘系统的抽气罩、管道和除尘器将悬浮的粉尘抽走，达到降低尘源附近及其他作业现场粉尘浓度的目的（4）清扫清扫过程、检修过程防止形成粉尘云不要用压缩空气吹扫使用不产生火花的工具打包机下粉尘堆积严重使用铁质工具车间建筑墙壁、电缆设备上的粉尘二、结构与设备布置建筑设计基本要求：（1）有粉尘爆炸危险的建筑采用框架结构，墙体采用轻质材料。（2）危险大的建筑之间留出足够的防火间距（3）宜采用单层建筑（4）人员集中的办公区域远离有爆炸危险的场所设备布局基本要求（1）斗式提升机、除尘器设置在建筑外。或靠墙布置，以便于泄爆。（湿式除尘器可布置在室内）（2）除尘器在建筑高处布置。除尘器外置三、防止出现点火源当满足条件的粉尘云从点火源处获得某一阀值的能量时，方可发生燃烧爆炸事故。根据点火源的点火形式，我们一般将点火源分为４大类：（一）电弧点火源：电火花、静电火花、雷电；（二）高温点火源：热表面、热辐射；（三）冲击点火源；（四）化学点火源：明火、自燃。防止出现点火源应从以下几个方面入手：（1）防止机械火花和摩檫（2）防止静电积累与放电（3）使用粉尘防爆型电气设备（4）防止自燃（5）防止明火，严格的动火制度斗式提升机跑偏与打滑监控安装除铁器据统计，40%的爆炸事故时由除尘系统引起的四、除尘系统设计与维护据统计，40%的爆炸事故时由除尘系统引起的。基本措施：（1）除尘器采取防爆措施：防静电滤袋、爆炸泄压、爆炸隔离。（2）风速设计合理，保证除尘管路各处风速基本一致，从吸尘点到除尘器风速应不变或略有增加。（3）尽量减少水平管道的长度和弯头等（4）减少除尘管路阻力损失（5）风机风压选型合理（6）经常检查除尘风速和管道阻塞情况风管堵塞五、惰化控制氧气浓度，消除发生爆炸的条件（1）当最小点燃能量小于10mj时，应考虑惰化（2）对于比电阻大的粉尘（﹥1012Ω.m），静电放电很难避免，即使最小点燃能量30mj，也应考虑惰化。例如聚乙烯、聚丙烯、ABS、树脂等。（3）活泼金属例如镁、铝、锆