文/鐘圣俊

多起典型的粉塵爆炸事故皆是因?yàn)楣に囅到y(tǒng)中沒(méi)有采取爆炸隔離技術(shù)所致。本文約請(qǐng)東北大學(xué)工業(yè)爆炸及防護(hù)研究所副教授鐘圣俊簡(jiǎn)要介紹粉塵爆炸隔離裝置的類別及其應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)。

爆炸隔離是一種減小爆炸損失的方法，通過(guò)設(shè)置阻斷裝置，防止爆炸火焰和/或壓力波通過(guò)，進(jìn)而限制爆炸的范圍。爆炸隔離措施可防止爆炸在管道相連的設(shè)備之間和/或設(shè)備與作業(yè)區(qū)域之間傳播。

絕大部分的災(zāi)難性爆炸事故是爆炸在工藝系統(tǒng)中傳播并發(fā)生二次爆炸導(dǎo)致的，如以下3起事故，就是因?yàn)闆](méi)有采取爆炸隔離措施導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大的：2014年8月2日，江蘇省蘇州市昆山中榮金屬制品有限公司鋁粉塵爆炸；2015年1月31日，內(nèi)蒙古根河市金河人造板廠木材粉塵爆炸；2003年10月29日，美國(guó)印第安納州海因斯·萊姆茨國(guó)際公司鋁粉塵爆炸。

在這些事故中，爆炸首先在位于室外的除塵器中發(fā)生，沿進(jìn)風(fēng)管道傳播到了車間，并在車間發(fā)生了二次爆炸。

避免類似事故的發(fā)生，爆炸隔離技術(shù)將發(fā)揮十分重要的安全控制作用。

隔離技術(shù)的應(yīng)用

首先，介紹爆炸隔離技術(shù)的應(yīng)用條件。如果風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表明存在不可接受的爆炸傳播風(fēng)險(xiǎn)，則應(yīng)依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，在工藝設(shè)備之間和（或）工藝設(shè)備與作業(yè)區(qū)域之間的通道，設(shè)置爆炸隔離裝置，以防止爆炸在相連設(shè)備間傳播，或防止爆炸通過(guò)管道系統(tǒng)從設(shè)備傳至工作區(qū)域。

能夠傳播爆炸的通道包括但不限于管道、斗式提升機(jī)、刮板機(jī)、封閉式皮帶機(jī)、螺旋輸送機(jī)等機(jī)械輸送設(shè)備。這些設(shè)備通常需要采取爆炸隔離措施，典型的采取爆炸隔離措施的部位包括：除塵系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)管道、粉碎機(jī)的出料口與斗式提升機(jī)的出料溜管。

評(píng)估工藝設(shè)備之間的管道是否需要采取爆炸隔離措施應(yīng)考慮以下因素：工藝設(shè)備預(yù)期的最大受控爆炸壓力、管道直徑與長(zhǎng)度、作業(yè)區(qū)域可能被揚(yáng)起的粉塵數(shù)量。

爆炸隔離裝置的分類

爆炸隔離裝置分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類型。主動(dòng)式隔爆裝置通過(guò)監(jiān)測(cè)爆炸壓力或火焰等爆炸信號(hào)，并啟動(dòng)主動(dòng)動(dòng)作的阻隔裝置實(shí)現(xiàn)爆炸隔離；被動(dòng)式隔爆裝置不監(jiān)測(cè)壓力或火焰信號(hào)，通過(guò)阻隔裝置自身的機(jī)械特性實(shí)現(xiàn)爆炸隔離。

主動(dòng)式隔離裝置需要通過(guò)檢測(cè)與控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)隔爆功能。檢測(cè)系統(tǒng)通常為光學(xué)傳感器或壓力傳感器。典型的主動(dòng)式隔離裝置包括：化學(xué)隔爆裝置（見(jiàn)圖1）、快速動(dòng)作插板閥或蝶閥閥、主動(dòng)式浮球閥、夾管閥。

圖1 化學(xué)隔爆裝置

被動(dòng)式隔離系統(tǒng)不需要檢測(cè)與控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)隔爆功能。典型的被動(dòng)式隔離裝置包括：隔爆翻板閥、 被動(dòng)式浮球閥、旋轉(zhuǎn)隔爆閥、爆炸換向器。

隔爆翻板閥一般安裝在除塵系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)管道上。在除塵系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，翻板處于開啟狀態(tài)；當(dāng)除塵器發(fā)生爆炸時(shí)，翻板在爆炸壓力的作用下關(guān)閉（見(jiàn)圖2）。

圖2 隔爆翻板閥

旋轉(zhuǎn)隔爆閥與普通的旋轉(zhuǎn)下料閥（關(guān)風(fēng)器）類似。通過(guò)對(duì)葉輪與閥座之間的間隙長(zhǎng)度、間隙寬度和葉輪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)爆炸隔離（見(jiàn)圖3）。

圖3 旋轉(zhuǎn)隔爆閥

爆炸隔離技術(shù)與設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

與爆炸隔離技術(shù)與設(shè)備相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，主要為美國(guó)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)。如下：

NFPA 69：

2014 Standard on Explosion Prevention Systems 爆炸防護(hù)系統(tǒng)（NFPA，美國(guó)防火協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 英文名稱： National Fire Protection Association），NFPA 69規(guī)定了對(duì)各種爆炸防護(hù)系統(tǒng)的要求，其中包括對(duì)隔爆系統(tǒng)的要求；

NFPA 654：

2017 Standard for the Prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing， Processing，and Handling of Combustible Particulate Solids 可燃固體顆粒生產(chǎn)、加工與處理防火防爆標(biāo)準(zhǔn)，NFPA 654規(guī)定了可燃粉塵工藝設(shè)備的要求，給出了爆炸隔離的應(yīng)用條件；

EN 15089 ：

2009 Explosion isolation systems 爆炸隔離系統(tǒng)（EN，歐盟標(biāo)準(zhǔn)的縮寫），EN 15089是關(guān)于爆炸隔離系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)；

EN 16447 ：

2014 Explosion isolation flap valves 隔爆翻板閥，EN 16447規(guī)定了一種特殊的隔爆設(shè)備（隔爆翻板閥）的技術(shù)要求；

EN 16020 ：

2011 Explosion diverters 爆炸換向器，EN16020所規(guī)范的爆炸換向器，不是嚴(yán)格意義上的隔爆設(shè)備，但是爆炸換向器對(duì)防止射流點(diǎn)火有重要的作用。

圖4 1m3臥式爆炸試驗(yàn)設(shè)備

爆炸隔離設(shè)備的檢測(cè)

為保障產(chǎn)品質(zhì)量和用戶的權(quán)益，同時(shí)對(duì)企業(yè)和市場(chǎng)進(jìn)行規(guī)范，爆炸隔離設(shè)備須經(jīng)有能力的檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格后方可生產(chǎn)和使用。如東北大學(xué)工業(yè)爆炸及防護(hù)研究所具備這樣的檢測(cè)能力。圖4為1m3臥式爆炸試驗(yàn)設(shè)備的照片。

對(duì)于指定爆炸等級(jí)St的粉塵，隔爆翻板閥測(cè)試主要包括：

耐爆炸試驗(yàn)：測(cè)試隔爆閥在設(shè)計(jì)的抗壓強(qiáng)度下的耐爆炸性能；

阻火試驗(yàn)：確認(rèn)隔爆翻板閥能夠阻止爆炸火焰經(jīng)過(guò)隔爆翻板閥傳播；

性能試驗(yàn)：測(cè)定隔爆閥的最小安裝距離和最大安裝距離。

表1 典型的隔爆翻板閥性能參數(shù)舉例

典型的性能參數(shù)舉例如表1。

試驗(yàn)裝置示意圖如圖5所示。

隔爆翻板閥測(cè)試結(jié)果樣例

測(cè)試說(shuō)明：

粉塵濃度：100 g/m3；

測(cè)試容器保護(hù)方式：爆炸泄壓；

安裝距離：3 m；

翻板初始狀態(tài)：完全開啟且未鎖緊；泄爆壓力pred：0.0260 Mpa；

隔爆翻板閥承受壓力：0.0462 Mpa；

阻火性能：未發(fā)現(xiàn)火星或火焰，翻板自動(dòng)關(guān)閉且鎖緊；

圖6 壓力-時(shí)間曲線

圖7 隔爆翻板閥測(cè)試（錄像截屏）

圖8 測(cè)試不合格的隔爆閥（閥瓣被爆炸壓力打穿）

機(jī)械完整性：未發(fā)現(xiàn)永久性形變或破裂，機(jī)械完整性良好。

測(cè)試曲線及照片分別如圖6和圖7所示。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：隔爆裝置對(duì)防止爆炸在管道中傳播，降低爆炸事故后果有重要的作用，隔爆裝置應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)（見(jiàn)圖8）。如果不對(duì)隔爆裝置進(jìn)行試驗(yàn)，將無(wú)法保證隔爆裝置達(dá)到預(yù)期的性能。