張琦，王嚴(yán)，辛立坤

(天津大沽化工股份有限公司，天津300450）

1 HRG 接枝粉的簡介

1.1 HRG 接枝粉

HRG 接枝粉是生產(chǎn)ABS 樹脂的兩種主原料之一，HRG 接枝粉指的是在聚丁二烯膠乳上接枝苯乙烯、丙烯腈單體，經(jīng)絮凝、干燥處理后得到的HRG 接枝粉，也可叫ABS 接枝粉，可用來和SAN樹脂共混制備通用型ABS 樹脂或特種料，可用PC、PA 生產(chǎn)合金級ABS 產(chǎn)品。主要用途是增加樹脂的抗沖擊性能。根據(jù)接枝粉中丁二烯含量的不同，可分為低橡膠接枝粉和高橡膠接枝粉，我公司HRG 粉橡膠含量在60%左右，通常也稱為高橡膠接枝粉[1]。

1.2 HRG 接枝粉的生產(chǎn)工藝

HRG 反應(yīng)工藝為半連續(xù)工藝。在批次加入PBD 和助劑后再連續(xù)加入苯乙烯、丙烯腈、TDDM和CHP 到反應(yīng)釜，直到達(dá)到預(yù)設(shè)量。在進(jìn)料階段，溫度升高。之后，CHP、KOH 和MMA 被加入以進(jìn)一步的提高轉(zhuǎn)化率和穩(wěn)定性。進(jìn)行將近2 h 的接枝反應(yīng)，反應(yīng)完成并被冷卻。反應(yīng)釜出料泵將產(chǎn)品輸送到膠乳儲罐。在對HRG 膠乳儲罐進(jìn)行質(zhì)檢測試，確認(rèn)其合適的pH 值和熱穩(wěn)定性后，膠乳被輸送到絮凝線中。在此，膠乳溶液破乳并且調(diào)節(jié)樹脂顆粒尺寸。經(jīng)過過濾機(jī)和離心機(jī)可以脫除漿料中大部分的水。

在除塵器引風(fēng)機(jī)使空氣通過干燥器的過程中?？諝獗桓稍锲鲀?nèi)部位于干燥器進(jìn)口的低壓蒸汽和高壓蒸汽盤管加熱。在干燥器旋轉(zhuǎn)同時(shí)熱空氣和HRG 一同通過。轉(zhuǎn)速從0.5～3.5rpm。專利的內(nèi)部抄板設(shè)計(jì)使粉末飄散并與空氣接觸充足的時(shí)間使HRG 固體得以干燥。空氣和HRG 干燥粉末從干燥器進(jìn)入到集塵器?？諝獗环蛛x和過濾，得到最終HRG 高橡膠接枝粉。

HRG 樹脂是一種易燃并且易粘著的粉末，如果暴露在較高溫度下，有空氣時(shí)HRG 會(huì)氧化，沒有空氣時(shí)會(huì)放熱分解。HRG 接枝粉MIE 值極低，只有3～10mJ，很容易因設(shè)備靜電蓄積或粉料輸送產(chǎn)生的靜電，引起粉塵爆炸。

2 粉塵爆炸

2.1 粉塵爆炸概念

粉塵爆炸，指可燃粉塵在受限空間內(nèi)與空氣混合形成的粉塵云，在點(diǎn)火源作用下，形成的粉塵空氣混合物快速燃燒，并引起溫度壓力急驟升高的化學(xué)反應(yīng)[2]。

2.2 粉塵爆炸產(chǎn)生的條件

粉塵爆炸條件一般有三個(gè)：

1）可燃性粉塵以適當(dāng)?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋?，形成人們常說的粉塵云；具有爆炸性粉塵有：金屬（如鎂粉、鋁粉）；煤炭；糧食（如小麥、淀粉）；合成材料（如塑料、染料）。

2）有充足的空氣和氧化劑。

3）有火源或者強(qiáng)烈的振動(dòng)與摩擦。

2.3 粉塵爆炸的爆炸原理

一般比較容易發(fā)生爆炸事故的粉塵大致有鋁粉、鋅粉、鎂粉、鐵粉、各種塑料粉末、有機(jī)合成藥品的中間體、小麥粉、煤塵、植物纖維塵等。這些物料的粉塵易發(fā)生爆炸燃燒的原因是都有較強(qiáng)的還原劑，當(dāng)它們與過氧化物和易爆粉塵共存時(shí)，便發(fā)生分解，由氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體，或者氣體量雖小，但釋放出大量的燃燒熱。一般認(rèn)為燃燒熱越大的物質(zhì)越容易爆炸。

2.4 粉塵爆炸的防范措施

常用的防護(hù)措施或方案主要有四種：遏制、泄放、抑制、隔離。

1）遏制

在粉體處理設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造初期，通過增加設(shè)備壁厚的措施來增大粉體處理設(shè)備的耐壓強(qiáng)度，該措施的缺點(diǎn)就是成本太高，且增加設(shè)備運(yùn)輸、安裝的困難程度。

2）泄放

泄放是通過利用防爆板、防爆門、無焰泄放系統(tǒng)對所保護(hù)的設(shè)備在壓力高或者發(fā)生爆炸的時(shí)候采取的主動(dòng)爆破，泄放爆炸壓力的辦法進(jìn)行泄壓，通過泄放壓力來保證設(shè)備的安全。

3）抑制

抑制系統(tǒng)是在初始爆炸階段由壓力傳感器或其紅外探測器及時(shí)檢測到，啟動(dòng)噴射裝備在系統(tǒng)設(shè)備中噴射抑制爆炸爆的藥劑，從而避免設(shè)備的二次爆炸。抑爆系統(tǒng)通俗來說相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)滅火器。

4）隔離

隔離分為機(jī)械隔離和化學(xué)隔離兩種，往往和抑爆系統(tǒng)一起應(yīng)用。

隔離就是把有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備與相連的設(shè)備隔離開，從而避免爆炸的傳播和產(chǎn)生二次爆炸[3]。

因?yàn)樵摴に嚨募夹g(shù)要求在干燥器上不能安裝任何的保護(hù)設(shè)備，我們結(jié)合HRG 高橡膠接枝粉的自身物化特性，同時(shí)采用了抑制和隔離兩種防范措施來防止干燥器在運(yùn)行過程中發(fā)生粉塵爆炸。

3 BS&B 系統(tǒng)對HRG 接枝粉干燥器的保護(hù)

3.1 BS&B 系統(tǒng)的工作原理和工作過程

3.1.1 BS&B 系統(tǒng)的工作原理

探測爆炸早期階段壓力波，并且快速注入抑制劑來阻止火球發(fā)展，從而抑制了燃燒、爆燃、爆炸的發(fā)生。BS&B IPD 爆炸抑制系統(tǒng)使用高精度壓力傳感器來探測爆炸前期火球的前端傳遞的壓力波 (傳感器的啟動(dòng)設(shè)計(jì)排除了因振動(dòng)或其他非爆炸壓力波所引起的誤報(bào)可能)。

3.1.2 BS&B 系統(tǒng)工作過程

傳感器直接傳遞信號給安裝在設(shè)備表面的滅火炮，滅火炮高壓急速噴射抑制劑來滅火，抑制劑通過完整的噴嘴有效的分散并噴滅火球，從而防止了火球發(fā)展為爆燃程度所帶來的對設(shè)備有損壞級別壓力的產(chǎn)生。

IPD 系統(tǒng)非常典型的可以控制設(shè)備內(nèi)的壓力發(fā)展在0.2 barg 以內(nèi)把火球滅掉。對比情況，沒有抑制系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)粉塵的爆燃過程中壓力在0.25s 內(nèi)就可以達(dá)到8 bar（每種易燃粉塵的評估不同）。

3.2 保護(hù)區(qū)域劃分

我們把BS&B 系統(tǒng)對HRG 接枝粉干燥器的保護(hù)分成3 部分來表示(見圖1)：

區(qū)域1#：火花探測系統(tǒng)。

區(qū)域2#：包括旋轉(zhuǎn)干燥器的入口和出口。

圖1 BS&B 系統(tǒng)對干燥器的保護(hù)區(qū)域劃分

區(qū)域3#：除塵器入口處的隔離。

在蒸汽盤管處存在粉塵回吹風(fēng)險(xiǎn)（除塵器吸風(fēng)不充分時(shí)），我們在蒸汽盤管后使用火花探測系統(tǒng)，火花探測和滅火系統(tǒng)是通過前端安置的探測器探測火星或灰燼的近紅外能量，發(fā)動(dòng)安裝在干燥器上端的蒸汽滅火閥門，整個(gè)過程都是自動(dòng)完成的。

探測器安裝位置選擇在系統(tǒng)管道壁、產(chǎn)生火星或灰燼的下游，探測器實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的監(jiān)測近紅外熱能的出現(xiàn)?？焖俜磻?yīng)探測器具有120°視角，可以深入探測容器內(nèi)部或高濃度氣相傳輸管道中的近紅外能量。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)中傳感器傳回的信號，火星探測和滅火系統(tǒng)（SD&E）就會(huì)快速啟動(dòng)蒸汽滅火系統(tǒng)。

傳感器和噴嘴等控制元件取得了安全認(rèn)證，火星探測和滅火系統(tǒng)可以在完全的粉塵環(huán)境中使用?；鹦翘綔y和滅火系統(tǒng)可以按照需要增加并且可以串聯(lián)使用以節(jié)省中央控制器接線數(shù)和安全使用性。

由于在干燥器上不能安裝任何的保護(hù)設(shè)備，所以從干燥器入口和出口處噴射抑制劑，同時(shí)起到抑制干燥器內(nèi)部爆炸和隔離干燥器上下游的作用。干燥器入口處的直徑較大，我們使用一個(gè)40#(I1)和一個(gè)20#(I2)的抑制炮來有效的分散抑制劑到干燥器內(nèi)部。干燥器出口處的直徑相對較小，使用2 個(gè)20#（I3,I4)抑制隔離炮分別在不同的位置（見圖1），這將有效的分散抑制劑到干燥器內(nèi)部，同時(shí)I4 在干燥器出口處可以包裹任何火焰和壓力波的傳遞，因此有效的隔離的干燥器，避免火焰和壓力等傳遞到下游的除塵器等設(shè)備。

4 總結(jié)

在HRG 高橡膠接枝粉的生產(chǎn)過程中為了避免和遏制粉塵爆炸我們采用了泄放、抑制和隔離相結(jié)合的防范措施。

目前在化工工業(yè)生產(chǎn)中，關(guān)于涉及粉體設(shè)備的防爆措施，不能只單獨(dú)考慮某一種措施，要從設(shè)備整體出發(fā)，要作為一個(gè)整體防爆系統(tǒng)來考慮，一般采取多種防范措施組合應(yīng)用。如泄放和機(jī)械隔離方案、泄放和化學(xué)隔離方案、無焰泄放和化學(xué)隔離方案、抑制和機(jī)械隔離方案等等，也可能需要所有方案的集合體。