徐興文

摘要：可燃性粉塵產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸事故時(shí)有發(fā)生，事故涉及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)車間、高校試驗(yàn)室、游樂(lè)園等場(chǎng)所，往往造成人員傷亡及較大的經(jīng)濟(jì)損失。由于可燃性粉塵大多飄浮在空氣中，為改善環(huán)境及達(dá)到國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)場(chǎng)一般配置有除塵器，而收集有大量可燃性粉塵的除塵器存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。本文根據(jù)國(guó)標(biāo)或行標(biāo)對(duì)可燃性粉塵的防爆規(guī)范要求，結(jié)合已設(shè)計(jì)運(yùn)行的可燃性粉塵除塵系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況，從可燃性粉塵的識(shí)別，特性參數(shù)，爆炸條件，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分和除塵系統(tǒng)吸氣罩，管道設(shè)計(jì)，除塵器和風(fēng)機(jī)的防爆設(shè)計(jì)，維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)急措施等方面作簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：可燃性粉塵;爆炸條件;除塵系統(tǒng);防爆設(shè)計(jì)

目前，國(guó)家和企業(yè)對(duì)環(huán)境保護(hù)都很重視，企業(yè)員工的自我保護(hù)意識(shí)也在不斷提高，在產(chǎn)生粉塵工序常配備有除塵器收集處理粉塵，當(dāng)收集的粉塵具有可燃性質(zhì)時(shí)，集聚了大量可燃性粉塵的除塵器具有燃燒爆炸的可能，多個(gè)實(shí)際應(yīng)用表明，從燃燒爆炸的產(chǎn)生條件設(shè)計(jì)相應(yīng)預(yù)防措施，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)人員日常正確管理及時(shí)維護(hù)清理，是可以降低事故發(fā)生的可能或避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大的。

一、基礎(chǔ)概念

1.1、可燃性粉塵

國(guó)際上將粒徑<75um懸浮在空氣中的固體懸浮物（依其自身重量可沉淀下來(lái)）稱作粉塵。2015年國(guó)家應(yīng)急管理部發(fā)布《工貿(mào)行業(yè)重點(diǎn)可燃性粉塵目錄》將在空氣中能燃燒或燜燃，在常溫常壓下可與空氣形成爆炸性混合物的粉塵、纖維或飛絮定義為可燃性粉塵。由此可見，可燃性粉塵是粉塵中的一部分，而且包括纖維或飛絮。該目錄中明確了七類常見可燃性粉塵：金屬制品加工（鎂粉、鋁粉、鈦粉、鋅粉），另外鐵粉也是具有可燃性的;農(nóng)副產(chǎn)品加工（面粉、糖粉、奶粉、煙葉粉、茶葉粉）;木制品/紙制品（木粉、紙漿粉）;紡織品加工（亞麻、棉花）;橡膠和塑料制品加工（樹脂粉、橡膠粉）;冶金/有色、建材行業(yè)煤粉制備（煤粉、活性炭粉）;其他（染料、靜電粉末涂料、乳化劑）。

1.2、可燃性粉塵爆炸的條件

燃燒的條件為：可燃物、助燃物（氧氣或空氣）、點(diǎn)火源（焊割火星或熔渣，非防爆燈具，非防爆電機(jī)，靜電，光照，撞擊或摩擦，自燃，反應(yīng)放熱）;而爆炸條件在燃燒的基礎(chǔ)上增加粉塵云（粉塵擴(kuò)散懸浮在助燃?xì)怏w中的高濃度可燃性粉塵與助燃?xì)怏w的混合物）和相對(duì)受限空間。當(dāng)爆炸的5個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，必然發(fā)生爆炸事故，可燃性粉塵爆炸有初始爆炸、二次爆炸和多次爆炸，通常二次和多次爆炸破壞力更大。

1.3、可燃性粉塵爆炸的特性參數(shù)

最大爆炸壓力Pmax：粉塵發(fā)生爆炸所能達(dá)到的最大壓力，大部分粉塵爆炸壓力為0.5-1.0MPa，而除塵器的耐壓在0.1-0.2MPa范圍。

粉塵云最小點(diǎn)火能量MIE：使粉塵云著火的火花源能量最小值，多數(shù)為10-100mJ范圍，越小越容易引燃。

粉塵云最低著火溫度MIC：粉塵云被點(diǎn)燃的最低溫度，越低越易引燃。

最大壓力上升速率dp/dt：粉塵發(fā)生爆炸時(shí)最大爆炸壓力的壓力P—時(shí)間t上升曲線的斜率的最大值，越大越難防護(hù)

爆炸指數(shù)Kst：密閉容器內(nèi)，粉塵爆炸試驗(yàn)中最大爆炸壓力上升速率與容器容積的立柱根的乘積為一常數(shù)，稱為粉塵的爆炸指數(shù)。單位：MPa·m/s

爆炸下限MEC或LEL：是指粉塵云在給定能量點(diǎn)火源作用下，能發(fā)生自持火焰?zhèn)鞑サ淖畹蜐舛?，單位：g/m3。只有可燃性粉塵濃度達(dá)到爆炸下限才會(huì)發(fā)生爆炸，越低越易發(fā)生爆炸，鋁粉塵爆炸下限為60 g/m3。

最大允許氧濃度LOC：可使粉塵云爆炸的混合物中氧含量的最小體積濃度。越低越易產(chǎn)生火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

1.4、影響可燃性粉塵爆炸的因素

可燃性粉塵物化性質(zhì)（燃燒熱值、氧化速度、帶電難易程度、所含揮發(fā)物），外部因素（粉塵粒度、分散度、濕度、點(diǎn)火源的性質(zhì)、氧含量、湍流情況）。

1.5、粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所區(qū)域劃分

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域場(chǎng)所是指存在或可能存在可燃性物質(zhì)與空氣混合物的場(chǎng)所，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域場(chǎng)所根據(jù)GB50058標(biāo)準(zhǔn)按爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間分為20、21、22區(qū)，20區(qū)為正常運(yùn)行過(guò)程，可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)（產(chǎn)塵設(shè)備內(nèi)部，除塵器過(guò)濾腔和集灰桶，風(fēng)管內(nèi)部）;21區(qū)為正常運(yùn)行過(guò)程中很可能偶爾出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物的區(qū)域（裝卸料，敞開產(chǎn)塵作業(yè)區(qū)域，除塵器的清灰口及清灰作業(yè)區(qū)域），21區(qū)在一級(jí)釋放源周圍1m直徑范圍內(nèi);22區(qū)為正常運(yùn)行中可燃性粉塵一般不可能出爆炸性粉塵環(huán)境的區(qū)域，即使出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間也是短暫的（除塵風(fēng)機(jī)腔，排氣筒內(nèi)，風(fēng)管的清灰口及清灰作業(yè)區(qū)域），22區(qū)的范圍按超出21區(qū)3m及二級(jí)釋放源周圍3m的距離確定。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分還應(yīng)按可燃性粉塵的量、爆炸極限和通風(fēng)條件確定。

二、可燃性粉塵除塵系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)

除塵系統(tǒng)是由吸塵罩或吸塵柜、風(fēng)管、風(fēng)機(jī)、除塵器及控制裝置組成的用于捕集氣固兩相流中固體顆粒物的裝置。

2.1吸氣罩

根據(jù)產(chǎn)塵設(shè)備的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)工藝特征設(shè)計(jì)合適的吸氣罩，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循“通（粉塵能暢通地被吸走）、近（盡量靠近產(chǎn)塵點(diǎn)）、順（順著粉塵流向）、封（盡量封閉粉塵，減少擴(kuò)散）、便（方便操作和維修）”的原則。吸氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB16758或AQ/T4274的規(guī)定，下吸或側(cè)吸吸氣罩的控制風(fēng)速不宜低于1m/s，避免橫向氣流干擾和粉塵沉積。吸塵罩或吸塵柜采用鋼質(zhì)金屬材料制造，若采用其他材料則選用阻燃材料且采取防靜電措施，不得選用鋁質(zhì)金屬材料。應(yīng)采取措施防止吸入鐵片或螺釘、石子等物件。

2.2風(fēng)管

風(fēng)管應(yīng)采用鋼質(zhì)金屬材料，內(nèi)表面應(yīng)光滑并防銹，但不得使用鋁涂料。若采用其他材料則應(yīng)選用阻燃材料且采取防靜電措施，不得選用鋁質(zhì)金屬材料。連接除塵器的進(jìn)出風(fēng)管應(yīng)采用圓型橫截面風(fēng)管，宜采用焊接連接，如采用法蘭連接，應(yīng)按照GB12158防靜電措施要求進(jìn)行導(dǎo)電跨接。同時(shí)允許采用軟連接，其長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短。管道系統(tǒng)不應(yīng)使用絕緣管（如PVC管）。管道長(zhǎng)度大于10m應(yīng)按要求設(shè)置防爆裝置（泄爆、惰化、隔爆、抑爆，一種或多種組合）。水平風(fēng)管每間隔6m處及風(fēng)管彎管夾角大于45°的部位，宜設(shè)置清灰口，非清理狀態(tài)時(shí)清灰口應(yīng)封閉，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度大于風(fēng)管的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。對(duì)存在經(jīng)由吸塵罩或吸塵柜吸入火花危險(xiǎn)的風(fēng)管，宜在風(fēng)管上安裝火花探測(cè)報(bào)警和火花熄滅裝置。

風(fēng)管的設(shè)計(jì)風(fēng)速應(yīng)滿足風(fēng)管內(nèi)不出現(xiàn)粉塵堵塞、管內(nèi)壁不出現(xiàn)厚度大于1mm積塵的要求。通常按照風(fēng)管內(nèi)粉塵濃度不大于爆炸下限的50%計(jì)算，且應(yīng)不低于20m/s。鋁鎂粉塵按照風(fēng)管內(nèi)的粉塵濃度不大于爆炸下限的25%計(jì)算，且不小于23m/s。風(fēng)管應(yīng)支撐牢固無(wú)明顯抖動(dòng)，風(fēng)管設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少?gòu)濐^和長(zhǎng)度，盡量使得整個(gè)風(fēng)管阻力最小。

2.3除塵器

除塵器是可燃性粉塵除塵系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，可燃性粉塵除塵可選用干式除塵器（濾筒、布袋、旋風(fēng)）和濕式除塵器（水洗或水幕、自激式、文丘里），不得采用電除塵器或采用正壓吹送粉塵，也不得采用以沉降室為主的重力沉降除塵方式。

2.3.1可燃性粉塵除塵選用布袋或?yàn)V筒除塵器時(shí)，應(yīng)按照粉塵爆炸特性采取預(yù)防和控制粉塵爆炸的措施，如泄爆、惰化、隔爆、抑爆、抗爆，推薦一種或多種措施并用，但不得單獨(dú)只采用隔爆。

泄爆是在除塵器殼體適當(dāng)位置設(shè)計(jì)安裝泄爆片，在爆炸壓力尚未達(dá)到除塵器和風(fēng)管耐壓強(qiáng)度時(shí)排出爆炸產(chǎn)物，保護(hù)除塵器和風(fēng)管。泄爆面積計(jì)算，以及泄爆裝置的設(shè)計(jì)、選型和安裝應(yīng)符合GB/T 15605的要求。其中泄爆面積計(jì)算時(shí)會(huì)涉及到參數(shù)有：粉塵成分、爆炸指數(shù)Kst、最大爆炸壓力Pmax、泄爆壓力Pstat、被保護(hù)設(shè)備體積V、最大泄爆壓力Pred.max、長(zhǎng)徑比L/De、最大工作負(fù)壓。需要說(shuō)明的是V是不含設(shè)備內(nèi)的布袋或?yàn)V筒體積的。泄壓口應(yīng)朝向安全位置，泄壓時(shí)火球可達(dá)到被保護(hù)設(shè)備體積的7倍，火焰噴出距離大于12m。周圍不應(yīng)受到噴出火焰和壓力的危害，若室內(nèi)除塵器泄壓，應(yīng)通過(guò)長(zhǎng)度須小于3m的泄壓導(dǎo)管向室外安全的方向泄壓或采用無(wú)焰泄爆。泄壓裝置安裝完成后的有效泄壓面積不應(yīng)小于計(jì)算值。室外放置除塵器與廠房外墻的距離大于10米，且應(yīng)遠(yuǎn)離明火區(qū)域不小于25m。

惰化是向除塵器充入惰性氣體（N????2或CO2）或粉體（滑石粉），使粉塵失去爆炸性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可在除塵器進(jìn)風(fēng)口風(fēng)管中定時(shí)定量噴入滑石粉。

隔爆是在風(fēng)管上設(shè)置隔爆閥，將火焰及爆炸波阻斷在一定的范圍內(nèi)。主要目的是將除塵器內(nèi)的爆炸火焰或壓力阻斷，避免傳到室內(nèi)引起二次爆炸。在設(shè)計(jì)時(shí)隔爆和泄爆常同時(shí)并用。隔爆閥應(yīng)設(shè)置在廠房建筑物的外部，并應(yīng)安裝在主風(fēng)管的水平管段上，距離上游彎頭距離至少3m，同時(shí)應(yīng)注意安裝方向不得裝反。

抑爆是在風(fēng)管和（或）除塵器上設(shè)置抑爆裝置，爆炸發(fā)生瞬間，通過(guò)物理、化學(xué)滅火介質(zhì)撲滅火焰，使未爆粉塵不再參與爆炸。抑爆裝置啟動(dòng)應(yīng)與除塵系統(tǒng)的控制裝置保護(hù)裝置聯(lián)鎖設(shè)計(jì)。

抗爆是通過(guò)加強(qiáng)除塵器殼體壁厚與改進(jìn)材質(zhì)，將爆炸限制在除塵器內(nèi)部，在除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較少用。除了應(yīng)用上述措施中的一種或多種措施外，除塵器本體還應(yīng)采取如下設(shè)計(jì)：

濾筒或布袋應(yīng)具用防靜電和阻燃功能，與濾袋連接的金屬件（袋籠、花板、短管）和與濾筒連接的上下金屬端蓋及反吹機(jī)構(gòu)應(yīng)采取靜電跨接方式防靜電;其電阻應(yīng)不大于0.03Ω。同時(shí)除塵器應(yīng)設(shè)防靜電直接接地設(shè)施，接地電阻應(yīng)不大于100Ω。

電器元件（脈沖電磁閥、電機(jī)、儀器儀表、傳感器、電柜）應(yīng)選用粉塵防爆型，符合GB50058和GB12476標(biāo)準(zhǔn)，帶有粉塵防爆認(rèn)證標(biāo)識(shí)。不同場(chǎng)所環(huán)境所用專用防爆設(shè)備不得混用，常見很多粉塵防爆場(chǎng)所用II類氣體場(chǎng)所使用的防爆設(shè)備。另外還應(yīng)注意電纜連接時(shí)嚴(yán)禁使用塑膠套管鉚釘連接，須用鍍鋅鋼管攻牙密封連接，連接處不少于5扣絲牙?？墒褂梅辣瑩闲越饘佘浌苓B接，接線處須使用防爆接線盒。

除塵器的風(fēng)機(jī)葉片應(yīng)采用導(dǎo)電、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不產(chǎn)生火花的材料制造，軸承應(yīng)防塵密封，不宜使用皮帶傳動(dòng)。同時(shí)鋁鎂粉塵要求風(fēng)機(jī)安裝在濾筒或布袋之后采用負(fù)壓抽吸，禁止采用正壓吹送的除塵系統(tǒng)，除塵應(yīng)采用外濾方式，不同種類的可燃性粉塵不得合用同一除塵器。此外除塵器應(yīng)規(guī)范安裝使用鎖氣卸灰、火花探測(cè)熄滅、壓差監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警等裝置。

2.3.2可燃性粉塵除塵選用濕式除塵器時(shí)，應(yīng)確保水量、水壓能去除進(jìn)入除塵器的粉塵，設(shè)置水量、水壓監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。循環(huán)用水儲(chǔ)水箱、水質(zhì)過(guò)濾箱及水質(zhì)過(guò)濾裝置不應(yīng)密閉，須有通風(fēng)氣流，水質(zhì)應(yīng)清潔、箱內(nèi)不應(yīng)存在沉積泥漿，水不應(yīng)結(jié)冰。循環(huán)水管內(nèi)應(yīng)無(wú)積塵。鋁鎂等金屬粉塵濕式除塵系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)安裝與打磨拋光設(shè)備聯(lián)鎖的液位、流速監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，并保持作業(yè)場(chǎng)所和除塵器本體良好通風(fēng)，防止氫氣積聚，設(shè)置排氫口或監(jiān)測(cè)氫氣濃度，及時(shí)規(guī)范清理沉淀的粉塵泥漿。

2.4除塵系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)

除塵系統(tǒng)至少每半年進(jìn)行一次維護(hù)檢修，干式除塵器應(yīng)針對(duì)濾筒或?yàn)V袋的清灰、殘留粉塵及使用時(shí)間和壓差監(jiān)測(cè)更換，確?？刂蒲b置和防爆裝置、鎖氣卸灰裝置應(yīng)處于正常和安全運(yùn)行的狀態(tài)。濕式除塵器應(yīng)監(jiān)測(cè)氫氣濃度，查看水量、水壓、水質(zhì)、水管、泥漿情況是否正常。同時(shí)應(yīng)檢查電氣線路和電氣設(shè)備并建立維護(hù)檢修擋案。每班至少清理粉塵作業(yè)區(qū)域、吸氣罩、集灰桶、預(yù)過(guò)濾網(wǎng)、濾袋或?yàn)V筒、水質(zhì)過(guò)濾箱及濾網(wǎng)。每周至少清理鎖氣卸灰裝置、過(guò)濾腔、電氣線路及設(shè)備、監(jiān)測(cè)和控制裝置、循環(huán)用水儲(chǔ)水箱。每月至少清理主支風(fēng)管、風(fēng)機(jī)腔、防爆裝置、真空腔。需清理區(qū)域不得出現(xiàn)厚度大于0.8mm的積塵層。鋁鎂等金屬粉塵和鎂合金廢屑的收集、貯存應(yīng)采取防水防潮、通風(fēng)、氫氣監(jiān)測(cè)等必要的防火防爆措施。鋁粉塵貯存容器應(yīng)采取防銹措施。含水鎂合金廢屑應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用機(jī)械壓塊處理方式，鋁鎂合金粉塵應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用大量水浸泡方式暫存。清理粉塵時(shí)嚴(yán)禁使用壓縮空氣吹掃，宜采用負(fù)壓吸塵方式清掃。清掃應(yīng)形成臺(tái)賬記錄。清理或檢修時(shí)除塵器應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。嚴(yán)禁使用鐵質(zhì)工具清掃，物料清除，設(shè)備檢修應(yīng)使用防爆工具（銅、鋁、木器、竹器）。清理粉塵時(shí)應(yīng)穿防靜電鞋、防靜電服、防靜電手套，禁止在清理粉塵危險(xiǎn)場(chǎng)所穿脫衣物、帽子，禁止穿戴化纖、絲綢衣物并避免劇烈的身體運(yùn)動(dòng)。清理粉塵時(shí)禁止使用任何電子設(shè)備。動(dòng)火作業(yè)前應(yīng)清除動(dòng)火作業(yè)場(chǎng)所10m范圍內(nèi)的可燃性粉塵并配備充足的滅火器材，對(duì)于金屬可燃性粉塵應(yīng)選擇配備D型金屬滅火器。

2.5應(yīng)急措施

企業(yè)應(yīng)編制含有粉塵爆炸的應(yīng)急救援預(yù)案。每半年至少組織一次全體職工進(jìn)行滅火和應(yīng)急救援預(yù)案演煉。發(fā)生火災(zāi)或者粉塵爆炸事故后，粉塵涉爆企業(yè)應(yīng)當(dāng)立即啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)并撤離疏散全部作業(yè)人員至安全場(chǎng)所，不得采用可能引起揚(yáng)塵的應(yīng)急處置措施。

結(jié)語(yǔ)：正確的識(shí)別可燃性粉塵，了解其特性參數(shù)和爆炸條件，明確爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分是防爆設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，針對(duì)爆炸條件從吸氣罩，風(fēng)管，除塵器和風(fēng)機(jī)，維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)急救援等方面作出相應(yīng)設(shè)計(jì)和要求，實(shí)際應(yīng)用證明可燃性粉塵除塵系統(tǒng)是可以長(zhǎng)期安全、高效運(yùn)行的。

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