李世航 陳邁微 林釔含 彭港成 程輝 溫國祥

（1.中國礦業(yè)大學(xué)碳中和研究院，江蘇 徐州 221008；2.中國礦業(yè)大學(xué)職業(yè)健康研究院，江蘇 徐州 221008；3.中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；4.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

鋼鐵、化工、建材、水泥、煤炭等行業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量粉塵，不僅影響周邊空氣質(zhì)量［1］，還會縮短工業(yè)設(shè)備的使用壽命［2］。此外，微細(xì)粉塵揚(yáng)起極易導(dǎo)致重大火災(zāi)、爆炸事故，嚴(yán)重影響社會發(fā)展［3］。截至2021 年底，我國職業(yè)性塵肺病11 000 余例，我國2012—2020年塵肺病例在新發(fā)職業(yè)病中占比超80%［4］，以煤工塵肺為例，其平均傷殘時間達(dá)31.57 a［5］。由此可見，及時去除工業(yè)粉塵對環(huán)境治理、事故預(yù)防、工人健康防護(hù)有著至關(guān)重要的作用。

目前工業(yè)場所常用的除塵方式有自然通風(fēng)除塵、幕簾隔塵、噴霧除塵、抑塵劑降塵、泡沫除塵、重力除塵器除塵、靜電除塵器除塵、旋風(fēng)除塵器除塵、濕式除塵器除塵、過濾除塵器除塵等［6-7］。過濾除塵器主要包括袋式除塵器和濾筒除塵器，因其具有除塵效率高、零耗水、無二次環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)除塵領(lǐng)域［8］，已是粉塵治理的主要技術(shù)之一。脈沖噴吹清灰利用高壓氣體瞬間噴吹將濾袋/濾筒表面附著的粉塵清除，在現(xiàn)有技術(shù)中其清灰效果最佳。但是，脈沖式過濾除塵器在使用過程中存在內(nèi)部粉塵爆炸、濾料破損、清灰不佳、運(yùn)行阻力大、箱體內(nèi)部積灰、箱體變形、除塵器倒塌等問題，存在不可估量的安全隱患。

通過調(diào)研分析工業(yè)生產(chǎn)中脈沖式過濾除塵器常見故障，確定了除塵器形態(tài)異常、過濾系統(tǒng)故障、清灰系統(tǒng)故障、卸灰系統(tǒng)故障、入口管道布置失常5 大常見故障，重點(diǎn)闡述了5 大故障誘發(fā)原因，提出了相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，系統(tǒng)歸納總結(jié)了除塵行業(yè)涉爆粉塵的安全防范措施，為脈沖式過濾除塵器故障排查和安全性能提升提供理論和技術(shù)參考。

1 脈沖式過濾除塵器結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 除塵器結(jié)構(gòu)

脈沖式過濾除塵器結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由過濾系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)和卸灰系統(tǒng)3 部分組成。

圖1 脈沖式過濾除塵器結(jié)構(gòu)

1.1.1 過濾系統(tǒng)

過濾系統(tǒng)用于含塵氣流的過濾，由風(fēng)機(jī)、擋風(fēng)板、濾袋或濾筒等組成。風(fēng)機(jī)可分為離心式風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)，是含塵氣流進(jìn)入除塵器的動力驅(qū)動裝置。擋風(fēng)板是安裝在除塵器進(jìn)風(fēng)口側(cè)用于改變塵流方向的金屬板，可以避免含塵氣流直接沖刷濾袋、提高內(nèi)部流場穩(wěn)定性、抑制二次揚(yáng)塵［9-10］。濾袋是在袋式除塵器中起濾塵作用的過濾元件，由各種濾料纖維織造后縫制而成，常用材質(zhì)包含滌綸針刺氈、錦綸、美塔斯、丙綸、PPS、P84、聚四氟乙烯等；濾筒是用于過濾粉塵的褶皺型筒狀元件，常用濾料包含合成纖維非織造濾料、改性纖維素濾料、聚四氟乙烯覆膜濾料等。濾筒在濾袋的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，相同體積條件下濾筒過濾面積更大，兩者都是過濾式除塵器的主要過濾元件，后文將濾筒和濾袋統(tǒng)稱為濾袋。含塵氣流中的粉塵受碰撞、擴(kuò)散、直接攔截、重力等多種作用被捕集在濾袋表面或沉積至灰斗內(nèi)［11］，完成過濾沉降。

1.1.2 脈沖噴吹清灰系統(tǒng)

脈沖噴吹清灰系統(tǒng)是脈沖式過濾除塵器的最主要部分，主要由空壓機(jī)、氣包、脈沖控制儀、電磁脈沖閥、噴吹管及噴嘴等元件組成。空壓機(jī)為清灰系統(tǒng)提供壓縮空氣；氣包用于存儲空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，同時穩(wěn)定氣體壓力；脈沖控制儀是控制電磁脈沖閥的電子控制器，可以根據(jù)清灰要求調(diào)整脈沖寬度和間隔，完成除塵器的定阻和定時清灰；電磁脈沖閥是受電磁先導(dǎo)閥的控制在瞬間啟閉高壓氣源產(chǎn)生脈沖的膜片閥；噴吹管為高壓氣體從氣包噴向濾袋內(nèi)部的通道；噴嘴可實現(xiàn)高壓氣體的定點(diǎn)定向噴射。

1.1.3 卸灰系統(tǒng)

卸灰系統(tǒng)用于排出沉積在除塵器箱體底部的粉塵，主要由排灰室和卸灰閥2 部分組成。排灰室又稱灰斗，用于存儲重力作用沉降后的粉塵和脈沖噴吹清灰掉落的粉塵。卸灰閥安裝于排灰室下方，用于排出除塵器灰斗內(nèi)部存儲的粉塵。

1.2 工作原理

1.2.1 過濾原理

過濾式除塵器的過濾元件為濾袋，主要由紡織濾布或非紡織類氈制成，內(nèi)部纖維孔隙可以有效完成氣流過濾，過濾過程主要分為2 個階段：

1）除塵器運(yùn)行初期，含塵氣流經(jīng)過濾料的孔隙時在網(wǎng)孔中產(chǎn)生“架橋現(xiàn)象”，通過濾料表面纖維的篩分作用完成過濾。

2）一段時間后，濾料表面捕獲的粉塵增加，“架橋現(xiàn)場”不斷強(qiáng)化，一部分粉塵進(jìn)入濾料內(nèi)部，另一部分粉塵被捕集在濾料表面形成粉塵層，粉塵層通過碰撞、擴(kuò)散、攔截、篩分、靜電、重力等作用完成對后續(xù)微細(xì)粉塵的過濾。

1.2.2 脈沖清灰原理

脈沖清灰系統(tǒng)中最重要的元件為電磁脈沖閥，通過其控制除塵器清灰的開閉，完成定時或定阻清灰。脈沖清灰的工作原理如圖2 所示。粉塵在濾袋表面不斷堆積，除塵器過濾阻力上升，當(dāng)其達(dá)到脈沖控制儀設(shè)定壓差時，控制器發(fā)出正向脈沖信號，電磁脈沖閥打開，氣包內(nèi)高壓空氣通過噴吹管由噴嘴噴出射入濾袋內(nèi)部，將附著在濾袋表面的粉塵剝離，剝落后的粉塵落入下方灰斗中。

圖2 脈沖式過濾除塵器清灰工作原理

2 脈沖式過濾除塵器常見故障及其應(yīng)急處理

脈沖式過濾除塵器普遍應(yīng)用于工業(yè)除塵領(lǐng)域，若除塵器設(shè)計失誤或使用維護(hù)不當(dāng)，會造成除塵器形態(tài)異常、過濾系統(tǒng)故障、清灰系統(tǒng)故障、卸灰系統(tǒng)故障、入口管道布置失常等，留下重大安全隱患，甚至引發(fā)重大安全事故。脈沖式過濾除塵器常見故障如圖3 所示，對脈沖式過濾除塵器常見故障進(jìn)行分析，并提出相關(guān)應(yīng)急處理措施，對事故預(yù)防及防治有重要作用。

圖3 脈沖式過濾除塵器常見故障

2.1 除塵器形態(tài)異常及其應(yīng)急處理

過濾式除塵器使用一段時間后，由于箱體本身設(shè)計不合理或使用過程中風(fēng)量過大等問題，極易導(dǎo)致除塵器形態(tài)異常，主要包括倉頂部塌陷、隔板開焊變形、除塵器漏風(fēng)及倒塌等。

2.1.1 倉頂部塌陷

除塵器倉頂部為其箱體的頂部，主要用于箱體的封閉及內(nèi)部的防水防露，若倉頂部坍塌，會使除塵器室內(nèi)空間壓縮，導(dǎo)致除塵效率下降。

1）原因分析。①除塵器殼體的設(shè)計、制造、安裝缺陷，以及其部件銹蝕等原因?qū)е鲁龎m器倉頂部強(qiáng)度下降。②除塵器漏水或高濕含塵氣體進(jìn)入除塵器內(nèi)部，導(dǎo)致濾袋受潮，濾袋內(nèi)部粉塵與水露混合，重力作用導(dǎo)致除塵器倉頂部塌陷。

2）應(yīng)急處理。①除塵器設(shè)計階段使用強(qiáng)度達(dá)標(biāo)材料及高強(qiáng)度鋼支架結(jié)構(gòu)，對銹蝕部件進(jìn)行檢修更換。②對塌陷的倉頂部進(jìn)行加固、修補(bǔ)，嚴(yán)重時應(yīng)及時更換塌陷倉頂部。

2.1.2 隔板開焊變形

隔板為除塵器不同倉室間的分隔部件，隔板開焊會導(dǎo)致除塵器不同倉室間竄風(fēng)，此外，隔板變形會使濾袋被擠壓、磨損，致其破損，嚴(yán)重降低除塵效率。

1）原因分析。①除塵器隔板設(shè)計時未達(dá)到強(qiáng)度要求。②風(fēng)機(jī)抽風(fēng)量超過除塵器額定抽風(fēng)量，抽吸狀態(tài)下隔板受力過大或受力不平衡，長時間運(yùn)行導(dǎo)致隔板向內(nèi)彎曲變形。

2）應(yīng)急處理。①對未達(dá)到強(qiáng)度要求的隔板進(jìn)行加固或更換。②避免除塵器在過大風(fēng)量（超過額定抽風(fēng)量）下使用，嚴(yán)格控制風(fēng)機(jī)的使用風(fēng)量。

2.1.3 除塵器漏風(fēng)

漏風(fēng)易造成外部空氣大量涌入除塵器內(nèi)部，主要表現(xiàn)為除塵效率下降、設(shè)備漏灰、設(shè)備內(nèi)部結(jié)露、銹蝕等，一般要求除塵器漏風(fēng)量小于3%［12］。

1）原因分析。①殼體及管道密封不嚴(yán)：由于殼體與管道的連接處密封不嚴(yán)、密封墊老化等問題，導(dǎo)致除塵器實際吸風(fēng)量減小，除塵效果下降。②卸灰裝置密封性差：灰斗底部卸灰閥開啟或閉合不到位，主要包括內(nèi)部元件失靈、液壓系統(tǒng)故障、閥板運(yùn)行卡阻等，造成外部空氣從底部卸灰閥進(jìn)入除塵器內(nèi)部。③箱體腐蝕、滲漏：處理高溫?zé)煔鈺r，除塵器內(nèi)部低溫區(qū)會發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，從而腐蝕除塵器，造成箱體表面出現(xiàn)漏風(fēng)點(diǎn)［13］。除塵器放置于室外，下雨或融雪時，由于箱體頂部未采取防水設(shè)計或密封性較差，導(dǎo)致箱體破損、腐蝕，使外部空氣進(jìn)入除塵器內(nèi)部。此外，雨水還會通過縫隙流入除塵器內(nèi)部造成滲漏。

2）應(yīng)急處理。①殼體及管道密封不嚴(yán)：對除塵器殼體進(jìn)行全面檢查，對漏風(fēng)處施焊，若無法修補(bǔ)，及時更換除塵器外殼；針對連接處密閉不嚴(yán)問題，應(yīng)及時更換漏風(fēng)管道；若密封墊老化，需更換老化密封墊。②卸灰裝置密封性差：及時更換內(nèi)部失靈元件，加強(qiáng)電機(jī)保養(yǎng)以預(yù)防液壓系統(tǒng)故障，定時清理卸灰閥板運(yùn)行滑道內(nèi)部雜物，防止閥板運(yùn)行不暢。③箱體腐蝕、滲漏：對除塵器箱體添加保溫層或?qū)Ω邷貧怏w進(jìn)行冷卻處理［14］，保證高溫氣體進(jìn)入箱體內(nèi)部時不會因溫差過大產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象；加強(qiáng)除塵器箱體頂部密封，密封處采用滿焊處理；箱體采用防水耐腐蝕材料或表面添加防水涂料。

2.1.4 除塵器倒塌

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計［15］，國內(nèi)發(fā)生的除塵器結(jié)構(gòu)形態(tài)故障破壞中，因穩(wěn)定性不足導(dǎo)致的倒塌事故占多數(shù)［16］。

1）原因分析。由于除塵器設(shè)計時支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，除塵器使用一段時間后外殼強(qiáng)度下降，遇到工人維修檢查、暴雪天氣時，除塵器質(zhì)量增加至超過支撐結(jié)構(gòu)承受范圍，導(dǎo)致除塵器倒塌。

2）應(yīng)急處理。①除塵器設(shè)計階段使用強(qiáng)度達(dá)標(biāo)材料及高強(qiáng)度鋼支架結(jié)構(gòu)。②定時對除塵器強(qiáng)度進(jìn)行測定，若出現(xiàn)支架裂縫等強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)情況盡快維修。

2.2 過濾系統(tǒng)故障及其應(yīng)急處理

脈沖式過濾除塵器過濾系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與濾袋組成，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及濾袋出現(xiàn)故障會對除塵效率造成極大影響。

2.2.1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為含塵氣流進(jìn)入除塵器內(nèi)部的動力驅(qū)動裝置，主要由主風(fēng)機(jī)和電動機(jī)構(gòu)成。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障易導(dǎo)致含塵氣體吸入量減小甚至風(fēng)機(jī)停機(jī)，多數(shù)粉塵逸散且無法進(jìn)入除塵器內(nèi)部，導(dǎo)致除塵效率降低。

1）原因分析。①主風(fēng)機(jī)控制器件異常：主風(fēng)機(jī)接觸器及三相電路未正常連通，電動機(jī)缺相，線路過熱，系統(tǒng)無法正常工作。②電動機(jī)故障：電動機(jī)接線盒內(nèi)線路短路或斷路。③風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)：所選用風(fēng)機(jī)風(fēng)量過大或過小，風(fēng)量過大，導(dǎo)致濾袋內(nèi)部壓差過高，濾袋使用壽命縮短；風(fēng)量過小，不能將含塵氣體全部抽入除塵器內(nèi)部。

2）應(yīng)急處理。①主風(fēng)機(jī)控制器件及電動機(jī)故障：更換主風(fēng)機(jī)內(nèi)部接觸器、電動機(jī)接線盒及其內(nèi)部故障線路。②風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)：根據(jù)應(yīng)用場所及除塵器型號選擇合適風(fēng)量的風(fēng)機(jī)。

2.2.2 濾袋破損

濾袋為除塵器濾塵系統(tǒng)的核心部件，其完整性是保障除塵效率的基礎(chǔ)。濾袋破損會導(dǎo)致含塵氣流從破損處直接進(jìn)入除塵器凈氣室，未過濾氣體直接從除塵器出口排出，主要表現(xiàn)為除塵器出口處有含塵煙氣冒出。

1）原因分析。①煙氣損壞：在高溫環(huán)境中使用時，若高溫?zé)煔饣蚰Σ领o電火花進(jìn)入內(nèi)部，會引燃濾袋表面可燃性粉塵，造成濾袋煙氣損壞，其主要分為高溫?fù)p壞和爆炸2 種情況。

高溫?fù)p壞：主要表現(xiàn)為高溫?zé)龤Ш褪湛s［13］，高溫濾袋破損如圖4 所示。高溫?zé)龤е饕獮橥獠扛邷責(zé)煔膺M(jìn)入除塵器內(nèi)部，點(diǎn)燃濾袋表面可燃性粉塵；高溫收縮是由于煙氣溫度超過濾袋使用溫度，濾袋徑向收縮，但是濾袋底部與骨架相連，造成濾袋因局部受力過大而損壞。

圖4 高溫濾袋破損

爆炸：除塵器管道入口處未布置火星捕集器或設(shè)備損壞，導(dǎo)致外部火星進(jìn)入除塵器內(nèi)部，引燃堆積的粉塵和濾袋，如果是可燃性粉塵，則可能誘發(fā)爆炸，火星造成濾袋破損如圖5 所示。

圖5 火星造成濾袋破損

②濾袋腐蝕：含塵氣體中有多種腐蝕成分，在凈化過程中腐蝕濾袋，濾袋腐蝕現(xiàn)象如圖6 所示。濾袋腐蝕主要分為酸堿腐蝕、水解、氧化3 種現(xiàn)象，通常環(huán)境溫度、濕度越高，濾袋腐蝕程度越高。

圖6 濾袋腐蝕

酸堿腐蝕：粉塵中含有酸、堿性成分，當(dāng)除塵器在露點(diǎn)溫度以下使用時，廢氣中的SO2遇水形成H2SO3造成濾袋內(nèi)部纖維變形失去強(qiáng)度［17］。水解：水分子在高溫、高濕環(huán)境下與濾袋材料中的有機(jī)高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)水解現(xiàn)象導(dǎo)致縫紉線開裂，濾袋強(qiáng)度下降。氧化：纖維分子中失去電子的過程稱為氧化，高溫條件下，濾袋纖維極易與氧分子結(jié)合發(fā)生氧化，使其強(qiáng)度下降。

③機(jī)械損壞：濾袋因摩擦碰撞、高壓脈沖氣體噴吹等作用發(fā)生機(jī)械破損，主要分為磨損和噴吹損壞。

磨損：濾袋磨損如圖7 所示，其主要原因為：花板變形致使濾袋朝一個方向傾斜，濾袋底部間距變小，在氣流作用下濾袋底部發(fā)生摩擦碰撞；除塵器內(nèi)部氣流不穩(wěn)，氣流速度過大，粉塵沖擊濾袋造成磨損。值得注意的是，濾袋表面出現(xiàn)微小損壞時，由于虹吸效應(yīng)導(dǎo)致?lián)p傷處不斷加大，從而加劇濾袋破損。

圖7 濾袋磨損

噴吹損壞：噴吹管內(nèi)氣流水平運(yùn)行，當(dāng)導(dǎo)流管角度設(shè)置不當(dāng)時，噴吹氣流無法垂直噴向濾袋，傾斜高壓氣流不斷噴向濾袋一側(cè)，造成濾袋口一側(cè)破損，如圖8 所示。

圖8 濾袋噴吹損壞

2）應(yīng)急處理。①定期檢查濾袋破損情況，對損壞濾袋進(jìn)行修補(bǔ)，對無法修補(bǔ)的濾袋進(jìn)行更換。②根據(jù)除塵器使用場所（溫濕度特性）選擇合適濾袋材料（耐水解、抗氧化等材料）。③除塵器生產(chǎn)時采用強(qiáng)度合格花板與骨架，防止變形。④保證噴吹管上導(dǎo)流管垂直安裝，杜絕高壓氣體傾斜噴吹現(xiàn)象。

2.2.3 濾袋壓差過高

運(yùn)行阻力是影響除塵器運(yùn)行費(fèi)用和吸風(fēng)量的重要指標(biāo)。濾袋壓差過高會增加除塵器運(yùn)行負(fù)荷，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。濾袋壓差過高的原因有塵流物理特性不匹配、噴吹參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、濾袋設(shè)計不合理等。

1）原因分析。①塵流物理特性不匹配：主要表現(xiàn)在不恰當(dāng)?shù)暮瑝m氣流粉塵濃度、溫濕度、速度和穩(wěn)定性，均會增大濾袋壓差。粉塵濃度過高：粉塵濃度超過除塵器除塵限度，大部分濾袋纖維孔隙被粉塵堵塞，粉塵逐漸堆積在濾袋表面導(dǎo)致濾袋壓差過大。含塵氣流溫度過高：高溫氣流進(jìn)入低溫除塵器內(nèi)，較大的溫差會造成粉塵結(jié)露現(xiàn)象，在濾袋表面產(chǎn)生水滴，導(dǎo)致糊袋。空氣濕度過大：含塵氣流濕度過大，高黏度粉塵粘在濾袋外部導(dǎo)致濾袋壓差上升。氣流速度過大：過濾風(fēng)速過大會將濾袋表面粉塵壓實，增大濾袋壓差，導(dǎo)致外部粉塵滲入濾料內(nèi)部甚至穿過濾料。氣流紊亂：氣流壓力不穩(wěn)定導(dǎo)致濾袋表面存在壓力過大點(diǎn)，導(dǎo)致濾袋壓差上升，甚至在濾袋高壓點(diǎn)處產(chǎn)生孔洞。

②噴吹參數(shù)設(shè)置不當(dāng)：噴嘴尺寸、噴吹管尺寸、噴吹時間、噴吹壓力等參數(shù)設(shè)置不合理，降低脈沖清灰效果，進(jìn)而導(dǎo)致濾袋壓差過高。

③濾袋設(shè)計不合理：濾袋壓差與濾袋本身材料、過濾面積有關(guān)，濾袋材料與粉塵特性不匹配、濾袋過濾面積過小均會導(dǎo)致濾袋壓差過大。

2）應(yīng)急處理。①塵流物理特性不匹配：有粉塵濃度過高、含塵氣流溫度過高、空氣濕度過大、氣流速度過大、氣流紊亂等。粉塵濃度過高：在除塵系統(tǒng)前段增設(shè)旋風(fēng)除塵器、慣性碰撞除塵器、重力除塵器等預(yù)除塵裝置進(jìn)行初級除塵，以減小入口處粉塵濃度、降低除塵負(fù)荷，之后經(jīng)脈沖式過濾除塵器進(jìn)行二次除塵。含塵氣流溫度過高：對除塵器采取保溫隔熱措施或者降低含塵氣體溫度?？諝鉂穸冗^大：在除塵器入口對氣流進(jìn)行干燥處理或者對除塵場所進(jìn)行降濕處理。氣流速度過大：減小風(fēng)機(jī)風(fēng)量以匹配除塵器運(yùn)行阻力。氣流紊亂：在氣流入口處設(shè)置穩(wěn)流裝置，穩(wěn)定氣流壓力。

②噴吹參數(shù)設(shè)置不當(dāng)：重新設(shè)計相關(guān)脈沖噴吹參數(shù)。

③濾袋設(shè)計合理：針對濾袋材料與粉塵特性不匹配，根據(jù)目標(biāo)粉塵特性（如酸堿性粉塵、高溫粉塵、含濕粉塵等），選擇適配材料的濾袋（如金屬纖維濾料、覆膜濾料、疏水濾料等材質(zhì)濾袋），保證濾袋性能。針對濾袋過濾面積過小，增大單個濾袋過濾面積或增加濾袋數(shù)量以滿足除塵需求。

2.3 清灰系統(tǒng)故障及其應(yīng)急處理

在過濾粉塵的同時，濾袋需要進(jìn)行定時或定阻清灰，若清灰系統(tǒng)發(fā)生故障，會增加濾袋壓差、降低除塵器處理風(fēng)量。

2.3.1 清灰系統(tǒng)元件故障

清灰系統(tǒng)內(nèi)部零部件主要包括氣包、脈沖控制儀、電磁脈沖閥、噴吹管、噴嘴、油水分離器等，除塵器長時間運(yùn)行易導(dǎo)致清灰系統(tǒng)相關(guān)零部件功能失效，無法正常使用。

1）原因分析。①氣包內(nèi)壓縮空氣壓力過低：壓縮空氣主要由空壓機(jī)提供，并存儲在氣包內(nèi)。若空壓機(jī)工作異常，會導(dǎo)致提供的壓縮空氣壓力不穩(wěn)定或過低，甚至無法供給高壓氣體，從而影響電磁脈沖閥工作；若氣包容積設(shè)計偏小，會導(dǎo)致噴吹壓力不足；若氣包材料耐磨損性能較差，會導(dǎo)致氣包破損、漏氣。

②脈沖控制儀失效：主要分為脈沖控制儀自身硬件失效和脈沖清灰參數(shù)設(shè)置不合理。若脈沖控制儀失效，控制儀將無法控制脈沖閥的開閉；若脈沖清灰參數(shù)如脈沖噴吹時間、清灰間隔時間、最大清灰壓差等設(shè)置不合理，無法及時有效地清除濾袋表面捕集的粉塵。

③電磁脈沖閥損壞：會導(dǎo)致脈沖閥漏氣或清灰系統(tǒng)開閉失常。前者主要原因為電磁脈沖閥結(jié)構(gòu)損壞；后者主要原因為氣壓平衡孔堵塞導(dǎo)致脈沖閥無法準(zhǔn)時開閉、磁鐵連接彈簧生銹導(dǎo)致脈沖閥密封不到位、膜片上方彈簧彈力不足無法及時開閉脈沖閥等。此外，橡膠墊片用于脈沖閥與氣包管口的密封，使用時間過長易磨損老化，造成電磁脈沖閥漏氣。

④噴吹管故障：主要包括噴吹管參數(shù)設(shè)置不合理和管道漏氣。噴吹管上噴嘴開口位置不合理會導(dǎo)致壓縮空氣無法準(zhǔn)確噴入濾袋；噴吹管壁厚過小會因其自重發(fā)生彎曲或因高壓空氣經(jīng)過導(dǎo)致管壁破損；噴吹管使用時間過長會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降，噴吹管出現(xiàn)裂隙漏風(fēng)。

⑤噴嘴參數(shù)設(shè)定不合理：主要有普通直管式噴嘴、擴(kuò)散噴嘴、誘導(dǎo)噴嘴等類型，不同類型噴嘴的氣體噴射壓力、速度和形狀不同。若噴嘴選擇不當(dāng)，清灰效率會大幅降低。此外，若噴嘴內(nèi)徑過大，會導(dǎo)致噴嘴出口壓力過??；若噴嘴內(nèi)徑過小，會增加沿程阻力，影響清灰效果；若噴吹高度不夠，無法有效清除濾袋上部附著的粉塵；若噴嘴安裝傾斜，會加劇噴射口的射流偏斜現(xiàn)象。

⑥油水分離器故障：油水分離器損壞導(dǎo)致壓縮空氣中油水無法分離；油水分離器內(nèi)部油水長時間未清理導(dǎo)致油水分離器堵塞。

2）應(yīng)急處理。①氣包內(nèi)壓縮空氣壓力過低：及時更換或?qū)σ褤p壞空壓機(jī)進(jìn)行維修；根據(jù)清灰系統(tǒng)運(yùn)行所需壓力選擇合適容積的氣包，檢查使用過程中氣包的磨損情況，對已破損氣包進(jìn)行更換。

②脈沖控制儀失效：針對定時與定阻清灰參數(shù)設(shè)置不合理問題，重新設(shè)定脈沖噴吹清灰參數(shù)；及時更換失效脈沖控制儀或失效零部件。

③電磁脈沖閥損壞：對接觸不良的線路端子進(jìn)行緊固處理，使線路通暢完成電磁脈沖閥的正常開閉；對已磨損或生銹的彈簧及墊片等零部件進(jìn)行更換，保證其正常密封。

④噴吹管故障：根據(jù)管路設(shè)計選擇合適開口位置的噴嘴、恰當(dāng)管壁厚度的噴吹管，及時對破損管道進(jìn)行維修和更換；對壓縮空氣輸送管道進(jìn)行保溫處理，及時排出內(nèi)部冷凝水。

⑤噴嘴參數(shù)設(shè)定不合理：根據(jù)管路設(shè)計重新選擇合適類型及內(nèi)徑的噴嘴，針對噴射口的偏斜現(xiàn)象重新調(diào)整噴嘴安裝角度，保證其垂直安裝。

⑥油水分離器故障：對損壞的油水分離器進(jìn)行更換，及時對油水分離器進(jìn)行排污，防止內(nèi)部堵塞。

2.3.2 粉塵結(jié)露現(xiàn)象

在高溫、高濕條件下抽吸的粉塵通過管道進(jìn)入除塵器內(nèi)部時，由于環(huán)境溫度及濕度的大幅變化，導(dǎo)致含塵氣體吸收大量水汽產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，粉塵結(jié)露現(xiàn)象如圖9 所示。當(dāng)含水汽氣流黏附在濾袋表面時，濾袋表面纖維孔隙被堵塞，脈沖清灰系統(tǒng)無法有效將濾袋表面結(jié)露的粉塵剝離，造成清灰系統(tǒng)失效。

圖9 粉塵結(jié)露現(xiàn)象

1）原因分析。①粉塵溫度過高：濾袋表面粉塵含有水分，高溫含塵氣體與濾袋表面水分接觸，發(fā)生低溫凝結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致粉塵粘黏在濾袋表面。

②粉塵黏度、濕度過高：空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣中存在部分水及油，未及時將分離器中液體及時排出，導(dǎo)致所含水及油隨高壓氣流射入濾袋內(nèi)與粉塵結(jié)合形成厚粉塵層。

③濾料材質(zhì)選擇不當(dāng)：除塵器處理高黏度粉塵未選擇合適的濾料，導(dǎo)致粉塵黏附在濾料表面難以清除。

2）應(yīng)急處理。①為防止粉塵結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，必須讓入口粉塵溫度高于露點(diǎn)溫度25 ℃及以上，或采用保溫措施提高箱體內(nèi)部溫度，確保箱體內(nèi)溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度15 ℃及以上［10］。②及時排出油水分離器中的油和水，防止其進(jìn)入除塵器內(nèi)部。③針對目標(biāo)粉塵特性選擇合適濾料。

2.4 卸灰系統(tǒng)故障及其應(yīng)急處理

2.4.1 灰斗積塵

沉降后的粉塵最終會落至灰斗內(nèi)堆積，灰斗的設(shè)計對粉塵的順利排出起著重要作用，若卸灰系統(tǒng)發(fā)生故障，會導(dǎo)致灰斗內(nèi)堆積粉塵無法順利排出。

1）原因分析。①灰斗錐形坡度大于粉塵堆積角或粉塵潮濕結(jié)塊引起起拱現(xiàn)象，導(dǎo)致粉塵無法順利排出。②灰斗底部卸灰閥密封性過差導(dǎo)致內(nèi)部負(fù)壓值較高，粉塵無法正常排出甚至導(dǎo)致粉塵被氣流吹起后重新返回濾袋，造成濾塵效率嚴(yán)重下降。③卸灰閥未進(jìn)行定期排灰，導(dǎo)致粉塵堆積。

2）應(yīng)急處理。①根據(jù)目標(biāo)粉塵的粉塵堆積角度重新選擇灰斗錐形坡度，同時要求灰斗壁面與水平面夾角大于65°［18］；防止粉塵結(jié)露，做好除塵器保溫工作或降低含塵氣體濕度。②及時更換損壞的卸灰閥或卸灰閥墊片密封部件等，防止外部空氣進(jìn)入灰斗內(nèi)。③定期排灰，及時清理灰斗內(nèi)部堆積粉塵。

2.4.2 卸灰閥啟動失常

卸灰閥的開閉控制卸灰系統(tǒng)的運(yùn)行，卸灰閥啟動失常將造成灰斗內(nèi)粉塵堆積，導(dǎo)致堆積粉塵無法正常排出。

1）原因分析。①接觸器線圈電阻失常：接觸器線圈電阻過大導(dǎo)致按下卸灰閥按鈕時卸灰閥無動作，接觸器不閉合。②接觸不良：接觸器端子接線不牢固，電流無法正常傳遞，卸灰閥啟動失常。③卸灰閥磨損嚴(yán)重：灰斗尺寸過小，粉塵堆積時對下方卸灰閥壓力過大，長時間受力導(dǎo)致灰斗無法卸灰。

2）應(yīng)急處理。①針對接觸器失靈問題，更換合適電阻元件，緊固松動端子。②若卸灰閥磨損嚴(yán)重，及時維修或更換損壞卸灰閥，也可重新設(shè)計灰斗尺寸。

2.4.3 卸灰管道積塵

1）原因分析。①若除塵器卸灰閥出現(xiàn)堵卡現(xiàn)象，粉塵無法順暢通過卸灰閥排出，會導(dǎo)致卸灰閥上下管道內(nèi)積塵。②外界溫度較低且空間加熱器故障時，粉塵在卸灰管道中凝結(jié)，無法流動導(dǎo)致堵塞。

2）應(yīng)急處理。①拆下卸灰閥連接軟管，清理卸灰閥內(nèi)部及與管道連接處內(nèi)部粉塵。②對空間加熱器進(jìn)行維修或替換，待凝結(jié)粉塵解凍后，打開卸灰閥清除粉塵。

2.5 入口管道布置失常及其應(yīng)急處理

除塵管道為除塵系統(tǒng)的重要組成部分，若入口管道布置不合理，會造成管道積塵，輕則導(dǎo)致除塵效率下降，重則引發(fā)可燃性粉塵爆炸。

2.5.1 管道內(nèi)部粉塵堆積

工業(yè)場所除塵管道內(nèi)粉塵沉積厚度不能超過1 mm［19］，在現(xiàn)場使用時，粉塵顆粒粒徑、管道內(nèi)壁粗糙程度、氣流流動速度等因素都會影響粉塵的堆積速度和堆積程度［20］。

1）原因分析。①管道設(shè)計不合理：有管道布置、管道直徑、管道長度、壁面粗糙度幾種。管道布置：由于重力作用，粉塵在水平管道內(nèi)的堆積速度大于垂直管道，此外，管道的水平直角轉(zhuǎn)彎極易導(dǎo)致拐彎處堆積粉塵。管道直徑：風(fēng)量一定條件下，選用直徑過大管道會降低管道內(nèi)流速，增加粉塵堆積可能性。管道長度：在風(fēng)機(jī)額定功率下，管道越長，流體阻力損失越大，會導(dǎo)致管道內(nèi)部粉塵流動速度下降，沉積在管道底部。壁面粗糙度：相同條件下，粉塵在粗糙壁面上沉積的數(shù)量遠(yuǎn)大于光滑壁面。

②粉塵物理特性原因：有粉塵粒徑、粉塵黏度。粉塵粒徑：粉塵粒徑越大，粉塵的沉積量越大。粉塵黏度：若未對入口處高濕度粉塵進(jìn)行干燥處理，粉塵黏度偏高進(jìn)而黏附在管道內(nèi)壁，造成管道內(nèi)粉塵堆積。

③氣流速度：不同粒徑粉塵在管道內(nèi)流動時具有不同壁面沉積的最低氣流速度。氣流速度過低，無法運(yùn)輸粉塵；氣流速度過高，除塵系統(tǒng)能耗增大，粉塵與管壁碰撞概率增大。

2）應(yīng)急處理。①盡量避免管道的水平布置以及直角拐彎。②根據(jù)目標(biāo)粉塵特性合理選擇除塵管道材料、長度及直徑。③若發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部有粉塵堆積，及時清理。

2.5.2 管道粉塵逸散

管道內(nèi)粉塵除了存在堆積現(xiàn)象外，由于氣流沖刷、管內(nèi)磨損，也會發(fā)生管道連接處漏風(fēng)現(xiàn)象。

1）原因分析。管道連接處強(qiáng)度過低，管道壁面與含塵氣流長時間磨損導(dǎo)致管道連接處漏風(fēng)。

2）應(yīng)急處理。檢查管道漏風(fēng)點(diǎn)，對管道漏風(fēng)處進(jìn)行加焊處理并及時更換老化管道。

2.5.3 管道內(nèi)粉塵爆炸

若管道內(nèi)沉積大量可燃性粉塵，在某些外力作用下易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，即產(chǎn)生高濃度粉塵云，若此時出現(xiàn)點(diǎn)火源，極易引發(fā)粉塵爆炸事故。

1）原因分析。未進(jìn)行管道清灰口設(shè)計，清灰口用于排出除塵管道內(nèi)部堆積粉塵，粉塵堆積厚度及質(zhì)量濃度越大，其最低著火溫度越低、爆炸超壓越大［21］。若管道內(nèi)堆積粉塵過多，在密閉空間內(nèi)遇點(diǎn)火源，極易發(fā)生爆炸。

2）應(yīng)急處理。水平管道每隔6 m 及轉(zhuǎn)向45°處設(shè)置清灰口，及時排出管道內(nèi)部堆積的粉塵［22］。

3 涉爆粉塵的安全防范措施

脈沖式過濾除塵器可以有效控制可燃性粉塵的擴(kuò)散和聚集，降低作業(yè)場所粉塵濃度。但是，當(dāng)涉爆粉塵大量進(jìn)入除塵器后，發(fā)生粉塵爆炸的潛在危險性較大。此外，除塵系統(tǒng)布置選址不合理、未安裝安全監(jiān)測系統(tǒng)、管理制度不健全等問題，也會加劇除塵器爆炸危險。因此，提出脈沖式過濾除塵器涉爆粉塵的安全防范措施具有重大意義。常見的涉爆粉塵安全防范措施如圖10 所示。

圖10 涉爆粉塵安全防范措施

3.1 除塵器防爆措施

3.1.1 正壓式除塵器安全防范措施

正壓式除塵器的風(fēng)機(jī)安裝在含塵氣體進(jìn)口側(cè)，除塵器內(nèi)部壓力高于環(huán)境壓力。由于正壓式除塵器使用成本較低，廣受企業(yè)青睞，但其存在風(fēng)機(jī)葉片打火風(fēng)險，火星同氣流一起進(jìn)入除塵器內(nèi)部會造成粉塵爆炸事故。

為避免因正壓除塵產(chǎn)生的爆炸事故，要求鋁、鎂等金屬和木制品粉塵除塵場所嚴(yán)禁采用正壓除塵器，其他粉塵爆炸場所若采用正壓除塵器吹送粉塵，應(yīng)確保采取除雜、監(jiān)測、噴淋等可靠的防范點(diǎn)燃源措施［23］。

3.1.2 除塵器控爆措施

控爆措施是采用預(yù)防和控制粉塵爆炸的技術(shù)，包括泄爆、隔爆、惰化、抑爆、抗爆等，杜絕除塵器爆炸或降低除塵器爆炸危害。涉爆粉塵環(huán)境下，除塵器的設(shè)計應(yīng)同時采取一種或多種控爆措施，降低爆炸危險性，減少財產(chǎn)損失。

1）泄爆。當(dāng)除塵系統(tǒng)內(nèi)部壓力超過泄爆裝置設(shè)定壓力時，泄爆裝置自動開啟，由于泄爆裝置材料強(qiáng)度較低，裝置內(nèi)部壓力從固定位置向外界釋放壓力波和火焰，保證除塵裝置整體不會被大范圍損壞，縮小火焰的傳播范圍。泄爆裝置普遍使用于過濾除塵器中，但其存在泄爆面積過小、泄爆口朝向錯誤等問題。故要求泄爆裝置面積根據(jù)粉塵爆炸壓力、除塵器容積等設(shè)計，泄爆口應(yīng)朝向室外安全區(qū)域，保證火焰噴射時不會對人員及財產(chǎn)造成傷害。

2）隔爆。隔爆裝置一般要求安裝在風(fēng)管上，防止爆炸產(chǎn)生的火焰沿著管道傳播至其他部位，減少爆炸事故的損失、降低事故發(fā)生的風(fēng)險。

3）惰化。惰化裝置主要原理為向除塵器內(nèi)充入惰性氣體從而降低裝置內(nèi)部氧濃度，使其無法達(dá)到爆炸臨界氧濃度而抑制爆炸事故的發(fā)生。

4）抑爆。在風(fēng)管或除塵器上設(shè)置抑爆裝置，向發(fā)生爆炸的設(shè)備內(nèi)噴射滅火劑，將可燃物質(zhì)燃燒及爆炸抑制在初始階段，從而避免產(chǎn)生過高爆炸壓力，抑制爆炸的傳播。

5）抗爆。利用抗爆結(jié)構(gòu)對除塵器進(jìn)行設(shè)計，保證在爆炸事故已經(jīng)發(fā)生的條件下，除塵系統(tǒng)由于其高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)不被破壞。

3.1.3 除塵器材料選擇

1）除塵器箱體應(yīng)采用鋼質(zhì)金屬材料，若采用其他材料，需選擇阻燃材料且采取防靜電措施，防止除塵器外表面產(chǎn)生的靜電火花在高塵密閉環(huán)境下引發(fā)爆炸。

2）除塵器濾袋和濾筒應(yīng)選用阻燃防靜電材料。

3.2 除塵系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 合理布置

1）單獨(dú)設(shè)置不同防火分區(qū)除塵系統(tǒng)。為防止不同防火分區(qū)的除塵系統(tǒng)互通時，分區(qū)內(nèi)部爆炸通過除塵管道將火焰?zhèn)鞑ブ疗渌麉^(qū)域造成更大事故，要求每個防火分區(qū)單獨(dú)設(shè)置除塵系統(tǒng)。

2）單獨(dú)設(shè)置存在可加劇爆炸危險介質(zhì)的除塵系統(tǒng)。加劇爆炸危險的介質(zhì)主要包括相互接觸可以發(fā)生反應(yīng)的介質(zhì)以及可燃性氣體與粉塵，若需保證除塵系統(tǒng)的安全性，應(yīng)單獨(dú)設(shè)計可反應(yīng)介質(zhì)以及氣體和粉塵的除塵系統(tǒng)。

①可反應(yīng)介質(zhì)共用：若工業(yè)場所內(nèi)存在2 種及以上可以相互發(fā)生反應(yīng)的粉塵，在共用除塵系統(tǒng)的條件下，粉塵在管道內(nèi)相互接觸時易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量，使管道內(nèi)部溫度急劇上升，火災(zāi)危險性增大。

②氣體與粉塵共用：可燃?xì)怏w的最小點(diǎn)火能遠(yuǎn)低于粉塵，二者混合時將會加大爆炸的危險性。

3.2.2 正確選址

1）含塵廠房、車間和收塵裝置與周邊居民區(qū)要有足夠的防火間距，故需增大二者間的安全距離，減小爆炸損失。

2）含塵車間與廠房其余區(qū)域應(yīng)設(shè)置有效防火隔離設(shè)施，防止火災(zāi)的蔓延。

3.3 增設(shè)安全監(jiān)測系統(tǒng)

安全監(jiān)測系統(tǒng)包括壓差監(jiān)測報警裝置、溫度傳感器、火花探測報警裝置、消防噴淋裝置、CO質(zhì)量濃度監(jiān)測器等。

1）進(jìn)、出口壓差監(jiān)測報警裝置。當(dāng)進(jìn)、出口壓差變化大于允許值的20%時，監(jiān)測報警裝置發(fā)出聲光報警提示，提醒停機(jī)檢修。

2）溫度傳感器。除塵設(shè)備進(jìn)風(fēng)口前端管道以及灰斗上安裝溫度傳感器，當(dāng)傳感器周圍溫度大于設(shè)定溫度時，設(shè)備報警并停機(jī)。

3）火花探測報警和消防噴淋裝置。當(dāng)管道內(nèi)部出現(xiàn)火花時，除塵管道內(nèi)火花探測器進(jìn)行報警，同時，消防噴淋裝置開啟，向管道內(nèi)部噴水以防火勢擴(kuò)大。

4）CO 質(zhì)量濃度監(jiān)測儀。對于煤塵而言，CO 悶燃征兆質(zhì)量濃度為100 mg/L，當(dāng)其超過800 mg/L時，說明悶燃正在發(fā)展，監(jiān)測儀及時發(fā)出報警信號［24］。

若監(jiān)測系統(tǒng)出差錯，當(dāng)溫度、壓差或CO 質(zhì)量濃度達(dá)到報警裝置設(shè)定限值時，未進(jìn)行聲光報警，將會造成爆炸事故擴(kuò)大，直至無法補(bǔ)救。及時檢修并更換失靈監(jiān)測系統(tǒng)元件，對保證其正常運(yùn)行意義重大。

3.4 健全管理制度

1）建立健全粉塵清掃制度。合理劃分清掃范圍、制定清掃頻次，避免粉塵長時間在工作場所、管道內(nèi)及除塵器內(nèi)的殘留堆積。

2）定時檢修及更換除塵系統(tǒng)內(nèi)部失靈元件及除塵器部件。

3）工人在粉塵爆炸及危險區(qū)域進(jìn)行檢修及施工作業(yè)前，制定完善的作業(yè)方案以及應(yīng)急預(yù)案。

4）管理人員針對目標(biāo)場所制定粉塵防爆專項檢查細(xì)則，及時排查粉塵爆炸隱患。

4 結(jié)語

從除塵器形態(tài)異常、過濾系統(tǒng)故障、清灰系統(tǒng)故障、卸灰系統(tǒng)故障、入口管道布置失常5 方面分析脈沖式過濾除塵器使用過程中可能出現(xiàn)的故障，提出相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，并對涉爆粉塵的安全防范措施進(jìn)行歸納總結(jié)。

除塵器零部件易于損壞，及時檢查并更換損壞部件是防止除塵器漏風(fēng)、風(fēng)機(jī)故障、電磁脈沖閥差錯以及卸灰控制系統(tǒng)失常的主要措施；粉塵結(jié)露現(xiàn)象會對過濾系統(tǒng)以及清灰排灰系統(tǒng)造成影響，應(yīng)防止除塵系統(tǒng)內(nèi)外溫差過大，并在入口處進(jìn)行粉塵干燥處理以防粉塵黏結(jié)；設(shè)計除塵系統(tǒng)前及時對場所溫濕度、粉塵性質(zhì)及濃度等進(jìn)行檢測，以選用合適的濾袋材料、風(fēng)機(jī)型號、噴嘴類型以及灰斗坡度。

粉塵爆炸事故屢現(xiàn)不窮，工業(yè)場所涉爆粉塵的安全防范主要包括除塵器防爆結(jié)構(gòu)、除塵系統(tǒng)設(shè)計、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及管理手段，設(shè)計防爆結(jié)構(gòu)、合理進(jìn)行除塵系統(tǒng)選址、關(guān)注監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行故障、建立健全粉塵清掃制度、及時檢修除塵器零部件是避免粉塵爆炸的重要手段。