粮食筒仓粉尘爆炸的预防一、粮食粉尘爆炸形成的机理1.粮食粉尘是易燃易爆粉尘。 粮食及粮食粉尘易吸收热量而不易散发热量。粮食及粮食粉尘局部易在热传导、热辐射的作用下或本身发热，使粉尘粒子表面受热，表面温度上升，粒子表面的分子产生热分解，形成高于环境空气温度的混合产物，这种产物与周围的气相和固相的可燃物继续进行化学反应，放出热量，温度很快增高，而使反应气体发生强烈的放热反应出现明亮的火焰，即发生爆炸。 粉尘爆炸的形成，基本经过四个阶段 ①易燃易爆粉尘粒子吸收外界热量阶段。 ②粒子表面分子产生热分解阶段。 ③这种气体与空气形成混合气体点火，局部燃烧阶段。 ④局部燃烧产生的热量，促进周围粒子迅速热分解，增大可燃混合气体浓度，在引火能量作用下爆炸阶段。 （1）粒子表面受热表面温度上升 （2）粒子表面的分子产生热分解，粒子周围产生一种气体 （3）产生的气体与空气混合形成爆炸性混合气体，点火产生火焰 （4）扩大热分解离子范围，增大可燃性混合气的浓度，点火爆炸 粮食粉尘爆炸所需能量，是由粉尘粒子分解，瞬间放出大量能量而形成。这种爆炸基本属于化学爆炸，即物质在短时间内完成化学变化，形成其它物质，同时产生大量气体和能量的现象。 可燃物自身形态和处于环境状态不同，所产生热量不同，物理状态转为化学状态，其能量变化是一个升华变化。如煤和煤气的燃烧热都是29000KJ， 2.粮食粉尘的粒度和粒度分布 粮食粉尘粒径小的比例大。筒仓储运生产产生的粮食粉尘粒径一般在0.1——200μm，最大的是400μm，小于75μm的占80%。粉尘爆炸的难易与粉尘的粒度和粒度分布有关，粉尘的燃烧是在粒子表面进行的，所以粉尘粒子的表面与粒子体积之比增大时，热的发生速度就超过热的散发速度，爆炸性就增加了。如： 粉碎后表面积增长状况 见表 因此粒子的平均直径越小，密度越小，则比表面积，表面能也就越大，爆炸的危险性也就越大。 3.粮食气流性 粮食生态系统的气体对流与粮堆进行着气体交换与能量流动的性能。粮堆气流运动不但影响着粮食微生物昆虫的生命活动，并且影响着粮堆传热，水分横移，氧气和其他气体传输与扩散。 如能将粮堆中及粉尘中的水气、热量向外散发，达到发温散湿作用，对预防粉尘爆炸是很有益的。反之把粮堆外部高温引入粮堆，或把粮堆内部的水气、热量向某一部位大量集中，使粮食温、湿度增高，就易产生可燃气体，如遇明火，就可能燃烧爆炸。 粮食粉尘产生的燃烧热，大于固体炸药的燃烧热。见表 见表 所以粉尘爆炸的破坏力远大于气体和固体炸药的威力。 二、粮食筒仓车间易形成粉尘爆炸的主要因素粮食入仓、出仓或倒仓都需经过输送、提升、过筛、称量等各道工序，每经过一道工序粮食都要产生碰撞、挤压、磨擦，所以产生粉尘是不可避免的。特别是制粉工业，产尘量就更大，这种粉尘如没有控制和净化设备，将随着各种气流在扩散、蔓延，并不断增大空间的粉尘浓度和环境的积尘。 1.积尘是粉尘爆炸最重要的尘源，对于粉尘爆炸来讲，积尘比悬浮尘更危险。其爆炸压力，压力上升速度最大，造成的破坏力也最大。因为： 1）积尘分布最广，引起粉尘燃烧几率最高。 2）积尘点火温度比同种粉尘尘云点火温度低得多，所以更易燃易爆。 3）积尘极易形成尘云，设备运转，停、启设备，冲击、振动或其他气流流动都易使积尘飞扬形成尘云，一台长 4）粮食仓储所占据的场地空间大、设备多，不易清扫彻底，使粉尘越积越多，加大危险性。 5）积尘易被初爆产生的热浪和冲击波扬起点燃引爆。 2.从粮食储运生产设备方面分析爆炸因素。 第一、产尘量大。粮食工业生产中的主要设备、机械、电器设备较多，如斗式提升机、刮板机、皮带机、风机、粉碎、挤压、筛选制粉、集尘等生产设备，在生产过程中，产生大量易燃易爆粉尘。 与粉尘爆炸危险有关的作业场所和设备表二 第二、引火点较多。（见表2） 见表 1）电气火花及其设备表面导线接触不良、短路、断路或击穿产生火花，或超负荷运转绝缘失效。照明40—200W白炽灯表面温度可达50— 2）磨擦撞击发热。设备打滑运转，磨擦有堵塞过载，均产生热量。 3）焊接和热切割。电焊或热气切割产生的电弧温度可达3000— 4）静电火花。粮食与各种设备管道接触，流动产生的磨擦都易产生静电火花。 5）谷物或堆积粉尘自燃起火。谷物和粉料由于微生物和粮食本身及储粮害虫等生物的呼吸作用会产生热量。粮食是热量的不良导体，热量不易被散发，所以温度将不断升高，到一定程度时便会自燃。 6）明火。如吸烟，使用各种明火，加热炉。 第三、封闭或半封闭的工况作业。设备和管道都是封闭或半封闭的工况作业，如粮食流管、通风除尘风管、空调风管、斗提机、埋刮板机、除尘器、楼梯间、筒仓群、工作塔、卸粮坑、长廊等一旦产生爆炸，其压力很难迅速得到释放。 第四、化学反应或自燃。粮食可燃尘在一定温度和湿度下，易产生酒精和甲烷气，在一定温度下会自燃。 3.从粮食储运生产发展趋势分析粮食粉尘爆炸。 粮食工业生产大部分是在封闭或半封闭的生产车间和粮仓内，特别是九十年代以来由于生产能力、仓储量和中转量的提高，原来那种分散的露天的席囤仓和落后的粮油加工方式已不能满足生活、生产和市场的需要，取而代之的是封闭或半封闭式机械化程度高的高大筒仓群或房式仓。先进的自动化程度高、产量大的粮油加工、仓储企业的增多，与此同时产尘企业也增多，产尘量也增大，引爆几率也增大，潜存的粉尘爆炸事故隐患也增多。我国九十年代发生的粉尘爆炸事故是八十年代的27.95倍。所以在改造过去落后的粮食工业生产，提高生产能力的同时，对除尘防爆工作给予高度重视。 三、影响粉尘爆炸的因素粮食粉尘爆炸与粮食粉尘品种、粉尘浓度、粒径、粒径分布、粒子形状、可燃气的含量有关。 不同粮食品种的粉尘爆炸浓度下限值引火能量不同。一般爆炸浓度下限值在几克/立方米—几 粮食粉尘爆炸参数 见表 1.粮食粉尘爆炸浓度极限 粉尘爆炸的主要条件就是易燃易爆粉尘需要达到一定浓度，即爆炸浓度下限和上限范围之内。一般粮食粉尘爆炸极限是：下限浓度几克/立方米——几 粉尘与空气形成的混合物上限和下限范围越宽，其爆炸机率就越大；下限越低，少量可燃物就会形成爆炸条件。 2.粉尘粒径分布与粒子形状 筒仓车间空气中的粉尘粒径一般在0.1μm—200μm，小于75μm粉尘占80%。粒径的大小，影响其爆炸浓度下限值的提高和下降。当粒径为 粒子形状直接影响粉尘比表面积，比表面积大爆炸性也就大，粒子形状系数是影响比表面积的重要因素，因形状系数： ψ=s×d×ρ ψ：粉尘粒子形状系数s：比表面积 d：粒子平均直径ρ：粉尘密度 球状粒子ψ=6为最小 若针状粒子则ψ〉6，若扁平状粒子则ψ可达50以上。 3.初始温度： 温度升高，则参加反应物质分子的反应活性增大，反应速度加快，反应时间缩短，反应放热速率增加，散热减少，这就使爆炸浓度的下限降低，上限增高，爆炸范围扩大，可爆危险性增大。 4.初始压力的影响 压力增高，气体分子比较密集，单位体积中所含的混合气体分子增多，分子间传热和发生化学反应比较容易，反应速度加快，散热损失减少，降低混合物的自燃点，燃烧着火温度低，爆炸范围扩大，危险性增加。随着压力的降低，爆炸范围缩小，当压力降到一定值时，会出现爆炸浓度上下极限重合，再降低压力，混合气体就形不成爆炸，这种压力称临界压力。 5.含氧量的影响 粉尘与空气混合物中含氧量的增加，对爆炸浓度上限影响大，因下限浓度氧的含量是过量的。上限混合物含氧量若是增加，就扩大了爆炸范围，增加了爆炸的危险性，如甲烷在空气中的爆炸范围5%——15%，若在纯氧中就是5%——61%。 6.惰性气体的含量 惰性物质如氮、氩、氦、水蒸气、二氧化碳等可使可燃气体分子和氧分子隔开，在它们之间形成一层不燃烧的屏障，当活化分子碰到惰性气体时，活化分子则失去活化性能而不能反应，已着火产生的游离基碰撞惰性气体会失去活性，使链锁反应中断，反应放出的热也会被惰性气体吸收，使热量不能积聚，抑制燃烧，缩小爆炸范围。当惰性物达到一定浓度，混合物爆炸浓度上下限重合，此时混合气体就不再发生爆炸。 粮食粉尘爆炸，最主要的因素是粉尘爆炸浓度达到极限值，而这种极限值是受上述因素影响的，所以在考虑浓度极限值时，也要考虑影响它的各因素。 如空气中含氧量增大，爆炸浓度范围也扩大。由于空气中惰性气体物质吸热作用，会起阻燃作用，在含有11%惰性物质的易燃粉尘气体中，爆炸还有可能发生，当达到15%——30%时就不易发生爆炸。 四、防止粮食粉尘爆炸的主要技术措施结合我国粮食储运生产实际，研究探讨一套适合于我国粮食储运生产的防止粉尘爆炸的应用技术。 我们从粮食仓库结构设计；生产工艺设备的选型和布局；对粉尘的控制与净化处理；清除积尘，设置监控装置，在除尘系统内采用多种防爆措施，在危险车间设隔爆和泄爆设施，并加强对职工的培训和安全防火防爆管理等方面，提出我们的看法和建议，通过这几大方面采取的技术措施，消除或削减形成粉尘爆炸的主要因素，预防爆炸形成、抑制爆炸的发生，削减爆炸的压力，控制爆炸范围，消除连续爆炸的条件，提高职工防爆知识，明确规章制度等综合技术措施，来防止粉尘爆炸的发生。 1.粮食仓储结构设计方面的防爆措施 在设计粮食筒仓车间时，要考虑粉尘爆炸问题，尽量使筒仓道线远离办公区和生活区，距离不小于 2.从生产工艺流程设备电气的选型和布设采取的主要防爆措施 原则是工艺设计合理，选型正确，正常维修，遵守操作规程，控制和消除火源，防止磨擦发热、撞击打火，消除引火、引爆部位，简化工艺流程，避免多次提升，采用防爆式斗提机，设备要有可靠的接地，设有自动报警、自动停车等保护装置，设计制造储运设备时应考虑可拆卸或便于维修。同时要考虑便于通风除尘和防爆系统正常工作。从生产设备上要选择符合国家电气法要求的电器，有防尘防爆性能的设备，降低提升机和其他输送机的线速度，减少粮食破损，在原粮输送机上安装永久性磁铁，清除粮中的金属物。 3.减少产、扬尘点，控制环境粉尘浓度 对于储运生产过程中产尘或扬尘岗位，应减少产尘和扬尘点，控制粉尘扩散，降低周围空间的粉尘浓度，使粉尘浓度不超过10mg/m，我们控制了粉尘浓度远于爆炸极限之外，自然也就控制住粉尘爆炸的发生。 4.除尘和产尘设备的防爆措施 对于产尘或除尘系统内，应侧重于消除引火点，提高风速，或分级削减粉尘浓度。 在这里应强调的是，有些人常认为有了通风除尘系统，就可以消除粉尘爆炸的危害。这是错误的，因通风除尘仅能改变环境粉尘浓度，而把粉尘爆炸的危害性转移到除尘系统内，所以，除尘系统内却常是形成粉尘爆炸的危险源，如不在除尘系统内采了有效的防爆技术措施，仅靠通风除尘是难于防止粉尘爆炸。这是国内外粉尘爆炸事故现场证明的一点。因在除尘系统内粉尘浓度基本都在爆炸极限内，又是一个较封闭的空间，各种撞击、磨擦、静电、明火、阴燃等引火几率高。在这种条件和环境中，改变粉尘浓度是不客观、也不经济的，我们只能提高运行风速，负压工作，采用防爆风机和防爆电机，消除引火点，在系统内采用阻燃和防静电材料，设有良好的接地，设有泄爆和清扫口，并设有压力、温度等险情预报和监控系统，当系统内出现险情时将自动停止主机工作，各防爆抑爆系统自动工作，生产设备启动前10分钟启动除尘系统，生产设备停止工作10分钟后再停止除尘系统工作。 5.清除积尘防止爆炸。 防止产尘车间其它部位发生粉尘爆炸主要应加强车间的清扫，消除设备和环境积尘。清除方式最好采取负压吸附式清扫法，这可避免粉尘“搬家”，或有死角清扫不到。不宜用喷淋等湿法清扫，因可燃粉尘在一定温度下，易产生可燃气体，挥发在空间。 对积尘的危害不能低估，因它是爆炸最重要最危险的尘源，对于粉尘爆炸积尘状态比悬浮更危险，其爆炸压力上升速度最大，造成的破坏力也最大。 所以有效消除积尘是防止粉尘爆炸的主要措施之一。 6.泄爆、抑爆与隔爆措施 对于粉尘爆炸：一方面是消除形成粉尘爆炸因素，防止粉尘爆炸的发生。另一方面就是控制爆炸范围，减少爆炸所造成的损失。在那些因某种环境已形成爆炸条件或暂时无法消除爆炸因素的情况下，泄爆、抑爆和隔爆将会减轻或控制爆炸所造成的损失。 在生产有易燃易爆危险物的生产车间的建筑物或生产设备上，都应设有足够泄爆面积的泄爆口，有的可在泄爆口装有盒式泄压灭火器，当某一局部发生爆炸，泄爆膜片被击穿，盒内灭火剂与火焰相混达到自动泄压、灭火和保护设备的目的。 抑爆即在爆炸初始阶段，探测爆炸发生和阻止爆炸发展，控制爆炸在预定的范围内。目前有一种抑爆控制器，它通过两个红外线探头，同时接到粉尘爆炸的光讯号，可立即启动声、光报警器，在切断电源、停车、关闭隔爆门、开启灭火器等保护设备，其示意图如下： 红外线探测器@y0191 其动作时间小于10μs，为防止二次爆炸赢得了时间，也可用爆炸压力探测器和温度探测器。 隔爆是将爆炸通过一定装置隔断，防止爆炸的蔓延和传播。隔爆可采用化学和物理隔爆或其它隔爆装置，在粮食加工、提升、运输、生产中常用光电控制隔爆门关闭进出料口，隔断爆炸气浪、火焰、传播，避免引起再次爆炸。 7.消防措施 粮食储运生产环境要配备相应的消防设施。在扑灭火时，1）要避免将积尘扬起。2）不宜用水灭火。水易和热及燃烧的粮食发生反应，产生易爆混合物，同时水会使粮食膨胀，会引起筒仓爆裂，要有完备的火灾报警装置，机动车辆要配备火花熄灭器和灭火器材。 8.加强管理，明确制度，坚持执行，认真检查，提高职工素质 对安全生产防爆工作要建立健全责任制，应将此项工作列入计划，进行布置、检查、总结、评比。对事故要进行调查研究、进行技术分析、总结经验教训。 要进行定期或不定期的安全检查，对工艺设备、各种电气、通风除尘，检查是否有老化、发热、磨损、撞击火花、强烈振动、接触不良、接地不良、漏电、除尘效率下降等现象，检查车间内孔洞是否有积尘、查现场人员防爆知识掌握和执行情况。 要进行防爆安全教育，讲解粉尘形成爆炸的机理、危害，粮食储运设备易形成爆炸的因素，电气易引爆因素，学习掌握各种预防粉尘爆炸的技术。 加强维修作业的安全操作管理，职工要懂易燃易爆现场作业有关规定，并有本工程操作证，方能上岗。动火作业前，必须清除现场积尘，特别是设备内外，地面墙壁，同时停车并堵住口、洞和管道，作业完要认真清理。确认没有残留火星或过热物后，方可离开。 清除积尘需用防爆型真空式吸尘设备。 消防设施管理，对消防器材安全合理选型、合理配置数量、合理摆布位置、正确保管与维护，正确操作使用。根据生产岗位制度明确职责，并坚持执行，认真检查，向职工讲解防止粉尘爆炸的基本知识，提高其技术素质和安全意识，提高对粉尘爆炸的认识。不要误以为落后的生产工艺和管理方式也是一种防爆措施，如有些人认为将其产尘车间门窗拆除就可以防止粉尘爆炸了，或者用大量人工代替机械设备也可以防止粉尘爆炸。这些方法既不科学又不是消除爆炸的根本方法，而是妨碍生产力发展的落后消极做法。 五结论易燃易爆粉尘给安全生产造成的危害是严重的，粉尘爆炸事故造成的经济损失和社会影响是很惨痛的。本研究报告就是为防止粮食筒仓车间在储运生产过程中发生粉尘爆炸而提供的技术报告。本报告深入地研究了粮食粉尘爆炸的发生机理，简单明了的提出粮食粉尘形成爆炸的机理和过程、影响爆炸的过程和防止爆炸的可行的技术措施。 本研究报告，明确了粉尘爆炸中心，易在三种环境中形成，而对这三种环境形成的爆炸中心采取的防爆技术措施各有突出特点，本报告不是停留在理论和试验室的研究，而是在理论和试验室研究的基础上，深入研究，借鉴国内外有关粉尘爆炸研究成果的新技术，并结合我国粮食筒仓车间生产实际，研究、提出新的观点和看法。我们提出报告的同时，已在筒仓生产车间结合生产进行试验。 本报告提出的预防粉尘爆炸的技术措施，可以在粮食筒仓车间实施应用，为消除和防止粉尘爆炸会发挥作用。只要我们掌握了形成粉尘爆炸的机理，采取有效的防爆技术措施，消除形成爆炸的因素，加强产尘岗位管理，明确责任制度，提高职工防尘防爆技能，控制和预防粉尘爆炸是完全可以做到的。 |
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