容易粉尘爆炸的工艺(中通智能引起可燃性粉尘爆炸的因素及易发生粉尘爆炸的工艺过程)(1)

现代社会生活中,面粉厂、纺织厂、塑料加工厂、煤矿等存在可燃粉尘的地方都可能发生粉尘爆炸。了解生产过程中粉尘爆炸的特点,采取相应措施进行预防,是安全生产的重要内容。

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可燃气体爆炸是因可燃气体在助燃气体中达到一定浓度,即达到爆炸浓度极限,在一定能量作用下,即会发生爆炸。可燃粉尘爆炸成因也基本相似,空气中有一定浓度的可燃粉尘,在能量源作用下,即会发生爆炸。通常认为,粉尘爆炸应具备以下几个基本条件:

01粉尘具有可燃性

粉尘具有可燃性是粉尘爆炸形成的基础,这从粉尘爆炸的反应历程可以看出。绝大部分粉尘爆炸要经历以下四个阶段:

(1)悬浮在空气中的可燃粉尘表面接受点火源的能量,迅速提高了表面温度;

(2)粉尘粒子表面的分子发生热分解或干馏作用,产生可燃气体从粉尘离子表面释放到气相中;

(3)释放出的可燃气体与空气(或氧气等助燃气体)混合形成爆炸性混合气体,随后被点火源点燃产生了火焰;

(4)依靠这种火焰产生的热量,又促使周围的粉尘发生分解,持续不断地在气相中释放出可燃气体,又与空气混合,使火焰不断传播,从而导致粉尘爆炸。

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从某种程度上讲,可燃粉尘—空气混合物的爆炸是一种气固非均相燃烧现象,从燃烧本质上看,也可以认为是可燃气体在空气中的爆炸,只是这种可燃气体“储存”在粉尘中,受热后释放出来参加了爆炸反应。但应引起注意的是,某些发生表面燃烧的物质如铁粉、钛粉、铝粉等粉尘发生爆炸过程中,不发生分解或干馏过程,这些粉尘接受点火源的作用,直接与空气中的氧气发生剧烈的氧化放热反应,炽热的粉尘或粉尘的氧化物加热周围的粉尘和空气,使高温的空气迅速膨胀,从而导致粉尘爆炸的形成。但无论是哪种爆炸反应历程,粉尘具备可燃性都是爆炸形成的基础,不具备可燃性的粉尘不可能发生化学爆炸。

02粉尘悬浮在助燃气体中

从粉尘爆炸的反应历程看,若可燃粉尘没有悬浮在空气中,则形成沉聚粉尘,即使与助燃物混合均匀,有点火源的作用,但由于可燃粉尘和助燃物充分混合的数量有限,其受热分解或干馏分解的可燃气体量(或直接与助燃气体发生剧烈氧化还原反应的粉尘量)有限,反应产生的能量会被快速释放到空气中,能量难以聚集,则持续反应的能量不足,不会发生爆炸。

03浓度处在爆炸浓度极限范围内

可燃粉尘在助燃气体中的浓度处在爆炸浓度极限范围内,这是粉尘爆炸形成的另一重要条件。

当粉尘悬浮在助燃物中浓度过高时,可燃物的数量过大,助燃物的数量过小,两者反应的剧烈程度小,反应产生的能量会被很快释放到空气中,难以聚集,不会发生爆炸,反之也一样。只有当可燃物和助燃物的数量混合较为均匀,反应比例恰当时,两者反应最为剧烈,放出的能量最大,大量的能量聚集在一起瞬间释放,形成化学爆炸。

因此可燃粉尘能爆炸必须在其爆炸浓度极限范围内,一般常见粉尘的爆炸浓度极限在20—6000 g/m3之间,但在实际生产、加工场所,由于粉尘具有沉降性,可燃粉尘很难达到爆炸浓度极限上限,因此研究可燃粉尘爆炸浓度极限的上限没有实际意义,而应关注可燃粉尘的爆炸浓度极限下限。

04存在足以引起粉尘爆炸的点火源

从粉尘爆炸形成过程可以看出,可燃粉尘爆炸是点火源导致可燃粉尘受热分解或干馏分解出可燃气体,或点火源导致可燃粉尘与助燃物发生剧烈的氧化还原反应,使高温空气迅速膨胀,从而导致粉尘爆炸的发生。因此,足以引起粉尘爆炸的点火源是粉尘爆炸形成不可或缺的因素。

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易发生粉尘爆炸的工艺过程

粉碎过程

按作用力性质不同,粉碎过程有:挤压、撞击、研磨、劈裂以及弯曲、撕裂等方法,一般情况下,粉碎研磨要同时利用多种作用力。粉碎操作由于机械力的作用会扬起大量粉尘,设备内悬浮的粉尘往往处于爆炸浓度范围之内。且各种力的作用更容易产生摩擦、撞击火花,静电等点火源,导致粉尘爆炸的发生。这类设备如颚式破碎机、滚筒轧碎机、球磨机、胶体磨等,都是具有粉尘爆炸的危险设备。

分离过程

典型的分离装置有旋风分离器。和其他类似装置一样,分离的主要原理都是利用气流旋转过程中作用在物料上的离心力,使物料按重量大小达到分离的效果。在风力作用下,分离器内的粉尘均处于悬浮状态,此时,如存在足够能量的点火源,爆炸事故就会不可避免地发生。

除尘过程

除尘器的原理通常是利用滤材将气体流中的颗粒阻挡住,除尘前粉尘是处于悬浮状态的,不仅如此,在滤材清灰时通常采用脉冲反吹风方式,此时,粘附在滤材上的粉尘又再次处于悬浮状态,若恰好有足够能量的点火源,也将发生粉尘爆炸事故。

干燥过程

干燥是从含水或湿物料中脱除水分或其他溶剂的操作过程,气流干燥器是一种流化设备,湿物料在高速热气流载体的流动中进行传热传质,再经旋风分离器使物料中水分随热空气排出;喷雾干燥器是将含水量高达75%~80%的溶液、悬浮液或熔融液的物料在热气流中喷成细雾,雾滴在很短时间内被干燥成粉末;沸腾干燥器又称流化床干燥器,是利用热气流使散粒状物料在干燥器内呈沸腾状态,使水分汽化、脱除,达到干燥的目的。使用喷雾、气流或沸腾干燥器干燥颗粒状物料或粉料时,设备内形成的可燃粉尘-空气混合物的爆炸事故在生产中时有发生。

输送过程

为实现生产的连续和自动化,工厂生产通常采用自动输送,而粉尘由于其特性而采用气力输送管线输送,输送过程中,工业粉尘处于蓬松的悬浮状态,具备粉尘爆炸的主要条件,只要有合适的点火源则极其危险,并且输送管线与分离和除尘设备相连,极易引起二次爆炸,造成更大的伤亡和损失。

清扫、吹扫过程

生产过程中粉尘难免要从设备中逸出,这些粉尘堆积在厂房及设备表面,若不及时清除,在达到一定浓度并且飞扬起来之后,很容易造成爆炸事故,并且在清扫过程中,也极易粉尘飞扬,形成悬浮爆炸条件。

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