粉尘防爆技术.ppt

1、粉尘防爆技术,中钢集团武汉安全环保研究院,徐国平,2,目 录,3,1980-2006年，美国共发生了280起粉尘引起的火灾爆炸事故，导致119人死亡，700人受伤。,美国粉尘爆炸事故状况,4,典型事故（1）: 2003年1月29日,西部制药厂,6人死亡,38人受伤。,！,5,典型事故（2）: 2008年2月8日皇家糖厂事故，14人死亡，36人重伤。,！,6,典型事故（3）: 2003年10月29日，贺氏公司铸铝厂铝尘爆炸、火灾，1人死亡，多人受伤。,！,7,典型事故（4）: 2003年2月20日，CTA隔声材料厂树脂粉尘爆炸，7人死亡，37人受伤。,！,8,新西兰：奶制品冷库爆炸 马来西亚：面

2、粉厂爆炸 韩国：链斗提升机粮食粉尘爆炸 新加坡：塑料粉尘爆炸、奶酪厂喷雾干燥器爆炸 澳大利亚：食糖爆炸 菲列宾、印度：水泥厂煤尘爆炸 印度：奶粉厂喷雾干燥器爆炸,近年来，亚太地区粉尘爆炸事故状况,9,1987年3月15日，黑龙江省哈尔滨亚麻厂发生亚麻粉尘爆炸事故，造成58人死亡，65人重伤，112人轻伤。,八十年代我国发生较大影响的粉尘爆炸事故,10,2002年以来我国粉尘爆炸事故发生状况,11,涉及到的粉尘: 饲料 木材 硫磺 色母粉 铝粉 硅铁粉 食糖,12,今年1月13日、2月24日，相继发生铝粉爆炸事故（2人死亡，6人受伤）、淀粉爆炸事故（20人死亡，8人重伤、49人受伤）。,13,可

3、燃性粉尘爆炸事故呈现多发态势，与我国安全生产“总体稳定、趋向好转”的发展态势不相称！ 全社会、相关生产经营单位、从业人员粉尘爆炸及预防认知欠缺！,第一部分 粉尘爆炸基本原理,15,1.1 什么是粉尘爆炸？ 1.2 为什么粉尘会发生爆炸？ 1.3 粉尘爆炸五个要素 1.4 粉尘爆炸的破坏性,第一部分 粉尘爆炸基本原理,！,16,1.1 什么是粉尘爆炸？,（1）粉尘 国际标准化组织定义： 粒径小于75m的固体悬浮物 GB/T15604-2008粉尘防爆术语： 细微的固体颗粒 可分为： 呼吸性粉尘/漂尘/降尘/可见粉尘/显微粉尘等 特点： 能在空中停留、一段时间后可以沉降,回顾几个概念,17,（2）

4、可燃性粉尘：可与助燃气体发生氧化反应而燃烧的粉尘。 NFPA：直径小于420微米，在分散状态下点火会引起火灾或爆炸的细微颗粒物。 如：农业（淀粉、面粉、饲料、粮食） 化学（塑料、香料、硫、橡胶、染料、杀虫剂 橡胶、化肥） 医药食品工业（药品、糖） 金属加工（铝、镁、锌等） 煤、木材、烟草、造纸、纸浆、家具等 像水泥、泥沙、飞灰等是不可燃粉尘。,回顾几个概念,18,（3）粉尘云 悬浮在助燃气体中的高浓度可燃粉尘与助燃气体的混合物。,回顾几个概念,回顾几个概念,19,（4）粉尘爆炸 火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现象。,回顾几个概念,回顾几个概念,回顾几个概念,20,（5）一次爆炸与

5、二次爆炸、多次爆炸 一次爆炸：也叫初始爆炸，由初始点火源引起的爆炸。 二次爆炸：第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。,回顾几个概念,21,多次爆炸（请看多次爆炸视频）：随着爆炸引起极大的震动，沉积在不同部位的粉尘扬起，形成多个粉尘云，从而产生连环爆炸！,回顾几个概念,二次、多次爆炸更具破坏性！,22,23,粉尘云着火时，顷刻间完成燃烧过程，释放大量热能，形成爆燃，使燃烧气体温度骤然升高，体积剧烈膨胀，形成很高膨胀压力，一旦空间受限，发生爆炸！,1.2 为什么粉尘会发

6、生爆炸？,诱发较大区域 粉尘反应、 释放能量,温度、压力 急剧上升， 气体急剧膨胀,可燃粉尘 氧化反应 释放能量,24,1.3 粉尘爆炸的五个要素,五个要素 粉尘爆炸,燃烧三要素,氧气,可燃性粉尘,点火源,增加,扩散,受限空间,25,（1）可燃性粉尘:一定浓度或数量 （2）氧气 :一定的氧含量是粉尘燃烧的基础。 （3）点火源 达到MIE(10-50mJ)，能使局部粉尘云的温度发生突变形成火焰的高温热源。 点火源能量： 自燃、轴承过热 100J； 静电 10mJ； 摩擦火花 10J；火焰、热表面 10,000J,1.3 粉尘爆炸的五个要素,燃烧三要素,26,点火源分为以下几类： 根据产生能量的方

7、式的不同，点火源可分成七类： 明火焰 (动火、吸烟、气焊割等) 高温物体 (过热马达、电烙铁、白炽灯、汽车排气管、烟囱火星、焊割作业金属熔渣、暖气片等过热表面),1.3 粉尘爆炸的五个要素,27,电气火花 (接线盒、开关、控制箱漏电、短路、接触不良、继电器接点等) 撞击与摩擦（使用铁制工具、运输工具撞刮、润滑不良轴承、氧化剂撞击) 绝热压缩,28,光线照射与聚焦(雷闪电、光线聚焦) 化学反应放(氧化燃烧、自燃)。 静电放电（电晕放电、静电积累、火花放电）,29,（4）扩散 粉尘必须处于悬浮状态，即粉尘云状态。这样可以增加气固接触面积，加快反应速度。最小浓度（MEC），低于MEC，粉尘粒子间距过

8、大，火焰难以传播。 如玉米及淀粉:45g/m3 、沙糖: 19g/m3,1.3 粉尘爆炸的五个要素,30,（5）受限空间 粉尘云要处在相对封闭的空间，压力和温度才能急剧升高，继而发生爆炸。 无受空间也会爆燃、爆轰,1.3 粉尘爆炸的五个要素,31,（1）具有极强的破坏性。 粉尘爆炸涉及的范围很广，煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。粉尘爆炸尤其是系统爆炸，造成了损失严重，仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故，死亡58人，轻、重伤177人，直接经济损失882万元（当时）。,1.4 粉尘爆炸的破坏性,32,（2）容易产生二次爆炸、多次连环爆炸。 （3）能产生有毒气体

9、。 一种是一氧化碳；另一种是爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡，必须充分重视。,1.4 粉尘爆炸的破坏性,33,1.4 粉尘爆炸的破坏性,粉尘爆炸现场,1.4 粉尘爆炸的破坏性,粉尘爆炸现场,34,1.4 粉尘爆炸的破坏性,粉尘爆炸现场,1.4 粉尘爆炸的破坏性,粉尘爆炸现场,35,1.4 粉尘爆炸的破坏性,粉尘爆炸现场,36,1.4 粉尘爆炸的破坏性,粉尘爆炸现场,37,1.4 粉尘爆炸的破坏性（美国的统计）,第二部分 预防技术措施,39,2.1 哪些粉尘容易爆炸？ 2.2 影响粉尘爆炸的因素 2.3 容易发生粉尘爆炸的生产工艺 2.4 容易发生

10、粉尘爆炸的设备 2.5 预防技术措施,第二部分 预防技术措施,40,一般比较容易发生爆炸事故的粉尘大致有铝粉、锌粉、镁粉、铝材加工研磨粉、铁粉；各种塑料粉末；有机合成药品的中间体；小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末；烟草粉末、煤尘、植物纤维尘等 特点：活泼金属 有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在 当它们与氧化物共存时，便发生分解，由氧化反应产生大量的气体，释放出大量的燃烧热。,2.1 哪些粉尘容易爆炸？,41,燃烧热越大的物质越容易爆炸：如煤尘、碳、硫磺等。 氧化速度快的物质容易爆炸：如镁粉、铝粉、染料等。,2.1 哪些粉尘容易爆炸？,！,42,容易带电的粉尘也很容易引起爆炸：

11、如合成树脂粉末、纤维类粉尘、淀粉等。 通常不易引起爆炸的粉尘有土、砂、氧化铁、研磨材料、水泥、石英粉尘以及类似于燃烧后的飞灰等。这类物质的粉尘化学性质比较稳定，所以不易燃烧。,2.1 哪些粉尘容易爆炸？,！,43,化学性质：主要指燃烧热和燃烧速度 物理性质： 粒子越细越容易爆炸、爆炸强度越高； 粉尘浓度越高爆炸压力越高，但达到一定高度后有下降趋势。,2.2 影响粉尘爆炸的因素,（1）自身因素,44,粉尘云 粉尘层,煤粉 510o C165o C 玉米淀粉 520440 低密度聚乙烯 450 融化态 铝粉 850 450 调色剂 570 450,粉尘点火温度：点火温度越低，越容易爆炸,45,45

12、,粉尘,直径，微米,Kst（爆炸指数） (bar- m/s),Pmax（最大爆炸压力）(bar ),木屑,29,205,10.5,食糖,30,138,8.5,煤粉,24,129,9.2,玉米淀粉,7,202,10.3,PVC,60,98,8.3,可燃性粉尘爆炸指数,46,粉尘分散情况：分散度越高，爆炸强度越高 点火源强度：点火能量越高，越容易爆炸 最小点火温度:如玉米及淀粉: 470 沙糖: 410,2.2 影响粉尘爆炸的因素,（2）外部因素,47,氧含量：必须达到最低氧含量 粉尘云的温度：越高越易爆炸 湍流情况：湍流越严重，爆炸范围越大 空气湿度：越低，爆炸强度越高,2.2 影响粉尘爆炸的因

13、素,（2）外部因素,48,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。,2.3 容易发生粉尘爆炸的生产工艺,（1） 粉碎过程,49,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。,（2） 气固分离过程,50,除尘前粉尘是处于悬浮状态的，粘附在滤材上的粉尘在清灰状态下也处于悬浮状态，若恰好有足够能量的点火源，将发生粉尘爆炸事故。,（3）干式除尘过程,51,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

14、炸事故在生产实践中时有发生。,（4） 干燥过程,52,气力输送过程中，工业粉尘处于蓬松的悬浮状态，已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。,（5） 输送过程,53,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。,（6） 清扫、吹扫过程,54,集尘器,除尘器,气力输送机,2.4 容易发生粉尘爆炸的设备,55,干燥器,筒仓,磨粉机,56,链式提升机,57,2.5 预防技术措施

15、,预防就是消除三要素中的一个或多个因素。,58,（a）可靠接地 （b）使用粉尘防爆电器,（1） 消除火源,59,（c）火花探测与熄灭,60,（请看视频：美国糖厂粉爆事故）,（d）消除明火 （e）防止局部过热,视频:局部过热引发糖厂爆炸,61,62,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故: 点燃源为铁质工具与铁质构件或装置的机械撞击与摩擦所产生的火花。,（f）不用金属敲击，防止产生火花,63,发生爆炸前，三层平台有10人正在对5号筛和6号筛进行清理和维修。清理和维修工具为：铁质扳手、铁质钳子、铁锹等。 紧邻5#筛的配电间屋顶（标高3.7m）有淀粉四车间4名包装工正在清扫由5#、6#振动筛上散落下的淀

16、粉。所有工具为铁锹、铁畚箕、扫帚、包装袋。,点燃过程分析,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,64,三层平台（标高5.2M）的作业人员将清理的淀粉装袋后，通过楼梯往下滚落到一层地面。批号间与配电室的清理工作大致进行了一半，已经清理出了20多袋淀粉，有部分淀粉袋由配电间屋面直接抛到一层地面。事故发生时，三层平台和批号间与配电室屋顶有大量淀粉。,点燃过程分析,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,65,对5号振动筛处进行清理和维修的过程中，铁质工具撞击摩擦产生的机械火花，将清理过程中产生的处于爆炸浓度范围内的粉尘云引燃，在5号振动筛处发生了爆燃。这个爆燃也是此次事故的初始爆炸。初始爆炸能量比较小，只

17、对局部设备和厂房产生破坏。,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,点燃过程分析,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,66,初始爆炸产生的冲击波超压不强，但冲击波和气流激起了三层平台上的淀粉粉尘层，形成了更多的粉尘云，在三层平台和批号间与配电室屋顶发生了爆燃的扩散，粉尘云和粉尘层剧烈燃烧，在三层平台和批号间与配电室屋顶的作业人员处于高温火焰区。9名作业人员被严重烧伤未能逃生。5名作业人员成功逃生。,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,点燃过程分析,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,67,在三层平台和批号间与配电室屋顶发生的初始爆燃和燃烧将更多的粉尘扬起,形成粉尘云，稍后在三层平台4号包装机上方旋

18、风分离器下料管和5号筛之间的上部空间中发生了强烈的“二次爆炸”。该次爆炸摧毁了包装车间的屋顶和北面墙，西墙体安全门摧。爆炸同时导致4号和5号包装机之间的钢梁明显下垂弯曲，包装间内洁净顶棚和批号间与配电室屋顶破坏。,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,爆炸发展过程,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,68,爆炸冲击波通过6号到1号皮带机通向仓库的孔洞以及包装车间与仓库之间隔墙的上方仓库传播，在仓库西段地面附近卷起大量的淀粉形成粉尘云，然后被紧随冲击波前沿的火焰点燃，并立即发生了更强烈的“二次爆炸”。两次强烈的“二次爆炸”时间间隔约为1s。此次爆炸彻底摧毁了仓库的南、北、东三面墙体，造成仓库西端房

19、顶部分坍塌，约占仓库屋面总面积的1/3。随后在仓库内发生大火。,爆炸发展过程,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,69,本次爆炸冲击波差压为35-70kg TNT当量。 事故发生时，现场共有107人，事故导致20人死亡、49人受伤（其中人重伤）。,爆炸发展过程,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,70,在进行三层平台清理作业过程中产生了粉尘云，维修振动筛和清理平台淀粉时，使用了铁质扳手、铁质钳子、铁锨等铁知工具，产生了机械撞击和摩擦火花，导致“初始爆炸”发生。包装间、仓库设备和地面积尘严重，导致“二次爆炸”发生。,直接原因：,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,71,1、生产管理不善。当5、6

20、号振动筛出现堵料事故时，没有及时采取停止送料措施，造成振动筛处及附近平台大量淀粉泄漏、堆积。 2、未认真执行粉尘防爆安全国家相关标准。GB17440粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程、GB15577粉尘防爆安全规程等。,间接原因：,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,72,3、企业管理人员、技术人员、作业人员粉尘防爆知识欠缺，对粉尘爆炸危害认识不足。作业人员安全技能低，在清理和维修作业中违规操作。 4、改造工程不规范。事故厂房2000年建成，原设计功能为仓库，2008年将仓库西段北侧的24M12M区域改造为淀粉包装车间，改变了原仓库性质，改造设计对粉尘防爆考虑不完善，防火防爆措施、管理没有相应

21、改进。,间接原因：,“2.24”秦皇岛骊骅淀粉爆炸事故,73,保持工作间的整洁、正确清扫 设备表面清洁 注意天花板上的粉尘(请看视频:天花板上积尘爆炸),（2）消除燃料,74,75,内部空气惰化 用惰性气体如N2、C02等替代氧气 通常适用于筒仓，但对于旋风分离器、干燥器、粉尘收集器等设备不适合。,（3）消除氧化剂,76,（a）泄爆 （b）抑爆 （c）隔爆 （d）提高设备耐压能力 （e）多种保护方案并用,（4）粉尘爆炸保护措施,77,定义：存在于围包体内的粉尘云发生爆炸时，在爆炸压力尚未达到围包体的极限强度之前，爆炸产物通过泄压膜泄除，使围包体不致被破坏的控爆技术。 目的：通过设置泄爆装置，降

22、低爆炸损失。,（4）粉尘爆炸保护措施,（a）泄爆,！,78,卸放到墙外 爆炸后火焰的影响，允许火球？ 反作用力 采取措施免受雪灾、雨水影响,（4）粉尘爆炸保护措施,（a）泄爆,泄放要考虑的因素：,！,79,直接泄放到屋内！,（4）粉尘爆炸保护措施,（a）泄爆,不推荐！,80,（4）粉尘爆炸保护措施,（b）抑爆,定义：爆炸初始阶段，通过物理化学作用扑灭火焰，抑制爆炸发展的技术。 目的：通过设置抑爆装置，提前探测，灭火、抑制爆炸。,！,81,早期探测,觉察到爆炸 启动发射筒 把灭火剂喷进容器 抑制爆炸和隔离燃烧的物料 设备停车,（4）粉尘爆炸保护措施,（b）抑爆,！,82,定义：爆炸发生后，通过物

23、理化学作用扑灭火焰，阻止爆炸传播的技术。 目的：防止火焰通过管道传播。（哈尔滨亚麻厂案例）,（4）粉尘爆炸保护措施,（c）隔爆,视频：粉尘爆炸管道传播,83,84,制造高强度的设备来承受Pmax，结构上要遵循压力容器标准。 因为这样会造成成本过高，所以不是很实际。,（4）粉尘爆炸保护措施,（d）提高设备耐压能力,！,85,泄爆、隔爆、抑爆相互组合。,（4）粉尘爆炸保护措施,（e）多种保护方案组合应用,！,86,预防、保护和隔离技术在粉尘过滤器上的应用,火星探测和灭火系统,完整的抑爆和化学隔离保护措施,（4）粉尘爆炸保护措施,（e）多种保护方案组合应用,！,第三部分 监管对策建议,88,2007

24、年10月18日，OSHA出台NEP 可燃性粉尘国家重点计划 （ Combustible Dust National Emphasis Program),根据2008年2月7日皇家糖厂事故的调查情况，修订NEP，2008年3月11日发布。,3.1美国的做法,89,金属粉尘包括铝粉、镁粉 木材粉尘 煤或其它碳粉 塑料粉或添加剂 生物医药粉尘 糖、面粉、纸、肥皂、干血等有机粉尘 一些纺织材料纤维,主要内容：,1、重点检查以下可燃性粉尘：,90,主要内容：,2、重点检查以下生产工艺：,农业（粮食、饲料） 食品 化工（含塑料） 纺织 森林和家具 金属加工,轮胎和橡胶生产 造纸 制药 水处理 金属、纸、塑

25、料的回收利用等 煤粉加工、使用,91,3、计划主要程序 A、检查：对重点企业每年至少开展4次检查 B、SST检查（Site Specific Targeting),对检查中发现问题较多的重点企业实施跟踪检查。 从2007年10月-2009年1月，检查了1097次（联邦 896次，各州228次），共发现4900起违章或隐患（其中：联邦发现3786次，占74%，各州发现1140次，占34%） 检查中，罚款1485万美元。,主要内容：,92,3、计划主要程序 C、培训 培训课程（每期六天） 防止燃烧、爆炸事故的工程技术措施、方法 NFPA相关粉尘燃烧、爆炸标准培训 燃烧粉尘灾害认知及检查要点、个人保

26、护培训（一天半） 350名监察员参加了培训,主要内容：,93,3、计划主要程序 D、组织研讨会 2007年，OSHA组织了 1400名联邦、州监察员参加的研讨会 组织企业主、雇员、新员工、防爆技术商召开研讨会 组织同行业分享粉尘防爆知识、信息,主要内容：,94,3、计划主要程序 F、编撰专业报告 2005年，OSHA出版工业领域可燃性粉尘安全健康报告， 向30000名企业主发放了这个报告 G、宣传 建立了一个网站、制作可燃性粉尘安全预防的宣传片、海报等,主要内容：,95,3.2 我国可燃性粉尘监管对策 3.2.1 相关工作回顾 1987年哈尔滨亚麻厂粉尘爆炸事故发生后，原劳动部非常重视，198

27、9年成立了“全国粉尘防爆标准化技术委员会”，秘书处设在武汉安全环保研究院,建立了1立方米（ISO）、 20升（AEC）粉爆实验装置,96,根据烟煤粉爆炸事故情况，建立了管道粉尘爆炸实验装置 组织制订了“八五”攻关计划-粉尘防爆关键技术研究（因故没实施） 编写了国外粉尘防爆标准选编,3.2.1 相关工作回顾,97,组织制订了粉尘防爆安全规程等16项标准,3.2.1 相关工作回顾,粉尘防爆术语 GB/T 15604 粉尘防爆安全规程 GB 15577 粉尘爆炸测试装置（20L球）GB/T16426 粉尘云引燃温度测试装置GB/T16429,！,98,监控式抑爆装置技术要求 GB/T 18154 粮

28、食加工、储运系统粉尘防爆安全规程 GB 17440 港口散粮装卸系统粉尘防爆安全规程 GB 17918 粉尘爆炸泄压指南 GB/T 15605,3.2.1 相关工作回顾,！,99,高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程 GB 16543 饲料加工系统粉尘防爆安全规程 GB 19081 铝镁粉加工粉尘防爆安全规程 GB 17269 亚麻纤维加工系统粉尘防爆安全规程 GB 19881,3.2.1 相关工作回顾,！,100,国家安全监管总局关于进一步加强工商贸企业粉尘爆炸事故防范工作的通知 安监总管四201038号 （二一年三月十五日）,3.2.1 相关工作回顾,101,（1）调查我国可燃性粉尘加工、使用企业状况，分析我国既往粉尘爆炸事故特点、规律，提出重点监管的粉尘、加工工艺； （2）对饲料、铝镁粉、棉麻、淀粉、木材、烟草、煤粉、制糖、港口等企业，参照高危行业进行监管。,3.2 我国可燃性粉