粮食粉尘爆炸的原理及预防措施

粮食粉尘爆炸的原理及预防措施

摘要：结合粮食粉尘特性，粉尘爆炸原理，总结了粉尘爆炸的相关数据，从设计、设备安装、日常使用方面提出具体的预防措施。

关键词：粮食      粉尘         爆炸     预防     

The Principle and Precaution of Grain dust explosion

Keliang Zhu           

(Dongguan City Deep Grain Logistics Co., Ltd., Dongguan, 523130, China)

Abstract:This article linked the characters of grain dust with the principle of dust explosion to summarize the data of dust explosion. Meanwhile, this data was used for dust explosion precaution by flow design, equipment installation and daily usage.

Keywords: Grain, Dust, Explosion, Precaution

引言：粉尘爆炸的行业环境

2014年6月25日，，部署新建粮食收储仓容1000亿斤，全国粮食筒仓及其配套工程建设掀起一波高潮，粉尘爆炸是粮食企业经营过程中的严重安全事故，例如：根据美国化学危险和灾害调查委员会（CSB）的统计，从1980年—2005年间，美国发生了280多次的粉尘爆炸，造成119人死亡，718人受伤；国内记录较早的案例是：1981年广州黄埔港发生的粉尘爆炸事故，爆炸进一步蔓延，致使33个立筒仓中的28个立筒仓顶部坍塌,仓顶工作间倒塌^[1]。粉尘爆炸的预防需要系统考虑，设计理念科学，设备技术保障，规章制度完善。

1  粉尘爆炸的原理及产生过程

1.1  爆炸的原理、四要素：（1）存在可燃性的粉尘；（2）具有足够助燃物质—氧气；（3）具有足够能量点火源；（4）有密闭空间^[2]。四要素同时存在时就会发生粉尘爆炸，缺一不可。

1.2 粮食粉尘爆炸的产生基本有四个阶段：（1）粉尘粒子吸收外界热量，导致粒子表面温度上升；（2）粒子表面的分子发生热分解或干镏作用而变成可燃气体在粉尘粒子周围放出；（3）可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体，遇火被点燃产生火焰；（4）火焰产生的热量促使周围粉尘粒子迅速热分解，增大可燃气体浓度，并与空气混合，在引火能量作用下点燃并传播，最终发生爆炸。

1.3  粉尘爆炸的客观因素

客观因素主要有氧气和有限空间、粉尘浓度和点火源等，此处主要讨论粉尘浓度和点火源。

一般工业可燃性粉尘爆炸的下限浓度位于20g/m³～60g/m³之间，爆炸上限位于2000g/m³～6000g/m³之间，当粉尘浓度在50g/m³时，其粉粒间距为1.3mm，这时已经基本上不透光，这种情况一般是达不到的。

表1.1  几种常见粮食粉尘的爆炸特性参数

根据表1.1，对于粮食厂房来说，设备表面温度基本上应不超过105℃，内部最高温度应不高于280℃。进口粮食粉尘着火温度、最小点火能、爆炸下限均低于国产粮食，这一差别主要是进口粮食粉尘中有机物含量远远高于国产粮食粉尘，粮食粉尘的点燃灵敏度和其他爆炸特性参数的大小基本由粉尘中的有机物含量决定。因此，粮食进出仓过程中，一方面避免破碎，另一方面，对进口粮食更应该注意防尘防爆问题^[3]。

粮食进出仓库生产过程中存在的点火源主要是：焊接、切割、明火、热表面、机械火花、静电、自燃等。主要点火源都可以通过流程审批、现场清理落实，自燃需要将设备粉尘及时清理，尤其是皮带机搭接、机头机尾溜管内的死角处，避免粉尘集聚结块导致隐然。

关于静电，行业内存在两种观点，一是认为其点火能过低，不会引发点火；二是静电能够点火。防雷接地要符合规范及验收标准，统一要求设备、门窗接地。根据英国防火研究所的推荐标准^[4] 。对静电点火能可以做以下分级，如表1.2所示。

表1.2  静电点火的推荐标准

粮食粉尘的静电点火能在26～100mJ范围内，应采取将设备接地的预防措施，工作人员都应该穿导电鞋，避免穿化纤类工作服，以防人体或者工作服带静电产生火花。根据有关资料报道，当空气中的相对湿度在70%以上时，即可防止静电积聚^[5] 。

2、粮食粉尘爆炸的预防措施

    凡是新建粮食工程项目,尽可以聘请设计单位、建筑工程消防审核部门、和施工单位相关专业技术人员对项目的粉尘防爆能力进行科学评估，彻底检查库区的规划设计、粮食清理工艺、通风除尘工艺、电气设施设计安装、设备选用等是否严格按《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》和《港口散粮装卸系统粉尘防爆安全规程》等相关国家标准要求进行设计、审核和施工等。

2.1进行科学合理的工艺设计

2.1.1做好库区的整体规划设计

库区的各建筑物应有合理布局，设置必要和方便的消防通道；有粉尘爆炸危险的建筑采用框架结构，墙体采用轻质材料，宜采用单层建筑；立筒库、仓库和打包车间、粉碎车间留出足够的防火间距并设置特制的安全壁；人员集中的办公区域远离有爆炸危险的场所；对避雷、防静电、接地、消防等应全面评估设计。

2.1.2设计合理的粮食清理工艺及设备选用

(1)清理工艺要灵活、简单、高效、稳定，在来粮的源头设备安装磁选装置，去除粮食中的金属杂质，初清阶段安装初清筛，去除大杂质，粮食清理干净，就可尽量避免在输送过程中大杂和金属杂质与输送设备的某些部位发生摩擦或撞击产生火花，引起粉尘爆炸。

（2）斗式提升机应设置在建筑物外或靠外墙布置，以便于泄爆，布置带室内的要安装爆破片，并用导管导到墙外。

（3）斗提机、刮板机等设备的线速度不宜过高，线速度过高，则轴承易发热或加剧粉尘的扬起，一旦达到粉尘着火点或粉尘浓度增加，就会增加爆炸的危险性。

（4）在斗提机、刮板机、气垫输送机等输送设备上安装必要的跑偏开关、堵塞开关、失速开关、轴承测温传感器等保护装置，以便及时发现跑偏、堵塞摩擦发热或轴承发热现象。

（5）气垫机机头回程位置，应设置集灰口，尽量与料流汇集，避免回程灰集聚与滚筒摩擦起热发生隐燃，或带入气室，当气膜不均匀时皮带与底板摩擦起热引燃粉尘；重锤位置处，应充分考虑回程皮带灰的收集，避免扬尘；单托辊皮带机或者含部分气垫式带式输送机，一般机尾除尘效果较差，可以考虑在机尾增加C型刮板，将机尾底板的灰运输到皮带上与粮食一起带走。

（6）关于卸粮坑，条件允许的情况下，卸粮坑宜与汽车发放分开，以避免进出仓交叉干扰；除尘要考虑吸尘方式，并在格栅下设置闭尘翻板，避免坑内粉尘外溢。

（7）所有设备、设施最好具有良好导电性并接地，以防止静电积累。

2.1.3设计合理的通风除尘风网

图2.1.1

（2）在粮食加工、储藏的筒仓中，斗式提升机是最易发生粉尘爆炸的设备，应尽量避免与多台设备共用一组除尘风网，最好是单独做一组风网，因为一旦发生粉尘爆炸，火会沿着管道传递，可能会在其它设备里发生二次爆炸，如果必须共用一组风网，就必须设法在管道上安装隔爆装置，以防止粉尘爆炸的传递。

（3）关于除尘系统的设计安装。风网最好就近组合吸风点，避免使用过长的管道，因为管道越长阻力会越大，时间久了还会引起粉尘在管道内沉积，造成管道堵塞，影响吸风效果。此外，除规范要求在水平灰管段每6m设置1个清灰口外，建议在弯头处开设1个清灰口，便于日常检查清理管道；清灰刮板与底板之间建议设置高分子板、聚氨酯等材料填充，避免刮板与箱体直接接触摩擦和减少积灰；

（4）在除尘风网的设计安装过程中，应尽量使风管管路简洁畅通，减少管道拐弯或局部弯头等构件的使用，因为过多使用构件或管道拐弯多，不但使风网阻力增大，而且易造成粉尘沉积，影响吸风效果。

（5）科学选择吸风位置，如斗式提升机吸风时，应选择在设备的机座和机头的下行端各设一吸风点；埋刮板输送机吸风应选择在机头、进粮口处各设一吸风点；犁式皮带机吸风应选择在机头、尾、进料口以及各卸料口各设一吸风口。

（6）条件允许的话，可以在除尘器泄爆膜处设置感应开关，与工艺流程联动，保证在除尘器粉尘爆炸时，流程设备立刻停机；部分地区安监局要求在除尘系统设置温感报警系统；在除尘系统管道设置监测报警装置，发现火花及时报警，并熄灭火花（见图2.1.2）

  图2.1.2

2.1.4电气设施的选型

    （1）电气设备的选型  粮食加工储藏中使用的清理、提升、输送、除尘等设备，应根据《爆炸性粉尘环境用防爆电子设备粉尘防爆电气设备》（GB12476.1-1990)规定选择防爆设备及相应的工作参数；选用的防爆电气设备必须与爆炸危险场所的区域等级和爆炸性物质的级别、组别相适应，以保证防爆安全，此外还要考虑使用场所的环境温度、大气压、介质及外壳防护等级，同时电气设备选型还要遵循结构简单、维护方便、经济合理。

2.2进行科学合理的泄爆

泄爆是指在易爆设备或管道上设置泄爆口，当粉尘爆炸发生时，压力冲破泄爆口而迅速释放，从而降低爆炸的破坏程度;是降低粉尘爆炸的程度，减少爆炸损失与人员伤亡的有效措施。科学的泄爆关键在于选定泄爆位置、确定泄爆面积、选择泄爆材料。

2.2.1确定泄爆位置

实践证明，凡是内部粉尘浓度较高的设备，都容易发生粉尘爆炸，都应设置泄爆口。在工作塔内，斗式提升机、刮板机、犁式皮带机、气垫输送机、筒仓、除尘器和粉尘浓度较高的管道都应设置泄爆口。

2.2.1.1筒仓泄爆  由于筒仓是密闭空间，并且四周和仓底受粮食压力挤压，只能在筒仓顶设置泄爆口，并在周围装安全护栏，降低粉爆对仓体的损坏程度，下图为筒仓制作的仓顶泄压板，(见图2.2.1)

图2.2.1          

2.2.1.2斗式提升机泄爆  斗式提升机运行过程产生粉尘浓度最高的地方就是机头与机座部位，因此机头和机座位置必须安装泄爆口，同时为了最大限度地减少粉爆的强度，应在每个楼层的斗提机筒身设一处泄爆口，每层的泄爆口可以的话尽量引到室外，如果装在室内，泄爆口应设在离地面2米以上，并尽量不要对着其它设备或网管，以免泄爆时伤到人员或传播到其它设备发生二次爆炸。斗式提升机的泄爆方式如下图（见图2.2.2）

顶部出楼板          顶部出墙             中部出墙        室内卸爆

图2.2.2

2.2.1.3气垫输送机、犁式皮带输送机、刮板输送机等设备的泄爆  气垫机、犁式皮带、刮板机主要用于筒仓进、出粮的输送，它们可能是多点进料一点卸料或一点进料多点卸料，其扬尘点主要都集中在进料点、卸料点和机尾，泄爆口应当设在这些位置旁。

2.2.1.4 布袋式除尘器的泄爆  除尘器的泄爆口一般应设置在中箱体上，因为中箱体是除尘器的主要工作区域，粉尘浓度最高，也是最容易发生粉尘爆炸的位置。除尘器泄爆安装位置如图（图2.2.3）。

图2.2.3

2.2.2选择泄爆材料

目前国内外最常用的泄爆材料为薄铝板、聚乙烯板、防水纸板等，具体要根据实际用途以及成本来选用何种材料。

2.2.3确定泄爆面积

一般情况下，用泄爆面积与有效空间的比值来衡量；我国采用的标准为：0.10-0.05m²/m³；英国的规定为：0.07-0.03m²/m³,美国的规定为：0.10-0.07m²/m³，加拿大的规定为：0.04m²/m³。

2.3日常生产建立一个良好的管理体系

2.3.1防火管理

筒仓装卸系统范围内，不存放易燃、易爆物品；日常运行过程中一切从防止产生摩擦碰撞火花角度，考虑作业使用的工具和工艺；应在工艺中第一台斗提机前安装磁选，以除去散粮中的铁质及其他杂物。进行检修维护作业时不应用铁器敲击墙壁、金属物等。所有设备轴承应防尘密封；进入筒仓系统内的人员不应穿带铁钉工作鞋。

制定明火作业安全管理制度和操作规程，落实相关安全技术措施；明火作业时，以明火作业点为中心１０ｍ半径范围内的所有地面和墙壁应清扫并淋湿；不可移动的可燃材料或含粉尘的设备管、口及连接部位等应用难燃烧体材料进行覆盖保护；作业现场在建筑物内时，明火作业点所处楼层１０ｍ半径范围内所有门窗均应打开；在仓顶部进行明火作业，明火作业点１０ｍ半径范围内的所有仓顶孔、通风除尘口等均应加盖并用难燃烧材料覆盖；在与密闭容器相连的管道上作业时应采取①有隔离闸门的应确保严密关闭；②无隔离闸门的应拆除一段管道并封闭管口或用难燃烧材料将管道隔离；在斗提机、刮板机、除尘器、散料秤、储料斗等封闭式设备内进行明火作业前，应用水冲洗干净。涂漆和焊接不应同时进行，工件冷却后才能涂漆；明火作业现场应有专人监护并配备灭火器材；电焊作业时，应选择同一部件作为回路，或者应遵循焊点与搭接点距离尽可能小的原则。

2.3.2  防尘管理

应建立定期清扫制度；对于传动、发热等部位应每天清扫；应对除尘设施的积尘每船次检查一次（如散粮含尘量大，可缩短检查间隔），并建立滤袋、滤芯定期更换制度及定期清扫制度；不应采用压缩空气进行清扫作业；根据现场实际情况按照粉尘防爆实施细则和安全检查表定期作防爆安全检查。

2.3.3  定期监测

   按规定定期监测防雷、设备接地检测，尤其是除尘器和斗提机，防止雷击及静电积聚。对机电的运行状态、机电电压电流、轴温、输送设备的张紧度、除尘系统的效率、电气自动控制系统、跑偏等保护开关等等设备进行定期监测保养，保持其处于正常运行状态。

[参考文献]

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[3]   李思科，任守国，于志玲.粮食粉尘的爆炸特性及在粮食中转筒仓防尘防爆中的应用分析[J]. 粮食与饲料工业，2002（7）：18-20.

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