为什么粉尘会点燃?正宗的说法是比表面积增加,换热效率提高,所以容易点燃。一定浓度的粉尘空气混合物与一定浓度的燃气混合物相似,都能够在开放空间爆燃,在封闭空间爆炸。然而,按照程的点火理论来说,粉尘直径缩小,会导致预热损失的减少(因为空气是不良导体),本来表面吸热会有很大一部分传到内部(固体燃料的特征是点火需预热),称作预热损失。粉尘体积减小之后,表面吸热无处可传,停留在表面的结果,是传热时间尺度的降低,升温加速,所以点火不需要时间,是危险性增加的传热学理由了。粉尘容易点火,可以说是粉尘为何爆炸的一个重要环节,但不是后果严重的全部理由。
如果粉尘被判定为可燃粉尘的话,那么通常要考虑以下几方面的测试项目:
点燃敏感度
通过A/B类测试,粉尘的爆炸特性得到了确认。那么,我们需要了解其点火敏感度来确定周边环境中所存在的潜在点火源是否可以点燃该粉尘。潜在的点火源可能是静电释放、机械火花(研磨/摩擦)或者高温热表面等。
点火敏感度包括小点燃能量和点燃温度。其中点燃温度又分为:粉尘云点燃温度(MIT-C)和粉尘层点燃温度(MIT-L, LIT)
小点燃能量(MIE)
易燃物质的小点燃能量(MIE)是理想条件下使用电容火花放电或电感放电点燃浓度的材料所需的小能量。在评估静电释放及机械引燃危害时,小点火能是一个很重要的参数。通常有两种方法来测试小点燃能量,纯电容法或者加入电感到已有的电路中(电感法)。电感法使用1 mH 的电感接入对地环路,获得持续的火花。粉尘和空气混合物的小点燃能的测试方法可参见IEC61241-2-3/EN 13821标准,标准推荐了可使用上述两种方法中的任意一种进行,方法的选择取决于数据的应用。
通常电感测试获得的数据会比纯电容测试获得的数据低。通过电感测试获得小点燃能量通常会被小点燃温度一起被使用,以用来决定机械运动过程中产生的各种火花带来的危害。纯电容法获得数据必须用来进行静电危害评估。小点燃能检测方法的确定需要在测试之初进行说明并得到认可。
当氧浓度低于某一限浓度时,无论粉尘浓度为多大,粉尘云均不能发生爆炸,该浓度称为该种粉尘的限氧浓度(限氧浓度可查有关资料获得)。控制气氛浓度在限氧浓度以下的惰化称为惰化。通过往气氛中加入惰性气体,但氧浓度仍在限氧浓度之上的方法称为部分惰化。
粉体处理设备内部很难控制粉尘浓度在爆炸限之外,因此惰化是防止形成可爆粉尘云的重要措施,煤粉、金属粉尘和塑料类粉尘通常采用惰化的方法进行爆炸防护。部分惰化虽不能完全防止爆炸的发生,但可增尘的小点火能量(从而减小了点燃频率),并降低爆炸的猛烈程度。
惰化是通过降低氧浓度防止爆炸,或者减少点燃的可能性并降低爆炸猛烈程度的方法。惰化常用于煤粉、金属粉尘和塑料类粉尘等粉体的处理过程。
惰性介质可以采用氮气、二氧化碳、烟道气和用惰性气体稀释到必要含氧量的空气或其它工业废气以及惰性粉尘等。常用的惰化气体为氮气和二氧化碳。
标准测试项目
为了了解粉尘的爆炸参数,通常会进行以下3种试验。
筛选试验(可爆/不可爆)
测试目的:了解粉尘是否可燃可爆。
测试内容:进行高能量点火试验,以验证粉尘是否能被点燃。
筛选测试设备
MIE(小点燃能量)试验
测试目的:了解粉尘的小点燃能量。
测试内容:当发现粉尘可燃后,使用不同的点火能量对其进行额外测试,以确定粉尘所需的点燃能量。
测试目的:了解粉尘爆炸的上升时间和压力。
测试内容:爆炸试验将在密闭容器中进行,以验证点火后粉尘的爆炸情况。爆炸指数和爆炸压力将由一系列试验确定。粉尘云将通过化学点火器点燃。
粉尘爆炸性测试
粉尘爆炸筛选
粉尘爆炸敏感度参数
粉尘云小点火能MIE
粉尘层着火温度LIT
粉尘云着火温度MIT
粉尘层比电阻
粉尘爆炸下限浓度LEL
粉尘云限氧浓度LOC
粉尘爆炸烈度参数
爆炸压力
爆炸压力上升速率
爆炸指数
现场防爆检测
粉尘爆炸隐患排查
评估粉尘爆炸危害的一个重要特征在于粉尘是否会形成粉尘云
颗粒的大小对易燃性以及粉尘云爆炸危害程度都有着很大的影响。根据美国NFPA 654定义,粒径小于500μm的粉尘应视为可发生爆炸的粉尘,粒子越细,表面积越大,因此粉尘发生爆炸的可能性更高。因此,粉尘的颗粒分布,对火焰传递很重要。另外,如果材料易粉碎的情况下,不管材料起始粒子大小如何,应视为工艺中有粉尘存在。
当处理固体颗粒物时,如果存在产生细末的可能性则应引起重视。即使只有很小一部分的粉尘是细末,也应理解为存在严重的粉尘爆炸的可能性。如果大块的物质被运输或被扰动,则细尘即使在大块的物料被处置之后也会悬浮在空中。
爆炸隔离
爆炸隔离是防止爆炸由系统的一部分传播到另外一部分的防爆技术,是限制爆炸损失的重要方法。事故分析表明,初始爆炸往往破坏不十分严重,爆炸传播导致的连锁二次爆炸往往会破环整个生产系统和工厂。
1、用物料隔离
设备的下料部分一般为锥体,在正常生产过程中保持一定的积料可以防止火焰 通过下料口在设备之间传播。
2、旋转下料阀型隔爆装置
旋转下料阀型隔爆装置和普通的旋转下料阀结构类似,但其设计考虑了隔爆的要求:其壳体和叶片能承受爆炸压力;其间隙宽度和间隙长度符合熄 灭火焰的要求。
3、管道换向隔爆装置(管道换向器)
管道换向泄爆装置的目的是防止爆炸从粉体加工设备或旋风除尘器传向袋式除尘器。当爆炸压力波和火焰传过来时(压力波在前),装置上的泄爆片在压力波的作用下开启,泄出压力和火焰,从而防止火焰向下游设备传播。
4、芬特克斯阀
芬特克斯阀的原理是爆炸产生的压力波使阀体移动并封闭管道并自锁,从而防止火焰通过。芬特克斯阀又分为主动式和被动式两种。
5、式隔爆闸板阀/蝶阀
式闸板阀采用压力传感器和火焰传感器组合探测爆炸信号,并通过爆炸开启的高速启动部件关闭闸板阀。隔断装置也可以蝶阀。
6、式隔爆喷射罐
式隔爆喷射罐在火焰前锋到来之前在管道内形成一段惰性气氛,达到熄灭火焰的目的。这种隔爆方式又称为化学隔爆。
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