木材加工企業(yè)木粉塵燃爆成因破析及其防控

1、 木材加工企業(yè)木粉塵燃爆成因剖析及其防控*周曦禾周捍東丁濤吳成彬郭東升摘要:介紹了木質(zhì)粉塵燃爆的必要條件和充分條件,討論了木質(zhì)粉塵燃爆的濃度下限、點火溫度和主要誘發(fā)源相應(yīng)所需的有效點火能量。以木材加工企業(yè)實際發(fā)生的粉塵燃爆典型事故為案例,剖析了其產(chǎn)生的原因,系統(tǒng)地分析了木粉塵燃爆的防控部位,介紹了粉塵燃爆的防控技術(shù)與措施、燃爆危害的控制。關(guān)鍵詞:木粉塵燃爆; 燃爆條件; 誘發(fā)因子; 防控技術(shù); 危害控制中圖分類號:TS6;X932 文獻標識碼:B 文章編號:1001-5299 (2015 11-0049-04Analysis of Causes of Wood Dust Explosion i

2、n Wood Processing Enterprises andIts Prevention MeasuresZHOU Xi-he1 ZHOU Han-dong1 DING Tao1 WU Cheng-bin2 GUO Dong-sheng3(1. Nanjing Forestry University, College of Materials Science and Engineering, Nanjing 210037, China2. Nanjing Mingling Wood Industry Co., Ltd., Nanjing 211113, China3. Beijing R

3、iverLand and S & T Co., Ltd., Beijing 101100, ChinaAbstract:The necessary and sufficient conditions for wood dust explosion are introduced in this paper. The lower explosive concentration limits of the dust cloud, and ignition temperature induced the dust to explosion, and required sufficient ig

4、nition energy related to some induce factors of the explosion are discussed. By taking several typical wood dust explosion accidents occurred in wood processing enterprises in China as examples, the causes and their induced factors are analyzed. To prevent the dust from explosion and reduce its dama

5、ge, some technique, and measures of management are suggested.Key words: Wood dust explosion; Explosion condition; Induced factor; Prevention measures; Damage control我國木材加工企業(yè)每年發(fā)生粉塵燃爆事件數(shù)十起,甚至近百十起1。隨著和諧社會建設(shè)、安全發(fā)展理念和法制社會建設(shè)進程的推進,粉塵燃爆對安全生產(chǎn)的影響已受到社會各界的高度重視。木粉塵燃爆的誘因各不相同,但卻是行業(yè)的共性問題。為此,筆者就木粉塵燃爆的條件、案例分析及其防控措施作一介

6、紹,以期推動行業(yè)安全生產(chǎn)。1木粉塵燃爆條件粉塵燃爆只發(fā)生于懸浮在空氣中的粉塵 (以下簡稱粉塵云 到達一定濃度,且有外界因素誘發(fā)的條件下。靜止堆積于料倉中或沉積于固體壁面的粉塵是不具備粉塵燃爆條件的。木質(zhì)粉塵的燃爆屬于誘發(fā)式燃爆,其燃爆的條件是:1 粉塵云的濃度達到其相應(yīng)的燃爆濃度;2 存在著引起燃爆的誘因,且有足夠的誘發(fā)能量;3 燃爆環(huán)境中具有一定的助燃劑 (如氧氣 濃度。即當(dāng)室內(nèi)局部空間或容器空間中懸浮粉塵的濃度達到一定的范圍時,在足以引起燃爆的外界誘發(fā)因素作用下,就會發(fā)生粉塵燃燒爆炸現(xiàn)象。對于不同的粉塵,其燃爆的粉塵濃度有個極限范圍,即最低濃度 (稱為爆炸下限濃度LEL與最高濃度 (稱為爆

7、炸上限UEL ,即使存在可引起燃爆的誘發(fā)因子,若實際的粉塵濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限,也不會誘發(fā)粉塵燃爆。1.1必要條件木粉塵的濃度是其燃爆的必要條件。木材碎料是*資助項目:江蘇省企業(yè)研究生工作站資助課題;江蘇省林業(yè)資源高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心項目周曦禾,博士研究生,南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周捍東(通訊作者,單位同第一作者,hdzhou收稿日期:2015-05-20一個非均勻的顆粒離散系統(tǒng),由粒徑大小不一顆粒體混合而成。在生產(chǎn)實際中,能懸浮的粉塵因不同的工段工藝操作條件、不同的碎料含水率等而有較大的差異。木材鋸屑的爆炸下限為65.0g/m32,輕質(zhì)木材的刨花的爆炸下限為35.0g/m33

8、,木纖維粉塵的爆炸下限為25.0 g/m34,砂光木粉的爆炸下限30.240.0g/m32, 4。當(dāng)局部空間的粉塵到達相應(yīng)粉塵的燃爆濃度下限時,就具備了可發(fā)生燃爆的必要條件。1.2充分條件粉塵燃爆誘因的存在且具有足夠的誘發(fā)能量是其發(fā)生粉塵燃爆的充分條件。以往因缺乏對粉塵燃爆的認識和重視,因此粉塵燃爆現(xiàn)象多表現(xiàn)為偶然的突發(fā)性事件。就其誘因主要有明火、熾熱顆粒物或表面、聚集熱、熱射線、機械摩擦 (如砂削 與碰撞產(chǎn)生的火花、電氣或靜電放電產(chǎn)生的火花等?？扇挤蹓m的點燃溫度與最小點火能是反映具有足夠誘發(fā)能量的重要指標。由于粉塵的化學(xué)活性、燃爆的靈敏性與粉塵顆粒的揮發(fā)分含量及其析出速度等有關(guān),且受粉塵材質(zhì)

9、、顆粒大小等影響,因此,相應(yīng)的著火溫度與最小點火能有著較大的差別。據(jù)文獻介紹,有機粉塵燃爆所需的最小點火能一般在550mJ 范圍5,可燃氣的最小點火能為0.010.1mJ6。鋸屑、砂光木粉、干纖維類碎料的粉塵云的著火溫度一般在3807751-3,對應(yīng)的最小點火能在4.220.0mJ1, 6, 7。人體或固體表面靜電放電火花的點火源能量為10 30mJ8?；鹧婊驘岜砻娴挠行c火能約為10 000J,軸承過熱的點火能量約為100J,摩擦火花的點火源能量為10J9。故粉塵濃度在其爆炸極限范圍內(nèi),當(dāng)燃爆誘發(fā)源的有效點火能到達粉塵燃爆所需的最小點火能時,必然引發(fā)粉塵燃爆。2木粉塵燃爆案例分析以下就發(fā)生在

10、木材加工企業(yè)的幾起典型事故的成因進行剖析,以期為在生產(chǎn)實踐中避免同類事故的發(fā)生提供可借鑒的寶貴經(jīng)驗。2.1砂削、撞擊火花上世紀90年代,上海某人造板制造企業(yè)膠合板砂光工段除塵系統(tǒng)發(fā)生過粉塵爆炸事故。爆炸的起因是砂削的砂帶與膠合板板中殘留的鐵質(zhì)雜物摩擦產(chǎn)生火花所引起。爆炸回火造成操作工燒傷,砂光機嚴重損壞,除塵器解體,磚混結(jié)構(gòu)的粉塵房倒塌。在纖維板生產(chǎn)線中,運輸木碎料的刮板運輸機或斗式提升機也曾發(fā)生粉塵燃爆。在運輸機裝料的過程中,因脫落、摻雜在木材碎料中的螺栓、螺母等與運輸機殼體、料斗或刮板碰撞產(chǎn)生火花,從而誘發(fā)了裝料或卸料處的揚塵發(fā)生燃爆。2.2靜電放電火花蘇南某家具企業(yè)的除塵系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故

11、,其原因是由靜電放電火花而誘發(fā)的。該企業(yè)除塵系統(tǒng)中,連接機床吸塵罩和吸塵管道都采用塑料軟管,且長度較長。高速流動的氣流攜帶著干燥的木屑在流經(jīng)塑料軟管時產(chǎn)生靜電電荷,并聚集在軟管上。因塑料軟管的導(dǎo)電性能極差,集聚的大量靜電電荷放電,最終誘發(fā)粉塵燃爆。一些人造板企業(yè)的砂光機上砂架的吸塵接口與吸塵管道的連接處采用塑料軟管或橡膠管,也曾因靜電集聚而產(chǎn)生放電誘發(fā)粉塵燃爆,這類事故也多發(fā)生在空氣較為干燥、木碎料含水率較低的場合。東北某纖維板制造企業(yè)曾發(fā)生了因袋式除塵器濾料靜電放電產(chǎn)生火花,引燃了纖維板砂光工段所產(chǎn)生的木纖維粉塵,初始爆炸發(fā)生在除塵系統(tǒng)的收塵倉,繼而引起除塵管道和生產(chǎn)車間內(nèi)粉塵的二次爆炸,最

12、終引發(fā)生產(chǎn)車間和庫房的火災(zāi)。2.3熾熱顆粒物華東、華南等地的實木地板加工、家具制造企業(yè)的除塵系統(tǒng)也曾發(fā)生多起粉塵爆炸。其原因是縱向剖料多鋸片圓鋸機在鋸解硬質(zhì)木材時,因鋸齒結(jié)構(gòu)與尺寸欠佳、鋸片適張度問題、進給速度太大或鋸齒變鈍等,導(dǎo)致鋸片夾鋸、鋸路表面局部因非正常摩擦發(fā)熱,碳化或燃燒鋸屑顆粒隨吸塵氣流進入吸塵管路,從而導(dǎo)致粉塵燃爆。2.4聚集熱上世紀90年代,湖南某人造板企業(yè)纖維板砂光除塵工段發(fā)生粉塵爆炸,其燃爆是由聚集熱量誘發(fā)引起的。該企業(yè)的砂光除塵以旋風(fēng)分離器為一級除塵、袋式除塵器為二級除塵。因兩級除塵最終仍然不能達到除塵效果,企業(yè)在兩級除塵基礎(chǔ)上,在砂光除塵系統(tǒng)上又串聯(lián)了1臺所謂的“三級”

13、除塵,以提高除塵效果。由于在原來二級除塵系統(tǒng)增加了1臺袋式除塵器,使得原除塵系統(tǒng)的氣流阻力增加約30%。受到管道阻力增加的影響,葉輪離心式風(fēng)機的風(fēng)量大為降低,一方面吸塵管道內(nèi)粉塵的混合濃度增大為219.6g/m3,另一方面管道內(nèi)實際的風(fēng)量不足以及時帶走因砂光而產(chǎn)生的摩擦熱,熾熱的粉粒與氣流造成除塵器濾袋燃燒,引爆除塵器內(nèi)的粉塵,并在管道系統(tǒng)內(nèi)形成了二次燃爆。3木粉塵燃爆防控技術(shù)與管理措施3.1重點防控部位木材加工企業(yè)粉塵燃爆的重點防控部位主要是吸塵管道、粉塵運輸系統(tǒng)、除塵器、料倉、熱壓機粉塵散發(fā)處、運輸機裝卸料揚塵處、車間墻體與屋架和機床表面粉塵沉積處。3.2防控技術(shù)防控粉塵燃爆的技術(shù)措施包括

14、防爆和降低粉塵燃爆意外事故的危害程度,主要有以下措施。3.2.1 防爆技術(shù)措施1 防止靜電火花產(chǎn)生。針對軟管靜電電荷,吸塵系統(tǒng)的管路中盡可能不采用軟管,如確實需要,應(yīng)采用有金屬骨架的防靜電橡膠軟管或經(jīng)氣密處理的帆布作為管段的柔性連接。袋式除塵器應(yīng)選用防靜電導(dǎo)電性濾料、防爆電磁閥。為防止人體皮膚與衣服之間、衣服與衣服之間摩擦產(chǎn)生的靜電,涉及粉塵爆炸危險作業(yè)場所或區(qū)域的員工禁止穿著化纖類易產(chǎn)生靜電的工裝,必須按照GB 155772007粉塵防爆安全規(guī)程和GB/T 116512008個體防護裝備選用規(guī)范 的規(guī)定,穿著防靜電工裝。2靜電電荷的有效釋放。粉塵爆炸危險作業(yè)場所的所有金屬設(shè)備、裝置外殼、金屬

15、管道、支架、構(gòu)件、部件等,應(yīng)按照GB 155772007和GB 121582006防止靜電事故通用導(dǎo)則 的規(guī)定采取防靜電接地,以利于靜電電荷接地釋放。對于管道、除塵器和料倉等應(yīng)具有良好的靜電接地性能,須符合LYT 20022011木材工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)驗收通則中3.7.4中有關(guān)靜電接地的要求10:直接和間接接地的接地電阻分別小于100和10。3 防止電氣、雷電等火花產(chǎn)生。除塵器內(nèi)使用的電氣應(yīng)符合LYT 20022011的規(guī)定,選用防爆型電機、電磁閥等。除塵器或旋風(fēng)分離器應(yīng)具有良好的防雷接地性能,應(yīng)符合LYT 20022011中3.5.6的規(guī)定10。4防止機械類摩擦等產(chǎn)生的火花。避免散碎物料中混入

16、磁性雜物,在運輸機的物料流上方設(shè)置電磁除鐵器或電磁輥筒等。5有效減控局部空間的粉塵濃度。在料倉落料口、刮板或斗式運輸機裝料與卸料處與封閉的殼體、封閉式帶式運輸機的殼體、熱壓機閉合排氣、車間內(nèi)局部空間等有粉塵飛揚與散發(fā)處設(shè)置局部集塵吸塵罩,以降低局部空間和無約束自由空間的粉塵濃度。對在運輸機箱體或罩殼上設(shè)置局部吸塵口的位置及數(shù)量參照LYT 18062008 木材工業(yè)氣力除塵 (運輸 系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 的相關(guān)規(guī)定11。6除塵系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、驗收與維護。應(yīng)符合LYT 16592006人造板工業(yè)生產(chǎn)性粉塵控制技術(shù)規(guī)程12、GB/T 179192008粉塵爆炸危險場所用收塵器防爆導(dǎo)則、LYT 180620

17、08,LYT 20022011進行除塵系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、使用和維護。7及時清除沉積粉塵。作業(yè)場所沉積的粉塵是引發(fā)連鎖爆炸、大爆炸的主要因素,美國防火協(xié)會(NFPA警告:在廠房表面積5%的區(qū)域上,粉塵積聚厚度大于8mm,就存在著重大爆炸危險13。應(yīng)按照GB 155772007的規(guī)定,建立定期清掃粉塵制度,每班對作業(yè)現(xiàn)場及時全面規(guī)范清理。在清掃粉塵時,應(yīng)采取能避免粉塵二次飛揚的清除方式,尤其是對粉塵沉積較厚的區(qū)域,應(yīng)采用負壓方式吸集,嚴禁使用壓縮空氣吹掃,同時應(yīng)采取抑塵措施。3.2.2 減災(zāi)技術(shù)措施為降低粉塵燃爆意外事故的危害程度,可采取以下綜合措施:1設(shè)置泄爆口。按照LYT 18062008中5

18、.2.2.7的規(guī)定,除塵器和主管道上應(yīng)設(shè)置泄爆口,其設(shè)置的位置、數(shù)量、面積和開啟靜壓等應(yīng)符合LYT 20022011中3.7.2的規(guī)定。正確確定泄爆口爆破膜的工作壓力與材質(zhì),爆破膜的工作壓力應(yīng)高于系統(tǒng)工作壓力10%20%,爆破膜可選用金屬箔、聚氯乙烯箔等材料。2在除塵器、粉塵料倉、吸塵管路系統(tǒng)中設(shè)置火花探測與滅火系統(tǒng)。3排除各除塵系統(tǒng)之間的干擾。為避免某處粉塵燃爆誘使其他系統(tǒng)的連鎖爆炸,應(yīng)盡可能避免吸塵管網(wǎng)之間無謂的互通互連。如若干吸塵系統(tǒng)共用一個中央料倉,在每個吸塵系統(tǒng)的除塵器卸料處必須設(shè)置自動應(yīng)急卸料旁路。3.3防控管理措施1 立即開展企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況的自我審核評估與排查等專項工作,找準

19、存在的安全隱患和管理的盲點與弱項。在全廠區(qū)范圍內(nèi),按照GB 155772007、GB/T 179192008等國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定14-16 ,重點圍繞涉及粉塵懸浮或飛揚的場所、裝置或局部空間,尤其是除塵吸塵管道系統(tǒng)與除塵器內(nèi)混合濃度和運輸機裝卸載揚塵、熱壓機的粉塵散發(fā)處、家具木制品油漆打磨工作區(qū)域等,摸清粉塵云的濃度,找出所有引起粉塵燃爆的誘發(fā)因子,為有針對性地開展粉塵燃防爆的技術(shù)改造、監(jiān)督與管理的整改做好準備。2 針對安全排查中發(fā)現(xiàn)的安全隱患,制定科學(xué)合理、有效的防止粉塵燃爆整改措施和技術(shù)方案,既要避免“談爆色變”造成盲目投入,又要“防患于未然”做到安全無盲區(qū)。3迅速建立健全企業(yè)內(nèi)部的組織、

20、制度、監(jiān)督等安全生產(chǎn)體系和長效機制。明確安全生產(chǎn)的責(zé)任,分工明確,責(zé)任到人,層層落實。強化企業(yè)安全生產(chǎn)的主體責(zé)任意識,強化包括由技術(shù)、生產(chǎn)、管理等人員組成的企業(yè)自己的生產(chǎn)安全監(jiān)督部門監(jiān)督責(zé)任。建立有關(guān)安全生產(chǎn)的事故防范與應(yīng)急機制。4 加強對員工的安全生產(chǎn)與粉塵防爆的宣傳與培訓(xùn)。強化全員的粉塵防爆和安全生產(chǎn)的意識,必須對所有員工進行安全生產(chǎn)和粉塵防爆教育,普及粉塵防爆知識和安全法規(guī),使員工了解本企業(yè)粉塵爆炸危險場所的危險程度和防爆措施;對粉塵爆炸危險崗位的員工應(yīng)進行專門的安全技術(shù)和業(yè)務(wù)培訓(xùn),并經(jīng)考試合格,方準上崗。4結(jié)束語長期以來,人們對木材加工企業(yè)粉塵燃爆和危害的認識并不充分,相當(dāng)多的企業(yè)還抱

21、有僥幸心理。國家明確提出安全發(fā)展的理念,也正是木材加工產(chǎn)業(yè)升級的重要內(nèi)容之一,也確實需要認真、科學(xué)的對待,以保證我國林產(chǎn)加工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。參考文獻1 周玉申. 木材加工粉塵治理技術(shù)與綜合利用研究M. 北京:中國林業(yè)出版社, 2006.2 岑可法, 倪明江, 嚴建華, 等. 氣固分離理論及技術(shù)M. 杭州:浙江大學(xué)出版社, 1999.3 張殿印, 張學(xué)義. 除塵工程設(shè)計手冊M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.4 金國淼. 除塵設(shè)備設(shè)計M. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1990.5 沈思, 周乃如, 朱鳳德. 袋式除塵器粉塵防爆方法研究J. 糧食與油脂, 2003(10:17-18.6 林大澤,

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