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粉塵爆炸的特點(diǎn)和危害

粉塵爆炸是一種破壞性很大的爆炸形式，它是指粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)遇到熱源，火焰瞬間傳播于整個(gè)混合粉塵空間，化學(xué)反應(yīng)速度極快。同時(shí)釋放大量的熱，形成高溫高壓，由于這一過(guò)程中不斷升高的壓力會(huì)產(chǎn)生沖擊波，因此一旦發(fā)生爆炸，會(huì)造成很強(qiáng)的破壞力，爆炸是有限空間的劇烈燃燒。粉塵爆炸的特點(diǎn)一是粉塵會(huì)分散在空間內(nèi)，幾乎每顆粉塵都會(huì)充分燃燒，而且可燃性粉末的量往往高達(dá)數(shù)十?dāng)?shù)百公斤，相比之下，現(xiàn)役陸軍最大的155榴彈炮彈的裝藥量才10公斤左右，所以爆炸威力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通人的感性認(rèn)知的，并且粉塵爆炸經(jīng)常會(huì)帶來(lái)二次爆炸和附帶傷害。這也是它的危險(xiǎn)之處，因?yàn)橐淮伪ㄒ呀?jīng)具備足夠的溫度和火源，所以粉塵飛散在一定空間后，就很可能發(fā)生二次爆炸，即使沒(méi)有二次爆炸。也會(huì)由于粉塵溫度極高，進(jìn)入人員的呼吸道后也會(huì)造成嚴(yán)重的呼吸道和肺部燒傷，所以傷者的救治難度很大，因傷死亡的概率很高，所以我們不能因粉塵爆炸貌似發(fā)生的次數(shù)較少而抱有僥幸心理。

粉塵爆炸的成本和后果

即使退一萬(wàn)步講，以前的設(shè)備和人員成本有限，現(xiàn)在的設(shè)備投資和人員賠償動(dòng)輒幾百上千萬(wàn)，還要被有關(guān)部門予以處罰。乃至傾家蕩產(chǎn)牢底坐穿，省下這筆錢是非常得不償失的，但遺憾的是，由于設(shè)備，的消防泄報(bào)設(shè)計(jì)和措施的專業(yè)性比較強(qiáng)，國(guó)家也未能統(tǒng)一強(qiáng)制檢定。所以總是有人覺(jué)得可以忽略，或者隨便裝個(gè)象征性的泄暴門泄暴片應(yīng)付一下，這其實(shí)是很可怕的心態(tài)。

粉塵爆炸的條件

我們先來(lái)看一下粉塵爆炸的條件，就是氧氣火源密閉空間粉塵云和可燃性粉塵，前三個(gè)就不用說(shuō)了，我們接觸到的絕大多數(shù)食品。顆粒成分無(wú)非是脂肪蛋白糖這些碳水化合物，那么都屬于可燃性粉塵，只不過(guò)不同配方和顆粒狀態(tài)的的爆炸參數(shù)不同，爆炸威力不同，而粉塵云是指可燃性粉末懸浮在空氣中且達(dá)到爆炸下限的狀態(tài)，遇到明火就會(huì)發(fā)生威力巨大的破壞力極強(qiáng)的粉塵爆炸。比方說(shuō)廚房里的成袋的面粉是不會(huì)發(fā)生粉塵爆炸的，但如果是微小的面粉懸浮在空中達(dá)到9.7克每立方米以上，遇到明火就會(huì)發(fā)生粉塵爆炸，這是因?yàn)槊總€(gè)懸浮顆粒的表面都會(huì)充分接觸到空氣，吸附的氧分子就越多，氧化放熱反應(yīng)就快，在一定范圍內(nèi)。越細(xì)的顆粒表面能就越高，爆炸威力會(huì)越大，而偏偏噴霧干燥機(jī)組內(nèi)部就是充滿大量懸浮粉末的。

噴霧干燥機(jī)組內(nèi)部的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)

并有大量的空氣源源不斷地進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，所缺的無(wú)非就是明火，顯然沒(méi)有火源是不能引爆粉塵云的，否則噴霧干燥塔就會(huì)頻繁爆炸了。我也就成了設(shè)計(jì)大炸彈的了，在正常運(yùn)行的封閉的干燥基礎(chǔ)內(nèi)，我們首先會(huì)想到電火花，這個(gè)可以通過(guò)可靠接地來(lái)避免，實(shí)際上我曾經(jīng)遇到過(guò)接地并不太可靠的甚，至噼啪作響的干燥塔也并沒(méi)有發(fā)生爆炸。這并不是我們可以不去做可靠接地，尤其是有帶氯氣的干燥機(jī)組，接地是非常重要的，而在我所知的多起事故中，它是一個(gè)可能因素，但并非真正的導(dǎo)火索。

自燃誘導(dǎo)期的概念及其對(duì)粉塵爆炸的影響

這里就要說(shuō)到一個(gè)概念，就是自燃誘導(dǎo)期，它是指物料的燃點(diǎn)雖然是幾百攝氏度，但堆積在較高的環(huán)境溫度下時(shí)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的烘烤，熱量蓄積而發(fā)生的自然現(xiàn)象，它和環(huán)境溫度環(huán)境濕度堆積厚度粒徑大小操作失誤等等有關(guān)，有資料顯示，當(dāng)全脂奶粉的黏獺掛壁厚度達(dá)到30毫米時(shí)，自然臨界溫度是168攝氏度。當(dāng)年塔掛壁達(dá)到50毫米時(shí)，自然臨界溫度會(huì)下降到147攝氏度，這已經(jīng)低于了干燥塔的常見(jiàn)進(jìn)風(fēng)溫度，當(dāng)然這個(gè)自然臨界溫度并不是說(shuō)馬上就會(huì)發(fā)生自然然后粉塵爆炸，而要經(jīng)過(guò)一個(gè)自然誘導(dǎo)期，據(jù)其他條件的不同，這個(gè)時(shí)間會(huì)是幾個(gè)到幾十個(gè)小時(shí)之間。應(yīng)該說(shuō)這才是噴霧干燥塔發(fā)生自燃和粉塵爆炸的主要原因，它也將必然導(dǎo)致粉塵爆炸。

噴霧干燥塔發(fā)生自燃和粉塵爆炸的主要原因

接下來(lái)我們還會(huì)分析它發(fā)生的具體原因，認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，我們簡(jiǎn)直需要暗自慶幸，咱們這個(gè)行業(yè)之所以爆炸的干燥塔還不是很多。大家還沒(méi)有傾家蕩產(chǎn)，牢底坐穿，很大原因是我們以前的氈塔，掛壁的老干燥塔的一次開(kāi)機(jī)時(shí)間還不是太長(zhǎng)，沒(méi)有達(dá)到該物料的自然誘導(dǎo)期，后來(lái)連續(xù)工作時(shí)間有延長(zhǎng)。但隨著設(shè)備和操作進(jìn)步，黏塔掛壁狀況也有所好轉(zhuǎn)或者生產(chǎn)的，物料和工礦的自然誘導(dǎo)期足夠長(zhǎng)，恰好規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)，聽(tīng)起來(lái)似乎是我危言聳聽(tīng)，因?yàn)橐郧昂芏喔稍锼加姓乘毂趩?wèn)題，但并沒(méi)有接連爆炸嗎。這是因?yàn)樵谑称穱婌F干燥工況下，進(jìn)入塔內(nèi)的熱風(fēng)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)零幾秒幾百毫米距離的恒速干燥段后，會(huì)從170度到200度迅速降低到100度以內(nèi)，在塔內(nèi)溫度下，物料的自然誘導(dǎo)期會(huì)非常長(zhǎng)。我們不必過(guò)于擔(dān)心。

干燥后的顆粒自燃風(fēng)險(xiǎn)及空氣動(dòng)力學(xué)原理的應(yīng)用

但是我們時(shí)常會(huì)遇到焦粉問(wèn)題，這就說(shuō)明是干燥后的顆粒受到高溫烘烤，那就有自燃的風(fēng)險(xiǎn)，而焦粉會(huì)集中發(fā)生在熱風(fēng)進(jìn)口附近。此時(shí)我們就要復(fù)習(xí)一下簡(jiǎn)單的空氣動(dòng)力學(xué)原理，伯努利或者文丘里原理都說(shuō)明高速氣流會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，牽引周邊的空氣過(guò)來(lái)混合，還有個(gè)著名的但被政委的說(shuō)法，就是火車高速通過(guò)時(shí)，會(huì)把旁邊的小孩卷進(jìn)去。這個(gè)原理在空氣動(dòng)力學(xué)中廣泛使用，比如渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，就是利用核心的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的高速高溫尾焰，牽引周邊低速低溫氣流混合噴出，以溫度換流量，從而達(dá)到節(jié)能增推的效果，我們多效濃縮設(shè)備上的熱壓泵也是這個(gè)原理。在上臺(tái)風(fēng)干燥塔內(nèi)部，高速下壓的進(jìn)風(fēng)氣流會(huì)吸引臺(tái)風(fēng)中的氣流與之混合。

塔頂掛粉問(wèn)題及其危險(xiǎn)性

從而使排風(fēng)中的顆粒與進(jìn)風(fēng)中的霧滴發(fā)生覆聚，產(chǎn)生中空結(jié)構(gòu)的松散的覆聚型顆粒，但它也就會(huì)造成一定程度的塔頂尤其是熱風(fēng)進(jìn)口附近的掛粉問(wèn)題，不論是上排峰塔下排峰塔還是中排峰塔。這個(gè)現(xiàn)象都是存在的，這張照片是運(yùn)行一個(gè)班次以后塔頂掛粉的照片，可見(jiàn)整個(gè)塔頂都有薄薄一層掛粉，但粉塵不厚，還能看到不銹鋼的拋光帶，風(fēng)險(xiǎn)還不高。但熱風(fēng)進(jìn)口附近是非常危險(xiǎn)的，此處進(jìn)風(fēng)溫度高達(dá)170攝氏度以上，進(jìn)風(fēng)缸筒乃至周邊的溫度就是這個(gè)溫度，如果粘掛的粉層比較厚，再連續(xù)工作幾十個(gè)小時(shí)，熱量長(zhǎng)時(shí)間蓄積，就會(huì)產(chǎn)生焦粉。發(fā)生自燃，粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)就非常高了，實(shí)際上更危險(xiǎn)的不僅是熱風(fēng)進(jìn)口的周邊，而是熱風(fēng)進(jìn)口的內(nèi)部，也就是噴槍和細(xì)粉副具口周邊。因?yàn)檫@些物料的噴入口同樣是高速流周邊同樣會(huì)形成負(fù)壓區(qū)，牽引周邊的氣流夾帶微細(xì)粉塵進(jìn)入，這些粉塵往往尚未徹底干燥，就會(huì)粘附在噴槍和細(xì)粉反吹唇口上，此處的溫度就是一百七八十度，以上的進(jìn)風(fēng)溫度。隨著粘掛厚度和時(shí)間的延長(zhǎng)，就會(huì)不斷倒計(jì)時(shí)地逼近自然誘導(dǎo)期。

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噴槍保護(hù)風(fēng)和細(xì)粉附具保護(hù)風(fēng)的設(shè)計(jì)

所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，才會(huì)有噴槍保護(hù)風(fēng)和細(xì)粉附具保護(hù)風(fēng)，這樣被負(fù)壓區(qū)吸引來(lái)的細(xì)粉就會(huì)一頭撞進(jìn)保護(hù)風(fēng)層，避免沾掛在噴槍頭和細(xì)粉護(hù)具唇口上。那么有了噴槍保護(hù)封就高枕無(wú)憂了嗎，我們來(lái)看這兩張照片，在生產(chǎn)一個(gè)班次后，噴槍保護(hù)風(fēng)套管內(nèi)部就有了掛粉，更別說(shuō)套管純口和噴槍頭的位置了，實(shí)際上這并不罕見(jiàn)。一是可能有誤操作，就是塔內(nèi)有粉塵時(shí)沒(méi)有開(kāi)啟保護(hù)風(fēng)，二是很多設(shè)備的保護(hù)風(fēng)只能算是象征性的保護(hù)風(fēng)量，風(fēng)速是不夠的，這個(gè)位置同樣是很危險(xiǎn)，的因?yàn)楸Ｗo(hù)風(fēng)套管的外壁是和熱風(fēng)接觸的，熱量會(huì)源源不斷地傳入。我所知的曾經(jīng)有一次粉塵爆炸就發(fā)生在噴槍保護(hù)封套管內(nèi)部，幸虧局部引爆后沒(méi)有引發(fā)整體爆炸，干燥塔指泵的一下沒(méi)有發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞，綜合起來(lái)。

安全的干燥塔高溫區(qū)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一個(gè)安全的干燥塔高溫區(qū)的設(shè)計(jì)，首先就是具備齊全的保護(hù)風(fēng)硬件結(jié)構(gòu)，不論熱風(fēng)分布器是哪種結(jié)構(gòu)，在熱風(fēng)筒周邊噴槍周邊和細(xì)粉護(hù)具管周邊具備保護(hù)風(fēng)套管結(jié)構(gòu)。第二就是保護(hù)風(fēng)的風(fēng)速要高于熱風(fēng)主氣流的風(fēng)速，因?yàn)橹灰酗L(fēng)速差，就會(huì)有壓力差，只要保護(hù)風(fēng)的風(fēng)速更低，就會(huì)形成負(fù)壓，沾掛就是遲早的事情。當(dāng)然保護(hù)風(fēng)風(fēng)速只要略高于主風(fēng)速，沒(méi)必要高太多，第三保護(hù)風(fēng)要具備一定溫度，不能是冷風(fēng)，至少要在塔內(nèi)露點(diǎn)溫度以上，以避免發(fā)生冷凝性的粘掛問(wèn)題，我們把干燥塔避免粉塵爆炸的預(yù)防措施總結(jié)一下。

干燥塔避免粉塵爆炸的預(yù)防措施

至少就有以下幾點(diǎn)，首先就是塔內(nèi)尤其是高溫區(qū)，要避免沾塔掛粉，第二仍是要可靠接地。將靜電導(dǎo)出，第三要有自動(dòng)的溫度檢測(cè)。

干燥塔自動(dòng)安全措施的重要性

要能自動(dòng)關(guān)斷熱源，第四要能自動(dòng)關(guān)斷風(fēng)機(jī)，避免氧氣持續(xù)輸入，第五要能自動(dòng)噴入消防水。給塔內(nèi)增加濕度，降低溫度，關(guān)于消防水，一些觀眾可能有誤解，是否需要將塔體充滿水才能滅火呢，那顯然過(guò)于夸張了。干燥塔這么大的體積，那不僅需要非常高的噴水速度，非常粗的消防水管道，干燥塔充滿水后的重量要非常大，不僅塔體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，無(wú)法承受，廠房的土建結(jié)構(gòu)也會(huì)無(wú)法承受。只要將水及時(shí)噴入塔內(nèi)，溫度降低，濕度增加，就能達(dá)到滅火的目的。

消防水噴淋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算

國(guó)家對(duì)于不同的危險(xiǎn)等級(jí)和消防水噴淋強(qiáng)度是有分級(jí)的，舊奶粉廠以及類似的食品廠屬于中危險(xiǎn)2級(jí)，噴水強(qiáng)度是每平米每分鐘要噴入8升水以上，那么一臺(tái)直徑8米的干燥塔。它的截面積就是50.24平米，乘以8升再乘以60分鐘，就是消防水每小時(shí)的瞬間流量要達(dá)到24噸每小時(shí)，首次噴水至少10分鐘，如果溫度繼續(xù)上升，則再噴入5分鐘。土建結(jié)構(gòu)強(qiáng)度至少能承受3次噴水量，我們要清楚。

粉塵爆炸預(yù)防措施和泄爆設(shè)計(jì)的重要性

即使有了這些預(yù)防措施，粉塵爆炸的概率是非常低的，但開(kāi)玩笑的說(shuō)，哪怕零件不合格率只是萬(wàn)一。只要有1萬(wàn)個(gè)零件，那么肯定就會(huì)有零件不合格，只要有粉塵爆炸的可能，就要有泄爆措施，以避免發(fā)生人身傷害事故，乃至造成更大的危害。這里仍存在一個(gè)誤區(qū)，很多人以為泄爆只是將爆炸引出去就行了，而實(shí)際上，真正的泄爆設(shè)計(jì)是爆及能抬爆，不會(huì)影響設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單處理及能恢復(fù)生產(chǎn)，也就是爆炸威力不足以破壞設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)備在爆炸時(shí)只能發(fā)生彈性形變。而不會(huì)發(fā)生塑性形變，所以在確定干燥塔的泄爆面積泄爆壓力之前，第一步就是確定干燥塔本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，干燥塔的彈性和塑性變性之間的臨界，需要注意的是。

干燥塔塔壁強(qiáng)度的設(shè)計(jì)考量

干燥塔的塔體也不能一味增加強(qiáng)度，不僅是成本問(wèn)題，因?yàn)楦稍锼线€需安裝，氣錘能擊震裝置。隨時(shí)敲落可能的塔壁掛粉，如果強(qiáng)度過(guò)高，塔壁掛粉的清除效果就差了，所以塔壁強(qiáng)度要在合理的范圍內(nèi)，本公司是在計(jì)算后再用有限元軟件進(jìn)行精確校核，盡可能優(yōu)化加強(qiáng)筋分布。讓塔體各處強(qiáng)度盡可能完整平衡，因?yàn)橹睆皆酱蟮牟课粡?qiáng)度會(huì)越弱，加強(qiáng)筋的間距就需要越近，所以看一個(gè)大型塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否專業(yè)而用心，就可以看它錐斷的加強(qiáng)筋分布是否是不等距的，直徑越大，加強(qiáng)筋越密集。反之加強(qiáng)筋就應(yīng)該稀疏一些，以達(dá)到塔體強(qiáng)度和氣錘敲擊效果的最佳優(yōu)化。

泄爆面積的計(jì)算依據(jù)和方法

然后我們?cè)俑鶕?jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，一是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的粉塵爆炸泄壓指南，值得指出的是，各國(guó)的泄爆計(jì)算方法不同。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)是基本一致的，而歐盟標(biāo)準(zhǔn)是以德國(guó)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)為主，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以視為等同，除了計(jì)算方式，還有不同粉塵的爆炸參數(shù)，這里有國(guó)家應(yīng)急管理部發(fā)布的。工貿(mào)行業(yè)重點(diǎn)可燃性粉塵目錄的爆炸參數(shù)數(shù)值，如果客戶生產(chǎn)的配方不在目錄內(nèi)，就要委托具備爆炸檢測(cè)能力的公司進(jìn)行測(cè)試，在具體的計(jì)算中，我們要考慮以下這些情況粉塵的爆炸參數(shù)，比如濾鏡和配方都引起爆炸威力的很大變化，比如脫脂粉就比全脂奶粉爆炸威力更大。需要更大的蟹刨面積，塔體的構(gòu)型和蟹刨片的位置也會(huì)造成蟹刨面積的不同，長(zhǎng)徑比越大越細(xì)，長(zhǎng)的塔的強(qiáng)度可能會(huì)比較高，但爆炸點(diǎn)距離泄爆位置的距離可能也會(huì)比較長(zhǎng)。而柱段插入下垂段的中臺(tái)峰塔，實(shí)際則可以視為兩個(gè)干燥塔疊加，最好就有兩處泄爆口，顯然泄爆通道的長(zhǎng)度和順暢程度也會(huì)影響泄爆面積，最后泄爆片的規(guī)格型號(hào)，其有效泄爆面積的比例也會(huì)影響最終泄爆面積的選型。在綜合考慮上述因素后，我們把收集后的參數(shù)帶入國(guó)標(biāo)的計(jì)算式中，使爆炸對(duì)塔體的沖擊波威力在塔內(nèi)強(qiáng)度之內(nèi)，就可以得到泄爆面積了，比如一臺(tái)8米直徑的食品用噴霧干燥塔，以常見(jiàn)的塔體強(qiáng)度的話，凈開(kāi)啟壓力0.1公斤。最大泄爆壓力0.3公斤，根據(jù)各種條件的區(qū)別，泄爆面積大致就在4-6平米，如果單塊蟹鮑片的有效開(kāi)啟面積是1平米，就需要4-6片。

泄爆片和密封條的設(shè)計(jì)要求

最后我們需要注意的是，蟹鮑片和密封條的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)要符合食品衛(wèi)生要求，材質(zhì)和塔體材質(zhì)一致，要盡可能貼合塔壁。避免接縫處存粉掛粉，泄爆通道要完整密閉，通道出口有輕質(zhì)隔墻封閉，這樣才是一套最基本的消防泄爆措施，如果有更高的安全需求，就要升級(jí)成防火易爆系統(tǒng)。在難以安裝泄爆片的設(shè)備上增加防火隔斷分區(qū)和抑制劑觸屏，就需要咨詢專業(yè)公司來(lái)配套了。

食品用噴霧干燥塔消防泄爆系統(tǒng)的全面性

綜上所述，一套食品用噴霧干燥塔的消防泄爆系統(tǒng)，并非隨便裝幾個(gè)噴淋頭幾塊瀉爆片就可以的，預(yù)防粉塵爆炸的重點(diǎn)是在干燥塔的高溫區(qū)防止粘塔掛壁。防止熱量在粉層內(nèi)部蓄積引發(fā)自燃，并要做好可靠接地，要能自動(dòng)切斷熱源和氧氣來(lái)源，消防噴水量要符合國(guó)家危險(xiǎn)等級(jí)要求，泄爆面積要綜合符合物料配方塔體構(gòu)型等條件來(lái)計(jì)算，如此才是一套讓人安心的系統(tǒng)。好了祝大家高高興興上班來(lái)，平平安安回家去，有安全才有未來(lái)。