试验检测

铣销镁粉爆炸危险性及防爆措施

字号+ 作者: 来源: 2010-03-22 13:39 我要评论( )

 

粉碎是伴随人类从原始走向文明的基本技能。工业化的快速发展,对粉体的需求量越来越大,对粉体的粒度要求越来越严格,由此也带来了可燃粉尘发生爆炸的问题。1875年意大利都灵面粉厂发生的粉尘爆炸事故以来,可燃粉尘在加工、处理储藏过程中的爆炸事故灾害时有发生。目前,工业生产中广泛使用的镁粉产品有球状和片状两大类。作为效能显著的脱硫剂,球状镁粉被大量使用在炼铁、炼钢过程中。其主要工艺是将熔融镁置于特制的高速旋转装置上,在离心力的作用下,微粒状的镁通过筛网分离出来。作为推进剂燃料、烟花爆竹,采用的多是铣销镁粉。

在粉碎机壳内,粉尘云在工作状态连续存在,当粉碎刀具与筛子冲击摩擦,或因粉碎刀片与外来杂物相碰撞,就会引燃粉碎机壳内的粉尘云发生爆燃,这种爆燃沿着能够达到粉尘爆炸极限浓度方向传播,这里通常是指除尘管道和旋风除尘器。如果爆燃波能够引起其它沉积粉尘的飞扬,使其处于悬浮状态,则会引起剧烈的二次爆炸事故。收料口层流状态的落料过程始终存在,引起接料口着火的原因可能是带电粉尘在落料过程中,当接近沉积的粉料或桶底时,形成很高的电位差,随着粉料的继续下落,当达到放电间隙时,形成静电火花,引燃层流状态的粉尘。尾型给料阀的摩擦可能使粉尘温度升高或产生引燃粉尘团。它们可以在落料过程中,引燃层流状态的粉尘。许多原因使风机出口管道底部经常沉积粉尘,这些粉尘是管道口哪生爆鸣的主要原因。它被引燃的直接原因是风机叶片对粉尘的冲击与摩擦,或者是管道出口处的静电放电。有报道在这一行业已发生过多起严重的粉尘爆炸事故。

1 实验

1.1 小型实验室实施

镁粉爆炸性试验。对镁粉混合粉的爆炸性进行了测定。经测定该镁粉爆炸猛度指数很大,最大爆炸压力测试结果如图1所示。粉尘层的最小点火能为0.24mJ,故很易点燃[1]

1 20L球型爆炸装置中,镁粉爆炸压力测试结果

1.2 工业实验

目前,对于粉尘爆炸的机理尚不十分清楚,小型实验所测得的爆炸性数据如粉尘的最大爆炸压力、最大压力上升速率等参数,相对地给出了粉尘爆炸的敏感度和猛烈程度。在一定的范围内,这些参数可以用于确定泄爆开启压力、泄爆面积的大小。小型实验数据如何放大到工业实际一直是科学家追求的。爆炸反应工程学正是为了适应这一需要应运而生。就目前理论水平而言,基于工业规模设备做爆炸性实验所得结果的工程设计,无疑更符合工艺实际的需要、安全生产的要求。

1.2.1 镁粉静电测试

在机械振动筛中对镁粉的静电特性测试的目的,是考察镁粉在生产过程中静电引燃的危险程度。试验所用的主要仪器有;法拉第笼、静电电荷仪;工业设备为机械振动筛子(长2.8m,宽厚0.5m)。镁粉取自某工厂粉碎后的半成品。这些半成品经过机械振动筛的筛分,分选出所需的粒径。测试时将一定数量的镁粉放入运动中的振动筛机入料口,经过几秒钟,粉料运动至出料口,经溜槽在出料口端采用法拉第筒法测定粉尘的电量。实验共进行了21次,测试结果表明,混合镁粉经过这一过程,静电荷质比最高达0.309μC/kg,已超过安全标准0.02μC/kg31倍。测试表明[2],在镁粉的生产过程中,如果不采取有效的静电消除措施,静电灾害所引起的事故是可能发生的。

1.2.2 机械振筛机镁粉爆炸试验

在工业生产中,机械振筛机曾发生过严重的爆炸事故。为了考察镁粉粉尘的爆炸烈度,我们进行了工业规模的爆炸试验。实验装置如图2所示。

实验步骤如下;

⑴安装压力传感器,标定压力;⑵在喷粉罐中加入一定量的镁粉,充进20MPa压力,安装喷粉爆炸开启阀;⑶安装化学点火头;⑷在振动筛顶部安装泄爆片;⑸启动控制系统引爆,同时记录爆炸后压力上升曲线;⑹改变镁粉充装量,更换泄爆片[3],重复⑵-⑸各步骤。

选择不同的泄爆装置的材料与夹具重复以上实验。振动筛中一次镁粉爆炸泄压如图34所示。从图3中可以看到,爆炸后的火焰传播情况和泄爆片动作情况。图4显示了选用某一泄爆片后,振动筛内压力变化结果。

1-电点火头,2-压力传感器,3振动筛,4-粉体分散环,5-计算机控制台,6-喷粉爆炸开启阀,7-镁粉,8-喷粉罐,9-喷粉嘴

2 振动筛中镁粉爆炸实验装置图

3 镁粉爆炸爆炸泄压过程

4 振动筛内压力变化结果

2 铣销镁粉的爆炸危险性分析[3]

2.1 镁块铣销过程危险工点分析

铣销机床内部容积较小,具有着火的可能性。旋风分离器、收尘凤网的总管线体积较大,内部的粉尘浓度处于可爆范围,静电火花、由铣销机床窜入的过热粉尘团和机械火花不可避免。所以,铣屑车间的危险工点主要为旋风分离器、收尘风网的总管线。

旋风分离器是最危险的工点。如果旋风分离器发生爆炸,爆炸产生的气浪和冲击波可能扬起卸料口附近的镁粉,其内部的未燃粉尘也可能喷出并弥散在车间,从而产生二次爆炸。二次爆炸非常危险,可能引燃其他设备并对车间工作的操作人员造成人身伤害。所以旋风分离器必须与车间其他设备尤其是操作者隔离。

风网总管线、每个铣销机的支管线均按原布置设置。风网总管线应与操纵者隔离。隔离宜采用轻质吊棚如带构架镀锌板。旋风分离器应设置在墙外或单独设备在一个房间。旋风分离器与铣销机工作间用防爆墙隔离。

2.2 粉碎工段危险工点分析

粉碎后的镁粉称为混合粉,未经分级的混合粉含有各种不同粒径的镁粉。在粉碎过程中,粉碎机壳内即粉碎刀具旋转的空间,通过振动给料器不间断地给料,其内部粉尘云在工作状态连续存在;收料口附近、旋风除尘器及除尘管道内部都有可能形成粉尘云;在作业过程中,粉尘的外溢、散落不可避免,使设备表面、地板、墙壁形成粉尘的沉积。

⑴在粉碎机内部,当振动给料中的铁屑未通过磁铁完全除去时,由于粉碎机调整旋转,形成摩擦和冲击引燃源;

⑵粉碎、气体输送、旋风除尘、落料等都易产生静电,使粉体颗粒带电,如果电荷不能及时泄漏,可能在落料处、管道出口放电,产生静电放火花,成为一种静电引燃源;

⑶风机叶片作用于旋风除尘器未除净的粉尘,这种风机叶片如果是易产生火花的铁器材料,尤其是有铁锈存在时,则不可避免地会产生冲击点火源;

⑷星型给料阀转动时,叶片志阀外壳之间的摩擦是造成接料箱体着火的主要原因之一;

⑸粉碎机壳内的爆燃、接料口的着火、风机出口管道的爆鸣都可能引发更大的粉尘爆炸事故。因此,首先采取积极的预防措施,其次应采取防护措施,使人机隔离。

2.3  筛分

不同粒度的镁粉的分级是在机械振动筛中进行的。实验表明,由于振动过程中的静电灾害及机械冲击摩擦,振动筛具有较大的危险性。在采取防爆措施时,应首先考虑振动筛与操作者隔离,以保证人员的安全。为了防止爆炸事故所造成的超压,使振动筛毁坏,造成更大的损失,应根据实验的结果泄爆装置采用较低的开启压力。

3 结论

⑴铣销镁粉具有圈套的爆炸烈度,其最大爆炸压力为0.85MPa

⑵在机械振动筛中对铣销镁粉的筛分分级,应防止由于静电放电而引起的爆炸事故;

⑶铣销镁粉、粉碎镁粉在旋风分离器及其连接管道应采取隔离措施,避免操作者与设备隔离。

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