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降低斗式提升机粉尘爆炸风险的关键措施

2025-04-24

编者荐语:

本文“降低斗式提升机粉尘爆炸风险的关键措施”由谭时勋、谭天悦地原创,首发于2025年4月23日。为普及安全知识,特此转载。感谢原作者。


多年来,斗式提升机被认为是可燃性粉尘爆炸的常见来源。




斗式提升机主要用于垂直输送散装物料,在农业、食品加工和生物质能制造等工业领域有广泛应用。当燃料和氧气的混合物在密闭空间内扩散并遇到火源时,燃料极易在瞬间被引燃形成火球。由此产生的火球将迅速膨胀,以极快的速度产生破坏性压力,当此压力超过容器的结构强度时就会导致容器剧烈的形变或破裂,形成所谓的粉尘爆炸。在适当的条件下,二次爆炸和火灾常常伴随初始爆炸而发生。在斗式提升机的正常运行过程中,所有这些因素都可能存在。如果没有有效的规程和缓解措施,这些爆炸风险可能导致灾难性后果。普渡大学农业颗粒物研究小组进行的研究发现,在2006年至2020年间,美国的斗式提升机设施中共发生了78起粉尘爆炸事故,造成56人受伤,10人死亡。因此,认真审视行业中与此相关的注意事项和操作规范具有重要意义。



危险识别为了减轻灾难性损失的风险,危害识别至关重要。斗式提升机通过一系列安装在连续循环的皮带或链条上的料斗而可以连续运行。该系统包括一个驱动皮带或链条的头部滑轮或链轮,以及一个保持张力的尾部滑轮或链轮。当皮带或链条移动时,附着的料斗从提升机的底部舀取物料并将其向上输送。当到达提升机头部的卸料点时,物料被卸出。空料斗随后返回到底部,完成循环。在此循环过程中,可能导致粉尘爆炸的各个因素,包括火源的引入,都可能存在。如果驱动部件安装不当或未对齐,可能会因摩擦产生热量或火花。此外,过热的轴承和电机、错误或不合理的布线,以及静电积累的释放,都可能成为火源。这些风险凸显了定期维护和设备监测的重要性



尘埃危害分析业主和操作人员应通过一种称为粉尘危害分析 (DHA) 的流程来识别这些危险及其相关风险。DHA 是“一种系统性审查,用于识别和评估在某一工艺或设施中存在一种或多种可燃性固体颗粒时潜在的火灾、闪火或爆炸危险。”预防措施最终目标是确保工业流程中不会发生爆炸。为了降低此类事件的风险,首要防线是消除可燃粉尘爆炸所需的其中一个关键要素。对于斗式提升机工序来说,控制火源是最常见且实用的方法,包括:

  • 过热检测:监控驱动系统中轴承和电机的温度,可以识别趋势并在部件失效前采取纠正措施。
  • 电气连接与接地:正确的接地可以将杂散电荷导入大地,从而降低静电释放的风险。
  • 错位检测:用于检测皮带或链条错位的传感器能够实现预防性维护,从而减少磨损、破坏和故障点。
  • 零速开关:当轴停止旋转时发出信号,并向过程控制系统发出警报。

火花探测系统:这些系统结合水喷淋或惰性气体,能够扑灭从上游设备传入斗式提升机的火源。良好的清洁维护是另一项必不可少的预防措施。此外必要而有效的安全措施还包括:定期清理、使用设计合理的除尘系统、安全的物料操作规范、例行维护以及操作培训。



防护措施即使采取了最强大的防爆措施,设施也无法完全消除爆炸的风险。因此,必须要求在处理可燃粉尘的斗式提升机上安装防爆保护装置。爆炸泄压爆炸泄压是一项关键的安全措施,它通过在粉尘爆炸期间释放过高的压力来保护工艺设备。该系统采用专门设计的压力泄放膜(或破裂板),在预定的压力下进行泄放,从而保护斗式提升机的结构完整性。为确保合规,泄压系统必须遵循NFPA 68(爆炸泄压标准)或NFPA 660第21章的规定,这些标准详细说明了计算爆炸泄压面积、确定泄压口间距以及识别最佳位置的方法。这些指南综合考虑了诸如提升机的几何结构、物料特性以及工艺操作条件等因素。有效的泄压需要对泄压口的位置进行仔细评估,以确保火球能够安全地远离人员和关键基础设施。当由于空间限制或设施布局原因,传统的泄压方式不切实际时,可以采用无火焰泄压解决方案。这些装置将破裂片或阀门板与阻火机制(如金属网过滤器)结合在一起,既能拦截颗粒物质,又能防止火焰的释放。然而,必须考虑无火焰泄压装置周围所需的安全屏障,因为需要考虑其热量散发和有毒气体排放,以确保人员安全并符合法规要求。在某些情况下,可以使用先进的建模工具来协助优化泄压口的设计和位置,从而确保在降低爆炸风险方面的最大有效性。



爆炸抑制在某些应用中,由于提升机的高度以及为满足规范要求所需的泄压口数量,泄压可能并不可行或不具备经济实用性。在这些情况下,可以采用爆炸抑制系统作为防爆解决方案。抑制系统由先进的探测器、中央控制单元和快速作用的抑制装置组成,这些组件协同工作,能够在毫秒级时间内识别并中和正在形成的火球。探测器利用基于光学或压力的传感器来检测燃烧事件的初始阶段,并向控制单元发出信号以激活抑制装置。随后,抑制装置将释放一种抑制剂(如化学粉末),旨在扑灭火球并阻止压力进一步升高,以免其超出设备的结构承受能力。抑制装置的布置和数量是根据斗式提升机的尺寸、可燃物料的特性以及先进的建模技术来确定的,以确保有效的覆盖范围。为了进一步提高安全性,抑制系统与爆炸隔离措施相结合,以防止火焰通过连接点传播,并降低二次爆炸的风险。



爆炸隔离爆炸隔离系统在防止燃烧通过相互连接的工艺设备传播方面起着至关重要的作用。爆炸隔离显著降低了设施内发生二次爆炸和连锁破坏的风险。这些系统采用多种方法,例如化学隔离屏障、快速作用的机械阀门和旋转气锁,以创建物理或化学屏障,阻止火焰的蔓延。对于重力送料的溜槽,爆炸隔离通常涉及机械屏障,这些屏障在激活时会迅速封闭溜槽。在机械输送机中,隔离通常通过化学抑制系统来实现,该系统释放抑制剂以阻断火焰的传播。气动粉尘收集点通过专用的隔离阀或高速灭火屏障进行保护,这些装置确保火焰无法回流到系统中或引燃上游组件。与泄压或抑制系统的情况类似,在设计阶段通常会使用先进的计算流体动力学 (CFD) 模型来模拟火焰传播情景,并根据爆炸隔离组件的响应时间优化其布置位置,从而确保系统的最大有效性。




爆炸风险和规范最终,针对斗式提升机中可燃粉尘风险的适当缓解措施将取决于输送的物料以及设施的运行条件。当制定的计划得到正确实施时,它可以显著降低发生灾难性损失的可能性,确保设备、操作以及最重要的——人员的安全。

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