糖是可燃物,因此当它被精细地分割并作为尘雾分散在空气中时,会产生爆炸危险。所需要的只是一个点火源。
处理结晶糖时产生的糖粉会引发爆炸。糖越细,风险越大。因此,颗粒大小在60微米的糖粉(即- 10X)可能是一种特别的危害。此外,将糖磨成这种细粒度是一个潜在的火源。
在处理或生产糖的设施中,细粉可能会积聚在许多区域,如生产车间;与输送带和机械一起使用;在用于干燥糖的热旋转干燥机中;在钢储存和调节筒仓中;在除尘器、横梁、椽子、灯具和其他水平表面上。
然后,当糖被移动或干扰时,例如在启动、关闭、装载或卸载过程中,糖很容易在空气中飘浮,充分暴露在空气中的氧气中。添加任何点火源,这种组合都可能导致毁灭性爆炸。
在粉尘爆炸中,通常有较小的初始爆炸,随后是较大的二次爆炸。在这种情况下,第一次爆炸产生的压力波增加了紊流并增加了粉尘负荷,随后是一个大的火源。
糖粉引发了2008年帝国糖厂的爆炸。爆炸发生后,OSHA提出了旨在降低粉尘爆炸风险的《可燃粉尘爆炸与防火法案2008》。
当参观一个工厂或过程时,工厂操作员和经理问三个中心问题是有帮助的:
- 我怎样才能防止爆燃事件的发生?
- 我怎样才能减轻爆燃产生的压力?
- 我如何防止爆燃传播到另一个设备,或传播到设备周围的环境?
适用于糖加工的相关NFPA规范是NFPA 68爆燃通风防爆标准;NFPA 69防爆系统标准;NFPA 654易燃颗粒固体的制造、加工和处理防止火灾和粉尘爆炸的标准。NFPA 61农业和食品加工设施火灾和粉尘爆炸预防标准还保护生命和财产免受设施处理、加工或存储散装农业材料、其副产品或其他农业相关粉尘和材料的火灾和粉尘爆炸。此外,NFPA 652标准可燃粉尘基础规定了达到管道防爆的最低要求,并包括执行粉尘危害分析的要求。
为了保护工艺设备和人员,通常需要混合各种技术措施。在选项中有无源装置,如爆炸通风口以及有源装置,如爆炸抑制装置。
此外,爆炸隔离装置对于保护连接的设备和管道免受二次事件的传播至关重要,后者往往比初始事件更具危险性和破坏性。
预防粉尘爆炸
在加工、搬运或储存过程中,当粉尘与空气混合时,会引起爆炸。密封结构中压力迅速上升,如果没有足够的强度来承受压力,就会发生广泛的损坏和人员伤害。
良好的清洁是必要的,因为即使是相对少量的可燃糖粉也会造成危险的爆炸危险。根据NFPA的说法,1/32英寸的这种灰尘仅覆盖了房间表面积的5%,就“构成了严重的爆炸危险”。
可能积聚空气粉尘的设备包括机械输送机。当一个封闭的传送带被填满或清空时,在那一点上有一个可能被点燃的尘埃云。
除尘设备如袋式除尘设备特别容易发生爆炸,因为它们通常处理过程中最干燥、最细小的粉尘。在输送过程中,或在产品排入筒仓时,粉尘也会积聚。
此外,如斗式升降机和锤式磨机等工艺设备不仅会产生粉尘,还会为粉尘爆炸提供引燃源。
降低粉尘爆炸风险的第一步是防止事件发生。细心的清洁可以保持该区域不含灰尘,这是保护建筑结构和人员的一项重要活动。
识别和控制潜在的火源也是至关重要的。虽然不能完全消除火源,但可以显著减少火源。技术包括监测皮带对准、打滑、电机驱动过载和轴承温度。对旋转气锁等设备进行预防性维护,以及检查加工设备内的产品积累,也有助于减少火源。
粉尘爆炸发泄
在粉尘爆炸的早期阶段,爆炸通风口在预定的爆炸压力下迅速打开,允许快速膨胀的燃烧气体逸出大气,并将工艺设备内部产生的压力限制在计算出的安全极限。
通风是最广泛采用的保护机制,因为它提供了一种经济的解决方案,并且通常被认为是一种“适合即忘”的解决方案。然而,需要注意的是,需要根据NFPA 68定期检查通风口。由固化糖等材料形成的产品可防止爆炸泄压装置有效运行。
几十年来,爆炸通风孔的设计一直采用“复合”方法,即将塑料膜夹在更耐磨的不锈钢板之间,不锈钢板上开有孔或槽。这些通风孔的设计通常在1到1.5 PSI的设定压力下“打开”。
采用这种技术,不锈钢板上的孔和槽可以随着时间的推移吸收颗粒物和碎片。积聚的气体最终会影响排气口的功能。一个较重的通风口会缓慢而低效地打开。
一个更好的解决方案是一个单节的爆炸通风口,由一个单独的不锈钢板组成的穹顶结构。周长周围的孔眼有助于在所需的低设定压力下打开阀门,并由垫圈材料保护。
单节穹顶设计的排气口更坚固,重量更轻,也在很大程度上消除了积聚或污染的可能性。
通风并不仅限于工艺设备。对于无法充分控制浮尘的建筑体量,应考虑采用这种方法。
尽管它很受欢迎,但爆炸通风口并不适用于所有应用。通过通风,燃烧过程将一个大火球释放到大气中。
虽然对于筒仓等室外设备来说,这可能是可以接受的结果,但对于工厂内的应用,它可能危及人员或设备,甚至导致二次爆炸。
在必须避免火焰球的情况下,可采用无焰排气。无焰排气口设计用于吸收压力波,并消除通常由排气爆炸保护的火焰。
为了满足这一需求,公司喜欢BS&B压力安全管理提供一个无焰系统设计,通风口安装在包含阻火器的外壳内。在有灰尘和糖的环境中,建议安装一个盖子,以防止灰尘渗入不锈钢网,压力通过不锈钢网释放,这种类型的通风口。
爆炸抑制设备
对于完全防止爆炸的过程,抑制系统是理想的选择。爆炸抑制设备在事件的最初几毫秒内检测到粉尘爆炸,然后向爆炸抑制器发出信号,使其迅速释放出火焰淬灭介质,如碳酸氢钠,进入工艺设备。这有效地阻止了爆炸的初期,并降低了爆炸压力,这对受保护的设备是安全的。
对于一个24/7的过程,抑制系统可能是非常理想的,因为清理和改装的速度允许快速返回生产。通过排气或无焰排气,爆炸在工艺设备中充分发展,需要清理,火灾相关的损害和其他后果,使工艺恢复运行需要一段时间。
一个典型的抑制系统由传感器和几门爆炸抑制“大炮”组成,这些“大炮”将灭火剂,如碳酸氢钠,推进到工艺设备中。加压氮气通常用于提供动力。
爆炸隔离
第三个考虑因素是爆炸隔离,它在发生爆炸时保护互连设备。管道和连接工艺设备的管道可能会传播更大强度的爆炸,这就是NFPA 654中要求隔离的原因。如果未采取保护措施,则管道、管道以及所有连接的容器和设备都有危险。
宽泛地说,根据NFPA 69,爆炸隔离可分为被动隔离和主动隔离。被动隔离的一个常见例子是瓣阀,它本质上是一个单向阀,安装在集尘器的进口管道上。在正常操作时,襟翼是打开的,当气流停止和反方向的压力波传播时,襟翼关闭在阀座上。这些阀门必须水平安装,并且由于压力堆积,必须安装在管道上,管道的强度必须是隔离设备降低爆炸压力的两倍。
襟翼阀不适用于产品可能粘、饼或堆积的应用场合。在发生爆燃的情况下,这样的累积会阻止襟翼机构自由移动和正常就位。因此,襟翼阀不是糖应用的理想解决方案。另一个被动隔离装置的例子是一个适当设计的气闸,在爆燃时隔离料斗。这些装置必须符合NFPA 69的要求,以提供足够的隔离。并不是所有的旋转气闸在这方面是平等的。
化学隔离系统克服了襟翼式阀门的应用限制。化学隔离是一种主动隔离方法,通常由爆炸压力探测器触发化学抑制器组成。化学隔离不限于水平管道或空气流动方向。此外,化学隔离可用于具有移动内部构件的矩形管道和套管,如拖曳式输送机。此外,这种隔离方法为大型管道提供了更经济的解决方案。
粉尘爆炸预防和缓解系统必须根据应用和使用的特定设备进行调整。对预防、缓解和隔离的仔细关注将确保对人员和设备的保护,同时限制可预防业务中断的可能性。