保护您的设施免受灾难侵害

如何通过排气、抑制和隔离来管理爆炸风险。

每个饲料和谷物加工设施都是毁灭性爆炸的候选者，仅仅是因为所有元素都一直存在。这些条件包括细碎可燃粉尘形式的燃料;点火源的范围可以从焊接火花到雷击;氧化剂，通常是空气中的氧气;导致压力积聚的禁闭;以及灰尘分散到气流中。当所有这些因素结合在一起时，您的公司就有可能将您的人员和流程置于危险之中，更不用说在新闻和贸易出版物中制造负面头条新闻了。

在饲料和谷物工厂中，最常与粉尘爆炸相关的工艺设备包括：除尘器、磨粉机、储料斗或筒仓以及斗式提升机。所有这些容器都可能有悬浮形式的谷物粉尘，无论是在正常操作期间还是在不安状态下。一旦颗粒粉尘悬浮在尘埃云中，只需要一个点火源就可以引发爆燃。爆燃产生的压力以音速传播，而不断增长的火球最初以慢得多的速度传播。

粉尘爆炸的典型顺序包括：

• 尘埃云的点燃
• 爆燃压力导致容器破裂
• 来自破裂容器的冲击波释放出积聚在工艺区域水平表面上的灰尘，例如横梁、管道、输送机甚至灯具的顶部，使其悬浮在工艺区域中
• 从初始工艺容器中逸出的火球点燃了工艺区域中新悬浮的粉尘，引起二次爆炸，可以摧毁建筑物
• 火焰通过相互连接的管道、溜槽或输送机传播到上游和/或下游连接的设备，从而产生额外的爆炸。

爆炸风险管理

管理这种爆炸风险需要全面了解加工设备中的正常、异常和不安条件。美国国家消防协会 （NFPA） 建议进行粉尘危害分析 （DHA）。这包括评估所处理粉尘的可燃特性，确定过程中可能出现粉尘云的位置，并确定可能的点火源。DHA应评估爆燃的后果，包括一次和二次爆炸的情况。DHA的另一个关键部分是确定应采取的防爆和缓解措施，以降低事故风险。

DHA将重点关注设施中历史上发生爆燃可能性最高的区域。在农业加工设施中，这些包括：

机械输送设备

斗式提升机、拖曳输送机和螺旋输送机是设施内常见的点火威胁。由于磨损或错位而产生的摩擦加热风险可能导致阴燃或燃烧的余烬，这些余烬会向下游传播。虽然呈层状，但这些余烬存在火灾风险。在转移点，例如从电梯头排放，燃烧的余烬可以被引入尘埃云中，其中所有条件都适合爆炸。

减小粒径

磨机、研磨机和粉碎机以机械方式减小产品的尺寸。由于摩擦加热，该设备的点火风险是加工设施内最高的风险之一。异物的引入或铣削设备本身的磨损都会产生点火源。通常，磨机的构造基本上可以承受低品位爆炸的超压;然而，火焰传播到互连设备上，可能会引起二次爆炸。

除尘

在设施内，通常在除尘系统中发现最细的粉尘。灰尘越细，点燃它所需的点火能量就越少。此外，特定固体材料中的粉尘越细，其爆炸性特性往往越高。使这些威胁更加复杂的是，除尘器连接到上游的一个或多个容器，火焰传播的风险很高，并导致连接容器发生二次爆炸。这些因素使除尘器成为工厂中最大的爆炸风险之一。

存储

在物料输送系统中处理的物料、粒径减小以及通常的粉尘收集通常最终进入储容器，如料仓、料斗或筒仓。上游产生的点火源在被放入储存容器之前可能无法找到正确的尘埃云条件，然后发生爆炸。此外，通过进料系统或除尘系统将多个储存容器相互连接的情况并不少见，从而为火焰从一个容器传播到另一个容器留下了一条路径。

防爆

第一道防线应该是防爆。这包括尽量减少点火源电位的措施。典型的点火源包括轴承故障/过热、静电放电以及产品或空气流动设备的机械故障。常用的防火技术是战略性放置磁选机、轴承温度监测器以及静电粘接和接地。最大限度地减少水平表面上的残留粉尘层是任何防爆计划的重要组成部分。勤勉的内务管理，防止工艺设备外的灰尘积聚，将降低工艺容器爆炸导致二次爆炸的风险，从而破坏设施。

三种有效的防爆手段

点火控制、残余粉尘的适当管理以及工厂人员的持续安全培训对于帮助防止在正常操作条件下发生爆炸都至关重要。不幸的是，任何生产线都可能发生导致爆炸的异常情况。这就是为什么 NFPA 61（农业和食品加工设施）和 NFPA 652（可燃粉尘基础）要求对受到爆炸威胁的船舶使用防爆技术的原因。NFPA 68（爆燃排气）和 NFPA 69（防爆系统）列出了许多可用于应对爆炸威胁的不同缓解方法。最常见的技术包括防爆、抑爆和隔爆。

防爆排气是缓解粉尘爆炸最广泛使用的方法之一。它需要在工艺容器的壁上安装一个防爆泄压孔。通风口的特点是膜由比容器壁更弱的材料构成。在粉尘爆炸的初始阶段，通风口破裂并将爆炸的超压、火焰、燃烧和未燃烧的材料以及其他燃烧副产物从容器引导到安全位置。泄爆通风口的设计是为了确保爆炸的压力上升不超过容器的压力冲击能力。这些通风口是根据 NFPA 68：爆燃通风防爆标准中的程序设计的。NFPA提供了一个用于估计排气火球大小的方程式，根据这些信息，您可以计算出排气容器前所需的安全距离，以保护工人、设备和建筑结构免受喷射火球的伤害。

无焰防爆透气通过将防爆排泄气与网状疏水阀相结合，防止火焰并保留颗粒，从而保护室内设备免受粉尘爆炸的影响。与防爆泄压阀一样，无焰泄火阀在爆燃过程中密封装置（弹簧加载的圆盘或爆破板）。爆燃的超压、火焰和材料通过网状疏水阀排出，从而防止火焰排放到周围区域。取而代之的是，无焰通风口排出热气和超压。必须在无焰通风口周围建立安全边界，以保护工人免受这种排放的影响。

重要的是要了解，爆炸排放只能减轻受保护容器的爆燃压力。它不会阻止火焰蔓延到任何相互连接的容器，也不会解决排气容器中爆炸后的火灾。需要采取其他保护措施来应对这些威胁。

灭爆系统通常安装在无法安全地将爆炸物从工艺设备中排出的应用中。该系统在点火后不久就检测到初期粉尘爆炸，并迅速将化学灭火剂排放到设备内部正在形成的火球中，以在破坏性超压形成之前熄灭爆燃。灭爆系统是根据NFPA 69：防爆系统标准设计的。通常，抑爆系统还包括对可能发生火焰传播的互连管道的防爆隔离。

抑爆的主要优点是不会从受保护的容器中喷出火焰，并且爆燃后热事件的风险大大降低。

防爆隔离装置可防止工艺容器中的爆燃通过管道、溜槽或输送机等连接传播到其他设备，从而导致后续爆炸。这些设备通过减轻连接设备之间的火焰传播和压力堆积来工作。隔离设备可以是有源的，也可以是无源的。有源设备具有检测组件，包括爆炸压力和/或火焰探测器，以及控制单元。探测器检测爆炸压力或火焰，并向控制器发送信号以快速部署设备。这些主动防爆隔离装置可以是化学的，也可以是机械的。化学隔离装置的工作原理是将化学灭火剂（如碳酸氢钠）快速排放到连接管道系统中，以减轻火焰传播。机械隔离选项包括高速闸阀。在主动式高速闸阀的探测器感应到爆炸压力或火焰后的几毫秒内，控制装置会迅速展开机械屏障——关闭阀门的闸门，穿过连接管道系统。

除了主动隔离选项外，还有被动隔离装置可用于减轻火焰传播。被动阀可以有襟翼或浮子，由爆燃产生的气流自驱动，因此不需要探测器或控制装置。该装置通常用于隔离粉尘负荷相对较低的粉尘处理设备。

总结

饲料和谷物处理设施不需要发生粉尘爆炸。了解设施中可能发生爆炸的位置、实施点火预防系统、遵循严格的内务管理标准以及提供适当的员工培训都应该是设计流程的一部分，以尽量减少爆炸开始的威胁。采用防爆、抑制和隔离等措施，将最大限度地降低工艺设备爆炸升级为设施灾难性事件的风险。

David Grandaw 是 IEP Technologies 的销售副总裁，该公司隶属于贺尔碧格安全解决方案公司。欲了解更多信息，请发送电子邮件至david.grandaw@ hoerbiger.com。