鋁制品打磨拋光機防爆除塵器

鋁制品打磨拋光機除塵器

鋁制品是當代生產(chǎn)生活的物質(zhì)，其生產(chǎn)加工過(guò)程中伴生著(zhù)金屬粉塵的爆炸事故隱患。近年來(lái)我國發(fā)生了多起鋁粉塵爆炸事故，其中2014 年8 月江蘇昆山中榮金屬制品有限公司汽車(chē)輪轂拋光車(chē)間發(fā)生特別重大鋁粉塵爆炸事故，造成146 人死亡、95 人重傷，直接經(jīng)濟損失達3.51 億元。安監總局對粉塵爆炸做出嚴格的督查規定，但仍然事故不斷。2016 年4 月深圳精藝星五金加工廠(chǎng)五金拋光打磨工序又發(fā)生爆炸，造成5 人死亡，5 人重傷的較大事故。事故頻發(fā)的原因在于涉塵企業(yè)沒(méi)有解析鋁粉塵爆炸的機理，沒(méi)有從根本上鋁粉塵爆炸隱患。

鋁粉塵爆炸機理

鋁制品打磨拋光產(chǎn)生的細微粉塵，其表面Al2O3 鈍化層被剝落，呈現出單質(zhì)鋁的活潑性質(zhì)。一方面，鋁是容易氧化的物質(zhì)，其氧化放熱的能量達到點(diǎn)火溫度，可以引起自燃，粉塵集聚能夠引發(fā)爆炸。另一方面，鋁常溫下可以與水反應，生成氫氣，集聚的氫氣遇點(diǎn)火源能夠發(fā)生爆炸。

1.1 鋁粉氧化導致的爆炸

鋁粉塵比表面積大，點(diǎn)火能量低，具有可燃性及導電性，容易發(fā)生燃燒爆炸。導致鋁粉塵爆炸有以下五個(gè)因素。

(1)粉塵粒度：鋁制品拋光打磨形成的粉塵顆粒度越小，單位質(zhì)量的表面積越大，與氧反應就越，產(chǎn)生爆炸的速率越大，通常粒度≤75 μm 的粉塵即可發(fā)生爆炸。

(2)粉塵云：鋁粉塵分散在空氣中形成粉塵云，粉塵云爆炸濃度下限為60 g/m3(D 50=23 μm)。收塵系統內的鋁粉塵濃度往往是高于爆炸下限的，工作場(chǎng)所內長(cháng)期沉降的粉塵受外力沖擊飛揚，形成的粉塵云也是可以達到爆炸下限的。

(3)點(diǎn)火源：鋁的粉塵云引燃溫度為560 ℃，點(diǎn)火能29 mJ，屬于高爆炸級別[1]。鋁制品在打磨過(guò)程中產(chǎn)生的火花，工作環(huán)境中的明火、電氣火花、靜電、熱表面均可構成點(diǎn)火源。

(4)有限空間：鋁制品打磨涉及的生產(chǎn)車(chē)間、除塵器、風(fēng)管都屬有限空間，通常除塵器內粉塵的濃度**，發(fā)生爆炸的幾率**。除塵器一旦發(fā)生爆炸，沖擊波沿除塵通風(fēng)管道回傳，將沉積在工作場(chǎng)所臺面、地面、梁柱上的粉塵吹揚起來(lái)，形成粉塵云，誘發(fā)二次爆炸。二次爆炸的能量、破壞力通常比一次爆炸。

(5)氧氣：是鋁粉塵爆炸的助燃氣體，也是操作人員的生存氣體。正常情況下工作場(chǎng)所的氧氣濃度在20 %~22 %，難以人為調節。

1.2 鋁粉產(chǎn)生氫氣導致的爆炸

鋁在空氣中易于氧化，其氧化產(chǎn)物Al2O3 附著(zhù)在鋁制品表面，形成致密的鈍化膜，保護內層鋁材不受侵蝕。鋁制品在拋光打磨過(guò)程中，表面的鈍化膜受到破壞，鋁塵呈現出既有的化學(xué)活性。

鋁可與水發(fā)生置換反應，產(chǎn)生氫氣，反應方程式如下。

2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑

氫氣是甲類(lèi)易燃易爆氣體，其在空氣中的爆炸濃度范圍

4 %~75 %(體積濃度)，在有限空間中，氫氣的排放逸散重要。

1.3 控制鋁粉塵爆炸的措施

1.3.1 鋁粉塵濃度控制

鋁粉的爆炸下限為60 g/m3，控制有限空間的粉塵云濃度低于爆炸下限，可以防止粉塵爆炸的發(fā)生。為此應采取以下控制措施。

(1)在工作場(chǎng)所設置在粉塵在線(xiàn)濃度監測裝置。

(2)打磨臺應與收塵系統連接，收塵系統保持運作。

(3)鋁制品打磨拋光機除塵器收塵系統應當及時(shí)卸灰，工作場(chǎng)所內的積塵及時(shí)清理。

1.3.2 點(diǎn)火源控制

鋁制品打磨拋光作業(yè)中存在的點(diǎn)火源較多，控制措施有以下3 方面。

1.3.2.1 明火源的預防

打磨能夠產(chǎn)生火花，應在除塵風(fēng)管內設置火花捕集器，控制除塵系統內的點(diǎn)火源。工作場(chǎng)所內的動(dòng)火作業(yè)，動(dòng)火前應清理現場(chǎng)粉塵，動(dòng)火及冷卻期間停止粉塵作業(yè)。拋光打磨車(chē)間禁止吸煙。

1.3.2.2 電氣

按《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備》(GB12476)選型、安裝、使用粉塵電氣設備，不能用氣體電機代替粉塵電機。

1.3.2.3 靜電火源預防

生產(chǎn)區域內的所電設備應靜電接地，形成閉合的接地干線(xiàn)。

1.3.3 氫氣控制

室內禁止濕法作業(yè)，防止產(chǎn)生氫氣；室外可以采用濕法除塵，應及時(shí)逸散氫氣。

(1)作業(yè)場(chǎng)所保持干燥，控制室內空氣濕度。

(2)禁止室內使用地下管溝式排風(fēng)除塵系統。

(3)室外濕法除塵系統設置氫氣逸散口。

(4)鋁制品打磨拋光機除塵器與室內管路連接處設置隔爆閥。

2 型鋁塵濕法處理工藝

型鋁塵濕法處理工藝綜合考慮鋁塵濃度控制、點(diǎn)火源控制、氫氣逸散控制、爆炸傳導控制、職業(yè)病危害控制等因素，形成了兼顧本質(zhì)和職業(yè)健康的一體化方案。

工藝流程說(shuō)明

(1)打磨出的細微鋁塵通過(guò)風(fēng)路系統輸送至室外濕式除塵器。除塵管路內進(jìn)入的打磨火花通過(guò)流程衰減后，至濕式除塵器熄滅；控制系統的風(fēng)量風(fēng)速，使管道內粉塵濃度低于爆炸下限，管道系統的本質(zhì)。

(2)通風(fēng)管內設置鋁塵在線(xiàn)濃度監測儀，與氣動(dòng)工具連鎖。設定在線(xiàn)監測濃度響應閾值(閾值可設為600 mg/m3，為鋁塵爆炸下限1 %)，粉塵濃度達到響應閾值時(shí)，控制系統輸出信號，啟動(dòng)聲光報警，提示管道通風(fēng)運行異常，同時(shí)連鎖切斷氣動(dòng)工具氣源，管道內粉塵濃度符合本質(zhì)要求。

(3)打磨臺周?chē)O置鋁塵在線(xiàn)濃度監測儀，設定職業(yè)健康濃度響應閾值3 mg/m3(職業(yè)健康接觸限值)，與變頻風(fēng)機和氣動(dòng)工具連鎖，粉塵濃度達到響應閾值時(shí)，控制系統輸出信號，啟動(dòng)聲光報警，同時(shí)連鎖變頻風(fēng)機滿(mǎn)負荷運行并切斷氣動(dòng)工具氣源，工作場(chǎng)所粉塵濃度符合本質(zhì)和職業(yè)健康雙重要求。

(4)室外濕式除塵器設置氫氣逸散排放裝置，系統運行和停機狀態(tài)均無(wú)氫氣集聚，避免氫氣爆炸產(chǎn)生。

(5)室內外風(fēng)管連接處設隔爆閥，防止除塵器意外爆炸的沖擊波回傳，避免二次爆炸發(fā)生。

2.3 型濕法除塵器裝置設備

2.3.1 打磨工作臺

打磨工作臺為立式，臺面設有孔洞，雙面操作設置，中間為吸入式抽風(fēng)廊道，接重力沉降收塵器。打磨拋光作業(yè)中產(chǎn)生的鋁塵經(jīng)過(guò)立面風(fēng)孔和臺面孔洞進(jìn)入抽風(fēng)廊道，較大顆粒鋁塵自然沉降，進(jìn)入重力沉降收塵器，細小顆粒鋁塵經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入濕法除塵器。

2.3.2 通風(fēng)管道

管道材質(zhì)一般采用鍍鋅鋼板，通風(fēng)管道安裝坡度(1 %-2 %)，減少鋁塵的沉降聚集。風(fēng)管彎頭及變徑前后均安裝檢查孔，長(cháng)線(xiàn)直管設置可視檢查口，檢查口間距不超過(guò)6 m。

2.3.3 隔爆閥

風(fēng)管與水噴淋除塵器在室外連接，連接處設隔爆閥。正常工況下，隔爆閥沿引風(fēng)方向開(kāi)啟；若除塵器意外爆炸，產(chǎn)生的壓力逆向推動(dòng)閥芯關(guān)閉，從而阻隔爆炸的沖擊波向室內回傳，避免二次爆炸發(fā)生。

2.3.4 濕法除塵裝置

濕法除塵裝置由噴淋塔、排氫裝置以及引風(fēng)機組成。打磨作業(yè)中產(chǎn)生的細微鋁塵通過(guò)風(fēng)管吸入噴淋塔中，高壓噴頭產(chǎn)生的霧化水與鋁塵接觸，增加鋁塵運動(dòng)阻力，將鋁塵束縛于噴淋塔中；塔內設置了固液分離器，鋁塵沉降收集，噴淋水循環(huán)使用。除塵器儲水箱安裝液位傳感器，當液位低于**限值時(shí)，除塵器報警并自動(dòng)加水。除塵器底部設置有刮板裝置，可將底部沉淀物定期排出。除塵器后端風(fēng)管頂部設置氫氣逸散閥，閥門(mén)與引風(fēng)機連鎖，引風(fēng)機工作時(shí)，氫氣逸散閥關(guān)閉，氫氣由總排風(fēng)口排出，引風(fēng)機關(guān)閉時(shí)，氫氣逸散閥開(kāi)啟，除塵器內產(chǎn)生的氫氣通過(guò)逸散口排出。

2.3.5 粉塵在線(xiàn)監測與控制系統

粉塵在線(xiàn)監測與控制系統由粉塵濃度監測儀、聲光報警器、控制器組成，實(shí)現工作場(chǎng)所和除塵系統的粉塵濃度在線(xiàn)監測、聲光報警、引風(fēng)機連鎖、氣動(dòng)打磨工具連鎖。

2.3.5.1 粉塵濃度在線(xiàn)監測

在打磨工作場(chǎng)所和通風(fēng)管道上分別設置粉塵濃度在線(xiàn)監測儀，并設定不同的濃度報警閾值。打磨工作場(chǎng)所的粉塵濃度閾值設定為3 mg/m3，該閾值既控制作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度，又保護工作人員的職業(yè)健康。通風(fēng)管道粉塵濃度閾值設定為600 mg/m3，該閾值可及時(shí)發(fā)現風(fēng)路系統故障，防止管路系統粉塵集聚。

2.3.5.2 控制系統

控制系統連鎖粉塵濃度在線(xiàn)監測儀、聲光報警器、引風(fēng)機、打磨工具氣源、氫氣逸散閥。當粉塵濃度在線(xiàn)監測達到設定閾值時(shí)，控制系統自動(dòng)加大引風(fēng)機風(fēng)量，關(guān)閉打磨工具氣源；當引風(fēng)機關(guān)閉時(shí)，控制系統自動(dòng)打開(kāi)氫氣逸散閥。

水位控制系統連鎖噴淋塔水箱液位傳感器，當液位低于設置值時(shí)，設備報警并自動(dòng)加水。

4 總結

(1)本項目研究了鋁塵爆炸機理，了可以同時(shí)控制鋁塵氧化放熱爆炸和鋁水反應產(chǎn)生氫氣爆炸的工藝技術(shù)，并實(shí)現設備、儀器、裝置的優(yōu)化配置，形成完整的鋁塵除塵系統。

(2)本項目的在線(xiàn)監測和連鎖處理工藝，能夠實(shí)現鋁塵濃度檢測、系統故障預警、職業(yè)健康防護、設備節能運行等多重功能，系統的自控運行，可以實(shí)現工作場(chǎng)所本質(zhì)目的，同時(shí)符合職業(yè)健康防控的要求。

(3)本項目采用的濕法除塵系統，在室外安裝使用，具有裝備設施少、維護成本低、使用度高的特點(diǎn)，可以與鋁塵打磨企業(yè)的室內作業(yè)工序配套，具有的經(jīng)濟性和適用性。

(4)本項目系統工藝機理清晰，可應用于鎂粉塵、鋁鎂合金粉塵處理。本項目成功，可以解決長(cháng)期困擾裝備制造業(yè)鋁鎂粉塵的難題，具有廣闊的應用推廣前景。

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