木材加工企业木粉尘燃爆成因破析及其防控

-49-CHINAFORESTPRODUCTSINDUSTRY林产工业PRODUCTION&APPLICATION生产与应用木材加工企业木粉尘燃爆成因剖析及其防控*周曦禾 周捍东 丁 涛 吴成彬 郭东升摘要：介绍了木质粉尘燃爆的必要条件和充分条件，讨论了木质粉尘燃爆的浓度下限、点火温度和主要诱发源相应所需的有效点火能量。以木材加工企业实际发生的粉尘燃爆典型事故为案例，剖析了其产生的原因，系统地分析了木粉尘燃爆的防控部位，介绍了粉尘燃爆的防控技术与措施、燃爆危害的控制。关键词：木粉尘燃爆；燃爆条件；诱发因子；防控技术；危害控制中图分类号：TS6；X932文献标识码：B文章编号：1001-5299（2015）11-0049-04AnalysisofCausesofWoodDustExplosioninWoodProcessingEnterprisesandItsPreventionMeasuresZHOUXi-he1ZHOUHan-dong1DINGTao1WUCheng-bin2GUODong-sheng3(1.NanjingForestryUniversity,CollegeofMaterialsScienceandEngineering,Nanjing210037,China2.NanjingMinglingWoodIndustryCo.,Ltd.,Nanjing211113,China3.BeijingRiverLandandS&TCo.,Ltd.,Beijing101100,China)Abstract:Thenecessaryandsufficientconditionsforwooddustexplosionareintroducedinthispaper.Thelowerexplosiveconcentrationlimitsofthedustcloud,andignitiontemperatureinducedthedusttoexplosion,andrequiredsufficientignitionenergyrelatedtosomeinducefactorsoftheexplosionarediscussed.BytakingseveraltypicalwooddustexplosionaccidentsoccurredinwoodprocessingenterprisesinChinaasexamples,thecausesandtheirinducedfactorsareanalyzed.Topreventthedustfromexplosionandreduceitsdamage,sometechnique,andmeasuresofmanagementaresuggested.Keywords:Wooddustexplosion;Explosioncondition;Inducedfactor;Preventionmeasures;Damagecontrol我国木材加工企业每年发生粉尘燃爆事件数十起，甚至近百十起[1]。随着和谐社会建设、安全发展理念和法制社会建设进程的推进，粉尘燃爆对安全生产的影响已受到社会各界的高度重视。木粉尘燃爆的诱因各不相同，但却是行业的共性问题。为此，笔者就木粉尘燃爆的条件、案例分析及其防控措施作一介绍，以期推动行业安全生产。1木粉尘燃爆条件粉尘燃爆只发生于悬浮在空气中的粉尘（以下简称粉尘云）到达一定浓度，且有外界因素诱发的条件下。静止堆积于料仓中或沉积于固体壁面的粉尘是不具备粉尘燃爆条件的。木质粉尘的燃爆属于诱发式燃爆，其燃爆的条件是：1）粉尘云的浓度达到其相应的燃爆浓度；2）存在着引起燃爆的诱因，且有足够的诱发能量；3）燃爆环境中具有一定的助燃剂（如氧气）浓度。即当室内局部空间或容器空间中悬浮粉尘的浓度达到一定的范围时，在足以引起燃爆的外界诱发因素作用下，就会发生粉尘燃烧爆炸现象。对于不同的粉尘，其燃爆的粉尘浓度有个极限范围，即最低浓度（称为爆炸下限浓度LEL）与最高浓度（称为爆炸上限UEL），即使存在可引起燃爆的诱发因子，若实际的粉尘浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限，也不会诱发粉尘燃爆。1.1必要条件木粉尘的浓度是其燃爆的必要条件。木材碎料是*资助项目：江苏省企业研究生工作站资助课题；江苏省林业资源高效利用协同创新中心项目周曦禾，博士研究生，南京林业大学材料科学与工程学院周捍东(通讯作者)，单位同第一作者，[e-mail]收稿日期：2015-05-20木材加工企业木粉尘燃爆成因剖析及其防控——周曦禾周捍东丁涛吴成彬郭东升CHINAFORESTPRODUCTSINDUSTRY林产工业PRODUCTION&APPLICATION生产与应用-50-林产工业2015年第42卷第11期一个非均匀的颗粒离散系统，由粒径大小不一颗粒体混合而成。在生产实际中，能悬浮的粉尘因不同的工段工艺操作条件、不同的碎料含水率等而有较大的差异。木材锯屑的爆炸下限为65.0g/m3[2]，轻质木材的刨花的爆炸下限为35.0g/m3[3]，木纤维粉尘的爆炸下限为25.0g/m3[4]，砂光木粉的爆炸下限30.2~40.0g/m3[2,4]。当局部空间的粉尘到达相应粉尘的燃爆浓度下限时，就具备了可发生燃爆的必要条件。1.2充分条件粉尘燃爆诱因的存在且具有足够的诱发能量是其发生粉尘燃爆的充分条件。以往因缺乏对粉尘燃爆的认识和重视，因此粉尘燃爆现象多表现为偶然的突发性事件。就其诱因主要有明火、炽热颗粒物或表面、聚集热、热射线、机械摩擦（如砂削）与碰撞产生的火花、电气或静电放电产生的火花等。可燃粉尘的点燃温度与最小点火能是反映具有足够诱发能量的重要指标。由于粉尘的化学活性、燃爆的灵敏性与粉尘颗粒的挥发分含量及其析出速度等有关，且受粉尘材质、颗粒大小等影响，因此，相应的着火温度与最小点火能有着较大的差别。据文献介绍，有机粉尘燃爆所需的最小点火能一般在5~50mJ范围[5]，可燃气的最小点火能为0.01~0.1mJ[6]。锯屑、砂光木粉、干纤维类碎料的粉尘云的着火温度一般在380~775℃[1-3]，对应的最小点火能在4.2~20.0mJ[1,6,7]。人体或固体表面静电放电火花的点火源能量为10~30mJ[8]。火焰或热表面的有效点火能约为10000J，轴承过热的点火能量约为100J，摩擦火花的点火源能量为10J[9]。故粉尘浓度在其爆炸极限范围内，当燃爆诱发源的有效点火能到达粉尘燃爆所需的最小点火能时，必然引发粉尘燃爆。2木粉尘燃爆案例分析以下就发生在木材加工企业的几起典型事故的成因进行剖析，以期为在生产实践中避免同类事故的发生提供可借鉴的宝贵经验。2.1砂削、撞击火花上世纪90年代，上海某人造板制造企业胶合板砂光工段除尘系统发生过粉尘爆炸事故。爆炸的起因是砂削的砂带与胶合板板中残留的铁质杂物摩擦产生火花所引起。爆炸回火造成操作工烧伤，砂光机严重损坏，除尘器解体，砖混结构的粉尘房倒塌。在纤维板生产线中，运输木碎料的刮板运输机或斗式提升机也曾发生粉尘燃爆。在运输机装料的过程中，因脱落、掺杂在木材碎料中的螺栓、螺母等与运输机壳体、料斗或刮板碰撞产生火花，从而诱发了装料或卸料处的扬尘发生燃爆。2.2静电放电火花苏南某家具企业的除尘系统发生爆炸事故，其原因是由静电放电火花而诱发的。该企业除尘系统中，连接机床吸尘罩和吸尘管道都采用塑料软管，且长度较长。高速流动的气流携带着干燥的木屑在流经塑料软管时产生静电电荷，并聚集在软管上。因塑料软管的导电性能极差，集聚的大量静电电荷放电，最终诱发粉尘燃爆。一些人造板企业的砂光机上砂架的吸尘接口与吸尘管道的连接处采用塑料软管或橡胶管，也曾因静电集聚而产生放电诱发粉尘燃爆，这类事故也多发生在空气较为干燥、木碎料含水率较低的场合。东北某纤维板制造企业曾发生了因袋式除尘器滤料静电放电产生火花，引燃了纤维板砂光工段所产生的木纤维粉尘，初始爆炸发生在除尘系统的收尘仓，继而引起除尘管道和生产车间内粉尘的二次爆炸，最终引发生产车间和库房的火灾。2.3炽热颗粒物华东、华南等地的实木地板加工、家具制造企业的除尘系统也曾发生多起粉尘爆炸。其原因是纵向剖料多锯片圆锯机在锯解硬质木材时，因锯齿结构与尺寸欠佳、锯片适张度问题、进给速度太大或锯齿变钝等，导致锯片夹锯、锯路表面局部因非正常摩擦发热，碳化或燃烧锯屑颗粒随吸尘气流进入吸尘管路，从而导致粉尘燃爆。2.4聚集热上世纪90年代，湖南某人造板企业纤维板砂光除尘工段发生粉尘爆炸，其燃爆是由聚集热量诱发引起的。该企业的砂光除尘以旋风分离器为一级除尘、袋式除尘器为二级除尘。因两级除尘最终仍然不能达到除尘效果，企业在两级除尘基础上，在砂光除尘系统上又串联了1台所谓的“三级”除尘，以提高除尘效果。由于在原来二级除尘系统增加了1台袋式除尘器，使得原除尘系统的气流阻力增加约30%。受到管道阻力增加的影响，叶轮离心式风机的风量大为降低，一方面吸尘管道内粉尘的混合浓度增大为219.6g/m3，另一方面管道内实际的风量不足以及时带走因砂光而产生的摩擦-51-CHINAFORESTPRODUCTSINDUSTRY林产工业PRODUCTION&APPLICATION生产与应用热，炽热的粉粒与气流造成除尘器滤袋燃烧，引爆除尘器内的粉尘，并在管道系统内形成了二次燃爆。3木粉尘燃爆防控技术与管理措施3.1重点防控部位木材加工企业粉尘燃爆的重点防控部位主要是吸尘管道、粉尘运输系统、除尘器、料仓、热压机粉尘散发处、运输机装卸料扬尘处、车间墙体与屋架和机床表面粉尘沉积处。3.2防控技术防控粉尘燃爆的技术措施包括防爆和降低粉尘燃爆意外事故的危害程度，主要有以下措施。3.2.1防爆技术措施1）防止静电火花产生。针对软管静电电荷，吸尘系统的管路中尽可能不采用软管，如确实需要，应采用有金属骨架的防静电橡胶软管或经气密处理的帆布作为管段的柔性连接。袋式除尘器应选用防静电导电性滤料、防爆电磁阀。为防止人体皮肤与衣服之间、衣服与衣服之间摩擦产生的静电，涉及粉尘爆炸危险作业场所或区域的员工禁止穿着化纤类易产生静电的工装，必须按照GB15577—2007《粉尘防爆安全规程》和GB/T11651—2008《个体防护装备选用规范》的规定，穿着防静电工装。2）静电电荷的有效释放。粉尘爆炸危险作业场所的所有金属设备、装置外壳、金属管道、支架、构件、部件等，应按照GB15577—2007和GB12158—2006《防止静电事故通用导则》的规定采取防静电接地，以利于静电电荷接地释放。对于管道、除尘器和料仓等应具有良好的静电接地性能，须符合LYT2002—2011《木材工业气力输送系统验收通则》中3.7.4中有关静电接地的要求[10]：直接和间接接地的接地电阻分别小于100Ω和10Ω。3）防止电气、雷电等火花产生。除尘器内使用的电气应符合LYT2002—2011的规定，选用防爆型电机、电磁阀等。除尘器或旋风分离器应具有良好的防雷接地性能，应符合LYT2002—2011中3.5.6的规定[10]。4）防止机械类摩擦等产生的火花。避免散碎物料中混入磁性杂物，在运输机的物料流上方设置电磁除铁器或电磁辊筒等。5）有效减控局部空间的粉尘浓度。在料仓落料口、刮板或斗式运输机装料与卸料处与封闭的壳体、封闭式带式运输机的壳体、热压机闭合排气、车间内局部空间等有粉尘飞扬与散发处设置局部集尘吸尘罩，以降低局部空间和无约束自由空间的粉尘浓度。对在运输机箱体或罩壳上设置局部吸尘口的位置及数量参照LYT1806—2008《木材工业气力除尘（运输）系统设计规范》的相关规定[11]。6）除尘系统的设计、安装、验收与维护。应符合LYT1659—2006《人造板工业生产性粉尘控制技术规程》[12]、GB/T17919—2008《粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则》、LYT1806—2008，LYT2002—2011进行除尘系统的设计、安装、使用和维护。7）及时清除沉积粉尘。作业场所沉积的粉尘是引发连锁爆炸、大爆炸的主要因