粉体小课堂 安全高于一切！

我们都知道“安全高于一切”是所有产业的共识，粉尘爆炸更是有着如同原子弹爆发般的威力，了解粉尘爆炸的原理、落实安全的粉体处理流程显得至关重要。

本期，由特友为您带来“粉体处理设备的安全设计：实务篇”，从安全设计、工厂重建实例两个维度为大家展开介绍。

01 安全设计要点提到粉尘爆炸处理措施中的安全要点，首先要在各流程工序前、中期测试评估粉体“爆炸特性值”以把控危险性质。为此，特友建立了一套安全性评估&设计体系（详见下表）

14项评判基准

NO.	项目	评判基准
1	对原料性质的危险评估	每个工序流程的评估实验
2	流程加工的安全性设计	选择带电少、扬尘少的工序
3	设备选型的安全性设计	选择和设计残粉和抗燃、发热少的机器
4	部署计划的安全性设计	具有爆炸危险性的设备：配备集尘设备
5	现场施工的安全性设计	防止在结构·机体、梁·设备边缘、地板上残留粉体
6	粉尘云产生抑制方法	局部集尘设备、漏粉、起尘、防堆积设计
7	惰性气体的使用方案	氧气浓度降低，测定氧气浓度下限
8	同伴气体湿度的增加	相对湿度：70%以上、了解粉体特性
9	防止设备配件部分带电	设置电阻率：10·3*Ω以下，规定湿度温度
10	防止作业人员和环境带电	工作服、鞋、除电棒、除电垫的使用、加湿
11	绝缘体的使用限制	材料的电阻率：10·6*Ω以下，测定记录
12	远离冲击和蓄热着火点	旋转部、金属接触部、粉碎、混合机
13	定期维护时防火消防限制	作业人员的教育、导电工具、火源监察员
14	定期维护的检查和记录	安全检查记录可视化、带电量、电阻值测定

施工前的安全评估虽以“安全第一 ”为大前提，但也需要考虑投资成本和预期效果，并结合设备防爆能力、法律法规合规性、设备的安全维护成本以及运行成本等实际情况综合才是现实可行的方案。 关于安全设计，总结了以下3大要点：
Point 1：采用相对应的工程安全设计
特别是粉碎、分级、干燥、混合、造粒等不同程度的操作过程中粉尘爆炸特性随之发生显著变化。仅根据一个工序中的粉尘爆炸数据来评估所有工序的安全性是非常危险的，因此必须采用每个工序相对应的粉尘爆炸特性的数据来保障工程安全设计。
Point 2：提前验证实际过程可能出现的变化
虽然能从单机设备的实验中获得“带电性，可充填性，轴部升温”等数据已经可以用于安全设计，但各连接各设备，例如气动输送机、喂料器、管道和滑道连接后，实际的调试验证带电量变化，温度上升变化——提前验证，随时观察变化是更重要的。
Point 3：掌握实际的相关数据
如下图所示，使用空气输送设备和集尘器组合的粉体处理理论上会产生较多的静电，进行实粉运送调试后粉体的带电量数据是重要把控对象。

粉体处理单机设备所含静电量

在上述“粉体处理设计”中，将供给、贮藏、排出、输送、计量和集尘等设备高效结合成【粉体工程产线】，通过模拟实际工厂的试验，预测和判断危险发生环节，能有效减少和防止因“实际操作中的爆炸事故”而导致人力物力的损失。

02 粉尘爆炸后的工厂修复实例设备的安全管理，必须包含运行前的安全评估和实际运行后的维护及检查。日本曾发生过两起不幸的粉尘爆炸事故，他们加工的分别是：（1）金属粉体和（2）树脂粉体，由特友进行产线修复与重建，在此与大家分享实际案例。
为了定量每种粉体的爆炸危险，我们与日本消防法规定的危险粉体做了相关的危险性比较。

日本消防法规定的危险粉体和日常粉体的危险性比较

Case 1：金属粉事故案例
本案例是属于日本消防法下涉及重大危险粉末原料粉碎作业的工厂。所以基于日本消防法的各项规定，就修复计划和再预防此类事故悲剧重演进行了优化立案。尤其是在我们重新审查了各道研磨工序下的粉尘爆炸数据，并进行多次验证后，根据各项情况拟定了具体的安全措施，并在有限的经济条件和施工期限内完成项目，并制定了预防爆炸事件建议书，此案获得政府主管部门的许可和批准。

案件概要

NO.	项目	具体对策
1.爆炸性粉体	1.危险性的确定 2.粉体残余 3.粉体云的产生 4.防止飞散泄露	1.按粒度采集爆炸 2.机器负压管理，可清扫设计 ·建筑物/墙面、地面的平滑化 ·集尘配管的速度和风量的调整 3.结构密闭化:使用高浓度运输机 4.滑道自身摩擦材料
2.着火源 ·着火能 ·着火温度	1.烟火、明火 2.去除静电 3.发热、蓄热场所	1.改造、定期维护时指导 2.使用防静电材料、除电设备(材质、静电接地、加湿、无点火性用具、防电服、厚垫） 3.机器旋转部、粉体发热部：冷却装置
3.氧气	1.各粒度爆炸极限氧气浓度数据采集	·注入6%浓度管理基准N2气体 ·针对细微粉尘，在有氧气浓度计的15个地方，会进行警报、阻断 ·防止缺氧对策·禁止入内 ·确认基于氮化膜形成的品质
4.损毁的局部化、最小化	1.防止人祸 2.防止连锁爆炸的二次灾害	1.全自动无人化、自动采样细微粉尘颗粒：监控管理 2.集尘系统：各工序室外独立配置 3.爆炸疏散口：细微粉尘全部设备设置、爆炸最大升压速度测定、减震器、旋转阀

另外，重新审视消防法安全规范下所适用的各项设备，从耐磨损式样，惰性气体使用对策等特征实现各受损单机设备的修复。
(1)确定设备的氧气管理浓度
为了确定防爆的氧气浓度，我们请了日本三家计量机构进行了实验，对收集到的数据的可靠性进行了核查，确定了设备的管理浓度。

(2)氧浓度仪的使用注意事项
虽然有精密的测量仪器，但除了浓度计的检测精度FS和重现性外，防止粉尘进入检测部分也很重要。实验初步证实：粉尘吸进检测装置会导致检测精度下降，无法进行检测，因此安装了与各工序粉尘颗粒大小相对应的专门设计的吸尘过滤器。而且为了防止过滤器堵塞，在非测定时段，还采用了基于氮气过滤器的逆洗脉冲清洗方法。

(3)爆炸损毁局部化--关闭装置
由于金属粉的高磨损性，用于爆炸损害定位的关闭装置/旋转阀需要高密封性和耐磨性。根据每个过程中的颗粒大小，进行了磨损试验，以确定设备材料和结构的耐磨性。

Case 2：树脂制造设备
虽然本案例的有关粉体不属于日本《消防法》规定的危险粉体，但它具有很高的爆炸危险，并发生过许多事故，如上述“危险性比较”图中的举例。在本项目中的设备修复时，重点进行了下图概要中的“易产生静电的集尘器和鼓风机的静电消除措施和发生爆炸时的局部化和最小化措施”。

案件概要

NO.	项目	具体对策
1.爆炸性粉体	1.危险性的确定 2.粉体残余	1.安全教育、实际粉尘爆炸体验 ·作业人员的教育和火源监察员 ·定期清扫、记录 2.集尘线各速度调整 3.密闭化、可清理设计
2.着火源 ·着火能 ·着火温度	1.烟火、明火 2.去除静电 3.发热、蓄热场所	1.定期维护教育、火事监测专员 2.采用高温低速塞式运输 ·接地、开发防静电品、软管、柔性基板、溶解剂 ·作业用具·服装·除尘机 3.设备、粉体发热部冷却方式
3.氧气	研究对象以外	——
4.损毁的局部化、最小化	1.自动化、无人化 2.防止连锁爆炸的 二次灾害 3.发热、蓄热场所	1.全自动化运行、自动清洗线 ·自动取样、粒度分析 2.集尘系统（集尘器、鼓风机）和其他设备分隔、独立配置 ·流程配管线采用PIG自动清洗系统 ·大量使用减震器、旋转阀

消除静电的措施包括改进和开发材料以提高所使用材料的导电性，还通过规划和建造放置设备的隔离装置来实施安全措施。
树脂粉体是一种粘性强、熔点低的粉体，除了混合过程，需要特别注意对这种爆炸性粉体的隔离。这些都是需要密封和低速处理的粉体，各环节需要采用下图的“高浓度低速空气输送系统”。

(1)使用高浓度、低速的塞式输送系统
当使用惰性气体来防止爆炸时，使用如上图中塞式输送系统是很有效的，因为它有许多优点，如减少气体消耗、降低运行成本、较小的维修设备以及减少磨损、粘附、偏析和细微粉尘。

此外，高浓度低速的运输可以使运输过程中即使粉尘浓度（固气混合比）大大超过了爆炸极限浓度的上限值，也能保证不爆炸，而且低速大大减少了带电量，从而降低了运输的罐体和集尘器的爆炸风险。