糧食物流行業(yè)工藝設(shè)計粉塵防爆措施

◎郭詩慧，張琛朕，荊海偉，王仁振

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

糧食物流行業(yè)工藝設(shè)計粉塵防爆措施

◎郭詩慧，張琛朕，荊海偉，王仁振

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

從設(shè)計角度著手，淺析糧食物流行業(yè)工藝設(shè)計中幾種防止粉塵爆炸的技術(shù)措施，旨在為糧食安全流通提供技術(shù)支持。

粉塵爆炸；通風(fēng)除塵；真空清掃；抑爆裝置

糧庫粉塵可分為有機粉塵和無機粉塵，近年來由于農(nóng)業(yè)機械化水平的提高，糧食的收獲、烘干及輸送等環(huán)節(jié)基本上實現(xiàn)了不落地生產(chǎn)，因此糧食中所含的粉塵基本上為有機粉塵。糧食粉塵不僅污染環(huán)境，有害工人的身心健康，還會在重力作用下自由沉降在設(shè)備表面，影響設(shè)備的外觀和正常散熱，加速設(shè)備的銹蝕、老化，影響設(shè)備的使用壽命，但其最嚴重的危害則是能夠或容易燃燒并發(fā)生爆炸，粉塵爆炸的直接后果是設(shè)備、設(shè)施等被炸毀，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。消除粉爆，除完善管理措施（消除人為火源，遵守操作規(guī)程等）外，還需從技術(shù)層面著手，優(yōu)化設(shè)計?，F(xiàn)淺析幾種工藝設(shè)計中防止粉塵爆炸的技術(shù)措施。

1　粉塵爆炸及其條件

粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃性粉塵達到一定粉塵濃度時，遇到火源發(fā)生急劇氧化燃燒反應(yīng)，同時放出大量的熱量以及使氣體體積急速膨脹、壓力瞬間升高的現(xiàn)象。一般認為，粉塵發(fā)生爆炸的條件有4個：①足夠的可燃性有機粉塵懸浮到空氣中形成一定的粉塵濃度；②具有一定密閉性的空間；③空間內(nèi)有充足的氧氣；④粉塵接觸高能量的著火源。由于粉塵燃燒爆炸條件中的密閉空間和有氧氣這兩個條件普遍存在，正常情況下粉塵的防爆一般從降低粉塵濃度和消除著火源兩方面進行，在發(fā)生粉爆危險的情況下，可通過增加抑爆裝置，在爆炸的初期感受壓力變化并啟動滅火閥門，防止粉爆的進一步發(fā)生。

2　工藝粉塵防爆措施

2.1降低粉塵濃度

2.1.1加強通風(fēng)除塵

在輸送過程中，散狀原糧進入、流出時的落差和在輸送過程中的拋撒以及輸送設(shè)備工作面對糧食的沖擊、摩擦等，都會使原糧中的微細物料離開物料主流飛揚到空氣中，形成粉塵，糧食行業(yè)進行通風(fēng)除塵，不僅能夠提高糧食的品質(zhì)，有利于糧食的長期貯存和提高加工品質(zhì)，而且能夠降低空間的粉塵濃度，有效地防止粉塵爆炸。

2.1.1.1吸口風(fēng)量

合理的吸口風(fēng)量，迄今尚無精確的計算方法，但是可以分析出其由三部分組成，即物料帶入設(shè)備的誘導(dǎo)風(fēng)量，為保持負壓由設(shè)備孔口或縫隙吸入的空氣量，以及由于設(shè)備運轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的風(fēng)量。

物料進入機內(nèi)的空氣量與物料量、物料粒度、物料卸落高度、角度和設(shè)備的密閉情況等許多因素有關(guān)，為使設(shè)備保持負壓而吸入的風(fēng)量取決于設(shè)備的功能。物料流量越大，粒度和密度越大，落差越大，設(shè)備密閉程度越差，吸口風(fēng)量就應(yīng)越大，反之就小。另外，吸口風(fēng)量的選擇還與吸口離塵源發(fā)生點的距離有關(guān)，吸風(fēng)口設(shè)在塵源最近處時，風(fēng)量最節(jié)省，除塵效果最佳，但往往因受工藝與設(shè)備條件的制約，吸風(fēng)口又不能離塵源太近，這就需要用增大風(fēng)量予以補償。根據(jù)經(jīng)驗，常見輸送設(shè)備吸風(fēng)量的選取可參照表1。

表1　設(shè)備吸風(fēng)量表

2.1.1.2吸口風(fēng)速

確定吸風(fēng)口風(fēng)速的原則是，既要能吸除灰塵，又要嚴防吸走糧食。吸風(fēng)口的風(fēng)度一般取3～4 m/s，為使氣流能在吸風(fēng)口均勻分布，吸風(fēng)口的收縮角度一般以50°左右為宜。

2.1.1.3風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速

為保持風(fēng)管暢通，防止灰塵在管內(nèi)沉積，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速不宜過低，一般可選取14～15 m/s，直徑小的風(fēng)管可取較小的風(fēng)速，直徑大的風(fēng)管可取較大的風(fēng)速。如果水平風(fēng)管較長，粉塵粒徑又較大，則風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速可取16～18 m/s，且主管道中風(fēng)速從離除塵器最遠端的吸塵點到除塵器，風(fēng)速的取值應(yīng)越來越大。

2.1.1.4其他

為了防止發(fā)生粉塵爆炸時以風(fēng)管作為媒介傳導(dǎo)而引起串爆，可在風(fēng)管上增加防爆單向閥，有效地阻止爆炸的延伸，同時除塵器要設(shè)置泄爆口并引出室外。

2.1.2增加真空清掃系統(tǒng)

為了改善作業(yè)環(huán)境條件，減少工人的勞動強度，防止人工清掃造成二次揚塵及發(fā)生粉塵爆炸時引起二次爆炸，庫區(qū)可增加真空清掃系統(tǒng)。真空清掃系統(tǒng)的基本原理是氣力輸送，但與一般的氣力輸送又有所區(qū)別，清掃系統(tǒng)是壓力較大的稀相氣力輸送裝置，其輸送能力不高，輸送能力也不大，是非穩(wěn)定的、非定量的、間隙的氣力輸送。

2.1.2.1工作原理

在羅茨風(fēng)機或多級離心風(fēng)機作用下，主管道及各支管上均產(chǎn)生負壓，使用清掃工具抽吸地面或者設(shè)備上的粉塵，通過管道系統(tǒng)的輸送，到達除塵系統(tǒng)，過濾后的潔凈空氣最后由羅茨風(fēng)機或多級離心風(fēng)機排出。

2.1.2.2清掃系統(tǒng)設(shè)備選擇

真空清掃系統(tǒng)的設(shè)備包括吸嘴、軟管、管道、除塵器、多級離心風(fēng)機、灰倉等。①吸嘴：形式應(yīng)該適合清掃對象的要求，有適應(yīng)平面清掃的吸塵嘴，也應(yīng)有適應(yīng)內(nèi)部、角落及設(shè)備表面的吸塵嘴。②軟管：應(yīng)選擇抗靜電的軟管，且軟管本身應(yīng)輕便、伸縮性較好。③管道：最好采用耐磨、強度高的材料，一般可采用DN65、DN125的鍍鋅鋼管作為清掃系統(tǒng)的支管及主管道。④除塵器：滿足過濾面積的要求，且能承受一定程度的負壓。⑤多級離心風(fēng)機：能提供滿足計算要求的風(fēng)量及真空度。

2.1.2.3清掃系統(tǒng)計算

（1）清掃系統(tǒng)吸風(fēng)量。清掃系統(tǒng)每小時吸風(fēng)量可按照下式確定：Q=an0Q0。

式中，Q—總吸風(fēng)量（m3/h）；

Q0—每個吸嘴的吸風(fēng)量（m3/h），一般取300～500 m3/h；

n0—同時工作的吸嘴個數(shù)；

a—儲備系數(shù)，取1.2～1.3。根據(jù)計算結(jié)果可確定所選風(fēng)機的風(fēng)量。

（2）輸送濃度。輸送濃度可參照下式確定：μ=G/γ Q。

式中，μ—輸送濃度（kg/kg）；

G—清灰量（kg/h），清灰量的選擇一般可按照皮帶機廊道220 kg/h，工作塔、筒上層2 200 kg/h，筒下層2 000 kg/h計；

γ—空氣重度（kg/m3），一般取1.2；

Q—清掃系統(tǒng)吸風(fēng)量（m3/h）。

式中，ζ—吸嘴阻力系數(shù)，取值范圍0.6～5.0，地坪吸嘴ζ取0.6～2.0，清掃設(shè)備的鴨嘴式吸嘴ζ取5.0，側(cè)吸式吸嘴ζ取4.5，清掃局部構(gòu)件的吸嘴ζ取5.0；

V—軟管處風(fēng)速（m/s），可通過公式：

計算得出軟管阻力為：

式中，λ—軟管阻力系數(shù)，可查表得出，l—軟管長（m）。

直管阻力Hz=R(1+Kμ)。式中，R—純空氣通過每米長風(fēng)管的摩擦阻力（Pa/m）；l—各段直管長（m）；K—灰料對壓力損失的影響系數(shù)；μ—輸送濃度（kg/kg）；其中R、K可通過查表得出。設(shè)計時雖然系統(tǒng)中彎頭、三通數(shù)量較多，但使用時數(shù)量較少，其阻力相對長直管可忽略不計。

除塵器壓損H除可根據(jù)所選擇的除塵器的型號規(guī)格來確定。根據(jù)∑H=Hc+Hr+Hz+H除可算出系統(tǒng)壓損，取儲備系數(shù)后即可算出風(fēng)機的壓頭。

2.1.2.4清掃系統(tǒng)注意事項

注意事項如下：①管道積塵：由于系統(tǒng)中同時工作的吸塵點數(shù)量在不斷變化，會引起管道內(nèi)風(fēng)速的變化，導(dǎo)致灰塵在管道內(nèi)受力不均，進而引起管道內(nèi)灰塵沉積。解決方案：在每條管道的末端設(shè)計管道清灰閥門，定期打開清灰閥門，利用設(shè)備本身的吸力大流量沖洗管道。②管道的靜電：最主要的是前端軟管的靜電問題，其次是除塵器中濾袋的靜電問題，其他是管網(wǎng)中粉塵和管道摩擦過程中產(chǎn)生的靜電。解決方案：采用抗靜電軟管，除塵器中的濾袋采用防靜電材料的濾袋，整個管網(wǎng)系統(tǒng)，采用導(dǎo)線連接，主機附近的管道設(shè)計接地。③系統(tǒng)防爆設(shè)計：糧食行業(yè)的粉塵為有機粉塵，遇到明火后存在爆炸風(fēng)險。解決方案：整個系統(tǒng)做防靜電處理，定期打開清灰閥，清理管道內(nèi)積灰，除塵器設(shè)置泄爆口，管道設(shè)置單向截止閥。

2.2設(shè)置磁選工序

糧食從收獲到進入庫區(qū)要經(jīng)過許多環(huán)節(jié)，這其中往往會混入鐵釘、螺絲、墊圈等各種金屬物，這些金屬物如不預(yù)先清除，隨糧食進入高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備內(nèi)可能會嚴重損壞設(shè)備部件，甚至?xí)蚺鲎材Σ炼a(chǎn)生火花，造成粉塵爆炸事故。所以，要在糧食進入第一道斗提機前設(shè)置磁選工序，去除金屬雜質(zhì)。

2.3增加抑爆裝置

抑爆裝置的工作原理是在易發(fā)生粉爆的位置安裝壓力元件，當空間壓力發(fā)生變化時，壓力傳感器感應(yīng)到變化并迅速觸動滅火器閥門，向所在空間噴射粉狀滅火劑。該裝置適用于斗式提升機等粉塵濃度大且空間密閉的設(shè)備。目前，在國外這種裝置已經(jīng)開始使用并推廣開來，但在國內(nèi)因成本較高并未得到很好推廣。隨著人們安全意識的不斷提高，這種裝置會逐步得到應(yīng)用。

3　結(jié)語

頻繁發(fā)生的粉塵燃燒、爆炸，使人們認識到了糧食行業(yè)粉塵治理的重要性和迫切性，為了搞好粉塵控制技術(shù)和管理工作，我國出臺了一系列的粉塵防爆規(guī)范及安全法規(guī)，只有從設(shè)計和管理兩個方面雙管齊下，才能為糧食行業(yè)創(chuàng)造一個安全、整潔的大環(huán)境。

[1]吳建章.通風(fēng)除塵與氣力輸送[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009.

[2]李軍五，陳宏斌.散糧作業(yè)系統(tǒng)粉塵控制技術(shù)探討——世行南通項目粉塵控制整改工程介紹[J].糧食流通技術(shù)，2001，7（1）：30-32.

[3]王春濤，林珍如.筒倉粉塵控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].糧食與飼料工業(yè)，1997，20（6）：37-39.

[4]周乃如，朱鳳德.面粉廠的積塵清掃系統(tǒng)[J].糧食與飼料工業(yè)，1990，13（1）：46-52.

[5]劉四麟.糧食工程設(shè)計手冊[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2002.

Dust Explosion Protection Measures in Process Design of the Grain Logistics Industry

Guo Shihui，Zhang Chenzhen，Jing Haiwei，Wang Renzhen
（COFCO Engineering & Technology （Zhengzhou） Co. Ltd.， Zhengzhou 450053， China）

From the angle of design， this paper mainly introduced several measures used for dust explosion protection in process design of the grain logistics industry， in order to provide technical support for food safety in the circulation.

Dust explosion； Ventilation and dust removal； Vacuum cleaning； Explosion suppression devices

S379

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.08.018

郭詩慧（1986-），男，助理工程師；主要研究方向為糧食倉儲物流與加工工藝研究設(shè)計。