港口散糧輸送系統(tǒng)粉塵防爆工藝設計探討

高志航，張永建，李 成，季蘇丹，張 淑，馮 捷，胡晨楊

1.無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)2.鄭州瑞谷糧食工程有限公司 (鄭州 450001)

近年來國家對環(huán)保提出了新的要求，習總書記提出：“大氣污染防治是一個最突出的問題，要堅持標本兼治和專項治理并重、常態(tài)治理和應急減排協(xié)調、本地治污和區(qū)域協(xié)調相互促進，多策并舉，多地聯(lián)動”。糧食行業(yè)港口、碼頭的粉塵污染是環(huán)保部門重點監(jiān)控對象，粉塵的產(chǎn)生，塵肺職業(yè)病的高發(fā)，以及粉塵爆炸的危險，時刻危害著人民生命財產(chǎn)的安全并給國家及企事業(yè)單位帶來不可估量的經(jīng)濟損失。因此在做糧食港口、碼頭工藝流程設計時需嚴格依據(jù)相關國家規(guī)范及行業(yè)導則進行設計，從源頭處理好粉塵污染問題。

1 糧食粉塵特性及爆炸原理

糧食屬于有機物質，并且大部分原糧如小麥、稻谷等糧粒表面長有麥毛、稻芒等，糧食在收貨、干燥、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)中都會有各種各樣的無機雜質混入，如泥沙、灰土、石子、鐵屑等。在水平及垂直的輸送過程中，料流的落差、拋灑以及輸送設備工作面對糧食的沖擊、摩擦、擠壓等，都會使原糧中麥毛、稻芒、輕糠、灰土等有機和無機微細顆粒離開物料流飛揚到空氣中，從而形成一定濃度的粉塵。

港口散糧輸送系統(tǒng)中產(chǎn)生的粉塵，可隨人的呼吸進入人體肺部對人體健康有害。長期暴露在粉塵環(huán)境中作業(yè)的工人，大大增加了塵肺病的患得機率。裹雜著有機物的粉塵，最大的潛在危害是其具有燃燒爆炸特性。

粉塵爆炸的四要素：存在可燃性的粉塵，具有足夠助燃物質——氧氣，具有足夠能量點火源，有密閉空間[1]。當密閉空間內的粉塵懸浮在空氣中形成一定濃度的粉塵云，遇到足夠的熱量或溫度的點火源，且空氣中氧氣含量也達到一定濃度時，粉塵極有可能發(fā)生燃燒釋放大量熱并引起氣體壓力的激增和無法控制的膨脹效應，并在密閉的空間里產(chǎn)生爆炸。強大的沖擊波沖出密閉空間將環(huán)境內積聚在各表面的降塵揚起，在新的空間再次達到粉塵爆炸濃度范圍，造成破壞力更強的二次爆炸甚至有可能發(fā)生連續(xù)性爆炸。因此在港口散糧輸送系統(tǒng)工藝設計中必須嚴格遵守國家規(guī)范及行業(yè)導則，采取減少粉塵云、點火源的產(chǎn)生等必要的防止粉塵爆炸的措施，同時對存在粉塵爆炸危險的工藝設備應采用泄爆、抑爆和隔爆、抗爆中的一種或多種控爆方式。

2 糧食粉塵爆炸危險區(qū)域的劃分

根據(jù)GB 15577和GB 17440糧食粉塵爆炸危險區(qū)域劃分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。

(1)20區(qū)

糧食粉塵持續(xù)或頻繁地或長期出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物或形成無法控制的極厚的粉塵層的區(qū)域，包括立筒倉內、灰間、封閉式設備內部(斗式提升機、帶式輸送機、埋刮板輸送機、清理篩、除塵器、溜管、風管)等。

(2)21區(qū)

在正常操作條件下，可能出現(xiàn)數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物的區(qū)域，包括工作塔及筒上層和筒下層、敞開式輸送廊道(距粉塵釋放源1 m內)、地下輸糧廊道、地上封閉式輸糧廊道、散裝糧儲存用房式倉、散糧發(fā)放塔、卸糧地溝等。

(3)22區(qū)

在正常運行時，糧食粉塵偶爾或設備故障時出現(xiàn)并且只是短時間存在的區(qū)域，例如：工作塔及筒上層和筒下層的溜管層、敞開式輸送廊道(距粉塵釋放源1 m外)的范圍。

粉塵防爆危險區(qū)域的劃分并非一成不變，當清掃良好沒有積塵及通風狀態(tài)良好時，散糧輸送系統(tǒng)的工作塔及筒倉上層、筒倉下層可視為非危險區(qū)域。同一場所不同作業(yè)時段，也可劃分為不同的危險場所，筒倉進倉時倉內粉塵較大，劃分為20區(qū)，當出倉時粉塵相對較小，劃分為21區(qū)。但在工藝設計中對該區(qū)域內防爆設施的配備應以最不利條件設置。

3 工藝設計中的粉塵防爆措施

港口散糧輸送系統(tǒng)包括筒倉、工作塔、輸送廊道等建構筑物以及散糧卸船、輸送設備、清理、計量、除塵系統(tǒng)、真空清掃等工藝設備。在工藝設計上應從總圖布局、工藝流程、設備選型及布置、通風除塵、控爆方式、電氣控制等方面充分考慮，嚴格遵守國家規(guī)范及行業(yè)導則，遵循整體設防的原則，以消除或降低粉塵爆炸的隱患。

3.1 散糧卸船設備

目前港口散糧卸船的設備普遍采用門機抓斗卸船和連續(xù)式卸船機。門機抓斗可裝卸多種物料，通用性強，卸船時散糧經(jīng)抓斗卸至接料斗，再通過接料斗下方的輸送設備至筒倉，由于門機抓斗本身不具備除塵功能，宜采用配置了獨立除塵系統(tǒng)的抑塵式接料斗控制粉塵，使抓斗卸船作業(yè)達到港口環(huán)保標準。

連續(xù)式卸船機專用性較強，較多用于散糧專用港口。卸船時散糧經(jīng)密閉的管道或設備直接送至輸送設備至筒倉，設備密封性好，并配置獨立的通風除塵裝置，卸船作業(yè)時無粉塵溢出，作業(yè)環(huán)境安全、環(huán)保。

工藝設計時綜合分析港口功能，選用既滿足散糧卸船又抑制粉塵擴散的卸船設備。

3.2 輸送設備

3.2.1帶式輸送機

帶式輸送機是一種生產(chǎn)技術成熟、使用極為廣泛的連續(xù)式輸送設備，可用于水平輸送或傾斜輸送，具有運行穩(wěn)定、效率高、節(jié)能降耗、密封性好、防破碎等特點，并能適應港口碼頭濕度大的環(huán)境。帶式輸送機產(chǎn)塵濃度高的地方在機頭卸料口和機尾進料口。

散糧與輸送帶一起勻速運動，到達機頭卸料口時，由于糧流有一定水平初速度，在下落過程中受重力作用，糧流做類平拋運動，此時散糧受到重力和空氣阻力的雙重作用；落下的散糧直接撞擊于溜槽壁，隨著糧流的內部的擠壓作用及速度方向的改變，再加上糧流攜帶的誘導風的作用，夾帶于糧流中的粉塵被揚起。另外，輸送帶在卸料后會粘附部分細小粉塵，粘附粉塵的輸送帶與機頭清掃器相對運動，使粘附在輸送帶上的細小粉塵揚起。含塵氣流與散糧運動造成周圍空氣擾動的相互作用，使溜槽內壓力增加趨于正壓，導致懸浮在空氣中的粉塵向下道設備和卸料口的空隙處運動，易溢出機體外。

當散糧以一定速度落入機尾進料口導料槽時，同時攜帶誘導風，糧流直接沖擊導料槽使其內部攜帶的粉塵被揚起，粉塵與誘導風混合后的含塵空氣充斥整個導料槽腔體。當散糧中雜質越多或越干燥，形成的含塵空氣濃度越高，污染性和危險性就越高。

在機頭卸料口及機尾進料口設置合理的吸風口和吸風量，保持機體內負壓狀態(tài)，可有效控制機體內的粉塵濃度，降低粉塵污染性和危險性。長距離輸送的帶式輸送機一般采用重錘式重力張緊，此裝置應采用封閉式并采取合適的除塵方式，避免回程皮帶灰塵的飛揚。

考慮原糧特性、破碎要求、輸送能力、能耗、投資及運維經(jīng)濟性、粉塵防爆、環(huán)保等因素，港口散糧輸送系統(tǒng)的工藝設計建議選用氣墊帶式輸送機。

氣墊帶式輸送機用氣墊取代了托輥支撐裝置，減少了運轉部件，既減少了摩擦損耗又降低了運轉部件故障與皮帶摩擦產(chǎn)生高溫導致粉塵燃燒爆炸的風險。氣墊帶式輸送機應按GB/T 13561.3配置防膠帶跑偏裝置、機頭機尾軸溫檢測裝置、張緊限位裝置、液力耦合器油溫報警裝置、失速檢測裝置、防堵開關、止逆裝置等安全防護裝置，某些項目(如安全性要求高、投資及運維費用充足等)可以考慮配置皮帶測溫裝置，以便作業(yè)人員提前發(fā)現(xiàn)設備運行故障，及時排查處理防患于未然。

3.2.2斗式提升機

斗式提升機是散糧從低處往高處輸送的首選設備，以其占地面積小、輸送傾角大、作業(yè)效率高、運維成本低、運行穩(wěn)定等特點，廣泛應用于港口碼頭、糧油及飼料加工等行業(yè)。

斗式提升機在運行過程中由于物料與物料、畚斗、筒體、機頭拋料罩等存在相互沖擊摩擦，加上皮帶運轉帶動的空氣流動，懸浮的粉塵顆粒存在于機筒內各個位置并不斷積累形成粉塵云，當粉塵達到一定的濃度時，任何(火星、靜電、高溫等)有足夠能量的點火源都可能會引起粉塵爆炸。縱觀國內外港口散糧輸送系統(tǒng)中的多起爆炸事故多是由斗式提升機發(fā)生粉塵爆炸引起。在港口散糧輸送系統(tǒng)工藝設計中應盡量避免不必要的反復提升，如有可能應采用長距離傾斜帶式輸送機完成提升輸送作業(yè)，取消垂直斗式提升機，以減少產(chǎn)塵點、糧食破碎和可能的點火源。

經(jīng)一些資料和多次的現(xiàn)場測試表明，在整個系統(tǒng)的工藝設計布局、工藝流程、進料與出料端吸風除塵設計、安全防護裝置設計、泄爆口設計等，可有效降低粉塵濃度及粉塵爆炸風險。

(1)按GB 17440易發(fā)生粉塵爆炸的設備宜布置在室外，在室內布置時，宜布置在建筑物內較高的位置，并靠近外墻。需根據(jù)整個項目功能需求、環(huán)境因素、建構筑物形式、工藝流程等綜合考慮合理布置。

(2)按GB/T 13561.3進入斗式提升機的物料應預先清除金屬等異物。在物料進入斗式提升機前設置磁選器去除磁性金屬雜質，避免在運行過程中金屬雜質與設備的某些部位發(fā)生摩擦或撞擊產(chǎn)生火花，降低粉塵爆炸的風險。在進料口及出料口設置閘門，閘門的開閉與設備控制系統(tǒng)連鎖，防止前道或后道設備檢修時的工具、焊渣、火星等落入筒體造成粉塵爆炸隱患。

(3)對斗式提升機進行吸風主要目的是讓斗式提升機內保持負壓狀態(tài)使粉塵不外溢，同時吸走產(chǎn)塵點產(chǎn)生的粉塵。

斗式提升機產(chǎn)塵濃度最高的地方在機座處，其次在機頭處。在畚斗下行過程中，必然有一定量的空氣隨之以同樣的速度下行，其空氣主要來自于機筒的縫隙處。由于底座處被物料充滿，當空氣運行到斗式提升機的底座處時，就無法順利通過，這就造成了此處處于正壓狀態(tài)，粉塵濃度很容易升高。

在機座的下行筒體和機頭出料口分別設置吸風口和合適的吸風量，可有效控制斗式提升機內的粉塵濃度，同時使斗式提升機的機內保持負壓狀態(tài)，含塵空氣無法向外擴散，有效地保護了外界的環(huán)境不受污染，既減少粉塵爆炸的發(fā)生，又保持了清潔的工作環(huán)境。

(4)帶式斗式提升機應按GB/T 13561.3配置防膠帶跑偏裝置、機頭機座軸溫檢測裝置、張緊限位裝置、液力耦合器油溫報警裝置、失速檢測裝置、防堵開關、止逆裝置等安全防護裝置，以便作業(yè)人員提前發(fā)現(xiàn)設備運行故障，及時排查處理防患于未然。

(5)泄爆口是應用于斗式提升機發(fā)生粉塵爆炸時一種控爆方式。泄爆面積及泄爆壓力滿足GB/T 15605等標準的相關規(guī)定，泄爆口的法蘭和泄爆膜(蓋)應符合相應的標準。泄爆口的設置及安裝等滿足GB 15577等標準的相關規(guī)定。

3.2.3埋刮板輸送機

埋刮板輸送機具有密封性好、布置靈活、多點加料、多點卸料等優(yōu)點廣泛應用于港口碼頭、糧油及飼料加工等行業(yè)。但是也存在能耗大、破碎物料、機頭機尾積料、回料等不足之處，工藝設計時根據(jù)實際情況選用。

埋刮板輸送機產(chǎn)塵點及處理方式類似于帶式輸送機。應按GB/T 13561.3配置機頭機尾軸溫檢測裝置、液力耦合器油溫報警裝置、失速檢測裝置、防堵開關、斷鏈保護裝置等安全防護裝置，以便作業(yè)人員提前發(fā)現(xiàn)設備運行故障，及時排查處理防患于未然。

3.3 清理和計量設備

糧食以拋料的形式進入清理設備、計量設備內部，伴隨設備的旋轉、振動等形成粉塵云，應根據(jù)不同型號規(guī)格的設備配置不同的捕塵口和適宜的吸風量，在保證設備運轉達到工藝效果的同時，更好的捕捉飛揚的粉塵，控制機體內的粉塵濃度，使得設備機體內保持負壓狀態(tài)防止粉塵外溢。

3.4 通風除塵系統(tǒng)工藝設計

空氣的流動形成風，通風是有目的的組織空氣流動以完成某種功能的技術方法。通風除塵是利用通風的方法排除生產(chǎn)中產(chǎn)生的含塵空氣，并同時對含塵空氣進行凈化和粉塵收集，處理后的尾氣達到含塵空氣排放標準的一種技術方法。通風除塵技術是保證港口散糧輸送系統(tǒng)有一個良好的生產(chǎn)操作環(huán)境和環(huán)境保護的方法，更是可燃性粉塵防爆技術措施中最有效、最經(jīng)濟的方法。

通風除塵系統(tǒng)是由吸塵罩、通風管道、風機和除塵器等四部分連接組成。吸塵罩應根據(jù)含塵氣流的流動規(guī)律設計合理的結構形狀，確保高效地捕捉粉塵，控制粉塵及含塵氣流的飛揚。通風管道一般遵循合理、經(jīng)濟、美觀的原則，滿足功能的前提下，管道的布置力求整齊、美觀。風機是整個系統(tǒng)中有效地組織空氣流動的動力源。在糧食行業(yè)通風除塵系統(tǒng)中常用中低壓離心式通風機。通風除塵系統(tǒng)中的除塵器是將粉塵從氣流中分離出來的設備，是保證空氣排放達到環(huán)保要求的關鍵設備。糧食行業(yè)考慮粉塵特性、除塵效率、作業(yè)環(huán)境、經(jīng)濟性等一般選取機械式除塵器、過濾式除塵器、機械式和過濾式組合的方式。

生產(chǎn)工藝確定后，收集并分析塵源產(chǎn)生的原因、粉塵特性、塵源分布和數(shù)量、塵源吸風量和阻力、設備布置、建構筑物等基礎資料。依據(jù)GB 13561.1、GB 17440、GB 15577、GB 16297、GB 17918等相關國家或糧食行業(yè)其他標準規(guī)范進行設計，選取適合的吸塵罩、風網(wǎng)組合、除塵器類型及級數(shù)、風機等，確定風網(wǎng)管道走向、除塵器、風機的布置，選取并配置壓差表、溫度傳感器、隔爆閥、泄爆口、無焰泄爆器、泄壓導管等合理的安全防護裝置，編輯風網(wǎng)布置圖、軸測圖及標注主要工藝參數(shù)。

3.5 其他設備

對港口散糧輸送系統(tǒng)中工藝設計時選取的其他設備如螺旋輸送機、抑塵料斗、伸縮軟管、真空清掃系統(tǒng)、通風熏蒸系統(tǒng)等，應嚴格按照GB 17440、GB 15577、GB 13561.1等相關國家或糧食行業(yè)其他標準規(guī)范進行設計。

4 其他措施

港口散糧輸送系統(tǒng)中的筒倉、工作塔、輸送廊道等建構筑物以及壓縮空氣站、控制室、變配電室等的設計應符合GB 50016、GB 17440、GB 15577、GB 17918等有關要求和規(guī)定。

港口散糧輸送系統(tǒng)中電氣設施應符合GB 12476.1、GB 3836.1的規(guī)定，選用適合不同糧食粉塵爆炸危險區(qū)域的粉塵防爆型電氣設備按GB 12158對工藝設備及電機接地，對工藝管道施工增加靜電跨接。對每個輸送線路內各個設備設置電氣連鎖、檢修連鎖、緊急停機等。在每個出入口、人員作業(yè)通道口等設置防爆型人體靜電釋放器，要求進出粉塵爆炸危險區(qū)域的人員必須消除自身靜電。

企業(yè)應建立完善的安全生產(chǎn)制度，包括3E安全管理體系、8S管理制度、定期運維制度、定期監(jiān)測制度、動火作業(yè)管理制度、壓縮空氣使用規(guī)范、真空清掃使用規(guī)范、防范粉塵爆炸安全作業(yè)制度、粉塵爆炸事故應急預案等規(guī)范制度。

5 結束語

港口散糧輸送系統(tǒng)粉塵防爆設計是一項系統(tǒng)性工作，包含眾多專業(yè)，設計階段關鍵在于對粉塵爆炸要素進行細化，分析粉塵產(chǎn)生原因、特性并找出關鍵點，嚴格遵守國家規(guī)范及行業(yè)導則，采取相應的針對性措施，從源頭消除危險隱患或控制導致危險失控的要素，防患于未然。