斗式提升機(jī)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品加工和生物質(zhì)工廠等工業(yè)制造企業(yè)，用于垂直運(yùn)輸散裝材料——通常用于儲(chǔ)存或進(jìn)一步加工。多年來(lái)，斗式提升機(jī)一直被認(rèn)為是可燃粉塵爆炸的常見(jiàn)來(lái)源。

圖 1：損壞的斗式提升機(jī)和筒倉(cāng) 圖片來(lái)源：IEP Technologies

當(dāng)可燃物和氧氣的混合物在密閉空間內(nèi)分散并遇到點(diǎn)火源時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸。由此產(chǎn)生的火球迅速膨脹，產(chǎn)生的破壞性壓力可能超過(guò)容器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，導(dǎo)致變形或破裂。在適當(dāng)?shù)臈l件下，二次爆炸和火災(zāi)通常會(huì)伴隨初始爆炸。

所有這些元素在斗式提升機(jī)正常運(yùn)行期間都可能存在。如果沒(méi)有有效的程序和緩解措施，這些爆炸風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。普渡大學(xué)農(nóng)業(yè)顆粒研究小組進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，2006 年至 2020 年間，美國(guó)斗式提升機(jī)設(shè)施發(fā)生了 78 起粉塵爆炸，導(dǎo)致 56 人受傷，10 人死亡。

審查行業(yè)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)以識(shí)別和減輕與可燃粉塵相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)可以減少與斗式提升機(jī)相關(guān)的事故。 

危害識(shí)別

為了減輕災(zāi)難性損失的風(fēng)險(xiǎn)，危害識(shí)別至關(guān)重要。斗式提升機(jī)使用一系列連接到連續(xù)皮帶或鏈條環(huán)上的畚斗來(lái)運(yùn)行。該系統(tǒng)包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)皮帶或鏈條的頭輪或鏈輪，以及一個(gè)保持張緊的尾輪或鏈輪。當(dāng)皮帶或鏈條移動(dòng)時(shí)，連接的畚斗從提升機(jī)的機(jī)筒中鏟起物料并將其向上運(yùn)送。到達(dá)提升機(jī)頭部的卸料點(diǎn)后，物料被卸載。

然后，空畚斗返回到機(jī)筒，完成循環(huán)。在此循環(huán)過(guò)程中，可能存在引起粉塵爆炸的必要因素，包括引入點(diǎn)火源。如果驅(qū)動(dòng)部件安裝不當(dāng)或未對(duì)準(zhǔn)，則可能產(chǎn)生摩擦引起的熱量或火花。此外，過(guò)熱的軸承和電機(jī)、錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)慕泳€以及靜電積聚的放電都可能成為點(diǎn)火源。這些風(fēng)險(xiǎn)凸顯了持續(xù)維護(hù)和認(rèn)真監(jiān)控設(shè)備的重要性  。

粉塵危害分析 (DHA)

工廠應(yīng)通過(guò)粉塵危害分析 (DHA)流程識(shí)別這些危害和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì) (NFPA)的說(shuō)法，粉塵危害分析 (DHA)是“一種系統(tǒng)性審查，用于識(shí)別和評(píng)估工藝或設(shè)施中存在一種或多種可燃顆粒固體時(shí)可能引發(fā)的火災(zāi)、閃火或爆炸危害。”

此外，NFPA 660  （可燃粉塵和顆粒固體標(biāo)準(zhǔn)）為保護(hù)策略和緩解解決方案的設(shè)計(jì)提供了全面的指導(dǎo)。

預(yù)防措施

最終目標(biāo)是避免生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生爆炸。為了降低此類(lèi)事件的風(fēng)險(xiǎn)，第一道防線是消除可燃粉塵爆炸的必要因素之一。對(duì)于斗式提升機(jī)工藝，控制點(diǎn)火源是最常見(jiàn)和最實(shí)用的方法之一。點(diǎn)火源控制措施包括：

• 過(guò)熱檢測(cè)：監(jiān)測(cè)  驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中軸承和電機(jī)的溫度可以識(shí)別趨勢(shì)并在組件故障之前提示糾正措施。
• 電氣連接和接地：適當(dāng)?shù)慕拥貢?huì)將雜散電荷耗散到大地，從而降低靜電放電的風(fēng)險(xiǎn)。
• 跑偏檢測(cè)： 檢測(cè)皮帶或鏈條跑偏的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)防維護(hù)，最大限度地減少磨損、損壞和故障點(diǎn)。
• 零速開(kāi)關(guān)：識(shí)別尾輪何時(shí)停止旋轉(zhuǎn)并向過(guò)程控制發(fā)出警報(bào)信號(hào)。
• 火花檢測(cè)系統(tǒng)：這些系統(tǒng)與水噴霧或惰性氣體相結(jié)合，可以撲滅從上游設(shè)備傳送到斗式提升機(jī)的火源。

適當(dāng)?shù)墓芾?/span>是另一項(xiàng)重要的預(yù)防措施。定期清潔、使用設(shè)計(jì)合理的除塵系統(tǒng)、安全的物料處理方法、日常維護(hù)和操作員培訓(xùn)將提高安全性并降低火災(zāi)或爆炸蔓延到斗式提升機(jī)之外的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2：斗式提升機(jī)檢查圖片來(lái)源：IEP Technologies

保護(hù)措施

即使采取了最嚴(yán)格的防爆措施，設(shè)施也無(wú)法消除爆炸風(fēng)險(xiǎn)。因此，NFPA 660 要求處理可燃粉塵的斗式提升機(jī)必須配備防爆裝置。

先前的標(biāo)準(zhǔn)，例如 NFPA 61（農(nóng)業(yè)和食品加工）、NFPA 652（可燃粉塵標(biāo)準(zhǔn)）和 NFPA 654（粉塵火災(zāi)和爆炸預(yù)防）等其他行業(yè)特定標(biāo)準(zhǔn)，都是獨(dú)立存在的。這些標(biāo)準(zhǔn)后來(lái)被合并為 NFPA 660，為可燃粉塵危險(xiǎn)提供了統(tǒng)一的安全要求。

爆炸泄壓

爆炸泄壓是一項(xiàng)重要的安全措施，可通過(guò)在粉塵爆炸期間釋放過(guò)壓來(lái)保護(hù)工藝設(shè)備。該系統(tǒng)采用專門(mén)設(shè)計(jì)的泄壓膜（或防爆板），可在預(yù)定壓力下泄壓，從而保持斗式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性。

為確保合規(guī)，通風(fēng)系統(tǒng)必須遵守NFPA 68 （爆炸通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)）或 NFPA 660-第 21 章，其中概述了計(jì)算爆炸泄壓面積、確定通風(fēng)口間距和確定最佳位置的方法。這些準(zhǔn)則考慮了提升機(jī)外形尺寸、材料特性和工藝操作條件等因素。

有效的泄壓需要仔細(xì)評(píng)估排氣口位置，以確保火球安全地遠(yuǎn)離人員和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)由于空間限制或設(shè)施布局而無(wú)法使用傳統(tǒng)泄壓時(shí)，可以實(shí)施無(wú)焰泄壓解決方案。這些設(shè)備將泄爆口或泄爆膜與阻火裝置（例如網(wǎng)狀過(guò)濾器）相結(jié)合，以保留顆粒物并防止火焰釋放。

然而，必須考慮無(wú)焰泄爆口周?chē)璧陌踩琳?，因?yàn)樾枰紤]無(wú)焰泄爆口的散熱和有毒氣體排放，以保證人員安全和合規(guī)。在某些情況下，可以使用先進(jìn)的建模工具來(lái)幫助優(yōu)化泄壓口的設(shè)計(jì)和放置，確保最大限度地降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

圖 3：斗式提升機(jī)模擬的 CFD 網(wǎng)格示例（左）。燃燒過(guò)程的 CFD 結(jié)果（右）。圖片來(lái)源：IEP Technologies

爆炸抑制

對(duì)于某些應(yīng)用，由于斗提機(jī)的高度以及滿足規(guī)定解決方案所需的泄爆口位置數(shù)量，泄爆可能不可行或經(jīng)濟(jì)上不實(shí)用。

在這些情況下，可以實(shí)施爆炸抑制系統(tǒng)作為防爆解決方案。抑制系統(tǒng)由先進(jìn)的探測(cè)器、中央控制單元和快速抑制器組成，可在幾毫秒內(nèi)共同識(shí)別和消除不斷擴(kuò)大的火情。

探測(cè)器利用光學(xué)或基于壓力的傳感器來(lái)檢測(cè)燃燒事故的初始階段，并向控制單元發(fā)出信號(hào)以激活抑制器。

然后，抑制器會(huì)釋放一種抑制劑，比如化學(xué)粉末，目的是在火球超過(guò)設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性之前抑制火球并阻止壓力積聚。

抑制單元的位置和數(shù)量是根據(jù)斗式提升機(jī)的尺寸、可燃物質(zhì)的特性以及先進(jìn)的建模技術(shù)來(lái)確定的，以確保有效覆蓋。

為了增加安全性，抑制系統(tǒng)與爆炸隔離措施相結(jié)合，以防止火焰通過(guò)互連傳播并降低二次爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

防爆隔離

爆炸隔離系統(tǒng)在防止燃燒通過(guò)互連的工藝設(shè)備蔓延方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。爆炸隔離可顯著降低整個(gè)設(shè)施發(fā)生二次爆炸和連鎖損壞的風(fēng)險(xiǎn)。這些系統(tǒng)采用各種方法，例如化學(xué)隔離屏障、快速機(jī)械閥和旋轉(zhuǎn)風(fēng)閘，以形成物理或化學(xué)阻斷，阻止火焰蔓延。

對(duì)于重力式溜槽，爆炸隔離通常涉及機(jī)械屏障，在啟動(dòng)后迅速封閉溜槽。在機(jī)械輸送機(jī)中，隔離通常使用化學(xué)抑制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)釋放抑制劑以阻止火焰?zhèn)鞑ァ?/span>

氣動(dòng)除塵點(diǎn)通過(guò)專用隔離閥或高速滅火屏障進(jìn)行保護(hù)，以確?；鹧娌粫?huì)回流到系統(tǒng)中或點(diǎn)燃上游組件。與通風(fēng)或抑制系統(tǒng)一樣，在設(shè)計(jì)階段通常會(huì)使用先進(jìn)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 建模來(lái)模擬火焰?zhèn)鞑?chǎng)景并根據(jù)爆炸隔離組件的響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化放置位置，從而確保系統(tǒng)效率最大化。

了解爆炸風(fēng)險(xiǎn)和規(guī)范

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到斗式提升機(jī)中可燃粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，NFPA 61 于 1923 年首次推出。這些危險(xiǎn)需要徹底了解潛在風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)施適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。多年來(lái)，NFPA 規(guī)范不斷發(fā)展以反映最佳實(shí)踐，但對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，完全理解其要求可能很麻煩且難以承受。

必須且建議聯(lián)系爆炸和防火專家，以協(xié)助完成整個(gè)過(guò)程，從解釋 DHA 和已識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)到選擇最有效的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)。知識(shí)淵博的專家可以進(jìn)一步解釋各種預(yù)防和保護(hù)系統(tǒng)的有效性或局限性，以確保做出最佳、最明智的決策。

最終，適當(dāng)緩解斗式提升機(jī)可燃粉塵風(fēng)險(xiǎn)的方法將取決于所輸送的物料和設(shè)施的運(yùn)行條件。如果正確實(shí)施了最終計(jì)劃，則可以大大降低發(fā)生災(zāi)難性損失的可能性，確保設(shè)備、操作以及最重要的人員的安全。

譯自：https://www.feedandgrain.com

原題：Key strategies to reduce explosion risks in bucket elevators