布袋除尘器的静电问题及防爆措施.pdf

● ● 静 屯杂 莩 6巷 3期 总第 2 4朔 】 1 ．前言 布袋除尘器的静电问题及防爆措施 王 万 玉 北京市劳保所 近年来，粉尘爆炸事故频频发生，引起 国内外有关方面的重视．这些事故表明 1 可燃性粉尘是固体物质的一种特别危险的状 态，其危险程度不亚于气态混台物； 2 因静 电而 引爆 粉尘 的事 故 占有较大 比例 ； 3 除尘器在除尘 系统 中是 最危 险的区域 如 苏联 专家 把 除尘器首爆 总结为事故的基本规律 ．因此对除尘器的静电问题及爆炸防护进行深入 的研究越来越重要．本文根据国内外的研究及我们对纺织行业除尘系统静电引爆危险性研 究和防爆型布袋除尘器的研制，谈谈 自己的看法． 2 ．除尘系统产生静电的种类及爆炸危害 2 ． 1产生静电 的种类 a ．摩擦起 电．在脒尘 系统 中的粉尘， 由于相互摩 擦 或与除尘系统 中的设备 管道 以 及其它除尘部件的摩擦都能产生静电． b ． 碰撞带电．粉尘在输送时，因在运动中相互碰撞或者与管壁、器壁碰撞 ，这种快 速接触和分离导致了静电的转移，从而使粉尘本身，除尘系统都带上了静电。 c ． 剥离带电．贴附在滤料上的粉尘，一是受到振荡，粉尘从滤料上被剥离 F来，引 起电荷分离，导致粉尘、滤料带静电． d ． 沉降带电．粉尘在空气中由于重力 自由沉降时，在沉降路程两端会产生电势差 e ．冲流带电．象液体在管道 中流动能产生冲流电流和冲流电压一样，粉尘在管道中 运行时，也会产生 冲流带电 ． 由于粉尘的悬浮性 ，带电后漂浮在空气中，空气是良好的绝缘体 许多粉尘本身就是 高绝缘体 ，所 以粉尘带电后很难泄漏，一旦静电积累到一定程度 时，会发生静 电放电， 引起爆炸和燃烧 ． 2 ． 2 粉尘爆炸 危害 粉尘的危害是多方面的，其 中以引起爆炸和火灾是最为严重的危害．漂浮在空气 中的 可燃性粉尘一旦形成爆炸性尘云，且从某种火源接受了足够能量 大于最小点火能就会 引起爆 炸．一旦爆炸 ，因单位容积里 的发 热量极大 ，力学破坏效果也极大 ．爆 炸 的粉尘 云 在爆 炸 冲击 渡作 用下 飞散至远趾 ，形成着 火 的粉尘 西，引起 其它场所 的爆炸 或发 生火 灾 ， 造成二次性破 坏，给国家、企业和人 民带来 巨大 的损失 ．如啥尔滨亚麻厂 除尘 器首先发 生 爆炸，膨胀压力将除尘器 包括集尘斗 里的大量粉尘 沿进鼠管道和管沟反 喷到车 间， 引 一 43 维普资讯 狰1 U杂志{ 季 1j 1 6卷 3撙 】 l 总镍 2 4弹n 起审问麻尘爆 炸及戚吨蓬 松纤维着火 在短短的 7秒多种时闷 内毁坏 了 1 3 0 0 0多 方米粥 房， 及J 房内生产 设备 教室词 、除尘系 统设备 ，职 工伤亡 2 3 5人，其 中死 l 、 ． 鲐 人， 电伤 6 5人，轻伤 1 他 人，直接经济攒失选 8 8 0多万 元．粉尘爆炸 同 时会 产生一 氧化 碳煦 碳炸物 身分解有毒 气体 ，污染环境，影响人体健康 3 布袋睬尘器的静 电问题 机袋除尘器的静} { ； 问题 主要有 首 先．粉尘 与除尘系统强的设备 管道等相互摩擦 和碰撞都 会产生大量静 电。带 电粉 尘通过除尘器时贴附于滤料上，由于布袋除尘器采用阔歇式清灰方式．带电粉尘的堆积使 ● 、{ 场强发逐渐增强．如果贴附于滤料 L的粉垒厚度增大到一定程度，使得粉尘表面电场强 度达到空气的介质击穿场强．则在场强最大值区域将出现静I 包 放I乜．若此时因某种原因 如清灰 ，使得粉尘扬起．且粉尘浓度处于爆炸极限内．则很容易引起粉尘爆炸。粉尘层 J 芟的极限值 对应于 击穿 空气 放电情况 ， 主要 由粉尘 的荷 电量及 导电性 决定 ，可根据 粉尘 的荷静电量及电磺场理论分析得出” ” 】 ．这样计算出的粉尘厚度极限值是对应于最坏 状况 F的计算值，即褴有考虑粉尘荷静电的泄漏及电晕放电．若考虑这些因紊，则实际粉 尘厚度极限值将大于理论计算值．但粉尘荷静电的泄漏及电晕放 电随周围环境 如湿度 周嗣设备等 J变化很大 ．因此定 量评 价静 电引爆粉尘 的危险性及 进行爆炸防护时应考 虑到 最坏的情况 ． 第二，从滤料上被剥离下来的粉尘带有大量静电．进入集尘斗后，带电粉尘的堆积 电 使得粉堆表面电场强度逐渐增强．如果粉堆表面电场强度达到空气的介质击穿场强，在场 强最大值区域也将 出现放电．应用 电磁场理 论 ．对 粉堆 作定 量分 析． 可得 出以下二个最令 人吃惊 的结果 l 2 】 【 1 祝积粉 尘因重力挤压所生 的放 电很可 能发生在粉 尘荷质 比在 3 ． 3 x 1 0 c／k g以下 某一适 中的数值； 2 粗粉尘 中混有易引燃 的细粉尘时易形 成稆危险的情 况． 此外．通过理论和实际的检验．证明容器体积越大．流量越高、以及粉尘 绝缘性越 ’ 好．越容易放电． 第三，如果滤料及集尘斗是绝缘的．或者两者是导电性材料制成的，但接地不良．则 ． 粉堆表面放电出现之后．放电产生的离 于并不能转移到地面，一种符号的离子被嗳向粉 堆，另一种符号的离子将被排斥．便在滤料上或集尘斗上出现很高的表面电荷．此时很可 能引起刷形放电的传播．如果此时偶然性出现导体靠近带电体表面等情况，就能引起大范 的表面空气电离．放电能量可达数焦耳 ．另外．如果滤料及集尘斗是导电性材料制成 ∞，但接地术 良．刚两 者成为带电的孤 立导 ， 由于 导体 单次放 电能量远大 于绝缘体 单次 放J U 能量．周此这时比两者都用绝缘材料制成的更危险．在日本．曾因滤料是绝缘的或虽 然已织人 为除静电用 的金属 线．但 出 j 接地不 良．而发生多起粉尘爆 炸事故 】 ． 第四，如果征粉堆表面放置一孤立导体．皿 4 放电能量迅速增大 ．若除尘系统人口处 末没置金属 分离 器．则铁丝、铁钉及铁块等金属有可能随粉尘混入粉堆 中， 此时有可能出 现这种放 电现象 ． ～ 44 维普资讯 ● ● 静 电杂 志 季刊 1 9 9 1年 9 月 6卷 3 期 总第 2 4期 从上面分折可看 出，布袋除尘器及集尘斗是很危险的区域，老式的布袋除尘器存在 些不安全隐患，应尽快研究布袋除尘器的爆炸防护问题，设计出防爆型布袋除尘器． 4 ．防爆措施 可燃性粉尘爆炸和可燃性气体爆炸有一定的相似性，必须具备咀下几个条件 4 ． 1粉尘本身具有爆炸性 4 ．2粉尘必须悬浮在空气中并与空气混合达到爆炸浓度 4 ． 3 供氧量充足 ； 4 ． 4具有形成破坏性压力的封闭结构 4 ． 5 具有引爆火源． 研究和预防粉尘爆炸也必须从上述几个方面人手．下面从控耐爆炸条件，防止爆炸形 成及控制爆炸范围，减弱爆炸破坏作用两个方面对布袋除尘器提出一些防爆措施． 贴附于滤料上的粉尘厚度的增加，使得粉尘表面电场强度增加。易出现击穿空 气放电．因此应根据理论分析及实际生产状况，设计一合适的清灰周期时间．这有三十方 面的好处第一。粉尘厚度过太影响附尘效率，及 时清灰可提高除尘效率；第二，避免因 粉尘层厚度过大而 出现击穿空气放电；第三，及时清灰，可减小空间粉尘浓度，减少参与 爆炸的能量 ，控制破坏范围．目前。国内外较先进的除尘器 如西德 L T G公司生产的 T F C园笼除尘器及国产 WL C 联合除尘机组都采用连续清灰方式来替代 间歇式除尘方 式。经测试这种除尘器内粉尘浓度低于粉尘爆炸下限． 用特殊的悬吊装置取代下花板，消灭下花板上的粉尘堆积． 粉堆 中粗细尘混杂在一起，爆炸危险性增大．因此，在粉尘通过除尘器进入集 尘斗之前，将粉尘分离为几级。然后再进入不同的集尘斗．这样就可将粗细粉尘分开，且 减小集尘斗的尺寸，破坏产生静电放电的条件．如果及时将集尘斗中的粉尘压实，不使粉 尘形成爆炸性尘云，则更安全．T F C园笼除尘器及 WL C’ 联合除尘机组符合这一要求 ， 已在国内外得到广泛使用。尤其是纺织行业． 为使布袋上的静皂易于中和和泄漏，以及发生放电时，所产生的离子导人大 地。避免产生传播型刷型放电，布袋应采用导电性较好的防静电材料制作 如用金属丝纤 维、碳纤维等 ．从实验结果可看出。将导电性纤维从袋的两面按一定要求进行缝纫，比 织进去的方法效果显著．同时。为保证接地 良好，应设计接地端子． 集尘斗等其他除尘设备应保证接地昆好． 研究表明，滤袋对爆炸参数有影响 ，装有滤袋的除尘器的爆炸参数比没有滤袋 的除尘器的爆炸参数低．这主要是因滤袋把除尘器容积分隔开来，使爆炸只在滤袋下面的 空间发展．在这种情况下形成的气体就 比粉尘在除尘器整个容积内发生爆炸时所形成的气 体要少；当爆炸在除尘器内扩散时，未燃烧的那部分古尘空气被滤袋过滤，并沉积在滤布 上，脱离了可能爆炸的状态．因此必须要求滤袋不得有玻损．同时为了防止除尘器内粉尘 着火的初期就把滤布烧穿而提高可能爆炸的参数值，应使用耐火或助燃的材料制作滤袋． 若除尘器的滤袋采用可燃性材料做成，在计算除尘器泄爆孔的面积上必须考虑除尘器的整 个容积 ． 一 4 5 维普资讯 6卷 3j O J 总 r 舢 2 4㈣ 因为陈尘器以上的空间容积与滤袋以下的容问容积之比越大，除尘器内， 能爆 炸的参数越 低 ，因此应 设法缩 小集 尘 斗的容 积．方法之一是研制 不用尘 斗纳除尘器结构 方法之 二是使滤袋伸入尘斗 即加大滤袋长度 ． 增加古尘空问的湿度 6 5 ％以上 有多方面作用．首先，细雾粒 可以使尘粒易于 沉降，减小形成爆炸性尘云的可能性；其次，湿度的增大使得粉尘引爆能量增大、火焰传 播的能力减弱；最后，湿度的增大有利于粉尘所荷静电的泄漏和中和．减小静电引爆的可 能性．国内外大的爆炸事故大部分在干燥季节发生即可证明增加湿 早防止粉尘爆炸可行 的，合理 的方法 ． 设计探测、报警、 自动灭火及管道截断等 自动舫护系统．除尘器防爆的一种有 前途 的方法 是 ．在爆 炸发生初期 ， 当爆炸压力 尚未 达到对受保 护设备有 危险性 的数值时 ， ● 利用 自动防护系统进 行抑爆 ． 按照理论分析及实际要求，选择台适的壳体材料．设计防爆泄压安全膜和安 全活门，以使除尘器内部的可燃物发生爆炸时，保护除尘器不受损坏． 如果除尘器布置在室内．且改造困难较大，应在泄爆 口加接排气和道，以便 ～ 旦发生爆炸时将泄爆 口流出的未燃尽粉尘和燃烧产物排放到安全 地点 ．但 需 注意装在 除 尘器上的排气管道，即使不太长的管道，也会显著提高除尘器内可能爆炸的最大压力．因 此设计除尘器壳体的承受医力及泄瀑安全膜和安全话门的动作压力时．必须考虑加接的排 气臂道后的影响． 在通 风机的吸入管上应安装磁铁分离器或金属捕捉器，以除去混杂在物料、 粉尘中的铁丝、铁钉的及铁块等，避免产生撞击火花和摩擦生热引爆粉尘的及本文第 3节 所述的静电放电能量增大 ． 参考文献 1 ．王万玉． 亚麻凝尘静电起电规律及危险性评价研究 ，硕士学位论文．1 9 9 0 ． 7 ． 2 ．王万玉、徐博文等， 纤维粉尘静电特性及引爆机理研究分项报告E 1 2 ] ，北京市劳保 所，1 9 9 1 ． 3 ． 3 ．． R． B l y t he a nd W ． Re d d i s h． El e c r o s t a i c s ， 1 9 7 9 ， I n s t i t u t e o f Ph y c s ， Lo n d o n． 1 9 7 9 ， 1 0 7 P． B o s c h u n g a n d M ． Gl o r ． J ． E l e c t r o s t a i c s , 8 1 9 8 o ． 5 ． 静电译丛 下． 天津市物理学会静电专业委员会，1 9 8 5 ． 6 梁士明、王万玉等， 纤维粉尘静屯特性及引爆机理研究分项报告C0 5 ] ．北京市劳保 所 ，1 9 9 1 3 ． 4 6 维普资讯