卷烟除尘设备中防爆技术的应用探析

卷烟除尘设备中防爆技术的应用探析

李鸿轩 杜浩 袁庆伟 刘胜 周桂鹏

青州卷烟厂 山东省青州市 单位邮编： 262500

摘要：随着我国烟草市场的不断扩大，制烟过程中安全防范技术的重要性不言而喻。本文从烟草粉尘爆炸的危害和后果出发，梳理了粉尘防爆技术的研究现状和具体措施，并考虑了防爆技术在烟草除尘系统中的具体应用，希望可以对烟草行业有所帮助。

关键词：烟草粉尘；烟草除尘；粉尘防爆技术

1、粉尘防爆安全技术概述

粉尘防爆的安全技术大致可从预防爆、控爆和二次爆炸危害控制等方面入手，主要思路都是防止工艺厂房内发生火源或外部火源侵入除尘间而造成的​​爆炸。粉尘防爆安全技术应考虑其在保护装置中的运用，以防止爆炸在设备之间传播，并防止爆炸传播到工作区域，从而控制爆炸的次生危险，预防爆炸引起的火灾危险，爆炸产生的冲击波^[1]。粉尘爆炸主要安全防爆技术如下：一是泄爆技术，当存在的粉尘云在爆炸压力达到机体强度极限之前发生爆炸时，爆炸物通过泄放装置排出，从而防止对机体造成伤害。例如，在除尘器上安装无焰泄爆装置。二是抑爆技术，粉尘爆炸初期，火焰受到物理化学作用而熄灭，爆炸的发展受到抑制。安装火花捕集及惰性气体灭火装置有着可以及早发现、灭火和抑制爆炸作用。三是隔爆技术，爆炸后通过物理化学作用将火焰阻隔，该技术能够防止爆炸蔓延，例如，安装单向或双向隔爆阀。为此需要提高设备的耐压性，制造能承受爆炸产生的最大压力的高强度设备，且设计必须符合压力容器标准^[2]。

2、烟草粉尘特性及爆炸危险区分

2.1烟草粉尘特点

烟草粉尘主要在烟草行业的烟丝制作和卷烟过程中产生，烟尘是有机粉尘中的一种，在回收过程中，虽然产生的烟尘成分发生变化，但主要成分都为粉尘或烟沫、烟梗等固体颗粒物，内涵焦油、尼古丁和添加剂。烟尘不仅对健康有害，而且有火灾爆炸的危险，还有粉尘爆炸的隐患^[3]。尘埃是空气中最小的颗粒物（国际标准规定粒径小于75微米），通常是颗粒物被机械力压碎时形成的。烟草在生产过程中的切割、振筛、烟梗预处理、芳香化、压梗和干燥等工序都会产生烟尘，在生产过程中，如除尘、筛分、振动、输送、风力输送、车间维保和清洁等，都会或多或少导致烟尘会飞扬。烟尘对皮肤和黏膜有刺激性和敏感性，虽然烟尘爆炸极难实现，但烟尘可燃，如果满足粉尘爆炸的基本要求，烟草加工过程中飞扬的粉尘如果接触到火源，也有可能发生爆炸。相比起火的危险，粉尘爆炸的破坏性极大，有二次爆炸的可能^[4]。

2.2烟草粉尘造成爆炸的原理

为了防止粉尘爆炸，必须了解其发生爆炸的原理，可燃性粉尘是指在空气中能燃烧明火或无焰的粉尘、纤维或飞沫，在常压常温下与空气形成爆炸性混合物。烟草粉尘爆炸就是由烟草纤维点燃引起的，在氧化剂、燃料、点火源、空气中的粉尘和封闭空间等必要因素的配合下，空气中一定质量的烟草纤维与O₂混合，遇到热源，达到燃点，可被点燃，并且伴随着大量持续的热能，增加封闭空间中的压力，造成更危险的爆炸。其中烟草粉尘的最大爆炸压力可达8.376 bar，最大爆炸指数Kst为90.7 bar•m/s，爆炸程度为弱或中等。除尘系统的风量风压一般随着粉尘粒径的增加而降低，但在烟草粉尘粒径实验中，大颗粒粉尘的风压高于小颗粒粉尘，这是由于小颗粒烟草粉尘的团聚，导致实验样品之间的粒径差异不显着，随着浓度的增加，烟尘风压应先增大后减小，最佳浓度为500g/m^3[3]。

3、防爆技术在烟草除尘设备中的具体应用

3.1除尘系统的统筹规划

在烟草切丝过程中会产生大量的机械火花，在切丝机出口的除尘管道前应安装火花捕捉器，当火花进入时，火花与防火网碰撞后自动熄灭，或应将原装的干布袋除尘，改为湿式除尘。在烟草烘干过程中存在高温风险，除尘器箱体和系统管道上必须安装温度报警器装置，如果超过设定温度，就会发出警报，直到风机关闭。制丝车间生产线各工段粉尘产量大，应根据生产调度和工段合理搭配集中除尘系统，除尘系统若发生粉尘爆炸，车间人员容易被爆炸产生的火焰和冲击波伤害，因此除尘系统需设置防火阀、隔爆阀和泄爆装置。切丝机的干式除尘系统应单独设置，管线上配套安装火花探测和灭火装置^[3]。站房发生爆炸时，冲击波对土建也有很大的影响，因此站房应采用抗爆门和抗爆墙阻挡冲击波的外泄，还应根据泄爆面积计算公式配置相应的泄爆窗，确保爆炸带来的冲击波从预先设计的部位泄放。此外，除尘系统还应配备以下预警和预报装置：1、除尘器进出口应配备风压差检测和报警装置，进出口气压变化超过允许值20%以上时，控制单元应发出声光报警；2、控制和报警装置。若温度超过设定温度，温控装置应发出声光报警；3、卸灰装置必须配备运行监控装置，并设置声光报警等。此外，除尘器进风管相连的主风管穿建筑防火墙时应安装防火阀，电气设备和电缆的选型根据20、21、22区的划分选择符合环境要求的产品。在安装泄爆装置时，泄压口不能朝向人员密集场所或人行通道，泄爆门安装时应与泄压方向相反。火花探测灭火装置安装时，宜与空气成一定角度安装

^[5]。

3.2核心设备的防爆措施

目前烟草企业的除尘设备大多采用袋式除尘器，除尘效率高，利用压缩空气根据定时或压差进行脉冲喷射清灰，对滤袋上的粉尘进行清扫。除尘设备主要部件的选择应符合安全要求。

第一，除尘滤袋：使用阻燃、防静电的滤袋。阻燃滤袋可由涤纶、芳纶等制成，同时在主面料中植入不锈钢纤维，起到导体的作用，防止静电的产生，考虑到加工过程中高温高湿的特点，特殊环境除尘器布袋还必须具备拒油拒水性，保证废气排放的浓度符合相关国家要求^[5]。成型设备除尘器滤袋间距应加宽处理，滤袋表面覆膜，防止丝束吸附。

第二，泄爆装置：除尘器本体的泄爆装置推荐选用无焰泄放装置。当发生爆炸时，泄爆口可以防止火焰和粉尘的释放，只泄放冲击波，但在爆炸时泄爆口附近的温度较高，所以在泄爆口周围应留有一定的安全距离，同时，在除尘器的进风口处安装防爆单向或双向隔爆阀和防火阀。为保证防爆设备的质量，装配单位可选择具有欧盟ATEX证书的防爆设备。国际市面上知名的粉尘防爆设备厂家有德国REMBE、美国FIKE、BSB等，国内有爵格与贺尔碧格等品牌，均通过ATEX认证。但需要注意的是，CNAS报告通常只列出产品的具体型号和规格，并不意味着它通过了验收测试，项目使用的防爆设备型号须同时符合证书中的设计要求和型号规格，防爆装置和防火阀必须具有信号输出功能，当装置开启或关闭时，上位机输出信号控制风机停止。还有一点需要注意的是，如果除尘器装有防爆装置，管道装有隔爆阀，部分产品的ATEX证书中注明防爆阀门不能在不与灭火器配合使用的情况下关闭，原因是为了防止集尘容器内部形成负压，在爆炸过程中关闭防爆阀可能对集尘容器造成损坏。使用者可以选择具有FM或VDS认证的火花探测和灭火装置，Grecon、Firefly、T&B 品牌在市场上享有盛誉^[5]。

第三，控制装置：除尘器风管进出口和每列灰斗处均需安装温度检测报警装置，当温度超过正常值时会发出警报，并且检测和输出值必须是高精度的，且信号在传输过程中不会受到干扰，具有网络传输功能的可选设备的输出接口，如使用 PROFIBUS-PA 接口的设备可以提供更好的传输速率^[5]。

4、结语

烟尘爆炸危害是客观存在的，在烟草加工过程中可以采取主观措施加以防治，建立除尘防爆系统，并且定期进行浓度测试，，注重火源管理，严禁工作场所的出现明爆炸物等可以最大限度地降低爆炸危险的发生。规范作业行为，通风设备设施与粉尘浓度检测传感器联动并实时在线监控，并提前做好烟尘爆炸风险评估与挽救措施，将发生爆炸的可能性与将要造成的损失降到最低。

参考文献

[1]李楠楠. 科技赋能粉尘行业安全发展新态势——记2021第六届苏州应急安全及粉尘防爆技术研讨会暨展览会[J]. 劳动保护,2021,(08):66-67.

[2]李栋梁,徐森. 面粉加工厂粉尘防爆与安全治理[J]. 粮食加工,2019,44(05):28-30.

[3]吴雨蒙. 烟草粉尘爆炸特性研究及其生产环境风险评估[D].广东工业大学,2019.

[4]马新杰,马成龙,高阳,李昶君,甘芯齐. 烟草粉尘的双重危害及防治技术[J]. 安全,2019,40(05):34-39.

[5]黄亮. 烟草企业除尘系统设计与实施[J]. 中国设备工程,2020,(23):99-101.