金属制品企业打磨抛光工艺防火防爆设计

刘云鹤广东省安全生产技术中心引言随着国民经济的迅速发展，生产连续化水平不断提高，金属制品的不断普及和推广，抛光打磨工艺也随之增多。金属制品在打磨抛光过程中会产生以金属合金、抛光蜡、布纤维为主的粉尘，可引起设备内部和工作场所内粉尘爆炸，人体吸入后会对身体健康造成危害。近几年来，我国发生了多起金属打磨与抛光粉尘爆炸事故，造成重大人员伤亡和财产损失。年8月2日，昆山中荣金属制品有限公司抛光车间发生特大粉尘爆炸事故，事故当天造成75人死亡，人受伤，这是我国历史上人员伤亡最大的工业粉尘爆炸事故。目前关于粉尘爆炸的原理、粉尘爆炸参数测试、粉尘防爆技术措施、粉尘爆炸隐患与对策分析等方面的研究和报道较多，而关于金属制品企业打磨抛光工艺的防火防爆相关的研究甚少。本文针对当前金属制品企业打磨工艺存在的问题，结合作者近几年来从事粉尘爆炸特性参数测试、粉尘爆炸风险评估、粉尘爆炸事故调查分析、隐患排查、粉尘防爆工程改造治理、粉尘防爆安全验收和粉尘爆炸防护产品开发研究的工作经验，提出一套适用于金属制品企业打磨抛光工艺防火防爆工程改造的设计方案，供目前仍存在安全隐患，但有意向进行整改的企业作参考。金属制品企业打磨抛光工艺常见隐患1.1、与居民区、员工宿舍、会议室等人员密集场所安全距离不足GB-《建筑设计防火规范》条文解释中“表1生产的火灾危险性分类举例”列出金属制品的打磨属于乙类生产火灾危险性。若金属制品企业按乙类厂房划分，根据“建规”中“表3.4.1”列出，乙类厂房距民用建筑的防火间距不小于25m，与重要公共建筑的防火间距不宜小于50m，大部分金属制品打磨抛光企业防火间距不能满足要求。1.2、打磨抛光工艺未与其他生产工艺采取有效隔离在一座厂房中或个防火分区内存在乙类(打磨抛光)和戊类(金属冷加工)多种灾危险性生产时，如果打磨抛光区域着火或爆炸后，因打磨抛光工艺未与其他生产工艺采取有效隔离，打磨抛光区域以金属合金、抛光蜡、布纤维为主的粉尘可燃物质会导致其他区域的爆炸或火灾事故发生，造成更大的人员伤亡和财产损失。1.3、正压吹送除尘金属制品企业打磨抛光工艺除尘系统采用正压吹送粉尘，且未采取可靠的防范点燃源的措施。含有以金属合金、抛光蜡、布纤维为主的粉尘在未采取可靠的防范点燃源措施的情况下，通过高速运转的风机，粉尘与风机叶轮发生摩擦碰撞，一方面会加速风机的磨损，另一方面会产生火花，火花进入除尘器内部可导致粉尘爆炸。1.4、采用干式巷道式构筑物作为除尘风道干式巷道不符合通风除尘流体运动的技术要求，方形巷道内存在死角，容易导致巷道内积聚粉尘，且构筑物结构的干式巷道的摩擦阻力系数远大于金属材质管道，导致除尘系统的压力损失增大，在除尘系统的电机和风机功率不变的情况，随着压力损失的越大，除尘系统的风量减小，最终导致整个除尘系统的除尘效率降低。1.5、打磨抛光区域内的电气设备和布线不满足粉尘防爆要求打磨抛光区域内的电机、风扇、照明灯具、控制电箱、接线箱、开关、布线等不符合粉尘防爆安全的要求。也有部分企业安装了防爆电气，但存在选型错误，爆炸性粉尘环境选用了爆炸性气体环境中使用的防爆电气，也有企业安装的粉尘防爆电气设备与其使用环境不匹配，存在选型过低等问题。建筑物防火防爆设计2.1、打磨抛光车间布局设计金属制品企业打磨抛光工艺存在粉尘爆炸的危险，根据GB-《粉尘防爆安全规程》的规定：“存在粉尘爆炸危险的工艺、设备宜设置在露天场所；如厂房内有粉尘爆炸危险的工艺设备，宜设置在建筑物内较高的位置，并靠近外墙。”因打磨抛光工艺只能布置在室内，对于打磨抛光与其他生产工序共用一个厂房的，且厂房为单层轻质屋顶或多层框架结构，打磨抛光区域应在厂房内靠外墙设置，并与其它区域用实体墙隔离。且打磨抛光车间内不得设置仓库、办公室、休息室。根据GB-《建筑设计防火规范》第3.4.1条款“当火灾危险较大的生产部分占本层或本防火分区建筑面积的比例小于5%，且发生事故时不足以蔓延至其他部位或火灾危险性较大的部位采取了有效的防火措施，可按火灾危险性较小的部分确定”可知，打磨抛光为乙类火灾危险性，通常金属制品企业厂房为丁类或戊类火灾危险性，将打磨抛光区域控制单层厂房同一防火分区建筑面积的5%以内，且打磨抛光区域与其他生产区域采用隔离墙隔离，整个厂房的仍按丁类或戊类火灾危险性划分，厂房与周边厂房、宿舍、民用建筑、重要公共建筑的防火间距满足丁类或戊类厂房的要求就行。2.2、隔离墙隔离墙设计为耐火极限不低于3.00h非燃烧体的非承重防火墙，将打磨抛光车间应与其它加工方式的车间完全隔离，防火墙为通用普通黏土砖墙时，砖墙最小截面尺寸设计不小于mm。2.3、打磨抛光车间的泄爆设计金属制品企业厂房为单层结构时，可采用质量不超过60kg/m2轻质屋顶或轻质墙体作为泄压设施。金属制品企业厂房为多层框架结构时，可按照下式计算泄爆面积，当厂房的长径比大于3时，宜将建筑划分为长径比不大于3的多个计算段，各个计算段中的公共截面不得作为泄压面积：A=10CV2/3式中：A-泄压面积(m2)、V-厂房的容积(m3)、C-泄压比，可按照表1选取(m2/m3)2.4、安全出口打磨抛光车间的建筑面积不大于m2，且作业岗位人数不超过10人时，可设置1个安全出口。打磨抛光车间的建筑面积大于m2，或作业岗位人数超过10人，最多不能超过30人，超过30人的，应进行分隔，此时打磨抛光车间应当设有两个以上安全出口，其中至少有一个通向非爆炸危险区域，其安全出口的门应向爆炸危险性较小的区域侧开启。每个安全出口应设置乙级防火门。吸尘罩设计、除尘风管设计打磨抛光过程中所有产尘点均要装设侧吸式或下吸式吸尘排风罩捕集粉尘。在不影响生产工艺正常操作的情况下，吸尘罩尽可能靠近打磨抛光工艺的产尘处，并且应将吸尘罩口迎着打磨抛光产生的粉尘的方向设计。吸尘罩底部宜采用弧形、渐缩式灰斗，除尘分支管和吸风罩底部相切，不得有台阶，防止积尘，所有下吸式或侧吸式支管的入口需设置拦截钢丝网，防止异物吸入，每班需要清理、打扫，防止异物堵塞降低除尘效果。吸尘罩口的设计风速不小于1m/s。除尘系统的风管应当采用金属圆风管，管道厚度不小于1.5mm。除尘系统风量风速设计的原则是风管中不允许有粉尘沉降，风管内的悬浮粉尘浓度应小于爆炸下限的25％，设计风速应大于23m/s。在水平管道每间隔6m处，以及风管弯管夹角大于45°的部位，设置清灰检查口，风管非清理状态时清灰口应封闭，清灰检查口周边增设防尘胶条，盖板采用可弹开式压紧结构，一方面方便打开，另一方便起泄爆作用。为有效降低除尘系统的局部压损，各支风管和主风管连接必须采用顺气流流动方向，两中心线角度以30°为宜，不得大于45°。若支风管必须采用挠性的塑料管道与吸尘罩连接时，支风管长度不应超过3m，管道内壁应光滑无沟槽，塑料管道两侧需防静电跨接，跨接电阻不超过0.03Ω。除尘系统风网设计时，输送有燃烧或爆炸危险金属粉尘的风管不得穿过防火墙或有爆炸危险的车间隔墙，且不得穿过人员密集或可燃物较多的房间。除尘系统防爆金属制品企业打磨抛光工艺建议采用湿法除尘工艺，并优先采用机械化、自动化加工工艺和设备。湿法除尘可有效的预防粉尘爆炸，对于铝、镁粉尘遇水放出氢气或其它化学物质接触或受潮发生放热反应产生自燃危险的，在湿式除尘器内设置氢气浓度监测报警装置或氢气释放装置。常用于打磨抛光工艺除尘的湿式除尘器有填料喷淋塔、文丘里洗涤除尘器和储水式冲激除尘器。5.1、填料喷淋塔根据洗涤水与含尘气流相交的方式不同，可分为顺流和逆流填料喷淋塔除尘器见图1，在实际工程应用中多采用气液逆流填料喷淋塔除尘器。除尘器中填充不同型式的填料，洗涤喷淋水喷洒在填料表面，以覆盖在填料表面的液膜捕尘体捕集气体中的粉尘粒子，塔内过滤风速设计为1-2m/s。优点是设备结构简单，制造成本低，压损为每米高的填料阻力位-Pa，属于低能耗湿式除尘器，运行使用成本较低。缺点是设备，设备体积庞大，耗用水量大，只能捕集粒径5μm以上的粉尘，除尘效率低下，清理维护周期短，喷水装置易被抛光蜡和抛光布轮纤维堵塞，影响除尘效率。填料喷淋塔适用于粒径大于5μm的粉尘占多数的打磨抛光工艺的除尘。喷淋塔上设置水量、水位监测报警装置，当水量、水位低于设定值时在控制电箱上发出声、光报警信号。5.2、文丘里洗涤除尘器文丘里洗涤除尘器见图2，是一种高除尘效率的湿式除尘器，可用于净化含有微米和亚微米粉尘粒子。喷雾器喷出的水滴被含尘气流冲击使其进一步雾化成更细的水滴，在喉管中气液两相能够得到充分混合，粉尘粒子与水滴碰撞沉降的效率较高，并在扩充管中凝聚成更大含尘水滴，经过预处理后的气体进入除雾器中实现气液分离，达到除尘的目的，净化后的气体从除雾器顶部排出，含尘废水由除雾器锥形底部排至沉淀池。设备优点是，能捕集粒径0.1μm的粉尘，除尘效率高，耗用水量大。设备缺点是，压力损失大于Pa，属于高能耗湿式除尘器，运行成本高。能捕集粒径0.1μm的粉尘。文丘里洗涤除尘器适用于所有打磨抛光工艺的除尘。水泵出水口处需设置水量监测报警装置，沉降池需设置水压监测报警装置；当水量、水压低于设定值时在控制电箱上发出声、光报警信号。5.3、冲激式除尘器冲激式除尘器见图3，具有结构简单、装配紧凑、占地面积小、施工安装方便、净化效率高、允许入口含尘浓度高(g/m3)、允许风量波动范围大、净化具有一定黏性的粉尘不致堵塞以及用水量少等优点。缺点是叶片的制作要求精度高和安装必须保证水平，运行中水位必须严格控制，否则容易发生堵塞挡水板和带水，阻力较大(-Pa)，不适用粉尘含较多布轮纤维的金属抛光工艺。冲激式除尘器上设置最高和最低水位监测报警装置，当水位超过或低于设定值时在控制电箱上发出声、光报警信号。粉尘防爆电气设备金属制品打磨抛光产出的粉尘以金属粉尘为主，粉尘为导电性粉尘，爆炸性粉尘环境用电气设备分类为ⅢC。根据GB-《爆炸危险环境电力装置设计规范》爆炸危险区域划分的规定，爆炸危险区域应根据爆炸性粉尘环境出现的频繁程度和持续时间来划分，打磨抛光车间宜划分为22区爆炸危险场所。抛光车间的打磨抛光电机、开关、风扇、主电箱、灯具可选用ExtDA22T4IP6X或ExtDB22T4的粉尘防爆电气设备。打磨抛光车间的所有布线，应采用铠装电缆或采用低压流体输送用的镀锌焊接钢管布线。抛光车间的除尘系统、金属设备，以及金属管道、支架、构件、部件等应采取防静电的措施，电气设备应进行保护接地，除尘系统的风管不得作为电气设备的接地导体。总结企业负责人和管理人员首先要意识到粉尘爆炸的危害性，并理解和掌握发生粉尘爆炸必须具备的五个要素。预防粉尘爆炸的安全技术原理就是从破坏粉尘爆炸的五个要素开始，加强打磨抛光车间地面、设备表面、吸尘罩、管道内部和除尘器内部的粉尘是预防和降低粉尘爆炸事故危害的最有效和成本最低的措施。对于已经按照粉尘防爆相关的法律法规标准规范整改的金属制品打磨抛光企业，应加强除尘系统和相关安全设备设施的定期维护保养，确保设备安全稳定运行。来源：广东省安全生产技术中心免责声明：本

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