有效预防粉尘爆炸的危险

作者:本文由奥本系统公司提供。 文章来源:《流程工业》 点击数:88 发布时间:2015-10-29

工业生产、交通运输和农业生产活动中会产生大量的可燃性悬浮颗粒物——通常我们称之为空间粉尘。随着大生产机械化程度的提高,粉体产品的增多,加工深度的增大,特别是粉体生产、干燥、运输、储存等工艺的连续化使得粉尘爆炸事故在全球范围内日趋频发。基于微电荷感应颗粒物在线监测技术的发展,奥本系统公司使有效监测粉尘爆炸预警系统成为可能,从而保障工厂生产安全。

通常开放空间中的粉尘主要来源于工业或农副产品的加工生产车间、流化床和储存运输过程中。从职业健康的角度出发,高浓度粉尘作业区内工人的健康与粉尘有着很大的关系,如:尘肺病和血铅等。从生产安全的角度出发,高浓度的粉尘在污染作业环境的同时将加速机械部件的磨损,影响机器设备的寿命,如落入电气设备内的粉尘,有可能破坏绝缘导致生产事故的发生。以现代化生产厂房的设计要求,无论厂房空间大小,有效的通风及集成尘设备是必须的装置,但由于扬尘点上的粉尘难免有时由于加工工艺的变化,无法有效及时地排出,导致空间粉尘浓度存在瞬时达到道爆炸极限值产生粉尘爆炸的危险。

粉尘爆炸机理

悬浮于空气中的可燃性粉尘达到燃烧爆炸的浓度范围时,遇到足够热量或温度的火源,随即氧化燃烧放出大量的热,引起气体压力的突增和无法控制的膨胀效应,产生第一次爆炸,这次爆炸是在相对封闭状态的容器中如机器内部或房间内进行的。如果粉尘燃烧时产生的高压气体在密闭体的薄弱部位卸压排出,火焰将以高达1 000 m/s的超音速传播扩散,压力可增至700 KPa。强大的冲击波会将积聚在各种表面的降尘再次扬起,造成破坏力更强的二次爆炸并发生连锁反应。

图1微电荷颗粒物感应技术的基本原理

粉尘爆炸的过程

一般认为,粉尘爆炸经过以下发展过程:粉尘粒子表面通过热传导和热辐射,从点燃源获得能量,由于粉尘表面积大,与空气接触充分,故表面温度急剧升高,达到粉尘粒子的蒸发或加速分解温度,形成粉尘蒸气或分解气体。这种蒸气或气体与空气混合后能引起点火(气相点火),这是一种情况。

另一种情况是粉尘粒子获得热能后,本身从表面一直到内部,都相继发生熔融和气化,迸发出炽热微小质粒或火花,成为周围未燃烧粉尘的点火源,从而扩大了燃烧范围,并可能发展成爆炸。

因此在粉体工程安全生产中,在线式粉尘浓度仪的使用十分必要。如粉尘浓度计能及时有效就粉尘浓度近爆炸极限下线报警,无疑为工厂的安全提供了保障。

微电荷颗粒物感应技术的基本原理

携带颗粒物的气流中,当颗粒物与探头碰撞时,颗粒物和探头之间会发生电荷传递(即摩擦起电);由于气流中的颗粒物自身带有一定的静电荷,当微粒流经探头附近时,探头上也会产生感应电荷(即静电感应)。

在探头上形成的原始信号是所有在探头附近随机分布的颗粒所产生的感应电流信号与所有与探头随机碰撞的颗粒所产生的撞击电流信号的总和,微电荷颗粒物感应测量仪器便是通过对上述电流信号进行监测、处理和分析,从而得出颗粒物的流量和浓度。

微电荷颗粒物监测仪

奥本公司的Tribo.DSP 系列颗粒物监测仪是基于微电荷感应原理的颗粒物监测仪,它全面采用先进的数字信号处理(DSP)技术,具有多种自检和自动校准功能;其专有核心技术是首个综合利用了直流和交流信号的微电荷颗粒物感应数字信号处理算法,具有优异的准确性、稳定性和可重复性。Tribo.DSP独特的数字信号过滤器设计,可有效地去除各种电磁干扰,使仪器在严酷的工况条件下保持性能稳定;其连续自动零基线跟踪与偏差消除功能,使电路达到零偏差、零漂移而无须定期进行手工零点检查;其自动连续探头污染、故障检测、量程跨度检测和自我标定的功能符合美国试验与材料学会(ASTM)标准。

在线监测系统

奥本以高灵敏度粉尘浓度传感器为基础,结合多年粉体监测行业丰富经验,通过粉尘浓度传感器、光缆传输、声光报警、通风联动、消防联动、工业CPU和LCD显示系统,可完整地为客户提供本地声光报警、数据记录及显示和报表及分析等粉体监测预警系统所需的功能。

图2 整体监测系统图

其中检测精度高、反应灵敏且抗干扰能力强的颗粒物浓度传感器系统是整个监测系统的基石;信号传输系统需要达到在有震动、温度高和强磁场范围的环境里保证信号的真实性;自动控制系统主要由PLC和模块组成,进行数据采集和信号转换;上位机系统通过软件对采集的数据进行分析处理,并以趋势图和柱状图等方式进行显示和数据记录;LCD系统将对处理后的数据进行工厂内部实时显示,提供友好的人机对话界面。

设备选型及安装

由于开放空间的颗粒物相对流动性差,运动方向无规律(布朗运动),采用普通的光学设备进行粉尘浓度在线检测时光的反射能量不够,造成测量结果不及时准确。

奥本系统首创以空气动力学为基础的开放空间颗粒物浓度监测系统——涡轮文丘里传感系统,前端以文丘里的喉管处通入高压气流让颗粒物在文丘里管内产生特定流速,通过传感器部分,并进行电荷转移,从而检测粉尘浓度。

在过去的30年中, 奥本技术人员通过对大量的粉尘爆炸案例的分析和研究,积累了丰富的现场应用经验,使得开放空间颗粒物的准确及时测量得到了保证。

由于设备主要用于预防粉尘爆炸,故电气部分只能采用24 V电压供电,电源和传感器分离的安装方式。设备可以采用一体式或者分体式的Tribo.3400和带显示功能的Tribo.3600。

监测安装点需根据厂房操作空间布局及扬尘点位置来确定,通常每个探头的有效监测范围为文丘里传感器气流前端3 m内的锥形空间,具体安装数量需要根据厂房的图纸来选配。

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