如何降低粉尘爆炸的风险--采取有效的安全防护措施保证生产安全

作者:Sabine Mühlenkamp 文章来源:PROCESS德文版 发布时间:2012-12-04

有时候一个很小的火花就可能会带来一场巨大的灾难。即使是最小的粉尘爆炸,也可能在压力波的作用下引起一连串的爆炸。请仔细阅读本文,您会知道采取什么样的措施和方法来降低这种风险。

粉尘可以引起设备的爆炸,甚至会对车间和建筑物造成损害。因此,散装物料生产企业必须绝对仔细、周密地考虑好松散物料的保存和加工工艺。Bartec公司Atex技术服务专家Joachim Karthe先生指出:“在向容器和料仓中充填、排空松散物料,运输物料,或对这些松散物料进行继续加工时存在很大的风险。在对松散物料进行加热烘干,甚至在有可燃气体和挥发气体存在时,了解松散物料状况将会变得非常困难,但是了解松散物料的状态非常重要。”因为很多操作过程都可能导致有粉尘存在的环境发生爆炸,例如输送、粉碎、仓储、加热、干燥、磨削、切割以及燃烧和焊接。Karthe先生强调,注意避免火源,例如高热度的表面、静电、机械加工产生的火花、烟雾设备和电气设备等。

粉尘爆炸的成因

粉尘引起爆炸需要满足3个条件,首先有粒度小于0.5mm的可燃粉尘颗粒云。可燃粉尘颗粒云的浓度在混合气爆炸界限下限(UEG)和上限(OEG)之间,例如,许多食品原材料的混合气爆炸下限在30~60g/m3之间,上限在2~6kg/m3之间。其次,空气中的氧浓度足够。最后要有合适的火源,例如从插座中拔出插头时产生的小电火花或者温度很高的物体表面。

“当松散物料具有导电性时,发生爆炸的风险更大。”Pepperl+Fuchs公司的Andreas Hennecke先生补充说道。具有导电性的粉尘可以引起电路短路,从而产生高温或者产生引起易燃易爆的火花。“自保护这种防爆方式是最好的安全保护性能,它即可以防止产生高温,也能够阻止火花的产生。”Hennecke先生说。

致命的错误评估

由粉尘-空气混合气引起的爆炸往往是从不知道这种危险开始的。“流程设备运营商犯这种错误常常是从专业安全员的错误开始的,这些安全员对潜在危险进行了错误的评估。” Karthe先生强调指出。其他错误或者不足还包括这些安全员缺少生产和处理原材料、粉尘和松散物料的经验,手头上没有这些物质的防爆数据。一般来讲,在进行潜在风险评估时,评估企业应有相关原材料的特性数据等资料,避免应用错误。Karthe先生说:“然后才是实施企业正确的管理措施和组织措施。”

而最简单、最安全的方法就是避免易燃易爆粉尘环境的出现。可以使用流程工艺过程中最适合的现代化吸尘和过滤设备。“越来越密集的仪器设备技术使得流程设备工作环境中的粉尘越来越少。”Karthe先生说。为了能够更好地在流程工艺设备中降低粉尘爆炸的风险,企业越来越多地使用了对混合气爆炸下限进行监控的检测仪器。当然也包括使用那些目前非常有效的安全防爆措施,例如:防爆原理/保护类型的应用,采用防爆结构设计等。

Achema展会上的新品

在Achema展会期间,Bartec公司展示了远程I/O系统Antares Plus。这种系统可以在不同的现场总线中使用,并与多种不同的流程设备控制系统连接。这一系统获得了Atex和IECEx安全防护技术标准的认证,可以直接在易燃易爆危险场合Zone 1+2或者Zone 21+22等环境中使用。借助于智能化的认证方案,首次实现了灵活的体系认证。流程设备的生产制造商现在可以自由规划和设计自己的系统,按照常规安装工艺技术要求把工作在易燃易爆危险环境中的仪器设备安装在符合机械保护标准的外壳中。易燃易爆安全防护的标牌也包括在生产厂商的供货范围之内。一个RCU通道控制器最多可以控制高达32个通道的I/O模块。RCU通道控制器是Antares Plus系统与主机通信、以太网交换机、电源管理和输入输出数据管理的核心部件。在完全冗余的Profibus现场总线和以太网现场总线等多种多样开放式通信协议的帮助下,系统集成变得越来越简单。标准化的现场总线系统可以直接与仪器设备连接,不需要使用易燃易爆防护元器件(如隔离器)。这一系统是热插拔的系统:可以在系统带电运行的情况下直接更换模块。

动态电弧识别终端技术的应用

动态电弧识别终端(Dart)技术的出现使现场总线出现了根本性的结构变化。具有动态电弧识别终端系统突破了现场总线本安型(FISCO)电源或者实体现场总线的限制,可以在连续生产的过程中进行操作,无需动火许可证、带负载分配的冗余供电装置、使用更长的电缆和更多的现场总线仪器设备,减少了电气柜中的占用空间。在正常工作时,具有动态电弧识别终端的供电电源提供的是额定电力,比正常工况下的自保安全型的电力高4倍。动态电弧识别供电系统和动态电弧保护装置中的传感器能够迅速识别出电气系统中出现的电火花,并在输出的能量达到安全界限之前切断电路。电路的切断和接通过程都能在导电电路中引起一个动态电弧识别事件。因此,在具有动态电弧识别的电路中电火花的形成被视为一种“正常”的工作方式。在短短的几微秒之后,Dart电源重新供电,保证现场总线仪器设备不间断工作和运行。动态电弧识别和切断装置始终是成对工作的,并以此来完成动态电弧识别的安全保障。“当粉尘具有导电性时,Dart动态电弧识别系统能使安全保护系统更加简单,省略了价格昂贵和结构复杂的安全保护装置。例如:控制阀、挡板控制装置,或者声学信号和光学信号装置等。”Hennecke先生说。用户需要的是能够提供相应解决方案的供应商。新的Dart动态电弧识别技术对于生产厂家和用户来说都是一件好事。Hennecke先生说:“由于所使用的元器件都通过了认证许可,独立的认证机构能够保证这些元器件在生产过程中功能的有效性。”对Dart动态电弧识别系统进行认证的机构是德国联邦物理技术研究所(PTB),该机构能够确保系统在实际生产中正常使用。在安全设计规范和注意事项中都写明了安全保障措施。在Achema展会上,Pepperl+Fuchs公司展示了其具有批量生产能力的Dart现场总线系统。“我们在通过安全认证的现场总线仪器设备中采用了Dart动态电弧识别技术。该系统无需很长的电缆和大量的现场总线仪器设备数量,给流程设备的规划设计者和运营商们提供了更大的自由空间。它首次实现了真正意义上的本质安全。同时,我们还在努力简化各个施工阶段,从规划设计直到变型,都是在有效的安全范围内;在易燃易爆危险场合Ex Zone 1中更换检测仪器设备的工作变得很简单。”Hennecke先生介绍说。

好的视野保障了安全生产

许多在粉尘飞扬的环境中工作的机械设备都需要电力驱动,例如粉碎机,混合机或者输送设备。在粉尘环境中使用的设备需要防尘的开关、电动机接线盒和插接连接件。这些场合中的照明装置也会对安全生产起着决定性的作用。只有在对安全有了足够的认识之后,才能识别到可能发生的危险,从而更好地避免事故。在这一领域中必须使用绝对安全可靠的防尘照明灯具。Ceag公司的防尘防爆照明设备和射灯能够保证充足的光线,并在断电的情况下保证应急灯的有效照明。坚固耐用的EV 35 LED应急灯使用了结合最现代化照明技术的LED节能模块,满足了在恶劣环境和易燃易爆危险场合中使用的要求。这种照明灯具获得了在有易燃易爆气体和粉尘爆炸环境中使用的许可证,满足了Atex易燃易爆安全防护技术规范94/9/EG标准的要求。生产厂家应按照IEC/EN 60079标准,生产防爆工作器具,使这些器具满足在Zone 1和Zone 2环境以及可燃防尘环境Zone 21和Zone 22中使用的要求。同时,较低的能源消耗和使用寿命很长的LED模块使得这一系列的照明产品对冲击、震动和抖动都不敏感。因此,EV 35 LED灯具是在恶劣环境中使用的理想灯具。

R. Stahl生产拥有28个LED发光二极管的6050系列新型挂灯可以在易燃易爆危险场合Zone 1、2、21和22中使用。这一LED照明灯的光通量达5700,光强度达10000cd,照射角为±60°。在使用了合适的反光罩之后,该照明灯可以在照射角±30°内实现20000cd的光强度,或者在±15°照射角内实现30000cd的光强度。所需的能源为75W(其中65W用于LED模块),这种照明灯具比相同功率的白炽灯更加高效。这种LED照明灯具有很长的使用寿命,在恶劣的工作环境中也可以长年无需更换。在通电后,LED不会出现闪烁,发出全部光强。

所希望的防尘防爆

德国联邦物理技术研究所(PTB)建所125周年。PTB研究所系统安全和本质安全部门防爆技术认证负责人以及IEC SC 31G委员会的主席Ulrich Johannsmeyer博士介绍了防尘防爆当前的情况。

PROCESS:Johannsmeyer博士,在工业生产过程中会经常出现粉尘爆炸吗?

Ulrich Johannsmeyer:粉尘爆炸通常被认为是人为事故,据报道,德国平均每天发生一起粉尘爆炸事故。

PROCESS:出现粉尘爆炸的主要原因是什么?

Ulrich Johannsmeyer:这里最重要的是正确选择与安全分类等级相适应的仪器设备,但是很多生产企业很难做到这点。另外,生产企业对粉尘环境中的静电火源的认识不足。

PROCESS:在粉尘爆炸安全防护中,流程设备运营商应满足那些要求?

Ulrich Johannsmeyer:设备供应商应全面贯彻落实企业安全生产技术规范。其中包括采用相应的防爆措施,例如:更新安全防爆检验记录,定期的反复核查等。

PROCESS:在过去几年里Power-i技术和Dart技术都有了长足的进步。这些技术对中小型设备生产企业有什么作用和意义?

Ulrich Johannsmeyer:PTB研究所和13家著名企业共同开发了这种适用于粉尘爆炸安全保护中本质安全的创新性解决方案。在中小型企业中,这些技术具有同样的作用,因为在粉尘环境中工作的电路只需满足IIB级环境使用要求,但这些技术能够使电路满足更高现场总线仪器设备的要求,并提供更高的功率。


 

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