行業(yè)指南：如何防止可燃粉塵的危害

　　在發(fā)電或燃料生產(chǎn)過程中處理生物質(zhì)時遇到的一個重要問題是：材料中經(jīng)常存在著大量的可燃性粉塵?？扇挤蹓m帶來的挑戰(zhàn)不僅存在于生物質(zhì)能源設(shè)施中，也存在于谷物升降機(jī)、面粉廠和許多從植物中產(chǎn)生或釋放粉塵的其他過程中。多年來，在所有這些類型的生產(chǎn)活動中，火災(zāi)和粉塵爆炸的頻率都有所降低，但并未完全消除。通過減輕生物質(zhì)材料加工過程中固有的許多危險，我們可以做更多的工作來減少財產(chǎn)損失和對人員的潛在危險。

　　2013年4月，Koda Energy位于明尼蘇達(dá)州Shakopee的23.4MW生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)工廠發(fā)生火災(zāi)和爆炸，導(dǎo)致燃料接收和儲存系統(tǒng)嚴(yán)重受損。我們非常幸運(yùn)，沒有人受傷。我們對事故原因進(jìn)行了詳盡的調(diào)查，在此期間，我們需要非常密切地關(guān)注與空氣粉塵產(chǎn)生和減輕其危害相關(guān)的所有燃料處理和操作細(xì)節(jié)。最終，決定對燃料接收和存儲系統(tǒng)進(jìn)行全面的重新設(shè)計，在新設(shè)計中加入了新的系統(tǒng)和策略來提高安全性和耐久性。

　　發(fā)生粉塵爆炸需要五個元素——燃料、氧氣、可燃?xì)怏w(懸浮粉塵或蒸汽)、火源和容器。我們把重點(diǎn)放在：盡可能多地在新系統(tǒng)的每個部分排除這些危險因素。自從2014年1月新系統(tǒng)上線以來，我們沒有再發(fā)生任何事故。我們在新設(shè)計中加入的一些元素如下，可以供其他項(xiàng)目設(shè)施參考。

　　消除/限制潛在的火源。

　　•點(diǎn)火控制程序，包括無煙區(qū)和任何可燃物存放或處理的標(biāo)識，熱作業(yè)許可系統(tǒng)，識別何時何地切割、研磨和焊接是安全的。

　　•設(shè)備必須接地，每件設(shè)備之間都要有接地帶，防止靜電積聚和排放，以免點(diǎn)燃燃料或粉塵。

　　•至少要使用II類電機(jī)。在Koda能源公司的燃料系統(tǒng)中，只要存在可燃粉塵，我們就使用這類電機(jī)。

　　•防止系統(tǒng)有暴露于外部的危害（如熱負(fù)荷）過程。

　　•防止旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的過度摩擦發(fā)熱(軸承溫度監(jiān)測可以提醒您處于危險狀態(tài))。在我們的工廠，我們加大了螺旋輸送機(jī)和拖動輸送機(jī)的尺寸，因此它們運(yùn)行速度更慢，產(chǎn)生過多摩擦發(fā)熱的可能性更小。這將增加一點(diǎn)成本，但會增加額外的容量(設(shè)備將不需要運(yùn)行得那么辛苦)。

　　防止可燃?xì)怏w的形成。

　　•為了限制粉塵顆粒的分離，減少物料自由下落的距離。在我們的系統(tǒng)中，我們縮短了燃料不受控制的垂直下落高度。如果粉塵沒有在空氣中傳播，就不會燃燒。從拖車后部開始的落差約為3英尺，有些地方配有可伸縮的滑道，還集成了粉塵收集功能。設(shè)備之間的垂直滑槽過渡保持較短。

　　•在空氣中清除粉塵。Koda能源安裝了廣泛的集塵系統(tǒng)，每分鐘，我們的燃料接收艙將有60,000立方英尺的新鮮空氣從重力百葉窗進(jìn)入空間，這是因?yàn)閺慕ㄖ镏腥コ朔蹓m，并在每個可伸縮滑道上以及集塵室的底部進(jìn)行了集塵。

集塵系統(tǒng)

　　•有文件記錄的內(nèi)務(wù)管理計劃將使您保持在正確的軌道上，以使?jié)撛诘目諝鈶腋m埃層厚到足以掩蓋基材材料的顏色時，將其降到最低。過量的粉塵會被吹到空氣中，導(dǎo)致二次爆燃。限制系統(tǒng)中水平面的數(shù)量，防止過多的粉塵層堆積在壁架和設(shè)備上。

　　允許壓力釋放，以防止密閉。在粉塵爆燃中，膨脹的氣體會導(dǎo)致筒倉或建筑物爆裂或爆炸，并產(chǎn)生飛濺的爆炸碎片。這種壓力需要安全的被釋放。

　　•壓力釋放板/爆燃通風(fēng)裝置的安裝方式不應(yīng)將爆炸指向其他建筑物或含有可燃粉塵的區(qū)域，而應(yīng)指向無人的區(qū)域。這些面板應(yīng)該牢牢地固定在結(jié)構(gòu)上，這樣它們自己就不會變成飛濺物。

燃料箱上的爆燃孔

　　•無論是水箱、筒倉還是建筑，都可以在外殼中設(shè)計一個弱點(diǎn)，使其在保持主體結(jié)構(gòu)完整的情況下首先破裂。一些筒倉設(shè)計有一個屋頂，可以釋放壓力，這樣筒倉的其余部分在發(fā)生爆燃時不會受到傷害。

　　•阻火器可以與爆燃板一起安裝，以便在爆燃板打開時不會釋放明火。

吸塵器上的爆燃孔

　　•Koda能源在幾個新料倉中采用了敞開式設(shè)計，以免承受壓力?？梢杂^察到的系統(tǒng)越多，潛在的隱患就越少。

　　如果這三種元素可以被消除(火源、可燃?xì)怏w和壓力容器)，那么這個系統(tǒng)已經(jīng)不太可能發(fā)生事故了。但是，當(dāng)不可預(yù)見的事情發(fā)生，導(dǎo)致火災(zāi)或爆燃的事件突發(fā)時，該怎么辦呢？在可能的情況下，應(yīng)防止它的蔓延或引起連鎖反應(yīng)。還可以部署一些其他措施來控制這些情況。

　　火花和火災(zāi)探測和攔截系統(tǒng)。

　　•在粉塵通過管道傳播的地區(qū)——可能是在粉塵收集或運(yùn)輸系統(tǒng)中——你可以利用探測器“看到”余燼，并使用噴霧系統(tǒng)在運(yùn)輸過程中熄滅余燼。我們在所有的除塵管道中都使用了GreCon探測器，并配備了用于產(chǎn)生水霧的滅火噴嘴。這些都是相當(dāng)有效的，特別是下游的粉碎機(jī)。所利用的水量足以在不堵塞我們的系統(tǒng)的情況下把余燼撲滅。

　　•在過渡區(qū)域，燃料從一個點(diǎn)下降到下一個點(diǎn)，但移動速度沒有那么快，Koda能源也使用火花檢測。這些探測器已經(jīng)被連接到我們的過程控制程序中，以自動關(guān)閉設(shè)備并向我們的操作人員發(fā)出警報。這將阻止燃料移動和蔓延的火災(zāi)，為滅火爭取了時間。根據(jù)現(xiàn)場要求，滅火可以設(shè)置為自動，也可以通過遠(yuǎn)程和本地激活來啟動。

火花探測區(qū)

　　•Koda能源還安裝了用于給料、儲存和計量箱的探測器，以及用于滅火的淋水噴嘴。當(dāng)使用有粉塵的燃料時，操作人員應(yīng)該小心，不要用高壓水流直接撞擊燃料堆，以免粉塵翻滾到空氣中，造成可燃的環(huán)境。溫和的用水方法是冷卻和浸泡，而不是噴淋。

　　•氣體監(jiān)測可用于測量一氧化碳等可燃?xì)怏w。在Koda能源公司，一旦警報被觸發(fā)，我們就會使用手持設(shè)備。但如果需要，在預(yù)算允許的情況下，也可以安裝主動氣體監(jiān)控系統(tǒng)。

　　•在我們的工廠，我們使用固定式和手持式熱成像攝像機(jī)來檢測箱子和設(shè)備中的熱信號，在這些地方，沒有任何視線可以看到可能發(fā)生的燃燒事件。這是一種很好的方式來監(jiān)控過程中的關(guān)鍵部分，而不會讓人受到傷害。

操作人員可以通過熱成像系統(tǒng)觀測

　　•如果料倉和燃料倉相對較小，可能會使用某種氧氣置換裝置來滅火，但Koda能源不會，因?yàn)楦鶕?jù)該工廠設(shè)備的大小和性質(zhì)，這是不切實(shí)際的。然而，在適當(dāng)?shù)那闆r下，蒸汽、二氧化碳或氮?dú)?ldquo;吸收”系統(tǒng)可以用來取代氧氣，創(chuàng)造出一種相對惰性的大氣環(huán)境，以達(dá)到滅火效果。

　　在燃燒事件中發(fā)生的連鎖反應(yīng)可以迅速地使火災(zāi)蔓延。這意味著會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它開始的地區(qū)，破壞整個設(shè)施的設(shè)備和建筑物。操作人員可以將一個系統(tǒng)或區(qū)域與另一個系統(tǒng)或區(qū)域隔離，以防止這種情況的發(fā)生。Koda能源公司在其系統(tǒng)中使用化學(xué)和機(jī)械隔離裝置，這取決于每種情況下的可能性。

　　•對于化學(xué)隔離，我們在非常大的粉塵管道中使用碳酸氫鈉加農(nóng)炮，在那里機(jī)械隔離反應(yīng)太慢，或者由于尺寸原因不可行。當(dāng)氣流被控制系統(tǒng)自動切斷時(我們的控制系統(tǒng)在爆燃口打開時啟動)，大量的碳酸氫鈉被霧化后泵入管道。碳酸氫鈉可以幫助滅火，加熱時產(chǎn)生水，提供蒸發(fā)冷卻效果。

　　•通過使用旋轉(zhuǎn)氣鎖、雙排閥、防回流閥等，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械隔離。在我們的系統(tǒng)的許多部分，無論是移動生物質(zhì)燃料或是粉塵，我們使用適當(dāng)設(shè)計的旋轉(zhuǎn)氣閘作為積極的隔離裝置。

　　以上策略并非為防止Koda能源再次發(fā)生事件而考慮的詳盡列表，并且這些策略并不意味著已經(jīng)包羅萬象。為了保護(hù)資產(chǎn)和人員，操作員應(yīng)該使用適合他們情況的工具——作為一個工廠經(jīng)理，這些是我個人在設(shè)計最小化風(fēng)險的系統(tǒng)時需要考慮的選項(xiàng)。NFPA、FM全球標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)?shù)叵缊?zhí)法官、州電氣法規(guī)和保險公司在做這些決定時都是很好的指導(dǎo)和信息來源。

　　設(shè)計前端系統(tǒng)以減輕對災(zāi)難性損失的恐懼可能是一個繁瑣且昂貴的過程，但是，更可取的是在事故發(fā)生后總結(jié)出的無比寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

　　這篇文章僅基于個人觀點(diǎn)。作者及其雇主對他人的安裝不承擔(dān)任何責(zé)任。

　　作者：Koda能源有限責(zé)任公司總裁 斯泰西·庫克

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