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粉尘防爆技术讲座 2012年3月2,2,Explosion Prevention & Protection Technology （爆炸预防与保护技术）: - Venting（泄放） - Suppression（抑制） - Isolation（隔离） - Flameless Venting（无焰泄放） - Testing（测试） - Risk Analysis（风险分析）,美国化学品安全和风险调查委员会对发生的 事故进行研究发现 在过去25年间， 美国工业上发生了281起粉尘火灾和爆炸！ 导致119人死亡和超过718人受伤！,美国工业粉尘火灾和爆炸的统计,China Dust Explosion Cases in 2010,Summary. Aluminum Dust 8 cases Wood Dust 3 cases Food Cornstarch / additives / Plastics / Rubber / Pharmaceutical / Silicon / Coal 2 cases each! 21 recorded Dust explosion in China (in year 2010)! Resulting in 41 death, over 144 injuries!,Latest Actual Dust Explosion Incident in China! 最近发生的粉尘爆炸！ How do we prevent this accident from happening again! 我们怎么预防这些事件的发生?,QinHuangDao Corn Starch Factory Explosion 21 Killed, 47 Injured! 2010年2月24日秦皇岛市淀粉-粉尘爆炸,May 20, 2011, 3 Killed, 16 Injured at Foxconn ChengDu factory this year!,最近发生的粉尘爆炸！ 我们怎么预防这些事件的发生?,2010年2月24日秦皇岛市淀粉-粉尘爆炸,欧洲发生的港口爆炸事件,爆炸发生后的现场图片,There is a “Unsafe design”: Fan in dust stream Dusty plant,爆炸发生的原因,爆炸发生的起因,二次爆炸的发生!,Complete Solution to Protect Dust Collector 保护粉尘收集器的全面的解决方案,预防、保护和隔离技术在粉尘过滤器上的应用,Cannon发射筒,Sensor传感器,Isolation Cannon 隔离阀,Intrinsically Safe Power Side 固有的安全电源旁,Elimination of any Source of Ignition from Upstream Process by Spark Detection & Extinguishing Systems Prevention Method 通过火星探测和灭火系统消除上游工艺的任何火源,Full Suppression & Chemical Isolation. Protection Method 完整的抑爆和化学隔离保护措施,1-Dust粉尘,2- Confinement 空间,3- Ignition 火源,4-Oxygen氧气,5- Suspension:,The Explosion Pentagon 爆炸五角形,18,危险性物料,Grains谷物 Plastics塑料 Pesticides杀虫剂 Inks, Dyes and Toners墨水、染料、墨粉 Pharmaceuticals医药品 Carbonaceous Dusts碳粉,Aerosols喷雾剂 Vapor recovery蒸汽回收 Wood木屑 Starches淀粉 Sugars食糖 Milk Powder奶粉,灰尘、粉末、颗粒、谷物、气体、蒸汽或气雾,Concentration 浓度 15 gm/m3,Moisture Content 湿度 50%,Particle Size 颗粒尺寸 420 microns微米 (or equivalent或等于),For Dusts（对于灰尘）:,e.g. Milk Powder 60gm/m3 is a concern 比如奶粉大于60gm/m3就应关注了,19,Dust Explosibility Data粉尘可爆炸性参数,What data is required?需要什么参数？ Kst and Pmax are fundamental to the understanding of all applications. Kst 和 Pmax are是非常重要的参数来理解所有的应用.,Time,Strong Deflagration强爆燃,Rate of Pressure Rise dP/dT,dP,dT,Weak Deflagration弱爆燃,Pmax: maximum pressure of unvented deflagration test 在测试时，密闭容器中爆燃所能达到的最大压力,Kst: factor related to rate of pressure rise dP/dt of unvented deflagration test 在爆燃测试中，密闭容器里面压力升高率。,20,Evaluating the Hazard（危险评估）,Material （物料）,Mass Median,Diameter（尺寸）,(Microns，微米),Kst (bar- m/s),Pmax (bar ga),Wood Flour,29,205,10.5,Sugar,30,138,8.5,Bituminous Coal,24,129,9.2,Corn Starch,7,202,10.3,PVC,60,98,8.3,Data Used for Suppression, Venting, Isolation and Containment design.,Typical Material Explosibility Data（典型物料的爆炸性参数）,（烟煤）,21,Starting Point - Evaluating The Hazard,Primary test device for determining explosion characteristics; Pmax Maximum Explosion Pressure Kst Explosibility Index (Dusts),20 liter Sphere ASTM standard test apparatus (ATEX standards 1m3 *),Explosibility Index Answering the question: How quickly does it generate pressure and what is the maximum pressure created?,* Requires a lot of dust for testing!,粉尘收集器,旋风分离器,存在粉尘爆炸危险的过程设备,Dryers干燥器,Silos筒仓,Mills磨粉机,Bins箱柜,链式提升机,25,评估风险-火源的例子,Impact sparks碰撞火花 - Non ferrous Materials 无含铁的物料,Static Discharges 静电放电,Friction 摩擦,Burning Embers燃烧余烬,Self Heating Layers自热层,预防和保护粉尘爆炸的方法,27,爆燃的三个组成包含“安全三要素” 预防策略的第一步要消除三要素中的一个或者多个组 成因素。当不能预防的时候，采取保护措施就是必需的了。,安全的三要素,Fuel Dispersion 燃料,Oxidant 氧化剂,Ignition 火源,28,过程设备的防爆选择措施 Prevention预防 Inert Atmosphere(内部空气惰性化) 用惰性气体如N2、C02等替代氧气 通常适用于筒仓，但对于旋风分离器、 干燥器、粉尘收集器等设备不适合）,爆炸的预防,29,Electrical Grounding（电接地） 必须符合当地规范 Proper Electrical Classification.-正确分类电 （通常有易燃粉尘的地方，要确保电气设备 具有与该环境相称的等级.）,爆炸的预防,30,House Keeping（保持工作间的整洁） 良好整洁的工作间； 保持工作区无粉尘是非常重要的； 防止粉尘的二次爆炸； 由于更大量的燃料的加入，二次爆 炸往往比初次爆炸要强很多；,爆炸的预防,31,Spark Detection & Extinguishing System （火花探测和熄灭系统） - 探测火花和燃烧物的存在； 在下游消除燃烧着的物料； - 允许继续操作； - 只需要最小限度的清洁；,爆炸的预防,32,Containment（遏制） -制造高强度的设备来承受Pmax (通常为12bar或则更高)） -结构上要遵循压力容器标准； -因为这样会造成成本过高，所以不是很实际；,爆炸的预防,33,Protection methods保护措施 Explosion Venting;爆炸泄放 Vents, Doors,Flameless Vents, Building Vents （防爆板、无焰阻火器、建筑用防爆板） Explosion Suppression爆炸抑制 Explosion Isolation Barriers;爆炸隔离 Pinch Valve涨缩阀 Knife gate Valve闸阀 Chemical Isolation化学隔离,爆炸保护装置,34,泄放要考虑的因素,Environment环境 Operating Conditions操作条件 Vessel Location容器的位置 Vessel Strength容器的强度 Interconnections;联接 Isolate ducting隔离的管道 Post Explosion Fires爆炸后火焰 Reaction Forces反作用力,Can the flameball be accepted? 允许火球？,35,Video showing explosion vent under test,36,Vent explosion with High speed Camera,37,Video showing Flame Propagation after vented explosion,38,Explosion Relief Venting 防爆板,Explosion Vents防爆板 Low burst pressure低的设定压力 Wide range of sizes尺寸范围广 Stainless Steel 不锈钢 one piece clean type单片金属型 composite type复合结构型 high temp type高温型 Replace after use使用后更换 Low inertia / fast to open低的惯性，打开迅速 No fragmentation无碎片 Open Vent sensor option可选择爆开传感器 Sized in accordance with NFPA 68 or VDI 3673 or EN 14491:2006（尺寸确定遵循 NFPA68或者VDI 3673或者EN14491:2006）,39,将容器安装在室外：泄放到安全的地方！,40,通过墙壁泄放到外面,墙壁的另一面是什么？,41,通过屋顶泄放到外面,采取什么措施来保护免受雨水、冰雹和雪的影响？ 允许火球？,42,直接泄放到屋内！,. 不推荐！,43,Silo Protection with VSP Vents,44,泄放方式的优点和缺点,Pros（优点） 无管道时最低的成本选择； 安装容易； 不需要日常维护； Cons（缺点） 允许完全爆开； 清洁很重要； 需要保护隔离相联的设备； 不能接受产生火球； 在动作以后设备需要重修，除非使用很高的设计压力（Pred MAWP）,45,Flameless Vents 无焰泄放筒,当设备在室内和不能通过管道进行安全泄放或者不允许产生火球的情况设计,46,无焰泄放装置,Intercepts flame 截取火焰 Quenches flame & pressure wave 熄灭火焰和压力波 Retains flame, dust and pressure 留住火焰、粉尘和压力,47,用于建筑的爆炸泄放,用于建筑的防爆板 低的设定压力；在1030mbar的范围，符合建筑规范； 抗风和恶劣天气； 重量轻，迅速的开启； 半透明或者不透明涂饰剂，采用聚碳酸酯薄片材料； 无破碎； 无日常维护的需要，相对于带锁型装置需要更少的检查；,View from inlet /indoor side（从内测或者屋内看）,Dynamic Testing of Building Vents（建筑用防爆板的动态实验）,48,爆炸保护装置,Suppression 抑制 早期探测 快速喷射碳酸氢钠吸热剂进行灭火；,允许在低压过程设备中遏制粉尘爆炸风险，可以在清洗以后快速恢复生产,49,抑爆理论,Pressure,Flame Radius,Rf,Time 时间,目的是: 探测到燃料爆燃的最初阶段； 2. 快速启动火焰抑制系统； 3. 阻止完全爆炸压力的发展；,Rf,Pressure Wave压力波,Fuel / Air 燃料/空气,Pressure wave moves faster than flame front in a deflagration. （在爆燃过程中压力波要比火球传播得快很多）,50,抑制系统如何保护你的设备,Time 时间,Pressure 压力,Pmax,Ps,Pred,Ignition点火,Suppression抑制,Unsuppressed不抑制,Suppressed抑制,Detection察觉,Pmax typically over 100 psi（Pmax通常高于100psi）,Pred typically less than 3 psi (Pred通常低于3psi),通过减小爆炸的影响，余压将低于过程设备的安全水平,51,IPD System applied to Dust Collector （应用于粉尘收集器的IPD系统）,Cannon灭火筒,Sensor传感器,Isolation Cannon,Intrinsically Safe Power Side故固有的安全电源侧,Power Supply 电源,Monitor监视器,Suppression抑制,事件的进程; 探测到爆炸 启动发射筒 3. 把灭火剂喷进容器 4.抑制爆炸和隔离燃烧的物料 5.设备停车,52,安装的发射筒和压力传感器: IPD发射筒可以按任意方向安装,53,爆炸保护,Isolation隔离 防止火焰通过管道传播 -Mechanical Methods机械措施 Fast acting Knife gate valve.快速刀阀 Pinch Valve收缩阀 Rotary valve 回转阀 Screw conveyors.螺旋输送机 -Chemical Methods.化学措施 抑制灭火技术,54,IPD System applied to Dust Collector （应用于IPD系统的粉尘收集器 ）,Power Supply,Monitor,带有抑制系统的化学隔离,Chemical Isolation （化学隔离）. 1. 探测到爆炸 2. 启动发射筒 3. 把灭火剂喷进容器 4. 抑制爆炸和隔离燃烧物料,旋风分离器上的应用,隔离管道进出口,设备抑制,过滤器,出口物料过滤器,螺旋输送机的隔离,化学隔离和抑爆,Chemical Isolation Prevents Spread of Burning Material Through Ducting,Suppression Protects Process Equipment,干燥原料厂房的典型设备,储存和研磨 斗式提升机 磨碎机 筒仓 粉尘收集器 旋风分离器 过滤器 风力输送系统,Material Handling and Air Pollution Control,典型的物理处理系统,Elevate Raw Material,Grind and Sift,Sort and Store,Process to End Condition: Mill, Blend, Hydrogenation, and other processes,典型的面粉加工布置图,斗式提升机的保护:室内设备 抑爆方案,1.顶部和底部抑爆； 2.支架上部和下部隔离； 3.进口和出口的化学隔离；,为了防止爆炸传播到其他设备， 连接管道必须隔离,顶部保护,底部保护,糖厂斗式提升机的抑爆,65,China ABS Dryer Protection Project 1,66,China ABS Dryer Protection Project 1,Sensor Electronics remotely Installed on inlet of Dryer Due To High Process Temp,Inlet isolation Cannon with Heat Isolation Assy,Spark Detector Sensor with Fiber Optic connection,Inlet isolation Cannon with Heat Isolation Assy,INLET Side of Dryer,67,Installed Pictures taken from site during commissioning Project 1.,Outlet isolation Cannons For Dryer,Inlet Isolation Cannon for DC,Outlet Side of Dryer,典型的奶粉生产工艺 干燥器，震动流化床，分离器等应考虑爆炸保护,69,典型的奶粉生产工艺 干燥器，震动流化床，分离器等应考虑爆炸保护,斗式提升机: 爆炸风险举例,Dust Collection System,Hammer Mill: Heating Effect = Ignition Risk,Feed Chute,粉尘收集系统: 排放到室外例子,Grain and Food Industry Often inside Dry Environment Pest Control When Outside Isolate inlet (Aaron) Isolate Recirc. Lines Note that the Air is re-circulated back into the building!,旋风分离器抑爆系统应用,旋风分离器上抑爆和化学隔离保护！ Chemical Isolation is also referred to as blocking = prevention of flame propagation.,粉尘收集器的保护,Murphy-Rodgers Oneida Rees-Memphis Scientific Dust Collectors Stiles Machinery Wheelabrator,Air Handling Systems Donaldson Torit DISA Systems Dustex Farr Kice Mikropul,Proper Explosion Protection is the responsibility of the owner / operator of the equipment. This is who has, or can find, the complete application information for risk assessment.,75,多种保护方案组合应用,Venting & Chemical Isolation 泄放和化学隔离 Venting & Mechanical Isolation 泄放和机械隔离 Flameless Venting & Chemical Isolation 无焰泄放和化学隔离 Flameless Venting & Mechanical Isolation 无焰泄放和机械隔离 Containment & Mechanical Isolation 遏制和机械隔离,Codes & Standards （美国相关法规和标准）,77,标准和原则-预防和保护系统,NFPA 68 Standard for Venting Deflagrations（NFPA 68 爆燃泄放的指导） NFPA 69 Standard on Explosion Prevention Systems（NFPA 69 有关爆炸保护系统的标准） Oxidant Reduction（减少氧化剂） Fuel concentration reduction（减少燃料浓度） Suppression（抑制） Isolation（隔离） Pressure Containment（压力遏制）,78,NFPA 654:2006 粉尘处理系统的防护要求,NFPA 654 Standard for the prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing, Processing, and Handling of Combustible Particulate Solids.（关于制造、加工、处理易燃颗粒过程中火灾和粉尘爆炸之保护措施的标准） Introduces strong focus on isolation of ducting（集中介绍了管道隔离问题） Included as a reference in the 2006 International Fire Codes（在2006版国际防火法规中作为一个参考） May be adopted by US OSHA as basic protection requirement（可能被美国OSHA采纳并作为基本的保护要求）,79,NFPA 654 的隔离要求,“Where an Explosion Hazard Exists, Isolation Devices Shall be Provided”-“当有爆炸危险的存在，应当提供隔离设备”,80,Isolation（隔离）: 防止爆炸火球的传播,Propagation (