安全检测与监控技术 课件 第4章生产性粉尘检测

第4章

生产性粉尘检测

粉尘危害分析01健康威胁长期吸入高浓度粉尘可引发尘肺病，截至2021年存活患者约45万人。02环境影响粉尘降低能见度，加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。03安全风险粉尘在密闭空间可能引发爆炸，造成重大人员伤亡。2005年黑龙江煤矿事故致171人死亡，暴露粉尘管理漏洞。煤矿爆炸事件2014年昆山铝粉尘爆炸致146人死亡，凸显工业安全短板。铝粉尘爆炸事故典型事故案例国家政策导向党的二十大明确将保障人民健康置于优先发展战略地位。报告核心要求01强调科技创新与绿色发展，推动工业高质量转型。发展路径规划02技术应用价值综合效益实现减少职业病与事故率，助力工业可持续发展。监测技术突破精准粉尘检测系统可为企业提供实时数据支撑。0102粉尘分散度的测定粉尘浓度的测定工作场所粉尘的釆集粉尘基础1234第4章

生产性粉尘检测粉尘可燃性和爆炸性的测定粉尘中游离二氧化硅含量的测定56粉尘基础01Part4.1粉尘基础矿物开采或材料加工中产生的微细固体集合体，粒径小于75μm。粉尘定义生产过程中产生，长时间悬浮于空气中的固体微粒，危害人类健康。生产性粉尘涵盖粉尘性质、浓度、粒度、游离二氧化硅含量及爆炸性，关注职业健康与生产安全。粉尘检测内容职业卫生安全检测关注作业场所生产性粉尘，环境监测侧重大气颗粒物。粉尘与颗粒物区别4.1.1粉尘的来源粉尘源于机械破碎、燃烧、加工、熔化及粉状物质。4.1粉尘基础根据粉尘的性质划分：依据粉尘性质分为无机、有机与混合性三类，涵盖矿物、金属、植物、动物及人工合成物质等基础类别。01无机粉尘构成包含矿物粉尘如石英石棉，金属粉尘如铜铁铅锌，以及水泥玻璃纤维等人工无机粉尘三大子类。02有机粉尘来源植物性粉尘含棉麻甘蔗，动物性粉尘含皮毛羽绒，人工有机粉尘涵盖合成纤维与有机农药等化合物。03混合粉尘特征两种及以上粉尘混合形成混合性粉尘，常见于工业生产环境，需重点关注其复合危害特性。4.1.2粉尘的种类4.1粉尘基础降尘为空气中自然降落的颗粒物，粒径大于30μm，依赖自身重力沉降，属于总悬浮颗粒物范畴。01降尘TSP指空气中粒径小于100μm的固态与液态颗粒总称，包含可吸入颗粒物、胸部颗粒物及呼吸性粉尘。02总悬浮颗粒物4.1粉尘基础PM10可进入人体呼吸道及肺泡，引发疾病，粒径范围为10μm以下，主要沉积于气管与支气管区域。可吸入颗粒物PM2.5可穿透肺泡屏障，直达呼吸性细支气管及肺泡结构，具有极高生物危害性，需重点防控。呼吸性粉尘能穿过咽喉的颗粒物称为胸部颗粒物，粒径在5~10μm，大部分沉降在气管和支气管区。胸部颗粒物4.1粉尘基础粉尘按物理状态分为固态（烟、粉尘）、液态（雾、雾尘）及固液混合态（烟尘，粒径＜1μm）。依成分、毒性、爆炸性分为煤尘、放射性及易爆粉尘等。根据粉尘的物理状态划分按照粉尘的成分、有无毒性及爆炸性划分4.1粉尘基础化学成分及其浓度分散度湿润性溶解度荷电性形状硬度爆炸性4.1.3粉尘的理化特性4.1粉尘基础损伤作用致纤维化作用0103金属及烟草粉尘致鼻咽喉炎症，引发角膜损伤与鼻黏膜溃疡。尘肺是长期吸入生产性无机粉尘所致的以肺组织纤维化为主的一类全身疾病的统称。02粉尘中含有铅、镉、锰、砷、铍等毒性元素，在呼吸道溶解被吸收，进入血液循环后，会引起全身中毒。中毒作用4.1粉尘基础4.1.4生产性粉尘的职业危害04炎症作用引起慢性支气管炎、肺真菌病，肺炭疽病等。05致癌作用放射性、石棉及金属粉尘可致肺癌及间皮瘤。06沉积作用吸入锡、锑等惰性金属粉尘致肺内沉积，引致炎症或哮喘。4.1粉尘基础工作场所粉尘的釆集02Part测尘点按国标结合产尘点设置，确保反映实际危害。测尘点和采样位置的确定01粉尘采样方法的类型及目的如下：（1）个体采样（2）定点采样（3）短时间采样（4）长时间采样粉尘釆样的类型02粉尘采样器按类型分为定点、个体及呼吸性采样器。粉尘采样器的类型034.2工作场所粉尘的釆集4.2.1粉尘采样点和采样类型1.滤料釆样夹粉尘采样需要滤膜(又称为滤料)作为阻留材料，滤膜质地柔软，需要滤料釆样夹支撑。2.纤维状滤料纤维状滤料由天然/合成纤维制成，含玻璃纤维等，通过阻截、碰撞及扩散沉降采集气溶胶。3.筛孔状滤料筛孔状滤料孔径均匀，多用于微孔滤膜等，应用较少。4.2工作场所粉尘的釆集4.2.2粉尘收集器4.2工作场所粉尘的釆集粉尘预分离器用于分级采集粉尘，别称可吸入粉尘切割器，安装于采样头前，按粒径分离，符合国标分离呼吸性与非呼吸性粉尘。粉尘预分离器功能依据现行国家标准，粉尘预分离器通过粒径分离技术，精准区分呼吸性粉尘与非呼吸性粉尘，确保采样数据科学有效。粉尘分离标准4.2.3粉尘预分离器4.2工作场所粉尘的釆集01如图所示为三级向心式切割器原理示意图02串联旋风切割器图4-5所示为三级向心式切割器原理示意图向心式切割器4.2工作场所粉尘的釆集01图4-5所示为三级向心式切割器原理示意图0304向心式切割器撞击式切割器水平淘洗式粉尘切割器粉尘浓度的测定03Part评估作业点卫生条件，分析粉尘特性，研究产尘情况，评估降尘效果。01粉尘浓度测定目的采用粉尘计数浓度（粒/cm³）和粉尘计重浓度（mg/m³）两种方式表示空气中粉尘含量。02粉尘浓度表示方法4.3粉尘浓度的测定4.3粉尘浓度的测定4.3.1滤膜重量法重量法为基本标准，通过滤膜增量与采气量计算单位体积空气中粉尘质量。粉尘浓度测定包括呼吸性粉尘采样器、过氯乙烯滤膜、分析天平、秒表等，确保分离性能与采集率达标。所需仪器遵循特定步骤，使用仪器测定粉尘质量浓度，以标准重量法为基准，保证结果可比性。操作过程基于空气动力学直径分离，采集50%直径5μm粉尘粒子，反映现场真实粉尘浓度。检测原理4.3粉尘浓度的测定4.3.1滤膜重量法空气中呼吸性粉尘浓度的计算如果是用一张滤膜一次连续釆集8h，时间加权平均浓度如果是分时段采样，在8小时时间内加权平均浓度4.3粉尘浓度的测定4.3.1滤膜重量法滤膜重量法测定粉尘浓度有4个关键性操作步骤：1)采样前必须用同样的未称重滤膜模拟采样，调节好采样流量，检查仪器密封性能。2)最低检出浓度为0.2mg/m³，采样前后，滤膜称量应使用同一台天平。每次称重前均应除去静电。采样后，滤膜上粉尘增重若小于0.1mg或大于5mg时，应重新采样。3)若现场空气中含有油雾，必须先用石油醚或航空汽油浸洗采样后的滤膜，除油、晾干后再称重。4)聚氯乙烯纤维滤膜为合成纤维制品，不耐高温，使用现场气温不能高于55℃，当现场温度高时，可用玻璃纤维滤膜。β射线吸收法检测原理β射线吸收法通过物质厚度影响射线强度衰减，与物质性质无关。4.3粉尘浓度的测定4.3.2β射线吸收法两束等强β射线穿透清洁与采尘滤带后，强度分别为N0和N，二者关系为式中，K为质量吸收系数，

为滤带单位面积粉尘质量。β射线吸收法原理4.3粉尘浓度的测定或

设滤带采尘部分的面积为S，采气体积为V，则空气中含尘浓度c

为

气样含尘浓度只决定于β射线穿过清洁滤带和采尘滤带后的两次计数的比值。光散射法测定原理光散射法通过颗粒体积与散射光强度关系，结合密度测定粉尘浓度。重量法与光散射法对比重量法测PM10浓度，光散射法用仪器测量值，含基底值。粉尘浓度计算公式K值测定方法R为电脉冲数，t为采样时间，B为基底值。K值测定需重量法与光散射法采样器同步使用，按公式计算得出。4.3粉尘浓度的测定4.3.3光散射法光波通过含尘气流时，部分被吸收转化为热能，部分散射偏离原方向，剩余光强遵循朗伯-比尔定律。光吸收法原理仅在800-15000mg/m³高浓度时准确，光学系统易污染需频繁维护，故煤矿井下使用较少。应用局限性4.3粉尘浓度的测定4.3.4光吸收法摩擦电法通过颗粒与电极摩擦生电，高灵敏度监测粉尘浓度，结构简易。摩擦电法测量原理粉尘颗粒的质量流量Wp与检测到的电流Im近似呈下列关系粉尘浓度与电流关系目前国内外几种常见的电极形式分别为棒状、内环状和外环状，具体结构如图所示。电极形式4.3粉尘浓度的测定：4.3.5摩擦电法粉尘分散度的测定04Part4.4粉尘分散度的测定01粉尘分散度概念粉尘分散度体现各粒径区间粉尘占比，小粒径比例高则分散度高，反之则低，反映作业场所危害程度。02分散度测量意义通过测定粉尘分散度，可评估作业环境中的健康风险，指导防护措施制定，保障工人健康安全。滤膜溶解涂片法原理滤膜溶于有机溶剂制混悬液，显微检测粉尘标本。用显微测微尺测定粉尘粒子大小，显微镜观察并记录200个数据。4.4粉尘分散度的测定4.4.1滤膜溶解涂片法

4.4粉尘分散度的测定

自然沉降法又称格林氏沉降法或沉降法。原理：将现场含尘空气采集到格林氏沉降器的金属圆筒中，使尘粒自然沉降在盖玻片上，在显微镜下测定，按粒径分组计算其尘粒数的百分率。4.4.2自然沉降法样品制备01盖玻片经铭酸洗液浸泡后，依次用清水与乙醇清洗并晾干，置于沉降器凹槽内，确保滑板与底座平齐并加盖圆筒。采样流程02推动滑板使圆筒外露，取下盖帽并上下移动引入含尘空气，复位后静置三小时，使尘粒沉降于玻片表面。样本处理与测量03取出玻片编号并标注日期地点，贴合载物玻片后，通过显微镜测量粉尘分散度，确保数据准确可追溯。4.4粉尘分散度的测定粉尘中游离二氧化硅含量的测定05Part4.5粉尘中游离二氧化硅含量的测定4.5.1焦磷酸质量法原理：粉尘中金属氧化物、硅酸盐溶于245-250℃焦磷酸，石英不溶，重量法测定游离二氧化硅含量。样品需冷却至室温后，依次用冷水与50℃蒸馏水混合，搅拌稀释至200mL，煮沸过滤，沉淀物用盐酸及蒸馏水洗涤至无酸性反应。样品处理沉渣用硫酸湿润后加氢氟酸溶解游离二氧化硅，加热至无白烟，900℃灼烧称量，计算处理后含量。氢氟酸处理步骤滤纸与沉淀置于恒重瓷坩埚，低温炭化后950-1000℃灼烧30分钟，冷却称量至恒重，计算游离二氧化硅含量。灼烧与称量4.5粉尘中游离二氧化硅含量的测定4.5.2红外光谱测定法红外分光光度计结构准确称量滤膜粉尘，低温灰化后与溴化钾研磨，干燥箱处理并压片，制得测定样品与空白对照。01按质量梯度配制标准石英，同法处理后扫描吸光度，建立三波长标准曲线，优选800cm⁻¹用于定量分析。02测定样品与空白吸光度均值差值，依据标准曲线计算游离二氧化硅质量，重复三次取均值确保精度。03游离二氧化硅含量以质量比计算，公式为（测得质量÷样品总质量）×100%，保留小数点后两位。04样品处理步骤石英标准曲线绘制样品测定流程含量计算公式4.5粉尘中游离二氧化硅含量的测定4.5.2红外光谱测定法粉尘可燃性和爆炸性的测定06Part4.6.1粉尘可燃性特征值的测定4.6粉尘可燃性和爆炸性的测定粉尘爆炸必须具备3个条件：粉尘浓度在爆炸极限之内、有氧化性气体(通常是氧气)和点燃源。1.自发火(自燃)温度的测定自发火温度测定采用差分温度记录法，通过热电偶监测粉尘与标准物质的温差变化，结合气体浓度分析确定粉尘自燃临界点。4.6粉尘可燃性和爆炸性的测定2.被发火温度(点火温度)的测定被发火温度(点火温度)指引起发火的热源的最低温度。将粉尘试样置于热金属传热板上，利用热金属棒作为点火源。使热金属棒与粉尘表面接触，粉尘的温度用插入其中的热电偶测量。用电位计记录其读数，在温度记录图上，温度上升的跃点即为点火温度。3.阴燃温度的测定阴燃温度是指由于加热产生阴燃时粉尘的最低温度。阴燃温度是自加热温度不高于(600~700°C)的粉尘特性指标，这种粉尘燃烧时不起火焰或者自发火温度相当高。测定时先将粉尘以一定厚度均匀铺撒在加热板上，加热板是敞开的，以使空气自由流通和产生强烈的热交换，用电位计记录阴燃温度。煤粉的最低阴燃温度是125°C，黄铁矿粉为150°C，菱铁矿粉为500°C。4.6粉尘可燃性和爆炸性的测定4.爆燃温度的测定爆燃温度是指可燃物质在试验条件下，其表面上方形成能由点火源产生的爆炸蒸气及与空气的混合物，但形成速度还不足以产生后继燃烧的最低温度。对于固态熔融状有机物质，例如石油沥青、焦油沥青等需要测定爆燃温度。按其数值对生产工艺、厂房、设备发生火灾及爆炸的危险性的大小进行分级。测定时，先将试样以14~17°C/min的速度进行加热，然后降低其加热速度，即在温度到达之前的最后28°C，把加热速度降为5~6°C/min，开始测定。此时把煤气烧咀的火焰在试样表面上方不断按1~l.5cm/s速度反复移动，温度每上升2°C重复进行一次测试。测定以后继续以5~6°C/min的速度加热试样，其温度提高到发火温度。由于煤气烧咀的火焰而使物质发火，移开烧咀的火焰使其继续燃烧不少于5s的时间，这当中的最低温度为发火温度。4.6粉尘可燃性和爆炸性的测定4.6.2粉尘爆炸性特征值的测定粉尘爆炸的相关测定参数包括：1）爆炸下限。2）最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率及爆炸指数。3）极限氧浓度。1.测试方法预先抽真空至设定值，用高压空气输送粉尘，点火后记录压力曲线，分析最大爆炸压力及上升速率。双层不锈钢球形容器配备安全限位开关，仅当盖体锁定时允许进气、喷粉及点火操作。储粉罐需达2MPa表压方可启用点火，观察窗可实时监测点火与爆炸光信号。4.6粉尘可燃性和爆炸性的测定2.测定步骤把粉尘试样放入粉尘容器中，用压缩空气加压到2.0MPa。将爆炸室抽成一定真空状态，以确保爆炸室在点燃时处于大气压状态下。启动压力记录仪，打开粉尘容器的阀门，滞后点燃点火源，对爆炸压力进行记录测定。每次试验后，要用空气吹净爆炸室。采用不同的粉尘浓度重复试验，以得到爆炸压力P和压力上升速率。随粉尘浓度变化的曲线，根据