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1、粮食粉尘爆炸案例、防护方法与技术东北大学工业爆炸及防护研究所 钟圣俊http:/Tel: 130 724989622010年7月18日版内容1 粉尘爆炸1.1 粮食粉尘爆炸1.2 粉尘爆炸发生的条件1.3 粉尘爆炸的影响因素1.4 粮食粉尘爆炸性参数1.5 粉尘爆炸的传播 2 粮食粉尘爆炸事故案例2.1 我国粮食粉尘爆炸事故2.2 粮食粉尘爆炸事故案例分析内容3 粮食粉尘爆炸防护方法与技术3.1 建筑设计与设备布局3.2 点燃源控制3.3 粉尘控制3.4 爆炸泄压3.5 爆炸抑制3.6 爆炸隔离3.7 抗爆设计1、粉尘爆炸 粉尘爆炸是火焰在弥散于空间的可燃粉尘云中传播，引起显著的压力、温度跃升
2、的现象。 所有粮食与食品粉尘、粮食深加工产品粉尘都可以发生粉尘爆炸。1.1 粮食粉尘爆炸所有粮食与食品粉尘、粮食深加工产品粉尘都可以发生粉尘爆炸。发生爆炸的粮食粉尘包括加工成粉状的粮食产品及粮食加工与储运过程产生的伴生粉尘。加工成粉状的粮食产品玉米淀粉、面粉、大豆粉、黄豆粉、绿豆粉粮食深加工产品奶粉、食糖、葡萄糖粉、蛋白粉、藕粉、豆奶粉等饲料混合营养饲料、鱼骨粉等粮食伴生粉尘玉米粉尘、小麦粉尘、大麦粉尘、麦芽粉尘、燕麦粉尘、大豆粉尘等。美国1980-2005年不同粉尘爆炸事故比例我国粉尘爆炸行业分布1.2 粉尘爆炸发生的条件可燃粉尘氧气点燃源可燃粉尘与空气形成混合物的浓度处于爆炸范围以内相对封
3、闭的环境（设备和建筑物）录像：粉尘爆炸演示-石松子粉录像-聚乙烯粉爆燃演示，美国化学危险调查委员会(CSB)录像：玉米淀粉在1.2L哈特曼管中的爆炸-美国化学危险调查委员会(CSB)录像：玉米淀粉爆炸-东北大学工业爆炸及防护研究所玉米淀粉爆炸实验录像-德国(FSA)小麦粉爆炸实验，1980年，挪威玉米淀粉爆炸实验，1982年，挪威玉米淀粉爆炸-德国应用系统安全与劳动医学研究中心1.2.1 点燃源/点火源(1) 机械摩擦与碰撞(2) 电气火花(3) 热表面(4) 静电放电(5) 粉尘自燃（闷烧）(6) 明火(1) 机械碰撞与摩擦转动轴摩擦发热粉碎设备（各种破碎机、磨粉机）中进入杂物（铁等金属物质
4、、石子）斗式提升机跑偏、打滑、断带皮带辊与支架摩擦刮板机刮板与箱体摩擦螺旋输送机堵料摩擦旋转下料阀堵料摩擦风机叶轮与壳体或外物摩擦或碰撞维修工具机械碰撞与摩擦1998年6月8日发生于美国堪萨斯州德布鲁斯粮食筒仓的大爆炸就是由于仓顶的皮带机一个损环的导向辊轴承引起的。1989年2月5日，华能大连电厂皮带机导向辊轴承座损环，发热的轴承掉入煤粉引发了特大火灾。加拿大北班库别尔的比尔拉尔达筒仓爆炸的原因是斗式提升机堵料，皮带打滑引起斗式提升机爆炸，并引发了工作塔和筒仓的爆炸。(2) 电气火花电气线路短路电缆老化电缆因环境原因被破坏（机械破坏、老鼠啃咬等）非防爆电气设备启停或运行过程产生的火花非防爆的接
5、插件非防爆开关非防爆电机电气设备过载(3) 热表面加热设备供暖设备和管线非防爆电气设备非防爆电机、灯具的热表面(4) 静电放电静电放电类型火花放电刷型放电传播性刷型放电料堆放电人体静电粮食行业中火花放电最常见。(5) 粉尘自燃条件：一定的水分，局部通风导热不好。有时由机械摩擦发热引发。(6) 明火抽烟工业动火工业动火时我国大部分粮食粉尘爆炸的点燃源其它明火（例如加热炉）1.2.2 粉尘云爆炸范围：粉尘云只有在一定的粉尘浓度范围内才能发生爆炸传播。这个浓度范围就是爆炸范围。爆炸下限：能发生爆炸的最小粉尘浓度。爆炸上限：数量级为爆炸下限的近100倍。粮食粉尘的爆炸下限为40200g/m3。绝大多数
6、粮食粉尘的爆炸下限200g/m3。粮食粉尘爆炸最猛烈的浓度（最危险粉尘浓度）范围一般为500g/m3 1000g/m3。粉尘云的爆炸范围1mm的粉尘足以在5m高的空间产生可爆粉尘云1mm的粉尘在1m高的空间产生的粉尘云达到最危险浓度1.3 粉尘爆炸的影响因素粉尘种类粮食粉尘的爆炸性参数比较接近。粮食粉尘的爆炸压力一般小于1MPa。大米淀粉和玉米淀粉的爆炸指数比较高，分别可达19MPa.m/s和16MPa.m/s。粒度分布粉尘粒径达到250m以上时，不易悬浮形成粉尘云。粒径小于75m的粉尘易于形成粉尘云含湿量（水分）粉尘含湿量大于10%时，不易发生爆炸粉尘含湿量小于5%时，较易发生爆炸1.4 粉
7、尘爆炸性参数爆炸压力Pmax爆炸指数Kst最小点燃能量MIE粉尘层最低着火温度MIT-L(AIT)粉尘云最低着火温度MIE-L爆炸下限(LEL,MEC)极限氧含量(LOC)比电阻(DR, dust resistivity)粉尘爆炸性参数的应用最大爆炸压力与爆炸指数最大爆炸压力Pmax 、最大爆炸压力上升速率及爆炸指数Kst,是反映爆炸猛烈程度的重要参数，用于爆炸泄压设计和爆炸抑制设计。爆炸压力：大部分粉尘的爆炸压力为0.5MPa1MPa。砖混结果建筑的耐压为3050kPa一般设备(除尘器、小于10m3的料仓)的耐压为0.10.2MPa爆炸指数反映了压力上升速率，间接反映了火焰传播速度。St1:
8、Kst20 MPa.m/sSt2:20Kst30 MPa.m/sSt3:Kst30 MPa.m/s粮食粉尘的最大爆炸压力与爆炸指数粉尘粉尘粒径粒径/m最大爆炸压力最大爆炸压力/MPa爆炸指数爆炸指数/MPa.m/s大麦粉630.808.6麦芽粉630.9013.9大麦粉尘750.558.9麦芽厂饲料750.569.7麦芽粉尘750.538.8玉米淀粉750.9015.0大米淀粉751.0019.0黄豆粉750.9211.0小麦面粉1250.838.7奶粉0.819.0最小点燃能量MIE粉尘云最小点燃能量是粉尘云中可燃粉尘处于最容易着火的浓度时，使粉尘云着火的点火源能量的最小值。粉尘云最小点燃能
9、量也称为最小点火能或最小点火能量。最小点燃能量是防爆方法选择的依据。粉尘的最小点燃能量从MIE1J，范围比较宽。如果粉尘的点燃能量MIE1J，则粉尘处理工艺相对安全。如果粉尘的点燃能量MIE10mJ，则粉尘较易被点燃，通常要考虑惰化方法防爆。粮食粉尘的最小点燃能量粉尘粉尘粒径粒径/m最小点燃能量最小点燃能量/mJ大麦粉尘752030麦芽厂饲料752030麦芽粉尘753050玉米淀粉752040小麦面粉7550100糖粉751020粉尘层着火温度粉尘层最低着火温度在粉尘层受热时，使粉尘层的温度发生突变（点燃）时的最低加热温度（环境温度）。粉尘层着火温度反映了粉尘在堆积状态时对点燃的敏感程度。在处
10、理可燃粉尘的车间设备及管道热表面常常沉积一层可燃粉尘，如热表面或环境温度较高，会使粉尘的氧化速度增加，热量不断积聚就可能发生自燃着火。粉尘层着火后通常不会自身发生爆炸，但可成为粉尘爆炸的点火源。在有可燃粉尘沉积的场所，设备热表面的温度不能超过粉尘层最低着火温度。粉尘层着火温度的主要应用为：(1) 电气防爆设备的选型；(2) 控制发热设备的表面温度。粉尘云着火温度悬浮在空气中的粉尘，如果遇到温度足够高的热源，就可能发生着火或爆炸。空气中粉尘云的着火是由于能量的传递引起爆炸的初始阶段，一旦粉尘浓度在爆炸范围内的粉尘云被引燃，就会形成粉尘爆炸。粉尘云最低着火温度是在粉尘云（粉尘和空气的混合物）受热时
11、，使粉尘云的温度发生突变（点燃）时的最低加热温度（环境温度）。粉尘云着火温度的主要应用为：(1) 电气防爆设备的选型；(2) 控制发热设备的表面温度。粮食粉尘的最低着火温度粉尘粉尘粒径粒径/m粉尘层最低着火温粉尘层最低着火温度度/粉尘云最低着火粉尘云最低着火温度温度/大麦粉63280370麦芽粉63270360大麦粉尘75260450麦芽厂饲料75270450麦芽粉尘75260450玉米淀粉50万美元）。伤亡：1死2伤。 1985 Shickley 筒仓工作楼爆炸时间：1985年5月15日地点：Shickley Grain Co., Shickley, 内布拉斯加州伤亡：伤1人1985 Shi
12、ckley 筒仓工作楼爆炸1985 Shickley 筒仓工作楼爆炸1985 Shickley 筒仓工作楼爆炸1985 Shickley 筒仓工作楼爆炸1985 Marion Farmers筒仓爆炸时间：1985年11月2日地点：Marion Farmers Co-op Grain伤亡：3死4伤粉尘：大豆1985 Marion Farmers筒仓爆炸1985 Marion Farmers筒仓爆炸1985 Marion Farmers筒仓爆炸1986 Beatrice 提升机爆炸时间：1986年2月19日地点：Southeast Nebraska Co.， Beatrice 内布拉斯加州伤亡：1
13、死1伤1986 Beatrice 提升机爆炸1986 Beatrice 提升机爆炸1986 Beatrice 提升机爆炸，除尘风管1986 Beatrice 提升机爆炸，除尘风管1986 Beatrice 提升机爆炸，建筑局部受损1986 Ralston Purina 筒仓爆炸时间：1986年1月6日地点：Ralston Purina Co. Wichita, 堪萨斯州伤亡：重伤4人1986 Wichita筒仓爆炸1986 Wichita筒仓爆炸1986 Wichita筒仓爆炸1986 Wichita筒仓爆炸1986 Wichita筒仓爆炸，提升机被炸倒1986 Wichita筒仓爆炸，提升机
14、箱体被炸开1986 Wichita筒仓爆炸，仓顶廊道垮塌1986 Wichita筒仓爆炸，仓顶廊道垮塌1986 Wichita筒仓爆炸，仓顶廊道承重梁垮塌1986 Wichita筒仓爆炸，仓顶廊道承重梁垮塌1988 Ellis 筒仓爆炸时间：1988年1月15日地点：Ellis Grain Elevator，Henderson, 肯塔基州伤亡：3死2伤损失：超过50万美元粉尘：玉米粉尘1988 Ellis 筒仓爆炸1988 Ellis 筒仓爆炸前1988 Ellis 筒仓爆炸后1988 Ellis 筒仓爆炸1988 Ellis 筒仓爆炸，工作楼底部1988 Ellis 筒仓爆炸，工作楼底部19
15、88 Ellis 筒仓爆炸，工作楼内部1988 Ellis 筒仓爆炸，二次爆炸的工作楼1988 Ellis 筒仓爆炸，初始爆炸的工作楼1988 Ellis 筒仓爆炸，爆炸抛射物1988 Ellis 筒仓爆炸，轴承发热是可能的点燃源1988 Ellis 筒仓爆炸，轴承发热是可能的点燃源1988 Joliet 筒仓工作楼爆炸时间：1988年4月22日地点：ADM-Growmark公司，Joliet, 伊利诺伊斯州伤亡：5死2伤损失：超过50万美元1988 Joliet 筒仓爆炸前1988 Joliet 筒仓爆炸后1988 Joliet 筒仓爆炸后1989 Exter 筒仓工作楼爆炸时间：1989年
16、12月5日地点：Quad County Cooperative，Exter, 内布拉斯加州伤亡：2伤1989 Exter 筒仓工作楼爆炸1989 Montezuma时间：1989年7月27日地点： Montezuma Co-op，Montezuma, 堪萨斯州伤亡：伤2人1989 Montezuma筒仓爆炸1989 Montezuma筒仓爆炸1989 Montezuma筒仓爆炸1989 Topeka时间：1989年12月10日地点：Shawnee Terminal Elevator，Topeka, 堪萨斯州伤亡：无1989 Topeka 圆形平仓爆炸1989 Topeka 圆形平仓爆炸1990
17、 Houston 筒仓爆炸时间：1990年6月24日地点：Shadowdale Elevator， Houston, 德克萨斯州伤亡：无损失：超过50万美元1990 Houston 筒仓爆炸1990 Houston 筒仓爆炸1990 Houston 筒仓爆炸1990 Houston 筒仓爆炸1990 时间：1990年8月21日地点：Midwest Grain Products, Inc.，Pekin, 伊利诺伊斯伤亡：无1990年 Midwest 粮食产品公司提升机爆炸1990年 Midwest 粮食产品公司提升机爆炸1990年 Midwest 提升机爆炸，轴承发热可能是点燃源1993 Des
18、trehan 干燥机爆炸时间：1993年6月3日地点：St. Charles Grain Elevator，Destrehan,路易斯安娜州事故原因：切割动火1993 Millville 筒仓爆炸时间：1993年11月17日地点：Ag-One Co-op，Millville, 印第安纳州伤亡：伤1人损失：超过50万美元1993 Millville 筒仓爆炸1993 Millville 筒仓爆炸，仓底1993 Millville 筒仓爆炸，工作楼1993 Millville 筒仓爆炸，工作楼1993 Minden时间：1993年12月11日地点：Farmers Co-op Grain & Sup
19、ply，Minden, 内布拉斯加州伤亡：1死2伤损失：超过50万美元粉尘：玉米粉尘1993 Minden筒仓工作楼爆炸1993 Minden筒仓工作楼爆炸1993 Minden筒仓工作楼爆炸，刮板机1993 Minden筒仓工作楼爆炸，提升机机头轴承可能是点燃源1993 Minden筒仓工作楼爆炸，提升机机头轴承可能是点燃源1994 Lawrence 筒仓工作楼爆炸时间：1994年2月20日地点：Farmers Co-op，Lawrence, 堪萨斯州伤亡：伤1人1994 Lawrence 筒仓工作楼爆炸1994 Lawrence筒仓工作楼爆炸1994 Lawrence筒仓工作楼爆炸，提升机
20、1994 Lawrence筒仓工作楼爆炸，提升机1994 Lawrence筒仓工作楼爆炸，提升机头部1994 Lawrence筒仓工作楼爆炸，提升机头部1994 Lawrence筒仓工作楼爆炸，仓顶廊道1994 Ulysses饲料厂爆炸时间：1994年4月14日地点：Grant Co. Feeders，Ulysses, 堪萨斯州1994 Ulysses饲料厂爆炸1994 Peoria 筒仓工作楼爆炸时间：1995年4月18日地点：ADM Co. ，Peoria, 伊利诺伊斯州伤亡：伤2人1994 Peoria 筒仓工作楼爆炸1994 Peoria 筒仓工作楼爆炸，除尘器首先爆炸1994 Peo
21、ria 筒仓工作楼爆炸，除尘器1995 Pekin时间：1995年3月24日 地点：Midwest Grain Pekin, 伊利诺伊斯州损失：伤4人工艺：玉米淀粉加工1996 Frost 筒仓爆炸时间：1996年5月19日地点：Grainland Coop Frost, 明尼苏达伤亡：无损失：超过50万美元点燃源：雷电1996 Martins Creek 面粉厂筒仓爆炸时间：1996年7月12日 地点：ConAgra Martins Creek, 宾夕法尼亚州伤亡：无严重受伤1996 Martins Creek 面粉厂筒仓爆炸1996 Scottsbluff 糖厂爆炸时间：1996年7月20
22、日地点： Western Sugar Co.，Scottsbluff, 内布拉斯加州伤亡：1死15伤损失：440万美元点火源：金属摩擦发热爆炸发生位置：筒仓底部、螺旋输送机1996 Scottsbluff 糖厂爆炸1996 Scottsbluff 糖厂爆炸1996 Scottsbluff 糖厂爆炸1997 Shelbyville 筒仓工作楼爆炸时间：1997年7月12日地点：Lakeland FS Inc. Shelbyville, 伊利诺伊斯州伤亡：无1997 Shelbyville 筒仓工作楼爆炸1997 Elmcreek筒仓爆炸时间：1997年8月22日地点：Agri Co-op Elm
23、 Creek, 内布拉斯加州伤亡：1死2伤1997 Elmcreek筒仓爆炸1998 Junction City筒仓爆炸时间：1998年4月9日地点：Geary Grain Co. Junction City. 堪萨斯州伤亡：无损失：超过50万美元1998 Junction City筒仓爆炸1998 Junction City筒仓爆炸1998 DeBruce筒仓爆炸时间：1998年6月8日地点：DeBruce Grain Co.，Haysville, 堪萨斯州参见 案例详解：1998 堪萨斯筒仓爆炸2001 Greenleaf时间：20014月6日地点： Farmers Coop Greenl
24、eaf, 堪萨斯州伤亡：1死1伤2001 Farmers Coop 平房仓爆炸2001 Prospect时间：20014月23日地点： Prospect Farmers Exchange Company伤亡：伤2人2001 Prospect Farmers 提升机爆炸2001 Prospect Farmers 提升机爆炸近年来网上报道的美国粮食粉尘爆炸2005年10月26日，明尼苏达州，伤5人，其中重伤1人2008年12月30日，Maricopa，亚利桑那州，伤3人，其中重伤1人2010年4月29日 Chester, 伊利诺伊斯，伤4人，其中重伤3人3 粉尘爆炸防护方法与技术3.1 建筑设计与
25、设备布置建筑设计有粉尘爆炸危险的建筑采用框架结构，墙体采用轻质材料。宜采用单层建筑。立筒库、仓库和打包车间、粉碎车间留出足够的防火间距。相关标准：GB 50016建筑防火设计规范人员集中的办公区域远离有爆炸危险的场所。1981年Corpus Christi筒仓爆炸后新建工作楼采用框架结构1981年Corpus Christi筒仓爆炸后新建工作楼采用框架结构设备布局斗式提升机、除尘器设置在建筑外。或靠墙布置，以便于泄爆。（湿式除尘器可布置在室内）除尘器在建筑高处布置。除尘器外置3.2 防止出现点燃源防止出现点燃源防止机械火花与摩擦斗式提升机跑偏、打滑、断链监控安装除铁器安装轴温监控防止静电积累与
26、放电设备跨接与接地除尘器使用防静电滤袋使用粉尘防爆型电气设备防止自燃防止明火，严格的动火制度斗式提升机跑偏与打滑监控斗式提升机跑偏与打滑监控安装除铁器设备接地（黄绿线）皮带机轴温监测3.3 粉尘控制(1) 防止物料与粉尘泄漏(2) 除尘系统设计(3) 清扫(1) 防止物料与粉尘泄漏及时维修出现物料泄漏的设备工艺设备的检查孔应密封防止工艺设备物料泄漏防止工艺设备物料泄漏检查孔应密封检查孔应密封(2) 除尘系统的设计与维护40%的爆炸事故是除尘系统引起的。除尘系统的设计应防止粉尘在风管中沉积风速设计合理，保证除尘管路各处风速基本一致，从吸尘点到除尘器风速应不变或略有增加。除尘管路设计和安装减小阻力
27、损失，尽量减少水平管道的长度。进行风速测定和压力平衡调节，保证风量与风速符合设计要求除尘器采取防爆措施：防静电滤袋、爆炸泄压、爆炸隔离。风机采用防爆风机。经常检查除尘管道风速、管道堵塞情况、除尘器滤袋。在除尘器伤安装风压检测仪表。用于辅助判断除尘器滤袋的堵塞或破损。风管堵塞风管堵塞风管堵塞除尘管道设计不合理，垂直汇入主管管道设计不合理-细的风管进入相对很粗的风管(3) 清扫地面、设备、建筑的梁与支架、建筑内壁都应清扫清扫过程、检维修过程防止形成粉尘云不使用压缩空气清扫不应使用产生火花的清扫工具清扫应有台账记录饲料粉尘沉积厚达50mm饲料打包机下粉尘堆积严重。不应使用铁质工具。饲料袋上粉尘沉积严
28、重饲料车间建筑墙面上的粉尘设备上的沉积粉尘袋包溜槽上的粉尘袋包溜槽上的粉尘3.4爆炸泄压爆炸泄压的设计GB/T 15605 粉尘爆炸泄压指南NFPA 68-2007 Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting EN 14491-2006 Dust explosion venting protective systems应采取爆炸泄压的设备和建（构）筑筒仓、料仓、除尘器等有容积的设备筒仓顶的工作间、筒仓仓底以下的空间提升机、刮板机、封闭式皮带机等输送设备管道。泄压实验-1m3爆炸泄压产生的火焰-东北大学录像-泄压实验-爆炸泄压
29、产生的喷射火焰-FSA录像-泄压实验-爆炸泄压产生的抛射物-FSA录像-爆炸泄压试验：泄压设备强度太高泄压设备-泄压门泄压设备-无火焰泄爆装置示意图有焰泄爆和无焰泄爆的比较示意图：立筒库的爆炸泄压实例：筒仓顶部泄压实例：筒仓顶部泄压实例：筒仓顶部工作间的泄压实例：筒仓底部地下室泄压实例：建筑间栈桥的泄压实例：斗式提升机的泄压泄压设计-斗式提升机实例：斗式提升机的泄压（无焰泄压）实例：无火焰泄压设备没有安装真空呼吸阀的爆炸泄压除尘器没有泄爆口（人孔有时有一定的泄压作用）除尘器安装了爆破片，并用导管导到墙外安装爆破片，并用导管导出到室外，管道换向泄爆泄爆导管管道换向泄爆除尘气流爆破片爆破片3.5
30、爆炸抑制爆炸抑制的设计EN 14373-2005 Explosion suppression systemsNFPA 69-2008 Standard on Explosion Prevention Systems我国尚无国家标准（制定中）爆炸抑制原理爆炸抑制原理爆炸抑制原理爆炸抑制原理爆炸抑制-高速灭火喷射罐3.6 爆炸隔离爆炸隔离设计EN 15089-2009 Explosion isolation systemsNFPA 69-2008 Standard on Explosion Prevention Systems我国尚无国家标准（制定中）旋转阀（主动式爆炸隔离）旋转阀（被动爆炸隔离）
31、爆炸隔离设备-被动式芬特克斯阀门爆炸隔离设备-主动式芬特克斯阀门爆炸隔离实验-芬特克斯阀门爆炸隔离设备-管道换向隔爆爆炸隔离设备-闸板阀3.7抗爆设计抗爆设计EN 14460-2007 Explosion resistant equipmentNFPA 69-2008 Standard on Explosion Prevention Systems我国尚无国家标准（制定中）录像-失败的抗爆设计-观察孔密封设计失误(FSA)录像-爆炸实验-成功的抗爆设计（德国FSA）国外粉尘爆炸防护设备供应厂商瑞典 FireFly比利时 StuvEx德国 Grecon美国 BS&B美国 Fike致谢感谢宁波麦芽有限公司、广州麦芽有限公司、永顺泰麦芽集团有限公司、郑州粮食科学研究设计院等单位对我们在粮食行业爆炸防护研究上的资金和技术支持！感谢德国食品保险业联合会(BGN)/德国应用系统安全与劳动医学研究中心(FSA) Siegfried Radandt 教授在粉尘防爆领域持续不断地技术支持！感谢美国堪萨斯州立大学(KSU) Robert W. Schoeff 博士对美国粮食粉尘爆炸事故案例的无私奉献！感谢美国化学安全与危险调查委员会(CSB)的事故调查报告和粉尘爆炸教育录像。
