粮食物流行业工艺设计粉尘防爆措施

◎郭诗慧，张琛朕，荆海伟，王仁振

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南 郑州 450053）

粮食物流行业工艺设计粉尘防爆措施

◎郭诗慧，张琛朕，荆海伟，王仁振

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南 郑州 450053）

从设计角度着手，浅析粮食物流行业工艺设计中几种防止粉尘爆炸的技术措施，旨在为粮食安全流通提供技术支持。

粉尘爆炸；通风除尘；真空清扫；抑爆装置

粮库粉尘可分为有机粉尘和无机粉尘，近年来由于农业机械化水平的提高，粮食的收获、烘干及输送等环节基本上实现了不落地生产，因此粮食中所含的粉尘基本上为有机粉尘。粮食粉尘不仅污染环境，有害工人的身心健康，还会在重力作用下自由沉降在设备表面，影响设备的外观和正常散热，加速设备的锈蚀、老化，影响设备的使用寿命，但其最严重的危害则是能够或容易燃烧并发生爆炸，粉尘爆炸的直接后果是设备、设施等被炸毁，造成人员伤亡和经济损失。消除粉爆，除完善管理措施（消除人为火源，遵守操作规程等）外，还需从技术层面着手，优化设计。现浅析几种工艺设计中防止粉尘爆炸的技术措施。

1　粉尘爆炸及其条件

粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃性粉尘达到一定粉尘浓度时，遇到火源发生急剧氧化燃烧反应，同时放出大量的热量以及使气体体积急速膨胀、压力瞬间升高的现象。一般认为，粉尘发生爆炸的条件有4个：①足够的可燃性有机粉尘悬浮到空气中形成一定的粉尘浓度；②具有一定密闭性的空间；③空间内有充足的氧气；④粉尘接触高能量的着火源。由于粉尘燃烧爆炸条件中的密闭空间和有氧气这两个条件普遍存在，正常情况下粉尘的防爆一般从降低粉尘浓度和消除着火源两方面进行，在发生粉爆危险的情况下，可通过增加抑爆装置，在爆炸的初期感受压力变化并启动灭火阀门，防止粉爆的进一步发生。

2　工艺粉尘防爆措施

2.1降低粉尘浓度

2.1.1加强通风除尘

在输送过程中，散状原粮进入、流出时的落差和在输送过程中的抛撒以及输送设备工作面对粮食的冲击、摩擦等，都会使原粮中的微细物料离开物料主流飞扬到空气中，形成粉尘，粮食行业进行通风除尘，不仅能够提高粮食的品质，有利于粮食的长期贮存和提高加工品质，而且能够降低空间的粉尘浓度，有效地防止粉尘爆炸。

2.1.1.1吸口风量

合理的吸口风量，迄今尚无精确的计算方法，但是可以分析出其由三部分组成，即物料带入设备的诱导风量，为保持负压由设备孔口或缝隙吸入的空气量，以及由于设备运转而产生的风量。

物料进入机内的空气量与物料量、物料粒度、物料卸落高度、角度和设备的密闭情况等许多因素有关，为使设备保持负压而吸入的风量取决于设备的功能。物料流量越大，粒度和密度越大，落差越大，设备密闭程度越差，吸口风量就应越大，反之就小。另外，吸口风量的选择还与吸口离尘源发生点的距离有关，吸风口设在尘源最近处时，风量最节省，除尘效果最佳，但往往因受工艺与设备条件的制约，吸风口又不能离尘源太近，这就需要用增大风量予以补偿。根据经验，常见输送设备吸风量的选取可参照表1。

表1　设备吸风量表

2.1.1.2吸口风速

确定吸风口风速的原则是，既要能吸除灰尘，又要严防吸走粮食。吸风口的风度一般取3～4 m/s，为使气流能在吸风口均匀分布，吸风口的收缩角度一般以50°左右为宜。

2.1.1.3风管内风速

为保持风管畅通，防止灰尘在管内沉积，风管内风速不宜过低，一般可选取14～15 m/s，直径小的风管可取较小的风速，直径大的风管可取较大的风速。如果水平风管较长，粉尘粒径又较大，则风管内风速可取16～18 m/s，且主管道中风速从离除尘器最远端的吸尘点到除尘器，风速的取值应越来越大。

2.1.1.4其他

为了防止发生粉尘爆炸时以风管作为媒介传导而引起串爆，可在风管上增加防爆单向阀，有效地阻止爆炸的延伸，同时除尘器要设置泄爆口并引出室外。

2.1.2增加真空清扫系统

为了改善作业环境条件，减少工人的劳动强度，防止人工清扫造成二次扬尘及发生粉尘爆炸时引起二次爆炸，库区可增加真空清扫系统。真空清扫系统的基本原理是气力输送，但与一般的气力输送又有所区别，清扫系统是压力较大的稀相气力输送装置，其输送能力不高，输送能力也不大，是非稳定的、非定量的、间隙的气力输送。

2.1.2.1工作原理

在罗茨风机或多级离心风机作用下，主管道及各支管上均产生负压，使用清扫工具抽吸地面或者设备上的粉尘，通过管道系统的输送，到达除尘系统，过滤后的洁净空气最后由罗茨风机或多级离心风机排出。

2.1.2.2清扫系统设备选择

真空清扫系统的设备包括吸嘴、软管、管道、除尘器、多级离心风机、灰仓等。①吸嘴：形式应该适合清扫对象的要求，有适应平面清扫的吸尘嘴，也应有适应内部、角落及设备表面的吸尘嘴。②软管：应选择抗静电的软管，且软管本身应轻便、伸缩性较好。③管道：最好采用耐磨、强度高的材料，一般可采用DN65、DN125的镀锌钢管作为清扫系统的支管及主管道。④除尘器：满足过滤面积的要求，且能承受一定程度的负压。⑤多级离心风机：能提供满足计算要求的风量及真空度。

2.1.2.3清扫系统计算

（1）清扫系统吸风量。清扫系统每小时吸风量可按照下式确定：Q=an0Q0。

式中，Q—总吸风量（m3/h）；

Q0—每个吸嘴的吸风量（m3/h），一般取300～500 m3/h；

n0—同时工作的吸嘴个数；

a—储备系数，取1.2～1.3。根据计算结果可确定所选风机的风量。

（2）输送浓度。输送浓度可参照下式确定：μ=G/γ Q。

式中，μ—输送浓度（kg/kg）；

G—清灰量（kg/h），清灰量的选择一般可按照皮带机廊道220 kg/h，工作塔、筒上层2 200 kg/h，筒下层2 000 kg/h计；

γ—空气重度（kg/m3），一般取1.2；

Q—清扫系统吸风量（m3/h）。

式中，ζ—吸嘴阻力系数，取值范围0.6～5.0，地坪吸嘴ζ取0.6～2.0，清扫设备的鸭嘴式吸嘴ζ取5.0，侧吸式吸嘴ζ取4.5，清扫局部构件的吸嘴ζ取5.0；

V—软管处风速（m/s），可通过公式：

计算得出软管阻力为：

式中，λ—软管阻力系数，可查表得出，l—软管长（m）。

直管阻力Hz=R(1+Kμ)。式中，R—纯空气通过每米长风管的摩擦阻力（Pa/m）；l—各段直管长（m）；K—灰料对压力损失的影响系数；μ—输送浓度（kg/kg）；其中R、K可通过查表得出。设计时虽然系统中弯头、三通数量较多，但使用时数量较少，其阻力相对长直管可忽略不计。

除尘器压损H除可根据所选择的除尘器的型号规格来确定。根据∑H=Hc+Hr+Hz+H除可算出系统压损，取储备系数后即可算出风机的压头。

2.1.2.4清扫系统注意事项

注意事项如下：①管道积尘：由于系统中同时工作的吸尘点数量在不断变化，会引起管道内风速的变化，导致灰尘在管道内受力不均，进而引起管道内灰尘沉积。解决方案：在每条管道的末端设计管道清灰阀门，定期打开清灰阀门，利用设备本身的吸力大流量冲洗管道。②管道的静电：最主要的是前端软管的静电问题，其次是除尘器中滤袋的静电问题，其他是管网中粉尘和管道摩擦过程中产生的静电。解决方案：采用抗静电软管，除尘器中的滤袋采用防静电材料的滤袋，整个管网系统，采用导线连接，主机附近的管道设计接地。③系统防爆设计：粮食行业的粉尘为有机粉尘，遇到明火后存在爆炸风险。解决方案：整个系统做防静电处理，定期打开清灰阀，清理管道内积灰，除尘器设置泄爆口，管道设置单向截止阀。

2.2设置磁选工序

粮食从收获到进入库区要经过许多环节，这其中往往会混入铁钉、螺丝、垫圈等各种金属物，这些金属物如不预先清除，随粮食进入高速运转的设备内可能会严重损坏设备部件，甚至会因碰撞摩擦而产生火花，造成粉尘爆炸事故。所以，要在粮食进入第一道斗提机前设置磁选工序，去除金属杂质。

2.3增加抑爆装置

抑爆装置的工作原理是在易发生粉爆的位置安装压力元件，当空间压力发生变化时，压力传感器感应到变化并迅速触动灭火器阀门，向所在空间喷射粉状灭火剂。该装置适用于斗式提升机等粉尘浓度大且空间密闭的设备。目前，在国外这种装置已经开始使用并推广开来，但在国内因成本较高并未得到很好推广。随着人们安全意识的不断提高，这种装置会逐步得到应用。

3　结语

频繁发生的粉尘燃烧、爆炸，使人们认识到了粮食行业粉尘治理的重要性和迫切性，为了搞好粉尘控制技术和管理工作，我国出台了一系列的粉尘防爆规范及安全法规，只有从设计和管理两个方面双管齐下，才能为粮食行业创造一个安全、整洁的大环境。

[1]吴建章.通风除尘与气力输送[M].北京：中国轻工业出版社，2009.

[2]李军五，陈宏斌.散粮作业系统粉尘控制技术探讨——世行南通项目粉尘控制整改工程介绍[J].粮食流通技术，2001，7（1）：30-32.

[3]王春涛，林珍如.筒仓粉尘控制系统的设计与应用[J].粮食与饲料工业，1997，20（6）：37-39.

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[5]刘四麟.粮食工程设计手册[M].郑州：郑州大学出版社，2002.

Dust Explosion Protection Measures in Process Design of the Grain Logistics Industry

Guo Shihui，Zhang Chenzhen，Jing Haiwei，Wang Renzhen
（COFCO Engineering & Technology （Zhengzhou） Co. Ltd.， Zhengzhou 450053， China）

From the angle of design， this paper mainly introduced several measures used for dust explosion protection in process design of the grain logistics industry， in order to provide technical support for food safety in the circulation.

Dust explosion； Ventilation and dust removal； Vacuum cleaning； Explosion suppression devices

S379

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.08.018

郭诗慧（1986-），男，助理工程师；主要研究方向为粮食仓储物流与加工工艺研究设计。