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鋁粉生產過程中的火災危害及防范對策

鋁粉生產過程中的火災危害及防范對策
鋁粉生產過程中的火災危害及防范對策 1、引言 鋁粉,亦稱銀粉,是一種重要的工業原料和產品,廣泛應用于顏料、油漆、煙花、冶金和飛機、船舶制造業。鋁粉制備生產屬于高危冶煉行業,其生產過程中會產生大量的粉塵,由于鋁粉特有的遇濕易燃特性、點火能量低、爆炸下限范圍小,決定了鋁粉生產過程中存在著極大的火災爆炸危險性。因此,充分了解粉塵爆炸對鋁粉生產過程的危害性并采取一定的防范措施,對鋁粉安全生產是十分必要的。 2、鋁粉的危險特性 鋁粉生產過程中的易燃、易爆介質是鋁粉,鋁粉的危害主要體現于其本身屬于乙類可燃性粉末,易吸潮;其在空氣中的爆炸下限37~50mg/m3,最低點火溫度645℃,最小點火能量15mJ,最大爆炸壓力0.415MPa,氮氣中爆炸最低氧含量9%。 鋁粉粉末在空氣中與空氣混合能形成爆炸性混合物,當達到一定濃度時,遇火星或一定的靜電能量就會發生爆炸。與酸類(如鹽酸、硫酸等)或與強堿接觸能產生可燃性危險氣體(氫氣),易引起燃燒爆炸;與氧化劑混合能形成爆炸性混合物;與氟、氯等接觸會發生劇烈的化學反應。因此鋁粉應嚴禁與酸、堿、氧化劑等物品混合存放。 3、鋁粉火災的特點鋁粉火災的危險性表現在:在空氣中遇到較小的著火源即能起火燃燒;在空氣中沾有油脂的鋁粉,如長期堆集存放,集熱不散,也易引起自燃或爆炸,而且鋁粉的顆粒度越小爆炸危險性越大,當其在空氣中濃度達到37-50mg/m3時,遇明火即能爆炸。因此,在化學危險物品管理中,鋁粉被列為二級易燃物品。 鋁粉火災的特點是火焰溫度高、燃燒速度快、爆炸威力大、輻射熱強。燃燒時,一般呈綠藍色火焰,放出銀白色耀眼的強光,爆炸壓力可達6.3公斤/厘米2。對周圍建筑物及人身安全均具有較大的破壞力和危害性。由此可見,撲救鋁粉火災的難度較大。 4、鋁粉火災的成因及危害 4.1粉塵爆炸是導致鋁粉火災的主要原因 4.1.1粉塵爆炸的條件 鋁粉粉塵極易引起火災爆炸事故。鋁粉粉塵在與足夠的空氣混合后,并在一定的火源作用下,任何超細固體燃料粉塵都會發生爆炸。而且,空氣中懸浮的鋁粉粉狀可燃物完全可能發生擴散型二次爆炸。一般粉塵顆粒越小,越易發生燃燒。 國內外的研究成果表明,粉塵發生爆炸燃燒事故的條件一般有三種:①可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮,其表面分子與空氣充分接觸,產生熱分解或干餾作用,而成為氣體排放在粒子周圍,形成爆炸性混合物,即人們常說的粉塵云;②有充足的空氣和氧化劑;③要有足夠的引起粉塵爆炸的起始能量,如有火源或者強烈振動與磨擦,具備電暈和火花放電的條件,產生電暈和火花放電的能量必須等于或大于可燃物的最小點火能量。一般,堆積的粉塵不會發生爆炸,但當發生懸浮粉塵爆炸時,初始爆炸的沖擊波會使這些堆積的粉塵揚起形成粉塵云,并被其后的火焰引燃,而發生第二次爆炸,產生更大的爆炸能量,加重火災事故的危害程度。 4.1.2粉塵爆炸的機理 鋁粉具有粉塵爆炸危險性的物質之一,其獨特的遇濕易燃特性,以及爆炸極限范圍小,爆炸壓力危害大,是導致鋁粉制備行業潛在危害的重要因素,因此,了解鋁粉的爆炸機理,對于防范鋁粉粉塵爆炸具有深遠的意義。鋁粉粉塵爆炸是一個瞬間的連鎖反應,屬于一個氣固二相流反應,其爆炸過程比較復雜,它將受諸多因素的制約。鋁粉粉塵爆炸的機理(如圖所示)。鋁粉粉塵粒子表面通過熱傳導和熱輻射,從火源獲得能量,使表面溫度急劇升高,達到粉塵粒子加速分解的溫度和蒸發溫度,形成粉塵蒸氣或分解氣體,這種氣體與空氣混合后就容易引起點火(氣相點火)。另外,粉塵粒子本身相繼發生熔融氣化,迸發出微小火花,成為周圍未燃燒粉塵的點火源,使之著火,從而擴大了爆炸范圍,這一過程與氣體爆炸相比就復雜的多。 4.1.3鋁粉粉塵爆炸的危害 從鋁粉粉塵爆炸過程可以看出其爆炸有如下特點: (1)粉塵爆炸速度或爆炸壓力上升速度比爆炸氣體小,但燃燒時間長,產生的能量大,破壞程度大。 (2)爆炸感應期較長,粉塵的爆炸過程比氣體的爆炸過程復雜,要經過塵粒的表面分解或蒸發階段及由表面向中心延燒的過程,所以感應期比氣體長的多。 (3)有產生二次爆炸的可能性。因為粉塵初次爆炸產生的沖擊波會將堆積的粉塵揚起,懸浮在空氣中,在新的空間形成達到爆炸極限濃度范圍內的混合物,而飛散的火花和輻射熱成為點火源,引起第二次爆炸,這種連續爆炸會造成嚴重的破壞。 鋁粉粉塵爆炸屬于爆炸式燃燒,其危害性巨大,當空氣中粉塵與適量的空氣預混,達到一定濃度范圍,點燃后爆炸就會發生。從機理上粉塵爆炸被認為是一種瞬間的過程,爆炸的結果可能威力極大,造成巨大的破壞,如將整棟建筑物摧毀;因為爆炸時產生的空氣溫度高達2000~3000℃,甚至更高,通常爆炸氣體產生的熱量瞬間內擴散,會引起附近的可燃物質產生高溫后燃燒,既而引發鋁粉火災,加重爆炸的破壞程度。 如:1963年6月16日,某鋁制品廠磨光車間突然發生猛烈爆炸,整個車間及相鄰的部分包裝車間共678m2廠房頓時被炸塌,造成了19人死亡,24人受傷的慘重事故。導致事故發生的直接原因是由于通風除塵系統設計不當,除塵管道曲率半徑明顯偏小,氣流不暢通,積聚了大量的粉塵,在除塵過程中,受到風力的作用,鋁粉粉塵被擾動,遇到靜電火花引發一次爆炸事故;另外,該廠磨光車間各處積存大量的鋁粉塵,加之天氣高溫,氣候干燥,車間各處積存的大量鋁粉塵突然受震飛揚,形成空間粉塵云,從而釀成了二次爆炸。這起事故雖然發生在20多年前,但是一起相當典型的的鋁粉塵爆炸事故。 進入八十年代,我國鋁粉冶煉技術不斷發展,但人們對鋁粉粉塵爆炸引發的火災危害性仍認識不足,教訓十分慘重。如1978年1月31日,濟南向陽化工一廠鋁粉車間在更換篩網試車時,因活絡帶上的鐵螺釘與鐵輪摩擦打出火花,引起地面鋁粉燃燒,由于職工缺乏滅火常識,在撲救過程中人員迅速集中到狹窄的車間,致使鋁粉飛揚,引起粉塵爆炸,造成死亡17人,重傷17人,輕傷33人的重大惡性事故。 以上事故案例充分驗證了鋁粉粉塵的危害性,它所導致的鋁粉火災其危害程度遠大于可燃液體火災。 4.2靜電火花易引發燃爆事故 4.2.1靜電火花的產生 在鋁粉制備生產和輸送過程中,由于鋁粉氣流在設備、管線中的流動,粉體間不斷的接觸、分離、相互摩擦造成的電荷分離,使粉體帶上某種電荷,特別容易帶電,由于物料與管道壁及設備之間產生的摩擦,產生很高的靜電積累。 鋁粉屬于可燃性粉塵,在氣力輸送和收集過程中,因粉塵顆粒超細,點火能量極低(Emin=15mJ),摩擦起電容易,一旦粉塵達到一定濃度(爆炸下限為37-50mg/m3),最具有爆炸危險,其危害威力相當巨大。 另外,靜電火花的產生不排除現場使用非防爆工機具,以及無靜電導出設施,操作人員勞保著裝放電所致。 4.2.2靜電的危害 靜電在鋁粉制備過程中造成的危害主要是由于它能在物體表面上聚集形成很高的靜電位并容易發生靜電放電火花。通常情況下,鋁粉生產過程中,引起鋁粉火災爆炸的最關鍵因素是靜電,靜電電量雖然不大,但因其電壓很高而容易發生放電,出現靜電火花;國內外很多粉塵爆炸事故案例證明,固體發生該起事故的直接原因是滾筒篩內的鋁粉遇到磨擦而產生的火花引起鋁粉爆炸。同時鋁粉管道和機電設備鋁塵大量沉積,導致揚起的粉塵二次爆炸。經過二十多年科學技術的發展,我國在易燃易爆粉塵研究領域有了較大的認識,也采取了一定的防范措施,但對靜電的危害程度認識的仍然不足,沒有從根本上杜絕靜電危害的根源。如:2005年3月1日上午,某超細鋁粉制備廠在進行鋁粉袋式過濾器接收料罐處清粉作業時突然發生閃爆現象,造成兩名外用工輕度燒傷,因閃爆引發保溫材料及電纜著火,經現場及時撲救,未造成人員傷亡和較大經濟損失。根據現場調查了解,事故發生的直接原因是由于現場清理的粉塵達到爆炸極限,現場清粉作業產生靜電火花,導致閃爆。 以上事故案例說明,靜電火花能引發空氣中飛揚的鋁粉粉塵云瞬間爆燃,同時釋放大量的能量。因此,鋁粉生產過程中,要防止這一類火災爆炸事故的發生,必須采取一系列措施,以控制作業空間粉塵濃度,并減少靜電的積累和火花的產生,切斷粉塵爆炸的連鎖反應。 5、鋁粉火災的防范對策 粉塵爆炸和靜電火花是引發鋁粉火災的最主要因素。因此,如何控制鋁粉火災的發生,必須從生產工藝技術、操作空間環境和安全管理入手,嚴格控制作業現場粉塵的濃度,杜絕一切可能產生靜電明火花的作業。 吉化集團公司超細鋁粉廠自2002年起,不斷探索和改進鋁粉生產工藝,采用國際上先進的氮氣霧化系統循環技術,在鋁粉粉塵治理和消除靜電火花等方面采取了一定的防范措施,收到了良好的成效。下面具體介紹如下: 5.1改進工藝生產技術,采用惰性氣體氣力輸送,控制物料盡量不產生靜電 為消除靜電給鋁粉制備生產帶來的危害,控制鋁粉粉塵爆炸引發的條件,吉化集團公司自2002年6月起,先后兩次對原鋁粉制備裝置進行了技術改造,即在原有鋁粉制備裝置的基礎上,將原空氣霧化改為氮氣霧化技術,并增加了一套鋁粉分級系統,通過技術改造,不僅滿足了國內外市場對高檔球形鋁粉的需求,同時,將鋁粉霧化及分級系統連接成一體,利用氮氣壓縮機不斷給系統運行補充足量的氮氣來源,確保系統氮氣中的最低氧含量大大低于9%(目前控制在0.8%)。 5.2采取靜電接地措施使已產生的靜電盡快逸散,避免產生積累 5.2.1鋁粉生產所用的每臺設備與設備、設備與管線、管線與管線、閥門與管線之間的法蘭、電氣、儀表之間的跨接等均應用扁銅制編織線連接起來,之后與防雷接地裝置互相連接起來; 5.2.2工廠所用的所有公用工程管線、采暖管線必須連接成一個連續的整體,并予以接地。 5.2.3生產區域內的所有電氣設施,包括電氣開關、照明開關、臨時機電儀電工設備等,均有可靠的靜電接地,并應該構成一個閉合回路的接地干線,靜電接地連接要求牢固,應有足夠的機械強度承受機械運轉引起的振動,防止脫落或虛接。 5.3采用防靜電導電包裝桶(包括包裝工作臺)、不發火花地面 吉化集團公司超細鋁粉廠目前鋁粉成品包裝分別采用50公斤鐵制包裝桶和防靜電導電塑料桶進行包裝,每個包裝桶和電子稱均須用靜電導線夾子連接到靜電接地網上,并要求連接良好;而且,鋁粉分級廠房、鋁粉包裝間、袋式過濾器及鋁粉倉庫等建筑物其耐火等級均為二級,地面均采用30mm厚C20不發火花細石混凝土面層,各建筑物耐火等級、防火分布、疏散通道、安全出口均滿足規范要求。 5.4嚴禁穿戴化纖衣物進入包裝現場或進行包裝作業,防止靜電火花的產生 由于鋁粉生產裝置爆炸危險等級屬于Ⅱ區防爆場所,且鋁粉的最小點火能量在0.15mJ,根據導體間靜電放電能量W=1/2CV2計算,人體自身所攜帶的靜電能量可達到0.45mJ以上,遠遠大于鋁粉的最小點火能量。因此,為杜絕人身靜電放電,工廠要求所有操作人員進入作業現場必須穿戴統一發放的防靜電工作服,同時在粉塵濃度相對較大的分級包裝間出入口增設了靜電釋放棒,這樣,操作人員可以及時排除人體所帶靜電,是防止人身靜電危害的有效措施之—。 5.5生產和檢修過程中的安全管理措施 在鋁粉生產或檢修過程中,由于閥門質量、設備密封不嚴及包裝過程中容易發生鋁粉泄漏,一旦因風機和機器停車或因關閉門窗而引起的氣流擾動,形成鋁粉粉塵云達到一定濃度,這時使用鐵制工機具存在相當大的火災爆炸隱患;因此,工廠要求現場嚴禁使用非防爆工、機具,應使用防爆型銅制工具和木制工具。 在生產及檢修過程中,要避免一切靜電火花的產生,堅決杜絕用非防爆工具振打設備、管線,特別是在分級、輸送、包裝過程中,撞擊火花及電氣火花等都會引起火災爆炸的產生。 工廠制定了“鋁粉清粉安全管理規定”,要求定期對作業場所的落地粉進行清理,避免沉積;同時,要求在清理地面、設備、管線上的積粉時,要避免鋁粉粉塵飛揚,操作人員要保證佩戴好防護用具,清掃出來的鋁粉要統一包裝封好,避免吸潮或氧化。 5.6本質安全設計,消除靜電產生 吉化集團公司超細鋁粉廠改造后的氮氣霧化生產鋁粉技術,采用密閉循環氮氣作為鋁粉輸送氣力,系統確保密封避免空氣的進入,使氧含量在自動控制連鎖范圍內,一旦超標,系統自動啟動補加氮氣,使系統氧含量控制在小于0.8%。 通過改造后兩條鋁粉分級生產線,所有機械電氣設備均采用防電氣火花、靜電火花、機械火花及雷電侵襲的有效措施,防止意外事故發生;如:分級包裝崗位專門設計的減壓除塵料斗可以有效防止包裝過程粉塵粉塵氣流靜電外泄放電,保證生產安全。 另外,所有袋式過濾器和扁袋過濾器內部的布袋均采用防靜電過濾布,每個布袋之間用銅制導電線互相連接起來再與設備外殼的靜電接地互相連接,形成一體,可以不斷泄漏靜電或進行電暈放電,以降低布袋電位,防止火花放電的發生。 6、鋁粉火災有效滅火措施 6.1正確使用滅火劑 為了有效地撲滅鋁粉火災,必須正確選擇與使用滅火劑。 6.1.1鋁粉發生火災不能用水和泡沫進行撲救,這是因為鋁粉生產過程中泄漏的鋁粉表面未被氧化,火場上正在燃燒或處于高溫烘烤下的鋁粉會迅速發生化學反應,放出有爆炸燃燒危險的氫氣與空氣混合形成爆炸性混合物。因此,鋁粉火災禁止用水和泡沫撲救。 6.1.2鋁粉在常溫下能與氯和溴進行燃燒反應,還可與鹵代烷發生反應生成少量氯化鋁起催化作用,往往導致爆炸燃燒。因此,鋁粉火災也不能用四氯化碳、1211滅火劑進行撲救。 6.1.3鋁粉比重輕,細度小,一旦遇到風吹或氣噴極易飛揚在空中形成爆炸性混合物。因此,鋁粉火災也不能用二氧化碳等氣體滅火器進行撲救。根據上述特點,撲救鋁粉火災應當選用化學干粉(如氧化鋁等)、干沙以及石墨粉、干鎂粉等進行撲救。通過幾年來的實踐表明,采用干沙和硅酸鋁毯(氈)等滅火物資是最經濟有效的,因為這類物資可以覆蓋在燃燒鋁粉的表面,使其與空氣隔絕,并能有效地防止鋁粉飛揚與空氣混合,從而達到窒息滅火的目的。 6.2鋁粉火災滅火對策 6.2.1如果鋁粉發生地面火災可使用干沙、硅酸鋁毯(氈)進行滅火,采用“一圍、二蓋、三埋”的方法,即在圍攻火勢時,必須用銅鍬或專門的滅火沙桶小心灑干沙或干粉,或用干沙袋將燃燒的鋁粉從四周圍起來,圍到一定程度,再用硅酸鋁毯或石棉被覆蓋,最后,用干沙輕輕地掩埋(一般沙厚達30-50公分即可)。 6.2.2如果作業空間發生粉塵爆炸并形成干鋁粉大火是很難被撲滅的,所以一定要控制初始起火。初起火災必須用隔熱的硅酸鋁毯蓋住火焰,再用干沙、干惰性粉(如氧化鋁),覆蓋隔離。操作時必須特別注意避免氣流擾動引起的鋁粉飛揚,以防止二次爆炸事故。被覆蓋注的火會產生一層堅硬的氧化物硬皮,它將最終隔絕氧而使火自行熄滅,通常是在采取了以上作法后,離開此區域,直到燃燒停止和冷卻下來之前不要進入此區域。 6.2.3應采取先阻擊,后滅火的戰術。先阻擊是指對已經起火的車間、倉庫以及受到嚴重威脅的毗連建筑物,用水或泡沫進行冷卻降溫,以防止火勢蔓延。但用水和泡沫時,一定不要使水與鋁粉接觸,防止發生更大面積的爆炸燃燒;后滅火是指在完成了阻擊火勢蔓延和救人疏物之后,應抓住有利戰機,集中優勢兵力圍殲鋁粉燃燒。 6.2.4搶救時,最好穿上隔熱服,戴上口罩、手套,以便行動。進入火場的人員不宜過多,而要少而精,動作也要輕而快。滅火時也可先施放化學干粉,在火勢瞬間減弱的情況下,再利用干砂掩埋。在施放干粉時,應打向燃燒鋁粉的外圍1.5-2米處,使干粉隨著燃燒氣浪的升騰和空氣的流動卷入燃燒區域起到窒息滅火的效力,切記不要直射燃燒的鋁粉堆,以防干粉隨著燃燒氣浪卷跑,失去滅火的效能。 6.2.5建立強有力的火場指揮部。鋁粉一旦發生爆炸燃燒,往往造成人員傷亡,而且火場情況較為復雜,并有二次爆炸的危險。因此,在撲救過程中應成立強有力的火場指揮部,以對整個滅火任務進行統盤考慮?;鴣≈富硬康娜撾裰饕茄桿僮櫓α空觳旎鵯?,制訂正確的戰術措施,布置戰斗任務,下達戰斗命令,調集各種車輛進行救人、疏散物資、供給滅火劑(運輸干沙、干粉)等。 7、結束語 鋁粉粉塵爆炸是一個比較復雜的過程,它所引發的鋁粉火災給鋁粉制備生產帶來極大的危害。人們只有不斷認識它的危害性,在生產過程或檢維修作業中,必須采取綜合的粉塵治理技術和防靜電火花措施,才能收到良好的效果,從而避免鋁粉火災的發生。
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