多措并舉提升可燃粉塵除塵系統(tǒng)效率

文/陳朝陽(yáng)

可燃粉塵有防爆安全要求，除塵系統(tǒng)需要兼顧安全和效率，本文作者在除塵系統(tǒng)改造實(shí)踐中，既兼顧到安全和除塵效率，也考慮到節(jié)約成本，綜合采用多種方式顯著提高了除塵效率，現(xiàn)場(chǎng)煙塵濃度下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2017年年初，鋰離子電池行業(yè)開始導(dǎo)入激光處理工藝，用激光進(jìn)行切割、焊接、清洗表面。激光處理過(guò)程中金屬氣化、冷卻形成金屬煙塵（包括鋁粉塵、銅粉塵），其中鋁粉塵具有易燃易爆的特征，作業(yè)人員長(zhǎng)期吸入金屬煙塵可導(dǎo)致塵肺病。依照可燃粉塵防爆要求，其除塵系統(tǒng)要進(jìn)行抗爆安全設(shè)計(jì)，使用抑爆、抗爆、泄爆、隔爆等安全措施。筆者作為國(guó)家機(jī)械安全防爆小組專家，幫助某企業(yè)在保證防爆安全的前提下，采取一系列措施提高了除塵效率，改善了工作環(huán)境。

區(qū)分防爆區(qū)和非防爆區(qū)節(jié)約改造資金

該企業(yè)可燃和難燃的金屬煙塵處理系統(tǒng)，主要由兩大部分組成：第一部分是車間里面的負(fù)壓抽風(fēng)系統(tǒng)，靠近激光處理設(shè)備，負(fù)責(zé)將金屬煙塵抽取出來(lái)，通過(guò)防火閥后排入室外集中除塵系統(tǒng)；第二部分是室外集中除塵系統(tǒng)，由負(fù)壓風(fēng)機(jī)抽風(fēng)形成負(fù)壓，風(fēng)機(jī)之前設(shè)置濾袋過(guò)濾粉塵。

我們分析了粉塵爆炸五邊形模型，比較經(jīng)濟(jì)的做法是優(yōu)先確定可能達(dá)到爆炸下限的區(qū)域。這些區(qū)域包括濾袋處，灰斗處，異常情況下濾袋破損粉塵進(jìn)入負(fù)壓抽風(fēng)風(fēng)機(jī)軸承處，變徑管、支管到主管連接處、觀察窗等容易清灰不徹底的地方。在這些可能達(dá)到爆炸濃度的區(qū)域，控制點(diǎn)火源，并采取抗爆、泄爆、隔爆、抑爆等安全措施。而除塵系統(tǒng)大部分的管道、容器因?yàn)橛泻侠淼某轱L(fēng)風(fēng)速、不易積灰的圓形結(jié)構(gòu)，粉塵厚度正常情況下低于1 mm，濃度低于粉塵爆炸下限的10%，屬于非危險(xiǎn)區(qū)域，可以做普通設(shè)計(jì)來(lái)提升除塵效率。

經(jīng)過(guò)上述分析討論，并經(jīng)外部專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，我們確定了改造方案，決定以室外除塵管道的隔爆閥處為分界，兩邊采用不同的除塵管道結(jié)構(gòu)，隔爆閥朝向除塵器本體部分用防爆設(shè)計(jì)，隔爆閥朝向車間部分用非防爆設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)思路有三方面的好處：第一，節(jié)約了投資，因?yàn)樾枰捎酶叱杀痉辣O(shè)計(jì)的除塵器本體和隔爆閥部分占整體比例少；第二，提升了安全性，因?yàn)楦舯y將有人員作業(yè)的車間部分與爆炸區(qū)域隔離開，降低了人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)；第三，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，因?yàn)榉欠辣瑓^(qū)域不必每班清理，每周檢查和每月清理即可。

垂直設(shè)置柔性管道解決積塵問(wèn)題

激光處理設(shè)備需要在移動(dòng)中完成切割、焊接、清洗等功能，所以必須有能夠伸縮的柔性管道來(lái)匹配。

我們?cè)陔x激光作業(yè)產(chǎn)塵點(diǎn)最近的2 m范圍內(nèi)用耐熱的金屬管來(lái)抽吸并冷卻激光焊渣、煙塵，在其后的垂直段用柔性管道來(lái)匹配移動(dòng)?？缮炜s的柔性管道通常是折疊結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔不光滑，容易積塵，將柔性管道設(shè)置在垂直段，在重力、移動(dòng)振動(dòng)、負(fù)壓抽風(fēng)的綜合作用下解決了積塵問(wèn)題，顯著提高了除塵效率（見圖1）。

高風(fēng)速清灰解決管道連接處積塵問(wèn)題

車間有多個(gè)支管接到主管，連接的地方通常容易積塵，傳統(tǒng)做法是人工頻繁清理，效率低。我們創(chuàng)造性地在每個(gè)支管都安裝有電磁閥，在每次更換物料的空閑時(shí)間（大約2 h），設(shè)備控制每次只打開其中一個(gè)支管閥門，關(guān)閉其他支管的閥門，則這個(gè)唯一打開的閥門有極高風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)了支管在線自動(dòng)清灰功能（見圖1）。

圖1 室內(nèi)除塵器部分

風(fēng)力下管道內(nèi)拖動(dòng)麻袋球解決管道清灰問(wèn)題

除塵管道里面的清灰作業(yè)，傳統(tǒng)的人工解決方法是每6 m設(shè)置一個(gè)觀察窗和清理口，人工進(jìn)入清理非常耗時(shí)。接受專家建議，保持抽風(fēng)風(fēng)機(jī)正常抽風(fēng)的情況下，在管道內(nèi)部用麻繩來(lái)回拖動(dòng)麻袋纏繞形成的麻球，實(shí)現(xiàn)高效清灰。麻繩、麻袋這種天生導(dǎo)靜電材料，無(wú)靜電積累，既安全又高效地解決了管道內(nèi)清灰作業(yè)。

定期噴射滑石粉減少濾袋和管道積灰

為減少管道積塵，我們?cè)谥鞴艿捞幵O(shè)置有噴射滑石粉裝置，在清理完管道和濾袋后，每月一次噴射10 kg的滑石粉，鋪在管道內(nèi)壁、濾袋表面，填充管道內(nèi)壁的劃痕、濾袋的粗糙表面，改善潤(rùn)滑，從而減少積塵。實(shí)踐證明，濾袋的定期反沖吹灰，不能吹掉濾袋表面潤(rùn)滑用的滑石粉。

噴射滑石粉裝置還可在緊急時(shí)刻擔(dān)當(dāng)惰性物質(zhì)來(lái)滅火或抑制爆炸。專家經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試表明，當(dāng)惰性物質(zhì)（滑石粉）和可燃粉塵的質(zhì)量比不低于5∶1時(shí)，混合粉塵不燃。

效果確認(rèn)

采取提升除塵效率的措施后，車間部分基本沒有灰塵積累，人員每周核查一次即可。在隔爆閥之后除塵器本體部分，基本也沒有明顯積灰，只要每周移走鎖氣積灰閥下的灰桶的灰塵即可。清潔頻次遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于每班清理要求，減少了人力除塵的勞動(dòng)量。

室外集中除塵系統(tǒng)的運(yùn)作，將粉塵的無(wú)組織排放升級(jí)為有組織排放，車間空氣的焊接煙塵濃度從滿足職業(yè)接觸限值4 mg/m3，提升到接近室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（PM10≤0.15mg/m3），達(dá)到了無(wú)害化的工作環(huán)境目標(biāo)，除塵效率的提升也改善了產(chǎn)品品質(zhì)，電池的自放電率明顯下降，良品率明顯提升。（本文作者系國(guó)家機(jī)械安全防爆小組專家）