除尘器有限空间的粉尘燃爆风险与控制措施

张延青，郑德富，张赛

（山东奥博环保科技有限公司，山东 德州 253300）

1 袋式除尘器有限空间的粉尘燃爆风险

1.1 可燃性粉尘

可燃性粉尘是指在空气中能燃烧或焖燃，在常温常压下与空气形成爆炸性混合物的粉尘。可燃性粉尘涉及行业众多，包括金属、食品、木材、纺织、橡胶塑料、冶金建材等（见表1）。

表1 部分典型可燃性粉尘行业燃爆风险

1.2 可燃性粉尘燃爆三要素及过程

可燃性粉尘燃爆三要素指的是可燃性物质、助燃剂、点燃源。如图1 所示，可燃性物质（即各种可燃性粉尘）和氧气等助燃剂会形成爆炸性环境，在有效点燃源，比如火花、静电等引燃条件下，容易发生爆炸，甚至引起火灾。

图1 可燃性粉尘燃爆三要素及过程图

1.3 有限空间与袋式除尘器

有限空间是指封闭或部分封闭，进出口受限但人员可以进入，未被设计为固定工作场所，通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧含量不足的空间。袋式除尘器是一种干式过滤收尘装置，同时也是一种典型的有限空间。由于袋式除尘器具有过滤效率高、适应性强、使用灵活、结构简单、工作稳定、便于回收粉尘、维护简单等优点[1]，作为通风除尘设施被广泛应用于涉及粉体加工和粉尘生产的企业。

有限空间的安全风险包括燃爆、缺氧、高温高湿、机械伤害等。当有限空间中积聚的甲烷、氢气等可燃性气体，以及铝粉、玉米淀粉、煤粉等可燃性粉尘与空气混合形成的爆炸性混合物的浓度达到爆炸极限时，遇明火、化学反应放热、撞击或摩擦火花、电气火花、静电火花等点火源时，就会发生燃爆事故。

袋式除尘器的核心部件是滤袋和袋笼，过滤原理是依靠滤袋滤料表面的粉尘饼来过滤粉尘，进而达到收尘或除尘的目的。在运行过程中，可燃性粉尘颗粒之间或颗粒与设备之间的碰撞、摩擦会导致除尘器内部静电荷量积聚[1]，激发静电放电火花，点燃粉尘，容易引发燃爆事故。

1.4 袋式除尘器燃爆风险区域

根据《可燃性粉尘环境用电气设备第3 部分：存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》（GB 12476.3—2017），以及爆炸性粉尘混合物的出现频率、持续时间和粉尘层厚度，可以把袋式除尘器分为四个区域：20 区、21 区、22 区和非粉尘爆炸危险区。

20 区，是指空气中可燃性粉尘云长期连续出现或经常出现形成爆炸性环境的区域。典型场所包括贮料槽、筒仓、旋风集尘器和袋式除尘器内部。

21 区，是指正常运行时，空气中可能偶尔出现可燃性粉尘云，形成爆炸性粉尘环境的区域。典型场所包括袋式除尘器前的除尘系统管路内，打磨、打包产尘点附近，有较厚粉尘层的区域。

22 区，是指正常运行时，空气中的可燃性粉尘云不可能出现，如果出现，仅是短时间内存在形成爆炸性粉尘环境的区域。常见的区域有除尘器的净室、

除尘器后的风管以及21 区外围1—3m 处。

非粉尘爆炸危险区是指以上三个区域外的区域。

2 袋式除尘器的粉尘燃爆控制措施

在设计和配置通风除尘系统和防爆措施时，根据具体的粉尘特点及产生粉尘的工艺等进行详细评估。各类可燃性粉尘的除尘方式及推荐的配套防爆措施见表2[2]。

表2 各类可燃性粉尘的除尘方式及推荐的配套防爆措施

2.1 袋式除尘器防爆控制相关标准和技术规范

袋式除尘器中很容易形成高浓度粉尘云，如果遇到点火源，聚集的粉尘很容易加剧爆炸风险，因此在设计时需严格参照相关防爆标准和技术规范。根据《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》（AQ 4273—2016）[3]中的要求，袋式除尘器滤袋应采用阻燃及防静电的滤料制作，与滤袋相连接的金属材质构件（如滤袋框架、花板、短管等）应采取相应的防静电处理措施，这样可以有效防止产生静电火花，避免引起粉尘爆炸。另外，对除尘器的框架材料、焊接工艺、光滑灰斗、脉冲喷吹清灰方式、清灰气源、风压和温度在线监测装置等都做了相应的规定。

根据《粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则》（GB/T 17919—2008）[4]，收尘器（除尘器）宜布置在室外，防止除尘器发生燃爆时，危及邻近的房间或与之连接的设备。

2.2 防静电滤料

目前滤料按结构主要分为两种，一种是针刺非织造滤料，另一种是机织滤料。针刺非织造滤料是目前袋式除尘器最常用的滤料，纤维呈立体交错排列，呈三维结构，中间有一层基布，这种结构有利于很快形成粉尘层，滤尘开始和清灰结束后也不存在直通的孔隙，捕尘效果稳定，除尘率高于一般织物滤料。其生产工艺包括原料预处理工艺（开松、混棉、梳理、铺网）、成毡工艺（预针刺、复刺）和后处理工艺（覆膜、烧毛、热轧光、浸渍、疏水整理、热定型、防静电等）。

防静电处理工艺的通用方法有三种：（1）在针刺滤料基布的经纱中间隔编入导电纱线，使整体滤料呈现条纹型或者网格型；（2）在针刺滤料的纤网中混入导电纤维，其中导电纤维有不锈钢纤维、碳纤维及改性合纤类纤维等；（3）将不锈钢丝绳接地线直接缝制在滤袋袋身。滤料材质与防静电工艺的选择见表3。

表3 滤料材质与防静电工艺的选择

2.3 滤料防静电机理和性能要求

防静电滤料织物的原理是利用导电纤维电体的静电诱导、电晕放电、泄漏等综合作用实现抗静电性能。其过程为：织物因摩擦带上静电→织物中产生的电荷向导电纤维汇集→导电纤维中诱发了与织物上电荷符号相反的电荷→导电纤维附近诱发产生静电场（周围的空气受此电场的作用而电离）→电晕放电产生的离子与织物所带电荷中和→消除静电[5]。与此同时，通过将防静电滤袋安装在花板孔，与花板相连，经除尘器壳体接入接地网，能消除静电，从而防止静电火花点燃粉尘，避免产生燃爆事故。

根据《袋式除尘用滤料技术要求》（T/CAEPI 21—2019）[6]，防静电滤料的静电特性应符合表4要求。

表4 防静电滤料的静电特性

2.4 防静电滤袋

滤袋是指在袋式除尘器中起滤尘作用的过滤元件，防静电滤袋由防静电滤料缝制而成。根据防静电样式可以分为混合防静电滤袋、条纹防静电滤袋、网格防静电滤袋、外接不锈钢丝/带滤袋。图2 为几种防静电滤袋。

图2 防静电滤袋

2.5 袋笼的防静电处理措施

滤袋框架也称袋笼，是支撑滤袋，可在过滤或清灰状态下保持袋内气体流动空间。袋笼通常由纵筋和支撑横环纵横交焊而成，焊接配套的上口和底部配件形成笼形件。其防静电措施通常是采用合适的连接配件与花板孔相连[7]，经过壳体连入车间接地网，防止静电火花的产生，进而达到防燃爆的目的。图3 为防静电增强型不锈钢袋笼。

图3 防静电增强型不锈钢袋笼

3 结语

随着社会发展，涉及可燃性粉尘的产品和行业越来越多，安全生产形势日益严峻。因此，充分认识有限空间袋式除尘器的粉尘燃爆风险，并且严格按照袋式除尘器的相关标准和规范采取相应的防控措施，在当下生产生活过程中尤为重要。滤袋和袋笼的防静电处理措施可以有效避免产生静电火花、防止点燃粉尘、有效防范燃爆事故的发生。