除尘设备安全改造措施

谢雪峰，徐 兢

（南通烟滤嘴有限责任公司，江苏南通 226001）

0 引言

依据“应急管理部第6 号令”（以下简称“6 号令”），《工贸企业粉尘防爆安全规定》于2021 年9 月1 日颁布正式实施，旨在加强工贸企业粉尘防爆安全工作，预防和减少粉尘爆炸事故，保障从业人员生命安全。

6 号令重点引用GB 15577—2018《粉尘防爆安全规程》，对安全生产保障、监督检查、法律责任3 个方面具体描述。

本文结合YC/T 384.2—2018《烟草企业安全生产标准化规范》和AQ 4273—2016《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》，分析了滤棒生产企业对安全的完善、强化设备管理、提高监督职能和法律责任意识，同时对上述标准和规范内引用相关标准加以研究，如电气安全防爆设计应依据GB/T 15605—2008《粉尘爆炸泄压指南》，根据企业实际情况进行整改和管理措施。

1 现有滤棒成型机组除尘情况

南通烟滤嘴有限责任公司（以下简称“公司”）除尘系统已运行多年，现有除尘机房现场作业环境、安全标准、设备节能指标已滞后现行规范要求。近年来，为配合整体生产滤棒除尘系统已经做过局部改造，但主体设备在安全方面仍存在欠缺，主要表现为：除尘房电机不是安全规范要求的粉尘防爆型，能效等级无法满足最新要求；除尘器未配置无焰泄爆装置；除尘器进/出风口无风力压差监测报警装置；除尘器进/出风口和灰斗无温度监测报警装置；卸灰装置无运行监控装置；脉冲除尘器无压力监测报警装置；除尘房内电气设备不符合防爆安全标准；配置的安全开关、控制按钮、I/O 箱等为非防爆产品，不满足防爆要求等。

为切实保障企业员工以及设备设施的安全，决定通过对系统进行升级改造，配置泄爆、喷淋、压差、温控、卸灰运行检监测、防静电接地等安全设备和安全措施。

2 粉尘安规相关要求

2.1 负压除尘方式

该除尘系统应采用负压除尘方式，并按照烟草粉尘爆炸特性，选用降低爆炸危险的一种或多种防爆方式。根据公司建筑结构特点，应采用无焰泄爆装置，泄爆区域应无其他生产设备和人行通道。

除尘器设置锁气卸灰装置，灰斗内无积尘，卸灰装置应与除尘器同步运转。同时，除尘系统应设置下列预警预测装置：

（1）除尘器进/出风口应设置风压差监测报警装置，当进/出口风压力变化大于允许值的20%时应发出声光报警信号。

（2）除尘器进/出风口和灰斗应设置温度监测报警装置，当温度高于工艺排风温度时应发出声光报警信号。

（3）卸灰装置应设置运行监控装置，出现运行异常及故障停机状况时应发出声光报警信号。

（4）粉尘收集和压棒间采用封闭螺旋输灰，如果灰量少（单班<25 kg）可以采用封闭桶（箱）收灰，降低企业螺旋和压棒设备采购和维护成本。

2.2 爆炸危险环境区域电气安全

爆炸危险环境区域电气安全应符合下列要求：

（1）粉尘环境爆炸危险区域的电气线路、电气设备应符合相应分区的防爆要求。

（2）粉尘环境爆炸危险区域电气设备的选型及安装应符合YC/T 384.2—2018 的要求。

（3）防雷与接地设计应符合GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》防雷规范的规定。

2.3 防静电要求

防静电应符合下列两个要求：

（1）除尘器与进/出风管及卸灰装置的连接宜采用焊接，如果采用法兰连接则应按照防静电措施要求进行导电跨接。

（2）粉尘爆炸危险环境区域内所有的金属设备、装置外壳、金属管道、支架、构件等均应等电位联结，设备保护接地应符合GB 50058—2014《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的要求。

3 除尘系统安全措施

3.1 改进措施

（1）除尘器配置泄爆装置。根据GB 18245—2000《烟草加工系统粉尘防爆安全规程》6.2.3 和GB 15577—2018 中7.1.3在除尘器本体配置无焰泄爆装置。爆炸泄放系统会在压力达到预先设定的数值时开启，将爆炸产生的火球或压力泄放到安全区域。泄放装置分开启式泄放装置和无焰泄放装置两种，前者安装成本低廉，效率出众，适合安装在大体积加工实施的壁板上；后者用于扑灭火焰前缘和释放爆炸产生的压力，通常用于无法将爆炸产生的火焰泄放到安全区域的设备。

（2）除尘配置隔爆阀。除尘配置隔爆阀安装在泄爆除尘器的入口管道上，在正常操作下挡板通过自身约束系统保持开启，不依靠气流流动的作用力（常开）。当除尘器发生爆炸时约束系统释放密封圈，挡板在冲击波的作用下关闭，将火焰及爆炸波阻断在一定的范围内。

（3）喷淋系统。公司有设计较为完善的消防灭火系统，但基本上是针对建筑防火，无法及时捕捉到除尘系统这种存在燃烧或爆炸的设备内部，系统检测到因除尘系统引起的火灾时，已经是事故发生严重或时间较长后了，所以建立除尘系统内部喷淋系统，可在火灾发生前及时扑灭火苗。喷淋系统结合除尘系统温度检测系统，可以有效联锁，抑制火灾或爆炸的发生，同时减少人员操作，降低人员伤亡风险。

（4）除尘器进/出风口和灰斗温度监测报警装置。当温度高于工艺排风温度时，温度监测装置应发出声光报警信号。除尘系统在运行过程中，温度达到一定值后，就会稳定在一个范围之内波动，如温度上升较快，特别是当布袋除尘器出口处的温度高于进口处时，可以断定布袋除尘器内有闷火自燃现象。灰斗上的温度计装在卸料阀上方0.8 m 处，灰斗内温度急剧升高，也说明有闷火自燃情况（图1）。一旦主管或灰斗温度发生异常变化，应迅速采取措施并报警处理。通过设置温度检测及时掌握除尘系统内部工作环境温度，做到早察觉、早防范，最大限度消除除尘系统的安全隐患，监控除尘系统内部工作环境温度变化。

图1 除尘器灰斗

（5）喷吹压力监测。喷吹压力是指脉冲喷吹的压缩空气压力，喷吹压力越大诱导的二次气流越多，形成的反吹气速越大，清灰效果越好，除尘器运行压差下降越明显。但是喷吹压力过高会出现过度清灰现象，反而影响净化效率，即布袋除尘器出现瞬间“冒灰”现象，同时耗气量增加，浪费能源。喷吹压力过低或过高都会影响过滤效果并存在安全隐患，因此布袋除尘器清灰系统对设备能不能正常运转起决定性作用。如果长时间喷吹压力过低，喷吹效果不佳，随着粉尘在初层根底上不停积聚，使其透气性变差，除尘器的阻力增长，除尘效率降低，导致除尘器内部粉尘容易堆积形成粉尘云、增加爆炸的风险。通过压力检测可以提高除尘系统的安全系数。

（6）配置防爆风机和电气设备。除尘风机需要更换成粉尘防爆电机，除尘房内电气设备按安规相关要求配置安全开关、控制按钮、I/O 箱等

通过对系统进行升级改造，增加了安全设备和安全措施，具备泄爆、隔爆、抑保等多种功能，能够在险情发生前快速预警、消除隐患，在险情发生后采用多种措施进行防控，抑制险情的扩散，并及时阻断险情继续发生直至消除险情，切实保障企业员工以及设备设施的安全。

3.2 技术手段

3.2.1 无焰泄放装置

针对公司除尘房空间布局，采用矩形无焰泄放装置（图2）。使用无焰泄爆装之后，火焰在通过网状过滤器时就会冷却下来并被扑灭，不会有火焰或气压冲到容器外部。其优势有：在受限空间内实施，避免的外排式对建筑结构的破坏，降低改造难度，同时也便于后期的设备管理和维护。

图2 开启式泄爆装置与无焰泄爆装置泄爆效果

改造的实施过程：

（1）采用侧面或顶部安装无焰泄爆的方式进行泄爆，除尘器离建筑墙壁有3～4 m，且非人工通道。除尘器无焰泄爆开孔安装，开孔尺寸建议比底座直径小2 cm。开孔口径基本为410 mm×310 mm，高度建议是2 m 以上（高于加强筋高度），便于螺杆螺帽或型材固定安装。

（2）侧面安装需考虑与人的安全距离2.5 m 左右，规范目前没有明确距离，出自设备厂商实验数据，无焰泄爆装置安装于除尘器进风侧（脏空气侧），重量较重。结合除尘器的安装强度要求，最好不要破坏除尘器的加强筋，必要时需增加加强筋。

3.2.2 管道隔爆

在除尘主管道上安装单向隔爆阀，其优点有安装方便、压力损失小、检查与维护成本低等，适合负荷变化的除尘系统（图3）。

图3 隔爆阀安装示意

（1）改造的实施。利用现有的除尘管道，距离除尘器2～6 m（可垂直、水平安装），适用于ST1 和ST2 级的粉尘，Kst（粉尘爆炸性指数）最高可达300 bar·m/s（30 MPa·m/s），阀门强度高，Pred（受控爆炸压力）最高可达2.2 bar（0.22 MPa）。

（2）注意事项。由于要安装在现有管道上，对原有除尘系统有一定的压力损失影响，根据不同品牌会有偏差，不同规格对系统的压损也不同。市场上的产品一般标注压损在500 Pa 以内，在标准除尘系统设计都有预留压力损失，满足隔爆阀安装要求。对于使用年限5～10 年或更长的系统，期间负载也有变化，安装前需要进行复核工作，进而选择合适的隔爆产品。

3.2.3 除尘器积灰斗配置温度检测及喷淋报警装置

根据YCT 384.2—2018 的4.8.3.9.b）和GB 18245—2000 的6.2.5.b），在除尘器每个灰斗设置灰斗温度检测装置，除尘器顶部安装喷淋装置。

除尘器是粉尘集中地，为了满足除尘工艺要求，除尘器的过滤风速应控制在2 m/min 以下。布袋除尘采用的正压喷打清灰方式，会使除尘器内部粉尘处于悬浮状态，在此密闭的空间内粉尘达到一定浓度、存在点火源时极易发生爆炸。因此，对除尘器内部进行必要的监控、阻断危险事故发生的条件，可以有效降低危险事故。

目前，滤棒车间除尘系统主要采用滤袋除尘方式，改造工作需要结合其工作现状，在最少投资、不改变现有功能的前提下，以最简单有效的措施和最优的方案，排除安全隐患。

（1）解决方案。在除尘器每列灰斗位置设置防爆型温度传感器，监测除尘器内部温度、捕捉可能存在的火源或温度异常现象。经分析论证后，决定采用防爆型一体式温度变送器（传感器）并在除尘器顶部安装喷淋系统。

（2）实施方案。一体式温度变送器机械部件分为底座和本体两部分，底座固定在被测物体上，传感器本体则通过螺纹固定在底座上，方便维护和拆卸。仪表到桥架配线采用防爆绕性软管、定制接头，与仪表电气接口吻合。由于除尘系统布线桥架空间已经基本满容，建议改造时重新布置桥架。目前，该变送器安装在除尘器下箱体灰斗锥面中间部位。

4 管理制度

（1）除技术手段外，需建立通风管道、除尘系统管道和除尘器箱体安全操作规程，包括：定期清洁制度，明确清洁部位、方式、周期、责任人等；发现有粉尘沉积时必须查明原因、及时规范清洁；清洁时应采用负压吸尘方式，避免粉尘飞扬。

（2）加强除尘系统的保养和人员培训，安全相关设备、设施的日常需定期（每季度）维护保养，系统不能正常工作，再好的技术、方案也不能保障安全。应加强粉尘防爆安全教育和培训，使相关管理人员了解相关法律法规和标准要求、典型案例等，进入现场操作的人员必须进行必要的粉尘防爆基础知识培训及职业防护培训。

（3）除尘系统和除尘房进行检维修作业时，检修部位与非检修部位应保持隔离，检修区域内所有的泄爆口处应无任何障碍物。检修过程如涉及动火作业，应清洁作业区域10 m 范围内的地面、设备表面等沉积的粉尘，并应设专人监护，配置足够的消防器材。

（4）对存在粉尘沉积的管道进行的动火检修作业，应将管道拆卸至安全场所进行。对于无法拆卸的管道，则必须完全停止管道的粉尘输送，清理干净动火作业点管道内（包括管道表面）10 m 范围沉积的粉尘后方准动火，并在保证作业点最高温度恢复到常温后才允许重新开始生产。

5 结束语

除尘设备是烟草行业都会涉及的重点设备，需对除尘设备采取正确的管控措施，保证相关设备安全稳定运行，杜绝粉尘爆炸发生。