多措并舉提升可燃粉塵除塵系統(tǒng)效率

文/陳朝陽

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)場煙塵濃度下降了一個數(shù)量級。

2017年年初，鋰離子電池行業(yè)開始導入激光處理工藝，用激光進行切割、焊接、清洗表面。激光處理過程中金屬氣化、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)人員長期吸入金屬煙塵可導致塵肺病。依照可燃粉塵防爆要求，其除塵系統(tǒng)要進行抗爆安全設計，使用抑爆、抗爆、泄爆、隔爆等安全措施。筆者作為國家機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壓抽風系統(tǒng)，靠近激光處理設備，負責將金屬煙塵抽取出來，通過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)，由負壓風機抽風形成負壓，風機之前設置濾袋過濾粉塵。

我們分析了粉塵爆炸五邊形模型，比較經濟的做法是優(yōu)先確定可能達到爆炸下限的區(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入負壓抽風風機軸承處，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。在這些可能達到爆炸濃度的區(qū)域，控制點火源，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、容器因為有合理的抽風風速、不易積灰的圓形結構，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%，屬于非危險區(qū)域，可以做普通設計來提升除塵效率。

經過上述分析討論，并經外部專家評審通過，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構，隔爆閥朝向除塵器本體部分用防爆設計，隔爆閥朝向車間部分用非防爆設計。這種設計思路有三方面的好處：第一，節(jié)約了投資，因為需要采用高成本防爆設計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，因為隔爆閥將有人員作業(yè)的車間部分與爆炸區(qū)域隔離開，降低了人員傷亡風險；第三，降低了勞動強度，因為非防爆區(qū)域不必每班清理，每周檢查和每月清理即可。

垂直設置柔性管道解決積塵問題

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

我們在離激光作業(yè)產塵點最近的2 m范圍內用耐熱的金屬管來抽吸并冷卻激光焊渣、煙塵，在其后的垂直段用柔性管道來匹配移動。可伸縮的柔性管道通常是折疊結構，內腔不光滑，容易積塵，將柔性管道設置在垂直段，在重力、移動振動、負壓抽風的綜合作用下解決了積塵問題，顯著提高了除塵效率（見圖1）。

高風速清灰解決管道連接處積塵問題

車間有多個支管接到主管，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)造性地在每個支管都安裝有電磁閥，在每次更換物料的空閑時間（大約2 h），設備控制每次只打開其中一個支管閥門，關閉其他支管的閥門，則這個唯一打開的閥門有極高風速，實現(xiàn)了支管在線自動清灰功能（見圖1）。

圖1 室內除塵器部分

風力下管道內拖動麻袋球解決管道清灰問題

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設置一個觀察窗和清理口，人工進入清理非常耗時。接受專家建議，保持抽風風機正常抽風的情況下，在管道內部用麻繩來回拖動麻袋纏繞形成的麻球，實現(xiàn)高效清灰。麻繩、麻袋這種天生導靜電材料，無靜電積累，既安全又高效地解決了管道內清灰作業(yè)。

定期噴射滑石粉減少濾袋和管道積灰

為減少管道積塵，我們在主管道處設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，鋪在管道內壁、濾袋表面，填充管道內壁的劃痕、濾袋的粗糙表面，改善潤滑，從而減少積塵。實踐證明，濾袋的定期反沖吹灰，不能吹掉濾袋表面潤滑用的滑石粉。

噴射滑石粉裝置還可在緊急時刻擔當惰性物質來滅火或抑制爆炸。專家經驗和測試表明，當惰性物質（滑石粉）和可燃粉塵的質量比不低于5∶1時，混合粉塵不燃。

效果確認

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。清潔頻次遠遠低于每班清理要求，減少了人力除塵的勞動量。

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