??

粉塵爆炸的特點和危害

粉塵爆炸是一種破壞性很大的爆炸形式，它是指粉塵在爆炸極限范圍內遇到熱源，火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學反應速度極快。同時釋放大量的熱，形成高溫高壓，由于這一過程中不斷升高的壓力會產生沖擊波，因此一旦發生爆炸，會造成很強的破壞力，爆炸是有限空間的劇烈燃燒。粉塵爆炸的特點一是粉塵會分散在空間內，幾乎每顆粉塵都會充分燃燒，而且可燃性粉末的量往往高達數十數百公斤，相比之下，現役陸軍最大的155榴彈炮彈的裝藥量才10公斤左右，所以爆炸威力是遠遠超過普通人的感性認知的，并且粉塵爆炸經常會帶來二次爆炸和附帶傷害。這也是它的危險之處，因為一次爆炸已經具備足夠的溫度和火源，所以粉塵飛散在一定空間后，就很可能發生二次爆炸，即使沒有二次爆炸。也會由于粉塵溫度極高，進入人員的呼吸道后也會造成嚴重的呼吸道和肺部燒傷，所以傷者的救治難度很大，因傷死亡的概率很高，所以我們不能因粉塵爆炸貌似發生的次數較少而抱有僥幸心理。

粉塵爆炸的成本和后果

即使退一萬步講，以前的設備和人員成本有限，現在的設備投資和人員賠償動輒幾百上千萬，還要被有關部門予以處罰。乃至傾家蕩產牢底坐穿，省下這筆錢是非常得不償失的，但遺憾的是，由于設備，的消防泄報設計和措施的專業性比較強，國家也未能統一強制檢定。所以總是有人覺得可以忽略，或者隨便裝個象征性的泄暴門泄暴片應付一下，這其實是很可怕的心態。

粉塵爆炸的條件

我們先來看一下粉塵爆炸的條件，就是氧氣火源密閉空間粉塵云和可燃性粉塵，前三個就不用說了，我們接觸到的絕大多數食品。顆粒成分無非是脂肪蛋白糖這些碳水化合物，那么都屬于可燃性粉塵，只不過不同配方和顆粒狀態的的爆炸參數不同，爆炸威力不同，而粉塵云是指可燃性粉末懸浮在空氣中且達到爆炸下限的狀態，遇到明火就會發生威力巨大的破壞力極強的粉塵爆炸。比方說廚房里的成袋的面粉是不會發生粉塵爆炸的，但如果是微小的面粉懸浮在空中達到9.7克每立方米以上，遇到明火就會發生粉塵爆炸，這是因為每個懸浮顆粒的表面都會充分接觸到空氣，吸附的氧分子就越多，氧化放熱反應就快，在一定范圍內。越細的顆粒表面能就越高，爆炸威力會越大，而偏偏噴霧干燥機組內部就是充滿大量懸浮粉末的。

噴霧干燥機組內部的粉塵爆炸風險

并有大量的空氣源源不斷地進入系統內，所缺的無非就是明火，顯然沒有火源是不能引爆粉塵云的，否則噴霧干燥塔就會頻繁爆炸了。我也就成了設計大炸彈的了，在正常運行的封閉的干燥基礎內，我們首先會想到電火花，這個可以通過可靠接地來避免，實際上我曾經遇到過接地并不太可靠的甚，至噼啪作響的干燥塔也并沒有發生爆炸。這并不是我們可以不去做可靠接地，尤其是有帶氯氣的干燥機組，接地是非常重要的，而在我所知的多起事故中，它是一個可能因素，但并非真正的導火索。

自燃誘導期的概念及其對粉塵爆炸的影響

這里就要說到一個概念，就是自燃誘導期，它是指物料的燃點雖然是幾百攝氏度，但堆積在較高的環境溫度下時。經過長時間的烘烤，熱量蓄積而發生的自然現象，它和環境溫度環境濕度堆積厚度粒徑大小操作失誤等等有關，有資料顯示，當全脂奶粉的黏獺掛壁厚度達到30毫米時，自然臨界溫度是168攝氏度。當年塔掛壁達到50毫米時，自然臨界溫度會下降到147攝氏度，這已經低于了干燥塔的常見進風溫度，當然這個自然臨界溫度并不是說馬上就會發生自然然后粉塵爆炸，而要經過一個自然誘導期，據其他條件的不同，這個時間會是幾個到幾十個小時之間。應該說這才是噴霧干燥塔發生自燃和粉塵爆炸的主要原因，它也將必然導致粉塵爆炸。

噴霧干燥塔發生自燃和粉塵爆炸的主要原因

接下來我們還會分析它發生的具體原因，認識到這一點，我們簡直需要暗自慶幸，咱們這個行業之所以爆炸的干燥塔還不是很多。大家還沒有傾家蕩產，牢底坐穿，很大原因是我們以前的氈塔，掛壁的老干燥塔的一次開機時間還不是太長，沒有達到該物料的自然誘導期，后來連續工作時間有延長。但隨著設備和操作進步，黏塔掛壁狀況也有所好轉或者生產的，物料和工礦的自然誘導期足夠長，恰好規避了風險，聽起來似乎是我危言聳聽，因為以前很多干燥塔都有粘塔掛壁問題，但并沒有接連爆炸嗎。這是因為在食品噴霧干燥工況下，進入塔內的熱風經過零點零幾秒幾百毫米距離的恒速干燥段后，會從170度到200度迅速降低到100度以內，在塔內溫度下，物料的自然誘導期會非常長。我們不必過于擔心。

干燥后的顆粒自燃風險及空氣動力學原理的應用

但是我們時常會遇到焦粉問題，這就說明是干燥后的顆粒受到高溫烘烤，那就有自燃的風險，而焦粉會集中發生在熱風進口附近。此時我們就要復習一下簡單的空氣動力學原理，伯努利或者文丘里原理都說明高速氣流會產生負壓，牽引周邊的空氣過來混合，還有個著名的但被政委的說法，就是火車高速通過時，會把旁邊的小孩卷進去。這個原理在空氣動力學中廣泛使用，比如渦扇發動機，就是利用核心的渦噴發動機的高速高溫尾焰，牽引周邊低速低溫氣流混合噴出，以溫度換流量，從而達到節能增推的效果，我們多效濃縮設備上的熱壓泵也是這個原理。在上臺風干燥塔內部，高速下壓的進風氣流會吸引臺風中的氣流與之混合。

塔頂掛粉問題及其危險性

從而使排風中的顆粒與進風中的霧滴發生覆聚，產生中空結構的松散的覆聚型顆粒，但它也就會造成一定程度的塔頂尤其是熱風進口附近的掛粉問題，不論是上排峰塔下排峰塔還是中排峰塔。這個現象都是存在的，這張照片是運行一個班次以后塔頂掛粉的照片，可見整個塔頂都有薄薄一層掛粉，但粉塵不厚，還能看到不銹鋼的拋光帶，風險還不高。但熱風進口附近是非常危險的，此處進風溫度高達170攝氏度以上，進風缸筒乃至周邊的溫度就是這個溫度，如果粘掛的粉層比較厚，再連續工作幾十個小時，熱量長時間蓄積，就會產生焦粉。發生自燃，粉塵爆炸的風險就非常高了，實際上更危險的不僅是熱風進口的周邊，而是熱風進口的內部，也就是噴槍和細粉副具口周邊。因為這些物料的噴入口同樣是高速流周邊同樣會形成負壓區，牽引周邊的氣流夾帶微細粉塵進入，這些粉塵往往尚未徹底干燥，就會粘附在噴槍和細粉反吹唇口上，此處的溫度就是一百七八十度，以上的進風溫度。隨著粘掛厚度和時間的延長，就會不斷倒計時地逼近自然誘導期。

00:08:04?-?00:09:02

噴槍保護風和細粉附具保護風的設計

所以在結構設計上，才會有噴槍保護風和細粉附具保護風，這樣被負壓區吸引來的細粉就會一頭撞進保護風層，避免沾掛在噴槍頭和細粉護具唇口上。那么有了噴槍保護封就高枕無憂了嗎，我們來看這兩張照片，在生產一個班次后，噴槍保護風套管內部就有了掛粉，更別說套管純口和噴槍頭的位置了，實際上這并不罕見。一是可能有誤操作，就是塔內有粉塵時沒有開啟保護風，二是很多設備的保護風只能算是象征性的保護風量，風速是不夠的，這個位置同樣是很危險，的因為保護風套管的外壁是和熱風接觸的，熱量會源源不斷地傳入。我所知的曾經有一次粉塵爆炸就發生在噴槍保護封套管內部，幸虧局部引爆后沒有引發整體爆炸，干燥塔指泵的一下沒有發生結構損壞，綜合起來。

安全的干燥塔高溫區設計要點

一個安全的干燥塔高溫區的設計，首先就是具備齊全的保護風硬件結構，不論熱風分布器是哪種結構，在熱風筒周邊噴槍周邊和細粉護具管周邊具備保護風套管結構。第二就是保護風的風速要高于熱風主氣流的風速，因為只要有風速差，就會有壓力差，只要保護風的風速更低，就會形成負壓，沾掛就是遲早的事情。當然保護風風速只要略高于主風速，沒必要高太多，第三保護風要具備一定溫度，不能是冷風，至少要在塔內露點溫度以上，以避免發生冷凝性的粘掛問題，我們把干燥塔避免粉塵爆炸的預防措施總結一下。

干燥塔避免粉塵爆炸的預防措施

至少就有以下幾點，首先就是塔內尤其是高溫區，要避免沾塔掛粉，第二仍是要可靠接地。將靜電導出，第三要有自動的溫度檢測。

干燥塔自動安全措施的重要性

要能自動關斷熱源，第四要能自動關斷風機，避免氧氣持續輸入，第五要能自動噴入消防水。給塔內增加濕度，降低溫度，關于消防水，一些觀眾可能有誤解，是否需要將塔體充滿水才能滅火呢，那顯然過于夸張了。干燥塔這么大的體積，那不僅需要非常高的噴水速度，非常粗的消防水管道，干燥塔充滿水后的重量要非常大，不僅塔體結構強度，無法承受，廠房的土建結構也會無法承受。只要將水及時噴入塔內，溫度降低，濕度增加，就能達到滅火的目的。

消防水噴淋強度的標準和計算

國家對于不同的危險等級和消防水噴淋強度是有分級的，舊奶粉廠以及類似的食品廠屬于中危險2級，噴水強度是每平米每分鐘要噴入8升水以上，那么一臺直徑8米的干燥塔。它的截面積就是50.24平米，乘以8升再乘以60分鐘，就是消防水每小時的瞬間流量要達到24噸每小時，首次噴水至少10分鐘，如果溫度繼續上升，則再噴入5分鐘。土建結構強度至少能承受3次噴水量，我們要清楚。

粉塵爆炸預防措施和泄爆設計的重要性

即使有了這些預防措施，粉塵爆炸的概率是非常低的，但開玩笑的說，哪怕零件不合格率只是萬一。只要有1萬個零件，那么肯定就會有零件不合格，只要有粉塵爆炸的可能，就要有泄爆措施，以避免發生人身傷害事故，乃至造成更大的危害。這里仍存在一個誤區，很多人以為泄爆只是將爆炸引出去就行了，而實際上，真正的泄爆設計是爆及能抬爆，不會影響設備結構簡單處理及能恢復生產，也就是爆炸威力不足以破壞設備結構，設備在爆炸時只能發生彈性形變。而不會發生塑性形變，所以在確定干燥塔的泄爆面積泄爆壓力之前，第一步就是確定干燥塔本身的結構強度，干燥塔的彈性和塑性變性之間的臨界，需要注意的是。

干燥塔塔壁強度的設計考量

干燥塔的塔體也不能一味增加強度，不僅是成本問題，因為干燥塔上還需安裝，氣錘能擊震裝置。隨時敲落可能的塔壁掛粉，如果強度過高，塔壁掛粉的清除效果就差了，所以塔壁強度要在合理的范圍內，本公司是在計算后再用有限元軟件進行精確校核，盡可能優化加強筋分布。讓塔體各處強度盡可能完整平衡，因為直徑越大的部位強度會越弱，加強筋的間距就需要越近，所以看一個大型塔的結構設計是否專業而用心，就可以看它錐斷的加強筋分布是否是不等距的，直徑越大，加強筋越密集。反之加強筋就應該稀疏一些，以達到塔體強度和氣錘敲擊效果的最佳優化。

泄爆面積的計算依據和方法

然后我們再根據兩個標準進行計算，一是國家標準中的粉塵爆炸泄壓指南，值得指出的是，各國的泄爆計算方法不同。中國國家標準和歐盟標準是基本一致的，而歐盟標準是以德國工程師協會標準為主，這三個標準可以視為等同，除了計算方式，還有不同粉塵的爆炸參數，這里有國家應急管理部發布的。工貿行業重點可燃性粉塵目錄的爆炸參數數值，如果客戶生產的配方不在目錄內，就要委托具備爆炸檢測能力的公司進行測試，在具體的計算中，我們要考慮以下這些情況粉塵的爆炸參數，比如濾鏡和配方都引起爆炸威力的很大變化，比如脫脂粉就比全脂奶粉爆炸威力更大。需要更大的蟹刨面積，塔體的構型和蟹刨片的位置也會造成蟹刨面積的不同，長徑比越大越細，長的塔的強度可能會比較高，但爆炸點距離泄爆位置的距離可能也會比較長。而柱段插入下垂段的中臺峰塔，實際則可以視為兩個干燥塔疊加，最好就有兩處泄爆口，顯然泄爆通道的長度和順暢程度也會影響泄爆面積，最后泄爆片的規格型號，其有效泄爆面積的比例也會影響最終泄爆面積的選型。在綜合考慮上述因素后，我們把收集后的參數帶入國標的計算式中，使爆炸對塔體的沖擊波威力在塔內強度之內，就可以得到泄爆面積了，比如一臺8米直徑的食品用噴霧干燥塔，以常見的塔體強度的話，凈開啟壓力0.1公斤。最大泄爆壓力0.3公斤，根據各種條件的區別，泄爆面積大致就在4-6平米，如果單塊蟹鮑片的有效開啟面積是1平米，就需要4-6片。

泄爆片和密封條的設計要求

最后我們需要注意的是，蟹鮑片和密封條的材質和結構要符合食品衛生要求，材質和塔體材質一致，要盡可能貼合塔壁。避免接縫處存粉掛粉，泄爆通道要完整密閉，通道出口有輕質隔墻封閉，這樣才是一套最基本的消防泄爆措施，如果有更高的安全需求，就要升級成防火易爆系統。在難以安裝泄爆片的設備上增加防火隔斷分區和抑制劑觸屏，就需要咨詢專業公司來配套了。

食品用噴霧干燥塔消防泄爆系統的全面性

綜上所述，一套食品用噴霧干燥塔的消防泄爆系統，并非隨便裝幾個噴淋頭幾塊瀉爆片就可以的，預防粉塵爆炸的重點是在干燥塔的高溫區防止粘塔掛壁。防止熱量在粉層內部蓄積引發自燃，并要做好可靠接地，要能自動切斷熱源和氧氣來源，消防噴水量要符合國家危險等級要求，泄爆面積要綜合符合物料配方塔體構型等條件來計算，如此才是一套讓人安心的系統。好了祝大家高高興興上班來，平平安安回家去，有安全才有未來。