沸騰干燥機的防爆安全性淺析
摘 要：對粉體沸騰所伴有靜電和粉塵爆炸的二個問題作理論探討，從而闡明了沸騰干燥機防爆安全的重要性，同時插入此方面在此類設備的運用。
對沸騰干燥機，基本都是以流化床工作原理為基礎的，其物料干燥過程的基礎就是粉體的沸騰。同時，在排風作用下，容器內(nèi)細微粉體經(jīng)捕集袋過濾后排向室外，其捕集的過程就有大量的超細粉的產(chǎn)生，不管是在流態(tài)沸騰還是在捕集運行中，沸騰干燥的整個過程均伴有超細的粉體運動。然而，粉體運動存在的過程常伴有靜電和粉塵爆炸的二個問題，在某些因素引導下會引起爆炸現(xiàn)象。目前國內(nèi)在處理此類問題時，認為只要安置防爆電機就可行了，實屬考慮欠妥。本文從粉體沸騰的靜電和粉塵爆炸問題作理論的探討，針對沸騰干燥設備的防爆安全性提出自己的觀點，目的是為了此類設備制造和應用得更完整、更可靠和更安全。
1.沸騰干燥機中粉體的不安全因素淺析
1.1沸騰干燥機粉體沸騰中靜電產(chǎn)生的因素探討
物料在沸騰干燥機沸騰干過程中，由于干燥氣體與物料顆粒表面產(chǎn)生劇烈的摩擦，干燥固體粒子之間也會產(chǎn)生劇烈的碰撞與摩擦，同時固體粒子還與筒體壁面、捕集袋及管路壁面發(fā)生劇烈的碰撞與摩擦，使得固體粒子表面帶有大量的靜電；另一方面，隨著固體粒子的不斷細化，產(chǎn)生了大量的新生表面，原粒子的表面電荷平衡狀態(tài)被破壞，使新生粒子表面帶上大量電荷。由于聚集、粘附管壁等原因，一旦當整機接地狀態(tài)不良時，可使積累的靜電電荷形成相當高的電壓，其在一定條件下會導致靜電釋放產(chǎn)生的電火花。如果被干燥物料是易燃易爆物，這種靜電火花極易引起干燥物料的突然燃燒或爆炸。
文獻研究認為“靜電最高處在于捕集袋內(nèi)”，這是由于風機運行抽去大量容器內(nèi)細小粉塵，這樣在捕集袋內(nèi)大量積累帶電粉塵。而產(chǎn)生火花放電的最危險點可認為在捕集袋、分離小管道內(nèi)。
1.2沸騰干燥機中粉塵爆炸產(chǎn)生的因素探討
粉塵爆炸的定義為懸浮于空氣中的粉塵顆粒與空氣中的氧氣充分接觸，在特定條件下瞬時完成氧化反應，反應中放出大量熱，從而產(chǎn)生高溫、高壓的現(xiàn)象。一般來說，可燃固體在空氣中燃燒時會釋放出能量，并產(chǎn)生大量的氣體，而釋放出能量的快慢既燃燒速度的大小在固體（粉塵）暴露在空氣中的面積有關。因此，對于同一種固體物質(zhì)的粉體，其粒度越小，比面積越大，燃燒擴散就越快。若固體的粒度很細，以至可懸浮起來，一旦有點火源使之引燃，則可在極短的時間內(nèi)釋放出大量的能量，這些能量來不及散逸到周圍的環(huán)境中去，致使該空間內(nèi)氣體受到加熱并絕對膨脹，而另一方面粉體燃燒時產(chǎn)生大量的氣體，會使體系形成局部高壓，以至產(chǎn)生爆炸及傳播。
文獻認為，任何粉塵爆炸要具備三個要素，即①點火源；②可燃細粉塵；③粉塵浮懸于空氣中，形成在爆炸濃度范圍內(nèi)的粉塵云。其中，三個要素同時存在才會發(fā)出爆炸，因此只要消除其中一個要素，就可有效防止粉塵爆炸。
1.3沸騰干燥機中粉體不安全因素的探討
由于不管是在流態(tài)沸騰還是在捕集運行中，物料在沸騰干燥機沸騰極易產(chǎn)生大量粉塵，粉塵沸騰極易造成上述的靜電火花，即可能造成點火源要素。對于“粉塵云”而言，正如文獻所述的“可燃物粉體顆粒大于400μm時，所形成的粉塵云不再具有可爆性?！倍敗胺垠w顆粒度在10μm以下時，則具有較大的危險性”，對沸騰干燥設備的捕集袋與排出管道之間的粉體粒度極細的情況下，極有可能上述的“粉塵云”。故對一般物料就極有可能存在著粉塵爆炸的因素，倘如物料中含有可燃細粉組分的話，就意味著具備粉塵爆炸的三個要素，粉塵爆炸的可能性極大。
如果只在沸騰干燥機中設有防爆電機的話，只是基礎上防止“點火源”，其也是此類設備所必須配置的。上述可知，靜電和粉塵爆炸是此類設備防爆安全的關鍵所在，其常被人們所忘卻，而藥品生產(chǎn)的實際是確保生產(chǎn)設備的安全、可靠和符合相應工藝要求。人們不能只憑“過去沒有發(fā)生此類事故，對此不必太認真”的概念去生產(chǎn)制造此類設備，應科學性和安全性去考慮。
2.沸騰干燥機中粉體安全的預防措施
對沸騰干燥機中粉體沸騰的所引起安全隱患，有文獻對粉體易產(chǎn)生此二類隱患的預防作了一定闡述，作為沸騰干燥設備可作如下的借鑒。
2.1沸騰干燥機防靜電的措施
對沸騰干燥機中粉體沸騰防止靜電可借鑒的措施如下：
1)捕集袋采用防靜電纖維材料制成，及時消除進入袋中的粉體上的靜電，避免粉體聚集成塊脫落時產(chǎn)生的剝離起電。
2)采用導體材料作送風管道及各連接部件的連接件，并將整個系統(tǒng)仔細接電，使粉體上的靜電能及時地導走。
3)其它方法，如增大管道直徑、減少彎頭、定期清灰和出料、操作工人穿戴防靜電服操作等，對抑制、減少和消除粉體沸騰過程中的靜電也是有效的。
2.2沸騰干燥機防粉塵爆炸的措施
對沸騰干燥機中粉體沸騰防止防粉塵爆炸可借鑒的措施如下：
1)清除點火源，對于可能產(chǎn)生火源的設備和裝置應安裝有抑爆系統(tǒng)，在除塵或濾塵設備和管道中設置防爆膜或泄壓閥。
2)經(jīng)常清除管道和捕集袋內(nèi)的粉塵，不得有粉塵堆積。
3)電器設備要采用防爆裝置，如防爆電機、加裝地線等。
4)廠房設計要符合預防粉塵爆炸的要求，按抗爆設計，并要有足夠的防爆泄壓面積。
3.防爆安全性在本公司沸騰干燥設備的應用
針對國內(nèi)有些沸騰干燥設備防爆意識不完善性，只是采取簡單的防爆措施，不能確保操作人員、廠房的安全，在生產(chǎn)中存在一定的隱患。常固定在“過去沒有發(fā)生此類事故，對此不必太認真”的概念中去制造設備，隨著人們對安全意識的加強及日后干燥物料組分的復雜話，此類設備的防爆要求已提到急切的等級。故常州市常虹干燥設備有限公司根據(jù)多年來生產(chǎn)沸騰制粒機的生產(chǎn)經(jīng)驗并結(jié)合國外同類設備的特點，特別是沸騰干燥設備在結(jié)構上采取了必要的防止措施?，F(xiàn)以本公司研發(fā)的防爆沸騰干燥設備之一為例，說明防爆結(jié)構的應用。
新型防爆制粒包衣機如圖所示，其進風有二至三級過濾，引風機帶有消音裝置，整個制粒、包衣工藝過程從進風、霧化、排風都處于個封閉狀態(tài)，達到高效節(jié)能效果。除捕集袋采用防靜電纖維材料外，防塵布袋過濾器的兩端壓差能自動測量并可控，使床內(nèi)保持最佳流化狀態(tài)。其中，設備分左右捕集室，共2個捕集布袋，每個捕集布袋下面邊緣部分采用氣囊結(jié)構與布袋底邊固定，當布袋架和氣囊結(jié)構拉到適當位置，氣囊充氣、膨脹把布袋的下邊邊緣與上筒體內(nèi)壁密封。此結(jié)構形式操作方便，操作人員不需爬至高處裝拆布袋。
主機上部設有防爆裝置，當主機內(nèi)部產(chǎn)生正壓時，防爆門F中的壓力預警機構發(fā)出氣信號，經(jīng)氣電轉(zhuǎn)換使整個系統(tǒng)斷電，快速閥門a、b迅速關閉，如筒體壓力繼續(xù)升高，迫使防爆門F自動打開，爆炸氣體由泄爆通道排出主機，以確保人員和設備的安全。泄爆試驗經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委天津制藥機械檢測中心的檢測，當主機筒體內(nèi)部正壓＞0.8kg/cm2時，泄爆門自動打開。
此外，設備電器部分應有防爆措施，風機防爆，觀察燈防爆。另在使用說明書和電氣安裝方面都強調(diào)了安全接地等安裝要求，這些都與設備使用廠的總接地設施有關。
具備上述結(jié)構的防爆制粒包衣機已推向市場，該設備具有制粒、包衣、干燥功能和防爆性能，適用于中、西藥、食品、化工等行業(yè)的粉體制粒及粉、粒、丸劑的表面涂層包衣。
4.小結(jié)
以上對粉體沸騰所伴有靜電和粉塵爆炸的二個問題作理論探討，從而重申了沸騰干燥設備的防爆安全重要性。
對沸騰干燥機，基本都是以流化床工作原理為基礎的，其物料干燥過程的基礎就是粉體的沸騰。同時，在排風作用下，容器內(nèi)細微粉體經(jīng)捕集袋過濾后排向室外，其捕集的過程就有大量的超細粉的產(chǎn)生，不管是在流態(tài)沸騰還是在捕集運行中，沸騰干燥的整個過程均伴有超細的粉體運動。然而，粉體運動存在的過程常伴有靜電和粉塵爆炸的二個問題，在某些因素引導下會引起爆炸現(xiàn)象。目前國內(nèi)在處理此類問題時，認為只要安置防爆電機就可行了，實屬考慮欠妥。本文從粉體沸騰的靜電和粉塵爆炸問題作理論的探討，針對沸騰干燥設備的防爆安全性提出自己的觀點，目的是為了此類設備制造和應用得更完整、更可靠和更安全。
1.沸騰干燥機中粉體的不安全因素淺析
1.1沸騰干燥機粉體沸騰中靜電產(chǎn)生的因素探討
物料在沸騰干燥機沸騰干過程中，由于干燥氣體與物料顆粒表面產(chǎn)生劇烈的摩擦，干燥固體粒子之間也會產(chǎn)生劇烈的碰撞與摩擦，同時固體粒子還與筒體壁面、捕集袋及管路壁面發(fā)生劇烈的碰撞與摩擦，使得固體粒子表面帶有大量的靜電；另一方面，隨著固體粒子的不斷細化，產(chǎn)生了大量的新生表面，原粒子的表面電荷平衡狀態(tài)被破壞，使新生粒子表面帶上大量電荷。由于聚集、粘附管壁等原因，一旦當整機接地狀態(tài)不良時，可使積累的靜電電荷形成相當高的電壓，其在一定條件下會導致靜電釋放產(chǎn)生的電火花。如果被干燥物料是易燃易爆物，這種靜電火花極易引起干燥物料的突然燃燒或爆炸。
文獻研究認為“靜電最高處在于捕集袋內(nèi)”，這是由于風機運行抽去大量容器內(nèi)細小粉塵，這樣在捕集袋內(nèi)大量積累帶電粉塵。而產(chǎn)生火花放電的最危險點可認為在捕集袋、分離小管道內(nèi)。
1.2沸騰干燥機中粉塵爆炸產(chǎn)生的因素探討
粉塵爆炸的定義為懸浮于空氣中的粉塵顆粒與空氣中的氧氣充分接觸，在特定條件下瞬時完成氧化反應，反應中放出大量熱，從而產(chǎn)生高溫、高壓的現(xiàn)象。一般來說，可燃固體在空氣中燃燒時會釋放出能量，并產(chǎn)生大量的氣體，而釋放出能量的快慢既燃燒速度的大小在固體（粉塵）暴露在空氣中的面積有關。因此，對于同一種固體物質(zhì)的粉體，其粒度越小，比面積越大，燃燒擴散就越快。若固體的粒度很細，以至可懸浮起來，一旦有點火源使之引燃，則可在極短的時間內(nèi)釋放出大量的能量，這些能量來不及散逸到周圍的環(huán)境中去，致使該空間內(nèi)氣體受到加熱并絕對膨脹，而另一方面粉體燃燒時產(chǎn)生大量的氣體，會使體系形成局部高壓，以至產(chǎn)生爆炸及傳播。
文獻認為，任何粉塵爆炸要具備三個要素，即①點火源；②可燃細粉塵；③粉塵浮懸于空氣中，形成在爆炸濃度范圍內(nèi)的粉塵云。其中，三個要素同時存在才會發(fā)出爆炸，因此只要消除其中一個要素，就可有效防止粉塵爆炸。
1.3沸騰干燥機中粉體不安全因素的探討
由于不管是在流態(tài)沸騰還是在捕集運行中，物料在沸騰干燥機沸騰極易產(chǎn)生大量粉塵，粉塵沸騰極易造成上述的靜電火花，即可能造成點火源要素。對于“粉塵云”而言，正如文獻所述的“可燃物粉體顆粒大于400μm時，所形成的粉塵云不再具有可爆性?！倍敗胺垠w顆粒度在10μm以下時，則具有較大的危險性”，對沸騰干燥設備的捕集袋與排出管道之間的粉體粒度極細的情況下，極有可能上述的“粉塵云”。故對一般物料就極有可能存在著粉塵爆炸的因素，倘如物料中含有可燃細粉組分的話，就意味著具備粉塵爆炸的三個要素，粉塵爆炸的可能性極大。
如果只在沸騰干燥機中設有防爆電機的話，只是基礎上防止“點火源”，其也是此類設備所必須配置的。上述可知，靜電和粉塵爆炸是此類設備防爆安全的關鍵所在，其常被人們所忘卻，而藥品生產(chǎn)的實際是確保生產(chǎn)設備的安全、可靠和符合相應工藝要求。人們不能只憑“過去沒有發(fā)生此類事故，對此不必太認真”的概念去生產(chǎn)制造此類設備，應科學性和安全性去考慮。
2.沸騰干燥機中粉體安全的預防措施
對沸騰干燥機中粉體沸騰的所引起安全隱患，有文獻對粉體易產(chǎn)生此二類隱患的預防作了一定闡述，作為沸騰干燥設備可作如下的借鑒。
2.1沸騰干燥機防靜電的措施
對沸騰干燥機中粉體沸騰防止靜電可借鑒的措施如下：
1)捕集袋采用防靜電纖維材料制成，及時消除進入袋中的粉體上的靜電，避免粉體聚集成塊脫落時產(chǎn)生的剝離起電。
2)采用導體材料作送風管道及各連接部件的連接件，并將整個系統(tǒng)仔細接電，使粉體上的靜電能及時地導走。
3)其它方法，如增大管道直徑、減少彎頭、定期清灰和出料、操作工人穿戴防靜電服操作等，對抑制、減少和消除粉體沸騰過程中的靜電也是有效的。
2.2沸騰干燥機防粉塵爆炸的措施
對沸騰干燥機中粉體沸騰防止防粉塵爆炸可借鑒的措施如下：
1)清除點火源，對于可能產(chǎn)生火源的設備和裝置應安裝有抑爆系統(tǒng)，在除塵或濾塵設備和管道中設置防爆膜或泄壓閥。
2)經(jīng)常清除管道和捕集袋內(nèi)的粉塵，不得有粉塵堆積。
3)電器設備要采用防爆裝置，如防爆電機、加裝地線等。
4)廠房設計要符合預防粉塵爆炸的要求，按抗爆設計，并要有足夠的防爆泄壓面積。
3.防爆安全性在本公司沸騰干燥設備的應用
針對國內(nèi)有些沸騰干燥設備防爆意識不完善性，只是采取簡單的防爆措施，不能確保操作人員、廠房的安全，在生產(chǎn)中存在一定的隱患。常固定在“過去沒有發(fā)生此類事故，對此不必太認真”的概念中去制造設備，隨著人們對安全意識的加強及日后干燥物料組分的復雜話，此類設備的防爆要求已提到急切的等級。故常州市常虹干燥設備有限公司根據(jù)多年來生產(chǎn)沸騰制粒機的生產(chǎn)經(jīng)驗并結(jié)合國外同類設備的特點，特別是沸騰干燥設備在結(jié)構上采取了必要的防止措施?，F(xiàn)以本公司研發(fā)的防爆沸騰干燥設備之一為例，說明防爆結(jié)構的應用。
新型防爆制粒包衣機如圖所示，其進風有二至三級過濾，引風機帶有消音裝置，整個制粒、包衣工藝過程從進風、霧化、排風都處于個封閉狀態(tài)，達到高效節(jié)能效果。除捕集袋采用防靜電纖維材料外，防塵布袋過濾器的兩端壓差能自動測量并可控，使床內(nèi)保持最佳流化狀態(tài)。其中，設備分左右捕集室，共2個捕集布袋，每個捕集布袋下面邊緣部分采用氣囊結(jié)構與布袋底邊固定，當布袋架和氣囊結(jié)構拉到適當位置，氣囊充氣、膨脹把布袋的下邊邊緣與上筒體內(nèi)壁密封。此結(jié)構形式操作方便，操作人員不需爬至高處裝拆布袋。
主機上部設有防爆裝置，當主機內(nèi)部產(chǎn)生正壓時，防爆門F中的壓力預警機構發(fā)出氣信號，經(jīng)氣電轉(zhuǎn)換使整個系統(tǒng)斷電，快速閥門a、b迅速關閉，如筒體壓力繼續(xù)升高，迫使防爆門F自動打開，爆炸氣體由泄爆通道排出主機，以確保人員和設備的安全。泄爆試驗經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委天津制藥機械檢測中心的檢測，當主機筒體內(nèi)部正壓＞0.8kg/cm2時，泄爆門自動打開。
此外，設備電器部分應有防爆措施，風機防爆，觀察燈防爆。另在使用說明書和電氣安裝方面都強調(diào)了安全接地等安裝要求，這些都與設備使用廠的總接地設施有關。
具備上述結(jié)構的防爆制粒包衣機已推向市場，該設備具有制粒、包衣、干燥功能和防爆性能，適用于中、西藥、食品、化工等行業(yè)的粉體制粒及粉、粒、丸劑的表面涂層包衣。
4.小結(jié)
以上對粉體沸騰所伴有靜電和粉塵爆炸的二個問題作理論探討，從而重申了沸騰干燥設備的防爆安全重要性。
