粉尘爆炸的特点和危害

粉尘爆炸是一种破坏性很大的爆炸形式，它是指粉尘在爆炸极限范围内遇到热源，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快。同时释放大量的热，形成高温高压，由于这一过程中不断升高的压力会产生冲击波，因此一旦发生爆炸，会造成很强的破坏力，爆炸是有限空间的剧烈燃烧。粉尘爆炸的特点一是粉尘会分散在空间内，几乎每颗粉尘都会充分燃烧，而且可燃性粉末的量往往高达数十数百公斤，相比之下，现役陆军最大的155榴弹炮弹的装药量才10公斤左右，所以爆炸威力是远远超过普通人的感性认知的，并且粉尘爆炸经常会带来二次爆炸和附带伤害。这也是它的危险之处，因为一次爆炸已经具备足够的温度和火源，所以粉尘飞散在一定空间后，就很可能发生二次爆炸，即使没有二次爆炸。也会由于粉尘温度极高，进入人员的呼吸道后也会造成严重的呼吸道和肺部烧伤，所以伤者的救治难度很大，因伤死亡的概率很高，所以我们不能因粉尘爆炸貌似发生的次数较少而抱有侥幸心理。

粉尘爆炸的成本和后果

即使退一万步讲，以前的设备和人员成本有限，现在的设备投资和人员赔偿动辄几百上千万，还要被有关部门予以处罚。乃至倾家荡产牢底坐穿，省下这笔钱是非常得不偿失的，但遗憾的是，由于设备，的消防泄报设计和措施的专业性比较强，国家也未能统一强制检定。所以总是有人觉得可以忽略，或者随便装个象征性的泄暴门泄暴片应付一下，这其实是很可怕的心态。

粉尘爆炸的条件

我们先来看一下粉尘爆炸的条件，就是氧气火源密闭空间粉尘云和可燃性粉尘，前三个就不用说了，我们接触到的绝大多数食品。颗粒成分无非是脂肪蛋白糖这些碳水化合物，那么都属于可燃性粉尘，只不过不同配方和颗粒状态的的爆炸参数不同，爆炸威力不同，而粉尘云是指可燃性粉末悬浮在空气中且达到爆炸下限的状态，遇到明火就会发生威力巨大的破坏力极强的粉尘爆炸。比方说厨房里的成袋的面粉是不会发生粉尘爆炸的，但如果是微小的面粉悬浮在空中达到9.7克每立方米以上，遇到明火就会发生粉尘爆炸，这是因为每个悬浮颗粒的表面都会充分接触到空气，吸附的氧分子就越多，氧化放热反应就快，在一定范围内。越细的颗粒表面能就越高，爆炸威力会越大，而偏偏喷雾干燥机组内部就是充满大量悬浮粉末的。

喷雾干燥机组内部的粉尘爆炸风险

并有大量的空气源源不断地进入系统内，所缺的无非就是明火，显然没有火源是不能引爆粉尘云的，否则喷雾干燥塔就会频繁爆炸了。我也就成了设计大炸弹的了，在正常运行的封闭的干燥基础内，我们首先会想到电火花，这个可以通过可靠接地来避免，实际上我曾经遇到过接地并不太可靠的甚，至噼啪作响的干燥塔也并没有发生爆炸。这并不是我们可以不去做可靠接地，尤其是有带氯气的干燥机组，接地是非常重要的，而在我所知的多起事故中，它是一个可能因素，但并非真正的导火索。

自燃诱导期的概念及其对粉尘爆炸的影响

这里就要说到一个概念，就是自燃诱导期，它是指物料的燃点虽然是几百摄氏度，但堆积在较高的环境温度下时。经过长时间的烘烤，热量蓄积而发生的自然现象，它和环境温度环境湿度堆积厚度粒径大小操作失误等等有关，有资料显示，当全脂奶粉的黏獭挂壁厚度达到30毫米时，自然临界温度是168摄氏度。当年塔挂壁达到50毫米时，自然临界温度会下降到147摄氏度，这已经低于了干燥塔的常见进风温度，当然这个自然临界温度并不是说马上就会发生自然然后粉尘爆炸，而要经过一个自然诱导期，据其他条件的不同，这个时间会是几个到几十个小时之间。应该说这才是喷雾干燥塔发生自燃和粉尘爆炸的主要原因，它也将必然导致粉尘爆炸。

喷雾干燥塔发生自燃和粉尘爆炸的主要原因

接下来我们还会分析它发生的具体原因，认识到这一点，我们简直需要暗自庆幸，咱们这个行业之所以爆炸的干燥塔还不是很多。大家还没有倾家荡产，牢底坐穿，很大原因是我们以前的毡塔，挂壁的老干燥塔的一次开机时间还不是太长，没有达到该物料的自然诱导期，后来连续工作时间有延长。但随着设备和操作进步，黏塔挂壁状况也有所好转或者生产的，物料和工矿的自然诱导期足够长，恰好规避了风险，听起来似乎是我危言耸听，因为以前很多干燥塔都有粘塔挂壁问题，但并没有接连爆炸吗。这是因为在食品喷雾干燥工况下，进入塔内的热风经过零点零几秒几百毫米距离的恒速干燥段后，会从170度到200度迅速降低到100度以内，在塔内温度下，物料的自然诱导期会非常长。我们不必过于担心。

干燥后的颗粒自燃风险及空气动力学原理的应用

但是我们时常会遇到焦粉问题，这就说明是干燥后的颗粒受到高温烘烤，那就有自燃的风险，而焦粉会集中发生在热风进口附近。此时我们就要复习一下简单的空气动力学原理，伯努利或者文丘里原理都说明高速气流会产生负压，牵引周边的空气过来混合，还有个著名的但被政委的说法，就是火车高速通过时，会把旁边的小孩卷进去。这个原理在空气动力学中广泛使用，比如涡扇发动机，就是利用核心的涡喷发动机的高速高温尾焰，牵引周边低速低温气流混合喷出，以温度换流量，从而达到节能增推的效果，我们多效浓缩设备上的热压泵也是这个原理。在上台风干燥塔内部，高速下压的进风气流会吸引台风中的气流与之混合。

塔顶挂粉问题及其危险性

从而使排风中的颗粒与进风中的雾滴发生覆聚，产生中空结构的松散的覆聚型颗粒，但它也就会造成一定程度的塔顶尤其是热风进口附近的挂粉问题，不论是上排峰塔下排峰塔还是中排峰塔。这个现象都是存在的，这张照片是运行一个班次以后塔顶挂粉的照片，可见整个塔顶都有薄薄一层挂粉，但粉尘不厚，还能看到不锈钢的抛光带，风险还不高。但热风进口附近是非常危险的，此处进风温度高达170摄氏度以上，进风缸筒乃至周边的温度就是这个温度，如果粘挂的粉层比较厚，再连续工作几十个小时，热量长时间蓄积，就会产生焦粉。发生自燃，粉尘爆炸的风险就非常高了，实际上更危险的不仅是热风进口的周边，而是热风进口的内部，也就是喷枪和细粉副具口周边。因为这些物料的喷入口同样是高速流周边同样会形成负压区，牵引周边的气流夹带微细粉尘进入，这些粉尘往往尚未彻底干燥，就会粘附在喷枪和细粉反吹唇口上，此处的温度就是一百七八十度，以上的进风温度。随着粘挂厚度和时间的延长，就会不断倒计时地逼近自然诱导期。

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喷枪保护风和细粉附具保护风的设计

所以在结构设计上，才会有喷枪保护风和细粉附具保护风，这样被负压区吸引来的细粉就会一头撞进保护风层，避免沾挂在喷枪头和细粉护具唇口上。那么有了喷枪保护封就高枕无忧了吗，我们来看这两张照片，在生产一个班次后，喷枪保护风套管内部就有了挂粉，更别说套管纯口和喷枪头的位置了，实际上这并不罕见。一是可能有误操作，就是塔内有粉尘时没有开启保护风，二是很多设备的保护风只能算是象征性的保护风量，风速是不够的，这个位置同样是很危险，的因为保护风套管的外壁是和热风接触的，热量会源源不断地传入。我所知的曾经有一次粉尘爆炸就发生在喷枪保护封套管内部，幸亏局部引爆后没有引发整体爆炸，干燥塔指泵的一下没有发生结构损坏，综合起来。

安全的干燥塔高温区设计要点

一个安全的干燥塔高温区的设计，首先就是具备齐全的保护风硬件结构，不论热风分布器是哪种结构，在热风筒周边喷枪周边和细粉护具管周边具备保护风套管结构。第二就是保护风的风速要高于热风主气流的风速，因为只要有风速差，就会有压力差，只要保护风的风速更低，就会形成负压，沾挂就是迟早的事情。当然保护风风速只要略高于主风速，没必要高太多，第三保护风要具备一定温度，不能是冷风，至少要在塔内露点温度以上，以避免发生冷凝性的粘挂问题，我们把干燥塔避免粉尘爆炸的预防措施总结一下。

干燥塔避免粉尘爆炸的预防措施

至少就有以下几点，首先就是塔内尤其是高温区，要避免沾塔挂粉，第二仍是要可靠接地。将静电导出，第三要有自动的温度检测。

干燥塔自动安全措施的重要性

要能自动关断热源，第四要能自动关断风机，避免氧气持续输入，第五要能自动喷入消防水。给塔内增加湿度，降低温度，关于消防水，一些观众可能有误解，是否需要将塔体充满水才能灭火呢，那显然过于夸张了。干燥塔这么大的体积，那不仅需要非常高的喷水速度，非常粗的消防水管道，干燥塔充满水后的重量要非常大，不仅塔体结构强度，无法承受，厂房的土建结构也会无法承受。只要将水及时喷入塔内，温度降低，湿度增加，就能达到灭火的目的。

消防水喷淋强度的标准和计算

国家对于不同的危险等级和消防水喷淋强度是有分级的，旧奶粉厂以及类似的食品厂属于中危险2级，喷水强度是每平米每分钟要喷入8升水以上，那么一台直径8米的干燥塔。它的截面积就是50.24平米，乘以8升再乘以60分钟，就是消防水每小时的瞬间流量要达到24吨每小时，首次喷水至少10分钟，如果温度继续上升，则再喷入5分钟。土建结构强度至少能承受3次喷水量，我们要清楚。

粉尘爆炸预防措施和泄爆设计的重要性

即使有了这些预防措施，粉尘爆炸的概率是非常低的，但开玩笑的说，哪怕零件不合格率只是万一。只要有1万个零件，那么肯定就会有零件不合格，只要有粉尘爆炸的可能，就要有泄爆措施，以避免发生人身伤害事故，乃至造成更大的危害。这里仍存在一个误区，很多人以为泄爆只是将爆炸引出去就行了，而实际上，真正的泄爆设计是爆及能抬爆，不会影响设备结构简单处理及能恢复生产，也就是爆炸威力不足以破坏设备结构，设备在爆炸时只能发生弹性形变。而不会发生塑性形变，所以在确定干燥塔的泄爆面积泄爆压力之前，第一步就是确定干燥塔本身的结构强度，干燥塔的弹性和塑性变性之间的临界，需要注意的是。

干燥塔塔壁强度的设计考量

干燥塔的塔体也不能一味增加强度，不仅是成本问题，因为干燥塔上还需安装，气锤能击震装置。随时敲落可能的塔壁挂粉，如果强度过高，塔壁挂粉的清除效果就差了，所以塔壁强度要在合理的范围内，本公司是在计算后再用有限元软件进行精确校核，尽可能优化加强筋分布。让塔体各处强度尽可能完整平衡，因为直径越大的部位强度会越弱，加强筋的间距就需要越近，所以看一个大型塔的结构设计是否专业而用心，就可以看它锥断的加强筋分布是否是不等距的，直径越大，加强筋越密集。反之加强筋就应该稀疏一些，以达到塔体强度和气锤敲击效果的最佳优化。

泄爆面积的计算依据和方法

然后我们再根据两个标准进行计算，一是国家标准中的粉尘爆炸泄压指南，值得指出的是，各国的泄爆计算方法不同。中国国家标准和欧盟标准是基本一致的，而欧盟标准是以德国工程师协会标准为主，这三个标准可以视为等同，除了计算方式，还有不同粉尘的爆炸参数，这里有国家应急管理部发布的。工贸行业重点可燃性粉尘目录的爆炸参数数值，如果客户生产的配方不在目录内，就要委托具备爆炸检测能力的公司进行测试，在具体的计算中，我们要考虑以下这些情况粉尘的爆炸参数，比如滤镜和配方都引起爆炸威力的很大变化，比如脱脂粉就比全脂奶粉爆炸威力更大。需要更大的蟹刨面积，塔体的构型和蟹刨片的位置也会造成蟹刨面积的不同，长径比越大越细，长的塔的强度可能会比较高，但爆炸点距离泄爆位置的距离可能也会比较长。而柱段插入下垂段的中台峰塔，实际则可以视为两个干燥塔叠加，最好就有两处泄爆口，显然泄爆通道的长度和顺畅程度也会影响泄爆面积，最后泄爆片的规格型号，其有效泄爆面积的比例也会影响最终泄爆面积的选型。在综合考虑上述因素后，我们把收集后的参数带入国标的计算式中，使爆炸对塔体的冲击波威力在塔内强度之内，就可以得到泄爆面积了，比如一台8米直径的食品用喷雾干燥塔，以常见的塔体强度的话，净开启压力0.1公斤。最大泄爆压力0.3公斤，根据各种条件的区别，泄爆面积大致就在4-6平米，如果单块蟹鲍片的有效开启面积是1平米，就需要4-6片。

泄爆片和密封条的设计要求

最后我们需要注意的是，蟹鲍片和密封条的材质和结构要符合食品卫生要求，材质和塔体材质一致，要尽可能贴合塔壁。避免接缝处存粉挂粉，泄爆通道要完整密闭，通道出口有轻质隔墙封闭，这样才是一套最基本的消防泄爆措施，如果有更高的安全需求，就要升级成防火易爆系统。在难以安装泄爆片的设备上增加防火隔断分区和抑制剂触屏，就需要咨询专业公司来配套了。

食品用喷雾干燥塔消防泄爆系统的全面性

综上所述，一套食品用喷雾干燥塔的消防泄爆系统，并非随便装几个喷淋头几块泻爆片就可以的，预防粉尘爆炸的重点是在干燥塔的高温区防止粘塔挂壁。防止热量在粉层内部蓄积引发自燃，并要做好可靠接地，要能自动切断热源和氧气来源，消防喷水量要符合国家危险等级要求，泄爆面积要综合符合物料配方塔体构型等条件来计算，如此才是一套让人安心的系统。好了祝大家高高兴兴上班来，平平安安回家去，有安全才有未来。