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吉林石化合成樹(shù)脂廠ABS生產(chǎn)線粉塵爆炸防護(hù)研究

文檔作者：林暉		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月22日
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東北大學(xué)
碩士學(xué)位論文
吉林石化合成樹(shù)脂廠ABS生產(chǎn)線粉塵爆炸防護(hù)研究
姓名：林暉
申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士
專(zhuān)業(yè)：環(huán)境科學(xué)
指導(dǎo)教師：鐘圣俊
20070301
東北大學(xué)碩士論文摘要
吉林石化合成樹(shù)脂廠ABS生產(chǎn)線粉塵爆炸防護(hù)研究
摘要
ABS樹(shù)脂是丙烯腈、苯乙烯和丁二烯的聚合物。它具有丙烯腈的耐熱性、耐化
學(xué)腐蝕性，聚苯乙烯的剛性和塑性及聚丁二烯的耐寒性和耐沖擊性，是一種綜合性能
優(yōu)良的工程塑料。ABS樹(shù)脂是可燃物質(zhì)，懸浮的ABS粉體有發(fā)生粉塵爆炸的危險(xiǎn)。
粉塵爆炸事故威脅人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)安全，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。對(duì)生產(chǎn)粉塵的工藝
過(guò)程進(jìn)行爆炸防護(hù)研究并提出改進(jìn)方案，可以有效地阻止事故的發(fā)生，提高生產(chǎn)過(guò)程
的安全性，提高對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)急能力。
吉林石化樹(shù)脂廠生產(chǎn)ABS粉料的工藝過(guò)程包括干燥、氣力輸送和儲(chǔ)存等。對(duì)ABS
粉體生產(chǎn)過(guò)程中存在的危險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，提出了爆炸防護(hù)改造方案。
測(cè)試了ABS粉塵爆炸特性，包括爆炸壓力、爆炸壓力上升速率、粉塵云著火溫度
和最小點(diǎn)燃能量。測(cè)試結(jié)果表明，ABS粉塵的爆炸危險(xiǎn)等級(jí)為Stl，可以采用爆炸泄
壓和爆炸隔離措施。
設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件和軟件，測(cè)試了干燥器中可能產(chǎn)生的靜電電壓，評(píng)
估了干燥器靜電點(diǎn)燃危險(xiǎn)。干燥器中的最大靜電電壓不足以擊穿空氣。
識(shí)別了工藝過(guò)程中的粉塵釋放源和潛在點(diǎn)燃源。主要的粉塵釋放源為干燥器和料
倉(cāng)。通過(guò)文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究了ABS粉塵的歷史事故。研究表明，干燥器中，主要
的點(diǎn)燃源為過(guò)熱，在料倉(cāng)中，主要的點(diǎn)燃源為料堆靜電放電。
對(duì)ABS生產(chǎn)的工藝流程提出了如下改造方案：
(1)在干燥器和旋風(fēng)分離器之間加裝隔爆裝置；‘
(2)對(duì)氣力輸送過(guò)程進(jìn)行氮?dú)舛杌?
以上防爆方案可以作為吉林石化合成樹(shù)脂廠進(jìn)行防爆改造的參考，具有實(shí)際應(yīng)用
價(jià)值。
關(guān)鍵詞：ABS；粉塵爆炸；爆炸防護(hù)；靜電測(cè)試；危險(xiǎn)評(píng)價(jià)
東北大擘碩士論文
Explosion Prevention
Synthetic Resin Plant
of the ABS Process in
of JHin Petrochemical
Company
Abstract
ABS resin is a polymer of acryloninile,styrene and bIIt．a(chǎn)diene，It is all excellent
engineering material which has heat tolerance，corrosion resistance of acrylonkrile，rigidity
and plasticity of polystyrene，cold resistance and dent r睨Jistallce of polybutadiene．ABS
resin is combustible，and there is a danger of dust explosion when ABS power is suspendexi
in air．
Dust explosion is a threat for the safety ofhuman life，properties and the enviro衄ent
Re靶arch of explosion prevention and explosion-proof reconstruction of powder processing
system c弛effectively prevent accident,and enhance safety level ofthe process．
The process of ABS powder producing includes drying,pneumatic conveying,and
storage in Synthetic Resin Plant ofJilin Petrochemical Company．Explosion risk劂sment
was carried OUt and suggestions for explosion prevention reconstruction wgl-e proposed-
Explosion characteristic of ABS power includes explosion OV刪Ure,ri吐e of
pI'CSSIII嗆rise，mininlunl ignition temperature of dust cloud and mininllmn ignition energy．
Experiment n址astⅡ鋤肋t showed that the dust explosion class of ABS power is Stl，and
explosion venting and explosion isolation can be used to mitigate dust explosiom．
Hardware and software for remote data acquisition we∞designed to measlR'e the
electrostatic voltage in the fluid-bed dryer and electrostatic discharge ignition risk was
evaluated．The maximal elect∞stmic voltage is not enough to di∞h越琴c in air．
Risk sources including dust rebasmg SOULrCeS and potential ignition 90lⅡ∞s in the
process were indentified,the l,rmaary dust releasing SOUrc翳arc fluid-bed蜘就and silo．
Literature and site investigation of history accident proven that the pI妞afy ignition risks
are overheating in fluid-bed dryer and bulk discharge in silos．
Suggestions on reconstruction for the process ofABS powder were proposed：
東北大擘碩士論文
(1)Explosion isolation is installod be!t30Fefffl fluid-bed dryer and cyclone；
(2)Pneumatic conveying is inca with nitrogem
The suggestions c雛be used as a reference in explosion prevention reconstruction of
Synthetic Resin Plant ofJilin Pe(rochemical Company．
Key words：ABS；dust explosion；explosion prevention；elec血ostatic measmemenl；
risk assessment
獨(dú)創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得
的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)
的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。與我一同工
作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示
謝意。，
學(xué)位論文作者簽名：秣f崎
日期：嘲，弓9
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)
本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論
文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和
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(如作者和導(dǎo)師不同意網(wǎng)上交流，請(qǐng)?jiān)谙路胶灻?；否則視為同意。)
學(xué)位論文作者簽名：
簽字日期：
導(dǎo)師簽名：
簽字日期：
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
第一章緒論
1．1選題意義
ABS樹(shù)脂是重要的通用合成樹(shù)脂，它由500以上的苯乙烯和丙烯腈以及丁二烯組
成的高分子聚合物，是苯乙烯系列樹(shù)脂中發(fā)展與變化最大的品種[1J。它是一種重要的
化工產(chǎn)品，具有抗沖擊強(qiáng)度高、耐熱和耐低溫性能好等特點(diǎn)，而且加工容易，廣泛應(yīng)
用于電子電器、汽車(chē)零部件、文教用品、生活用品和工業(yè)零件等領(lǐng)域12]。近年來(lái)，隨
著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)和消費(fèi)也呈現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但目前
我國(guó)ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量還不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)的需求，每年都需要大量進(jìn)
口，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊腳。．．． ?
我國(guó)每年ABS樹(shù)脂的使用量已經(jīng)超過(guò)300萬(wàn)噸，是世界上最大的ABS樹(shù)脂消費(fèi)
國(guó)。我國(guó)大陸ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)能力大約為180萬(wàn)噸(包括合資企業(yè)、外資企業(yè)和摻混
廠)。我國(guó)每年需進(jìn)口ABS樹(shù)脂80～100萬(wàn)噸。鑒于這種情況，吉化ABS作為全國(guó)最
大的ABS生產(chǎn)裝置，建成國(guó)內(nèi)最大的ABS生產(chǎn)基地，在lO萬(wàn)Ⅱ電，年基礎(chǔ)上，擴(kuò)建到
35萬(wàn)噸／年。吉林合成樹(shù)脂廠的ABS裝置是引進(jìn)日本合成橡膠公N(．ISR)的技術(shù)建成的，
采用高膠粉料法生產(chǎn)ABS樹(shù)脂，技術(shù)水平在世界上處于中等，在國(guó)內(nèi)是比較先進(jìn)的。
1987年3月15日，哈爾濱亞麻紡織廠由于靜電火花引起粉塵爆炸造成死亡58
人，重傷65人，輕傷112人的重大事故。這起事故使1．3萬(wàn)平方米的廠房遭受不同程
度的破壞，車(chē)間內(nèi)189套機(jī)器和電器設(shè)備被掀翻、砸壞或燒毀，車(chē)間全部停產(chǎn)，直接
經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8819000元。
ABS樹(shù)脂也是工業(yè)粉塵的一種，它的生產(chǎn)過(guò)程也存在發(fā)生粉塵爆炸事故的危險(xiǎn)。
1997年，臺(tái)灣的一個(gè)生產(chǎn)ABS的工廠發(fā)生了一系列嚴(yán)重的爆炸事故(圖1．1)，6個(gè)裝
有ABS粉末的料倉(cāng)相繼發(fā)生爆炸，只有一個(gè)料倉(cāng)保持完好。目擊者稱(chēng)，330m3的儲(chǔ)存
罐的頂蓋和袋式除塵器被掀翻(圖1．2)，爆炸產(chǎn)生的大火5個(gè)小時(shí)后才被撲滅，工廠被
迫停產(chǎn)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到30，000，000美元【4l。’
’
吉林石化樹(shù)脂廠也發(fā)生過(guò)一起爆炸事故，2000年10月13日，干燥器在晚上六點(diǎn)
發(fā)生爆鳴，干燥器出口的旋風(fēng)分離器上部冒煙，內(nèi)部發(fā)生著火。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，明火
在短時(shí)間被撲滅，但是由于開(kāi)啟干燥器消防水噴淋手動(dòng)碟閥不夠及時(shí)，延長(zhǎng)了滅火時(shí)
間。爆炸導(dǎo)致系統(tǒng)超壓，干燥器本身的防爆門(mén)，以及與之相連接的一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分
一l·
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
離器的泄壓裝置也被炸開(kāi)。干燥器中發(fā)生了火災(zāi)，導(dǎo)致干燥器的金屬隔墻嚴(yán)重變形(圖
1．3)。經(jīng)過(guò)分析，爆炸發(fā)生的原因也是由于干燥器內(nèi)局部有ABS粉料結(jié)垢，長(zhǎng)期滯留
在干燥器中，造成ABS粉料降解形成基碳物質(zhì)，受熱后氧化自燃，形成火源，進(jìn)而引
燃干燥器上部高濃度的ABS粉塵。
發(fā)生事故后，采取了以下防范措施： ． 一
(1)指定ABS干燥器清理標(biāo)準(zhǔn)，每次清理指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)驗(yàn)收。
(2)每月定期對(duì)干燥器進(jìn)行清晰，消除死點(diǎn)和隱患。
(3)實(shí)時(shí)監(jiān)控干燥器各點(diǎn)溫度、出口溫度、氣相出口溫度、床層壓差，出現(xiàn)異常
及時(shí)清洗。
(4)加強(qiáng)預(yù)案演練，提高應(yīng)急處理能力。’
過(guò)去，人們只知道把粉塵吸到肺里，會(huì)損害人們的身體健康，可是并不知道，粉
塵是可燃的，粉塵一旦遇到火星，就會(huì)迅速爆炸。一粒粉塵的爆炸可以使自己的體積
和周?chē)目諝馀蛎泿资渡踔辽习俦?。由此可?jiàn)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)粉塵爆炸的防
護(hù)是非常必要的。
目前，中國(guó)處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展階段，隨著工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的日益頻繁和生產(chǎn)節(jié)奏的
日益加快，國(guó)家對(duì)石油化工產(chǎn)品的需求量激增，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中安全的要求也越來(lái)越高，
這就需要我們做好安全預(yù)防工作，把發(fā)生危險(xiǎn)的概率降到最低，所以對(duì)ABS生產(chǎn)工藝
流程的安全性評(píng)估是必要的工作。
圖1．1臺(tái)灣ABS工廠爆炸后的情景
Fig．1．I View atk'r explosion in anABS plant in Taiwan province
東北大擘碩士論文第一章緒論
圖1．2臺(tái)灣ABS工廠爆炸后倉(cāng)體頂蓋被掀翻
Fig．1．2Viewofthetopofthe siloafterexplosionin anABSpJantinTaiwanprovince
圖1．3干燥器金屬隔墻燃燒后發(fā)生變形
F培1．3 Distortion ofa metal waft after explosion in afluid-bed dD憎
1．2ABS簡(jiǎn)介
1．2．1 ABS的化學(xué)組成
ABs【英文名稱(chēng)】：Acryloni在ile-Butadicnc-StTrcne terpolymer
大分子理論結(jié)構(gòu)式：
哲蚶c一—蜘甘(1．1)
ABS樹(shù)脂通常是指聚丁二烯橡膠與單體苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物，其中A代
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
表丙烯腈，B代表丁二烯，s代表苯乙烯。ABS樹(shù)脂一般由50％以上的苯乙烯(sT或
S)、25％～35％的丙稀腈(AN或A)和適量丁二烯(BD或B)組成，3種成分各顯其能，
使其具有優(yōu)良的綜合性能。丙烯腈賦予ABS良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐油性、熱穩(wěn)定性
和一定的剛性及表面硬度。丁二烯提高了ABS的韌性、耐沖擊性和耐寒性，苯乙烯則
使ABS具有良好的介電性能、光澤、剛性和加工流動(dòng)性閣。
但是，在聚丁二烯橡膠與苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚反應(yīng)中，除了生成聚丁二烯
橡膠與苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物外，單體苯乙烯和丙烯腈會(huì)發(fā)生共聚生成游離
SAN丙烯腈和苯乙烯共聚物)。所以，實(shí)際上得到的是聚丁二烯與苯乙烯、丙烯腈接
枝共聚物和游離SAN的混合物。商業(yè)上通常將這種混合物與其他sAN的摻混物稱(chēng)之
為ABS樹(shù)脂嘲。
1．2．2 ABS的性能和特點(diǎn)
ABS樹(shù)脂是重要的通用合成樹(shù)脂，它由50％以上的苯乙烯和可變化量的丙烯腈以
及丁二烯組成的高分子聚合物，是苯乙烯系列樹(shù)脂中發(fā)展與變化最大的品種。它是一
種重要的化工產(chǎn)品，具有抗沖擊強(qiáng)度高、耐熱和耐低溫性能好等特點(diǎn)，容易涂裝、著
色，還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應(yīng)用于電
子電器、汽車(chē)零部件、文教用品、生活用品和工業(yè)零件等領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱
塑性工程材料。近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)和消費(fèi)也呈
現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但目前我國(guó)ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量還不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)
的需求，每年都得大量進(jìn)口，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。
1．2．3ABS的種類(lèi)
ABS按用途可分為通用級(jí)、耐熱、阻燃、透明、電鍍、增強(qiáng)等品級(jí)【刀。其中應(yīng)用
最廣泛的是通用級(jí)ABS。通用級(jí)ABS主要分以下幾個(gè)品種：
(1)中抗沖型ABS：通常抗沖擊強(qiáng)度在100～200J／m之間，橡膠含量在8％～14
％之間。例如吉化的0215A，臺(tái)灣奇美的PA-57等。
(2)高抗沖擊型ABS：通?？箾_擊強(qiáng)度在180～300J／m之間，橡膠含量在14％～
18％之間。例如蘭化的ABS．301，盤(pán)錦的CH510等。
(3)超抗沖擊型ABS：通常沖擊強(qiáng)度在不低于300J／m，橡膠含量大多在18％以上。
例如臺(tái)灣奇美的PA-747，日本的JSR-10等。
東北大學(xué)碩士論文第—章緒論
改變ABS樹(shù)脂中三種組分之間的比例．可以在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其性能，以適應(yīng)各
種特殊應(yīng)用。但是當(dāng)ABS用來(lái)制造高級(jí)別的產(chǎn)品時(shí)，剛性及耐熱性稍顯不足，ABS
化學(xué)改性的代表產(chǎn)品有ACS、AES、AAS、MABS和MBS，ABS的共混改性主要是
提高它的沖擊強(qiáng)度、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、阻燃性、涂飾性、抗靜電性或降低成本。
1．3粉塵爆炸
1．3．1爆炸的種類(lèi)
工廠在可燃性氣體、液體和粉塵的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)或加工過(guò)程中，當(dāng)可燃性物質(zhì)與空
氣混合后，有發(fā)生爆炸的可能性[sl。物質(zhì)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)，并在瞬間放
出大量能量的現(xiàn)象稱(chēng)為爆炸19】。爆炸按照其性質(zhì)來(lái)分，有核爆炸、物理爆炸、化學(xué)爆
炸，以及物理性爆炸和化學(xué)性爆炸并存的爆炸。然而許多場(chǎng)合按發(fā)生爆炸時(shí)的物理狀
態(tài)來(lái)分，這樣，又可分為氣相爆炸和凝相爆炸兩大類(lèi)。凝相就是固相和液相的總稱(chēng)。
凝相比起氣相來(lái)，由于其密度為氣相的i02～i03倍，所以與氣相爆炸有較大的差別，
氣相爆炸包括氣體爆炸(混合氣體爆炸)、噴霧爆炸、粉塵爆炸和氣體分解爆炸等。
赫茨貝格是這樣定義爆炸的，爆炸是一種以壓力快速升高產(chǎn)生破壞性壓力為特征
的氣體動(dòng)力現(xiàn)象floI。，
1．3．2粉塵爆炸的機(jī)理及條件．
凡是能被氧化的粉塵，在一定條件下都會(huì)發(fā)生爆炸【兒】。粉塵受熱，表面粉塵顆粒
分子就會(huì)分解或干餾出可燃?xì)怏w分布在周?chē)?，然后這些可燃?xì)怏w與空氣混合形成可燃
性混合氣體，進(jìn)而產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象。由于粉塵顆粒的表面積很大，初步的燃燒熱大部分
被顆粒本身吸收，這就加速了上述的干餾、混合、點(diǎn)燃的進(jìn)程，進(jìn)而發(fā)生粉塵爆炸現(xiàn)
象。
如果環(huán)境內(nèi)粉塵滿(mǎn)足下述一定條件，粉塵爆炸將不可避免，即：
(1)粉塵的濃度必須高于最低爆炸濃度；
(2)容器中的可爆炸粉塵必須與空氣形成混合物；
(3)點(diǎn)火源必須具有足夠的點(diǎn)火能量(最小點(diǎn)火能)使粉塵點(diǎn)燃爆炸。
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
1．3'3粉塵爆炸的特點(diǎn)
粉塵爆炸具有與其它爆炸不同的特點(diǎn)：
(1)發(fā)生頻率高，破壞性強(qiáng)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)水平的提高，粉體產(chǎn)品的需求增多，特別是粉體生產(chǎn)、
干燥、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工藝的連續(xù)化和生產(chǎn)過(guò)程中粉塵回收系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得粉塵爆炸
事故在各國(guó)出現(xiàn)的頻率增大了。粉塵的燃燒速度雖比氣體爆炸要小，但因其分子量一
般比氣體大得多，單位體積中可燃物含量較多，燃燒時(shí)間就長(zhǎng)，產(chǎn)生的能量也多，破
壞性也大021。
(2)粉塵爆炸的感應(yīng)期長(zhǎng)‘
因?yàn)榉蹓m燃燒需要經(jīng)過(guò)熔融離解、蒸發(fā)等復(fù)雜的準(zhǔn)備過(guò)程，這使得可能利用探測(cè)
器來(lái)探測(cè)出爆炸信號(hào)。
(3)易造成二次爆炸一
一次爆炸所揚(yáng)起的沉積粉塵，其濃度往往比一次爆炸時(shí)的粉塵濃度還要大；另外，
在粉塵爆炸的中心，可能形成瞬時(shí)的負(fù)壓，新鮮空氣向爆炸中心逆流與新?lián)P起的粉塵
重新組成爆炸性粉塵而發(fā)生二次爆炸。而且二次爆炸壓力比一次爆炸要大，破壞性更
嚴(yán)重。
1．4 ABS粉塵爆炸的研究進(jìn)展
在國(guó)內(nèi)，從事粉塵爆炸研究的單位主要有：中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)礦
業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、大連理工大學(xué)，東北大學(xué)等。
1875年，世界上第一次有記載的粉塵爆炸發(fā)生在意大利的Turin面粉倉(cāng)庫(kù)[131，
1887年，德國(guó)哈默爾恩新威塞爾面粉廠州ewwe鯽嘶i11)谷物粉塵爆炸‘14]，人們逐漸發(fā)
現(xiàn)粉塵爆炸的威力，各國(guó)關(guān)于粉塵爆炸的研究也不斷興起。最早的系統(tǒng)研究是美國(guó)的
Navy和Verakis所著的《粉塵爆炸的發(fā)展與控制》一書(shū)，書(shū)中對(duì)美國(guó)礦山局發(fā)生粉塵
爆炸進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，RolfKEckhoff所著的《工業(yè)中的爆炸危險(xiǎn)》和‘工業(yè)中的粉
塵爆炸》對(duì)粉塵爆炸進(jìn)行了系統(tǒng)的研究【15’161，美國(guó)的P．E．Moore、W．Bartlmecht等人對(duì)
粉塵爆炸也進(jìn)行了系統(tǒng)詳細(xì)的研究，隨后，日本、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等一些歐美國(guó)家
都對(duì)粉塵爆炸進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究領(lǐng)域涉及染料、藥物、糧食、飲料、金屬、塑
料、織物、木材等粉塵。
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
我國(guó)對(duì)粉塵爆炸的研究工作始于80年代，在哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸等大規(guī)模事故
發(fā)生后開(kāi)始的lm，在一些專(zhuān)家如：胡雙啟，張景林、鄧煦帆等人的研究下也取得了很
大的進(jìn)展。
但是國(guó)內(nèi)外對(duì)ABS粉塵爆炸特性的研究很少。1997年，臺(tái)灣一個(gè)生產(chǎn)ABS樹(shù)脂
的工廠發(fā)生粉塵爆炸，造成嚴(yán)重的后果。隨后Kao，Dun對(duì)此次事故進(jìn)行描述分析，
發(fā)現(xiàn)料倉(cāng)頂部的管道、閥門(mén)和料倉(cāng)旁邊的一些設(shè)備被掀翻并損壞，倉(cāng)頂和袋式除塵器
落在附近的區(qū)域(圖1．4)。爆炸后通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，料倉(cāng)1中充滿(mǎn)了餅狀黑色的堅(jiān)硬殘?jiān)?
這些殘?jiān)潜砻娣勰﹦×胰紵慕Y(jié)果。
審息
圖1．4倉(cāng)頂和袋式除塵器的飛行軌道
Fig．1．4 Trajectories ofthe silo plat,and fragments ofthe bag filter
Kao等人分析了可能與ABS粉末產(chǎn)生爆炸有關(guān)的條件：
(1)粉體本身是可燃的；
(2)靜電荷量和電阻系數(shù)很高；
(3)粉塵粒徑在20～200目之間；
(4)利用空氣作為粉體干燥、傳輸?shù)慕橘|(zhì)；
-7．
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
(5)有點(diǎn)火源存在并且最小點(diǎn)火能在10rid以下，點(diǎn)火溫度在200"(2左右。
粉體在從管道到料倉(cāng)的運(yùn)輸過(guò)程中很容易產(chǎn)生靜電放電，這是因?yàn)榉垠w顆粒會(huì)聚
集電荷，在沉積粉末上會(huì)很快產(chǎn)生一個(gè)高靜電區(qū)域并產(chǎn)生能量，并且聚集的電荷密度
與料堆的體積成正比，所以發(fā)生危險(xiǎn)的可能性也隨著料倉(cāng)體積的增加而增大。Glor等
人觀察到這種現(xiàn)象得出結(jié)論，在大型的工業(yè)用接地料倉(cāng)中，聚合物顆粒的放電現(xiàn)象經(jīng)
常出現(xiàn)。Maurer經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，ABS粉末的最小點(diǎn)火能在10mJ以下，所以一旦有足
夠細(xì)的粉塵和足夠大的能量，粉體由于靜電點(diǎn)燃的可能性很大。
Kao等人做了一系列熱力學(xué)分析例如放熱溫度、氧化放熱、絕熱溫度等用以估計(jì)
ABS粉末爆炸過(guò)程中的熱量及溫度上升情況；也做了粒徑分析和爆炸特性，例如最小
點(diǎn)火能(MⅡ’)，最大爆炸壓力Pm。等，這些都用來(lái)解釋ABS粉塵爆炸時(shí)由靜電引發(fā)的
可能性。
經(jīng)過(guò)對(duì)ABS粉末物理、化學(xué)特性的分析，Kao等人認(rèn)為爆炸引起的原因有兩個(gè)，
一是自身的氧化放熱；二是靜電點(diǎn)燃。而通過(guò)差熱分析、VSP測(cè)試和瓜光譜測(cè)試將
氧化放熱產(chǎn)生爆炸的可能性排除；而刷型放電由于產(chǎn)生能量過(guò)低不足以點(diǎn)燃粉塵也被
排除；火花放電的可能性由于管道系統(tǒng)周?chē)碾娮璐蠹s是O．5Q左右，電阻過(guò)低而被排
除；電暈放電在工業(yè)容器中從沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)過(guò)從而也被排除；因此，爆炸的最可能原因
就是大量小顆粒粉塵由于重力作用與接地的倉(cāng)體產(chǎn)生電勢(shì)差而產(chǎn)生料堆放電，這也是
為什么爆炸發(fā)生如此之快的原因(一分鐘內(nèi))。
經(jīng)過(guò)分析，l號(hào)料倉(cāng)爆炸損壞的最為嚴(yán)重，而且這個(gè)料倉(cāng)外部表面的殘?jiān)绕渌?
料倉(cāng)要少，而且1號(hào)和2號(hào)料倉(cāng)裝有相同橡膠含量的ABS粉末，但是l號(hào)料倉(cāng)內(nèi)ABS
粉末的質(zhì)量大約是3號(hào)料倉(cāng)的6倍，因此料堆放電最有可能在1號(hào)料倉(cāng)發(fā)生。爆炸的
火焰通過(guò)連接管道傳播到其它料倉(cāng)，而且8號(hào)料倉(cāng)的頂部及管道爆炸后落入了1號(hào)料
倉(cāng)的內(nèi)部。這證明了1號(hào)料倉(cāng)最先爆炸，隨后8號(hào)料倉(cāng)爆炸，火焰?zhèn)鞑サ?、4、5、6
號(hào)料倉(cāng)相繼發(fā)生爆炸，由于3號(hào)料倉(cāng)是空的，7號(hào)料倉(cāng)是裝有SAN球狀顆粒，所以沒(méi)
有發(fā)生爆炸，但是由于前幾個(gè)料倉(cāng)有傳播火焰和壓力，后面料倉(cāng)的頂部也被掀翻，內(nèi)
部存有一些黑色的灰燼。
1．5本論文的工作
(1)對(duì)ABS粉塵爆炸特性進(jìn)行研究
●ABS粉塵云最低著火溫度測(cè)試；
．0．
東北大學(xué)碩士論文第一章緒論
·ABS粉塵最大爆炸壓力及壓力上升速率測(cè)試；
●ABS粉塵爆炸下限測(cè)試；
●ABS粉塵層最低著火溫度測(cè)試。
(2)對(duì)儲(chǔ)存ABS粉末的容器進(jìn)行靜電監(jiān)控
●靜電測(cè)試裝置防爆箱的設(shè)計(jì)加工；
●MCGS設(shè)計(jì)的靜電監(jiān)控軟件。
(3)對(duì)ABS生產(chǎn)的工藝流程進(jìn)行危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估并提出改進(jìn)方案
●危險(xiǎn)源識(shí)別；
●危險(xiǎn)區(qū)域劃分：
●防爆電氣設(shè)備評(píng)估；
●爆炸泄壓評(píng)估；
●對(duì)ABS生產(chǎn)工藝流程提出改進(jìn)方案。
東北大學(xué)項(xiàng)士論文第二章^Bs粉塵爆炸特性測(cè)試
第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
粉塵爆炸性測(cè)試是粉塵爆炸防護(hù)工作的重要依據(jù)。粉塵爆炸性參數(shù)主要有：粉塵
層著火溫度、粉塵云著,Pig度、最小點(diǎn)燃能量、爆炸下限、最大爆炸壓力、爆炸指數(shù)
等。其中粉塵層著火溫度、粉塵云著火溫度、最小點(diǎn)燃能量和爆炸下限反映了著火、
爆炸的敏感程度(簡(jiǎn)稱(chēng)爆炸感度)，最大爆炸壓力、爆炸指數(shù)反映了爆炸發(fā)生的猛烈程
度(簡(jiǎn)稱(chēng)爆炸猛度)。
論文主要測(cè)試了兩種從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)——干燥器內(nèi)和料倉(cāng)內(nèi)的ABS粉末的爆炸參數(shù)，
論文的數(shù)據(jù)都是依據(jù)相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備中測(cè)試的。
2．1 ABS粉塵云最低著火溫度測(cè)試
2．1．1實(shí)驗(yàn)裝置
粉塵云最低著火溫度(MITC)是指按IEC的測(cè)試方法和裝置測(cè)定的。即在G-G爐
中進(jìn)行“s／。
粉塵云最低著火溫度測(cè)試裝置是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行粉塵云最低著火溫度實(shí)驗(yàn)的常用裝
置，因?yàn)樗胁僮鞣奖?，容易清掃，重?fù)實(shí)驗(yàn)周期短等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。
測(cè)定ABS粉末粉塵云最低著火溫度的實(shí)驗(yàn)裝置(圖2．1)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由加熱爐、儲(chǔ)
塵器、電磁閥、U型管、溫度控制儀、溫度記錄儀等組成。，
壓力噴塵系統(tǒng)由小型空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐(容積為500mL)、U形管、電磁閥、儲(chǔ)
塵器組成。當(dāng)電磁閥打開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣將儲(chǔ)塵器中的粉塵噴入加熱爐中，
形成粉塵云。安裝在加熱爐(圖2．2)qa下部的熱電偶與溫度控制儀相連，用以調(diào)控實(shí)驗(yàn)
溫度；安裝在加熱爐中部的熱電偶與溫度記錄儀相連，用以記錄實(shí)驗(yàn)溫度。
(1)加熱爐
加熱爐的加熱石英管垂直安裝，外壁繞有加熱用的總電阻為1300的電工合金絲，
其下端開(kāi)口，與大氣相通，上端通過(guò)玻璃適配器與儲(chǔ)塵器相連。中部與中下部分別裝
有熱電偶，用以調(diào)控和記錄試驗(yàn)溫度。加熱爐安裝在一個(gè)支撐座上，以便從爐子下端
觀察粉塵的著火情況。在加熱石英管下端應(yīng)放一個(gè)鏡子，以便觀察加熱石英管的內(nèi)部
情況．
東北大學(xué)碩士論文第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
圖2．1粉塵云最低著火溫度測(cè)定裝置
’ F喀2．1 Experimental setup ofthe minimum ignition temperature ofdust cloud
l珈熱爐；2-連接頭；3—儲(chǔ)塵器；4-電磁閥；5—儲(chǔ)氣罐：6．閘閥；7．U型管；8．穩(wěn)壓電源；9．溫度控
制儀；10．溫度記錄儀
，
(2)壓力噴塵系統(tǒng)
壓氣噴塵系統(tǒng)由小型空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐(容積為500raL)、U型管、電磁閥、儲(chǔ)
粉室組成。當(dāng)電磁閥打開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣將儲(chǔ)塵器中的粉塵噴入加熱爐中，
形成粉塵云。電磁閥出口到儲(chǔ)塵器的距離不得超過(guò)500衄。．
(3)試驗(yàn)溫度的調(diào)控和記錄系統(tǒng)：-
試驗(yàn)溫度的調(diào)控和記錄系統(tǒng)安裝在加熱爐中下部的熱電偶與溫度控制儀相連，用
東北大擘碩士論文第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
以調(diào)控試驗(yàn)溫度；安裝在加熱爐中部的熱電偶與溫度記錄儀相連，用以記錄試驗(yàn)溫度。
圖2．2加熱爐示意圖
Fig．2．2 Sketch ofihe heater ofMlTC
’ ’
1一玻璃適配器；2璉接環(huán)；3-項(xiàng)蓋；4-固定座鉚釘；5-加熱爐外殼；6-固定座鉚釘：7．熱電偶固定
座；8-調(diào)節(jié)器；9．熱電偶；lo．底蓋；11．加熱爐支撐座；12．支撐座圍板；13．底蓋固定鉚釘：14-熱
電偶；15-調(diào)節(jié)器；16-熱電偶固定座；17．固定座鉚釘；ls-石英管；19．電阻絲；20．墊圈；21．固定
環(huán)；22-墊圈
2．1．2實(shí)驗(yàn)原理和著火判據(jù)
粉塵云最低著火溫度測(cè)試原理和判據(jù)：測(cè)試時(shí)首先將爐內(nèi)壁控制在某一恒定溫度，
然后利用儲(chǔ)氣室高壓氣體將粉塵噴入爐管內(nèi)，從爐管下部觀察是否有火焰噴出。通過(guò)
調(diào)整噴粉壓力及粉塵濃度，能使粉塵著火的最低爐內(nèi)壁溫度稱(chēng)為粉塵云最低著火溫度。
若火焰噴出滯后時(shí)間超過(guò)3s或只有火星而沒(méi)有火焰，則判定為未著火．
東北大學(xué)碩士論文第二章AB$粉塵爆炸特性測(cè)試
2．1．3實(shí)驗(yàn)方法
(1)加熱爐的安裝
安裝在不受空氣流動(dòng)影響且能將粉塵和有毒氣體抽出的罩子下面。
(2)加熱爐的標(biāo)定
用的熱電偶應(yīng)定期進(jìn)行標(biāo)定。加熱爐安裝完畢后，應(yīng)采用石松子粉進(jìn)行標(biāo)定。所
測(cè)得的最低著火溫度值為：450℃士500℃．標(biāo)定用的石松子粉在常壓、50℃的溫度
下干燥24h，石松子粉的中位徑為30士5Ilm。
(3)實(shí)驗(yàn)步驟，
1．清掃場(chǎng)地，按圖2．1所示的示意圖布置好各種儀器和設(shè)備，檢查后安裝并調(diào)試
好各種儀器；
2．稱(chēng)量O．19的粉塵裝入儲(chǔ)塵器中，將加熱爐溫度調(diào)到500"(2，并將儲(chǔ)氣罐氣壓調(diào)
到10KPa。打開(kāi)電磁閥，將粉塵噴入加熱爐內(nèi)。如果未出現(xiàn)著火，則以50℃的步長(zhǎng)升
高加熱爐溫度，重新裝入相同質(zhì)量的粉塵進(jìn)行試驗(yàn)，直至出現(xiàn)著火，或直到加熱爐溫
度達(dá)到1000℃為止； ．
3．一旦出現(xiàn)著火，則改變粉塵的質(zhì)量和噴塵壓力，直到出現(xiàn)劇烈的著火。然后，
將這個(gè)粉塵質(zhì)量和噴塵壓力固定不變，以20"C的間隔降低加熱爐的溫度進(jìn)行試驗(yàn)，直
到10次試驗(yàn)均未出現(xiàn)著火。如果在300"(2時(shí)仍出現(xiàn)著火，則以10"(2的步長(zhǎng)降低加熱爐
的溫度；
4．當(dāng)試驗(yàn)到未出現(xiàn)著火時(shí)，再取下一個(gè)溫度值，將粉塵質(zhì)量和噴塵壓力分別采用
較低和較高一級(jí)的規(guī)定值進(jìn)行試驗(yàn)。如有必要，可進(jìn)一步降低加熱爐溫度，直到lO
次試驗(yàn)均未出現(xiàn)著火；
5．清理現(xiàn)場(chǎng)，準(zhǔn)備下一次實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)，在加熱爐管下端若有火焰噴出或火焰滯后噴出，則判為著火；若只有火
星而沒(méi)有火焰，則判為未著火。
(4)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
因?yàn)楸▽?shí)驗(yàn)存在一定的危險(xiǎn)性，特別應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1．實(shí)驗(yàn)前檢查好各個(gè)連接線路，以免發(fā)生短路、線路不通等問(wèn)題；
2．嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，避免儀器的損壞；
3．點(diǎn)火前必須確保人員處于安全位置；
東北大學(xué)碩士論文第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
4．點(diǎn)火后應(yīng)迅速檢查實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，并清掃現(xiàn)場(chǎng)，以坊剩余殘?jiān)霈F(xiàn)起火現(xiàn)象。
2．1．4測(cè)量結(jié)果及分析
實(shí)驗(yàn)采用吉林石化合成樹(shù)脂廠的兩種ABS粉末，分別是干燥器內(nèi)的和成品料倉(cāng)中
的樣品，稱(chēng)量O．39的ABS粉塵裝入儲(chǔ)塵器中，將加熱爐溫度調(diào)到450"(2，并將儲(chǔ)氣罐
氣壓調(diào)到3×loVa，打開(kāi)電磁閥，將粉塵噴入加熱爐內(nèi)。如果未出現(xiàn)著火，則以50
℃的步長(zhǎng)升高溫度，重新裝入相同質(zhì)量的粉塵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直至出現(xiàn)著火。
一旦出現(xiàn)著火，則改變粉塵的質(zhì)量和噴粉壓力，直到出現(xiàn)劇烈的著火。然后將這
個(gè)粉塵質(zhì)量和噴粉壓力固定不變，以20℃的間隔降低加熱爐的溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到10
次實(shí)驗(yàn)均未出現(xiàn)著火。、
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2．1、2．2，干燥器內(nèi)ABS粉塵云在3個(gè)大氣壓下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)溫度
最低為422"C時(shí)出現(xiàn)著火現(xiàn)象，隨后調(diào)整噴粉壓力大小以及溫度，在415"(2左右連續(xù)進(jìn)
行了10次實(shí)驗(yàn)后均未發(fā)生著火；而料倉(cāng)內(nèi)ABS粉塵云在430"0發(fā)生著火，降低溫度
后為發(fā)生著火。。
所以得出結(jié)論：干燥器內(nèi)ABS粉塵云最小著火溫度為415～425"C之間，料倉(cāng)內(nèi)
ABS粉塵云最小著火溫度為415,-．一430"C之間，兩者幾乎沒(méi)有區(qū)別。
’
表2．1干燥器ABS粉塵云最低著火溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
Table 2．1 Experimental data ofminimum ignition teml,etame ofABSdust cloud
In the fluid-bed dryer
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表2．2料倉(cāng)ABS粉塵云最低著火溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
Table2．2ExperimentaldataofminimumignitiontemperatureofABS dust cloud
Inthe s玎o
2．2 ABS粉末最大爆炸壓力及壓力上升速率測(cè)試
2．2．1實(shí)驗(yàn)裝置。
ABS粉塵屬于可爆炸性粉塵，一旦發(fā)生爆炸，將會(huì)造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損
失【191。為了防止和杜絕此類(lèi)事故的發(fā)生，必須研究粉塵的爆炸特性和爆炸機(jī)理。為了
有效檢測(cè)粉塵潛在的爆炸危險(xiǎn)性，通常需要用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)室爆炸實(shí)驗(yàn)
東北大學(xué)碩士論文第二章kBS粉塵爆炸特性測(cè)試
闌。為此，在參照國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)采用了一套20L球型爆
炸測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè)定粉塵爆炸的特性參數(shù)。
2．2．2使用20L球型實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量系統(tǒng)的依據(jù)
粉塵爆炸參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定往往與所使用的一起設(shè)備，實(shí)驗(yàn)條件，判據(jù)及定義密切
相關(guān)121】。粉塵爆炸的所有參數(shù)，如最小點(diǎn)火溫度，最低爆炸濃度(爆炸下限)，最小點(diǎn)
火能量，爆炸壓力和壓力上升速率等都不是物質(zhì)的基本性質(zhì)，它們與環(huán)境條件，測(cè)試
方法和實(shí)驗(yàn)者設(shè)定的判據(jù)有判筮l。目前世界上研究粉塵爆炸的容器形狀大致可以分為
三種：管狀、筒狀和球狀。國(guó)際上研究粉塵爆炸參數(shù)的設(shè)備大多采用長(zhǎng)徑比為4．26的
1．3升Hartmann管，20L球型爆炸測(cè)試裝置系統(tǒng)以及l(fā)立方米的筒形容器。
20L球型爆炸測(cè)試裝置是在八十年代由瑞士科學(xué)家Bartlmeeht研制的∞】，在此裝
置上他們測(cè)試了大量粉塵的爆炸特性，具有較高的可信度。20／．球型實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量自
問(wèn)世以來(lái)就在工業(yè)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室得到廣泛的使用，尤其是得到德國(guó)一些研究機(jī)構(gòu)的推
薦。由于20L球型實(shí)驗(yàn)裝置體積小，使用頻度高，數(shù)據(jù)有可比性，通過(guò)改進(jìn)的20L球
型實(shí)驗(yàn)裝置能快速方便地測(cè)定粉塵爆炸的某些特定參數(shù)，所以各國(guó)粉塵爆炸研究機(jī)構(gòu)
大多采用它。
2．2．3 20L球型實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量系統(tǒng)的組成和原理
實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)如圖2．3所示，主要由20L球型容器、儲(chǔ)粉罐、壓力氣瓶、點(diǎn)火器、
壓力傳感器、控制器和電腦組成。
20L球型爆炸測(cè)試裝置的主體由一個(gè)體積為20L的不銹鋼球組成，有一個(gè)夾層，
可以向夾層注入熱水給罐體加熱，以控制內(nèi)部溫度；頂蓋是一個(gè)旋轉(zhuǎn)固定蓋，上面有
兩根直徑為8mm的空心銅棒作為點(diǎn)火器，實(shí)驗(yàn)時(shí)將雷管的兩極分別與兩根銅棒相連
接，就可以通過(guò)PLC控制輸入一個(gè)12V的電壓進(jìn)行點(diǎn)火；罐體上的一個(gè)空氣入13是
爆炸結(jié)束后吹入高壓空氣以清洗罐體內(nèi)部使用；抽真空管和空氣出口管連接在一個(gè)三
通管道上，上面有一個(gè)真空表，當(dāng)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前抽真空時(shí)，需要將空氣出口閥門(mén)關(guān)閉，
真空表打開(kāi)，以顯示罐體內(nèi)部的真空度，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將空氣出口管打開(kāi)，將爆炸
后產(chǎn)生的有毒氣體排放到大氣中去；儲(chǔ)粉罐是一個(gè)漏斗型的裝置，用以將粉體從噴粉
閥打入罐體，上面一個(gè)孔連接到高壓氣瓶，通過(guò)噴粉閥將2MPa高壓空氣充入儲(chǔ)粉罐
內(nèi)部，儲(chǔ)粉罐上還有一個(gè)電節(jié)點(diǎn)壓力表，用以顯示儲(chǔ)粉罐的內(nèi)部壓力；罐體上的壓力
東北大學(xué)碩士論文第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
傳感器將爆炸壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；罐體下部的噴粉閥通過(guò)PLC控制將粉體噴出，
噴粉和點(diǎn)火之間延時(shí)60ms；通過(guò)罐體內(nèi)部的壓力傳感器可以測(cè)得最大爆炸壓力和最大
壓力上升速率。罐體上還設(shè)計(jì)了一個(gè)安全限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)安全限位關(guān)閉時(shí)，頂蓋完全固
定時(shí)，實(shí)驗(yàn)才可以進(jìn)行，所以進(jìn)一步保證了實(shí)驗(yàn)的安全性。
電極
， 控制器
圖2．3 20球型爆炸測(cè)試裝置系統(tǒng)示意圖
F嘻2．3 Sketch map of20L spherical explosion tesdIIg system
實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)由PLC，直流電源和控制按鈕組成，PLC采用三菱公司的F)(2捌MR
(64位I-O口)，控制箱體上有清洗、進(jìn)氣、點(diǎn)火按鈕和安全限位、PLC上電顯示燈。
2．2A最大爆炸壓力P一和最大爆炸壓力上升速率(印^∽一
衡量粉塵爆炸的強(qiáng)度有兩個(gè)參數(shù)：一是最大爆炸壓力尸o；二是最大壓力上升速
率(dp／dt)_。最大壓力上升速率@，／d‰。是爆炸升壓曲線斜率的最大值，通常由壓力
增量如與時(shí)間增量出之比來(lái)確定。
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 1“26．1996定義，每次爆炸的最高壓力為，_，其最大的壓
力上升速率為(dp／dt)m。在所有粉塵濃度范圍內(nèi)的尸日，數(shù)值中最大者，稱(chēng)為最大爆炸壓
力P。；在所有粉塵濃度范圍內(nèi)的(dp／dt)。數(shù)值最大者，稱(chēng)為最大壓力上升速率
東北大學(xué)碩士論文第二章^船粉塵爆炸特性測(cè)試
(av／at)。p。
只。和H鯽蜿?？梢詮膲毫σ粫r(shí)間曲線上判定，測(cè)定粉塵濃度應(yīng)該在一廣泛范圍內(nèi)
變化，直到^?；?叻‰均無(wú)增加為止。一般，島?；駺州‰。不出現(xiàn)在同一粉塵
濃度值上。點(diǎn)火能量普遍采用能量為1010的化學(xué)點(diǎn)火頭，其成分為鎬粉、硝酸鋇和過(guò)
氧化鋇按照4：3：3的比例混合而成，產(chǎn)生101d能量點(diǎn)火頭質(zhì)量為2．4克，相應(yīng)的1．2
克質(zhì)量能產(chǎn)生5kJ能量。
可燃粉塵在空氣中懸浮濃度對(duì)其爆炸強(qiáng)度有一定的影響。作為描述粉塵爆炸強(qiáng)度
的特性參數(shù)，最大爆炸壓力和最大壓力上升速率一般是指在“最佳混合濃度下的最大
值，即在該混濃度下，所測(cè)得的最大爆炸壓力與壓力上升速率的值最大。容器的體積
對(duì)粉塵爆炸的最大爆炸壓力一般影響不大，但它對(duì)最大壓力上升速率有顯著的影響。
2．2．5實(shí)驗(yàn)方法
(1)系統(tǒng)檢查
1．1控制系統(tǒng)線路
釓電接點(diǎn)壓力表常開(kāi)觸點(diǎn)線路：
b．噴粉閥線路；
c．安全限位開(kāi)關(guān)下行程開(kāi)關(guān)線路。
1．2采樣系統(tǒng)線路
也壓力傳感器線路；
b．輸入輸、出接口板線路。
1．3氣路系統(tǒng)
a．噴粉閥控制壓力調(diào)到2MPa；
b．儲(chǔ)粉罐電接點(diǎn)壓力表調(diào)整到2MPa；
。c．關(guān)閉所有閥門(mén)。
以上檢查確保連接良好，各個(gè)環(huán)節(jié)不漏氣。
(2)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)采樣及PLC程序控制系統(tǒng)
(3)安裝點(diǎn)火頭
將20L球型爆炸裝置開(kāi)啟蓋取下，安裝點(diǎn)火頭，將蓋裝好后測(cè)試其電阻(一般為4
o左右)保證點(diǎn)火頭線路良好，然后合上限位開(kāi)關(guān)，連接電極；
(4)裝粉
．I矗．
東北大學(xué)碩士論文g：-章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
將已經(jīng)處理的粉料按濃度要求稱(chēng)取一定量，裝入儲(chǔ)粉器，0型圈周?chē)鍜吒蓛簦?
然后把蓋旋緊；
(5)抽真空
將通大氣管路關(guān)閉，開(kāi)啟真空表，啟動(dòng)真空泵抽負(fù)壓為0．06MPa，然后關(guān)閉真空
表開(kāi)關(guān)；
(6)設(shè)置計(jì)算機(jī)采樣系統(tǒng)處于等待采樣狀態(tài)
(7)運(yùn)行
將電荷放大器調(diào)至Opeffdte狀態(tài)，點(diǎn)進(jìn)氣開(kāi)關(guān)，高壓空氣通過(guò)進(jìn)氣閥進(jìn)入儲(chǔ)粉罐
內(nèi)，當(dāng)電接點(diǎn)壓力表達(dá)到2MPa時(shí)，點(diǎn)火燈點(diǎn)亮，示意可以點(diǎn)火。點(diǎn)擊點(diǎn)火按鈕，粉
體隨高壓氣流經(jīng)過(guò)噴粉閥進(jìn)入罐體內(nèi)，噴粉閥經(jīng)過(guò)60ms的延時(shí)后點(diǎn)火頭點(diǎn)燃(PLC控
制)。
(8)數(shù)據(jù)記錄
(9)清洗
打開(kāi)20L裝置上的出氣閥門(mén)和氣泵，按下清洗按鈕，反復(fù)清洗2～3次。之后，
打開(kāi)裝置上蓋和儲(chǔ)粉器頂蓋，用吸塵器仔細(xì)清洗．
特別注意的是，1．禁止20L裝置內(nèi)壓力高于大氣壓時(shí)，打開(kāi)裝置上蓋；2．安裝
點(diǎn)火頭前，應(yīng)將點(diǎn)火引線短路，用萬(wàn)用表測(cè)量點(diǎn)火頭時(shí)，必須扣上上蓋，然后測(cè)量。
防止以外電流通過(guò)引爆點(diǎn)火頭。3．進(jìn)氣前必須先關(guān)好真空表。
2．2．6測(cè)量結(jié)果及分析
由表2．3以及圖2．4可以看出，在粉塵濃度100 g／m3時(shí)，干燥器內(nèi)ABS粉末的最
大爆炸壓力Pm。為0．56MPa，壓力上升速率j二丑為2．19MPa．m／s。隨著粉塵濃度的增
加，只。、j，m不斷升高，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到500 g／m3時(shí)，最大爆炸壓力R。達(dá)到最大值，
為0．77MPa：當(dāng)粉塵濃度達(dá)到500 g／m3時(shí)；壓力上升速率‰達(dá)到最大值，為
5．72MPa·m／s。
當(dāng)粉塵濃度升高到700 g／m3時(shí)，最大爆炸壓力‰。和壓力上升速率島開(kāi)始下降，
所以對(duì)于干燥器內(nèi)的ABS粉塵來(lái)說(shuō)，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到500 g／m3時(shí)，最大爆炸壓力Pm。
達(dá)到最大值；當(dāng)粉塵濃度達(dá)到600 g／m3時(shí)，壓力上升速率‰達(dá)到最大值。只要是超
出這個(gè)值的范圍，無(wú)論粉塵濃度是升高還是降低，最大爆炸壓力只。和壓力上升速率
j‰都會(huì)下降。
．19．
東北大學(xué)碩士論文第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
表2．3干燥囂ABS粉末最大爆炸壓力，盂及壓力上升速率(dP／dt)—
Table 2．3 hIaxim岫explosion overpressme and maximu∞fl rate ofprr；稻ure rise ofABS powder
in the fluid-bed dryer
啊
正
乏、
皿
C／g．m。
圖2．4干燥器ABS粉末最大爆炸壓力，k及壓力上升速率(dP／dt)．。
Fig．2．4 Maximtmm explosion overpressm'e and maximumrate ofpressure rise ofABS powder
In the fluid-bed dryer
-20．
東北大學(xué)碩士論文g-：-，t ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
圖2．5為粉塵濃度為500 g／m3時(shí)。干燥器ABS粉末爆炸壓力．時(shí)間曲線。
爆炸壓力一時(shí)問(wèn)曲線
圖2．5干燥器ABS粉末爆炸壓力．時(shí)間曲線
F皓2．5 Explosion pressure-time Clffve ofABS in the fluid-bed dryer
由表2．4可以看出，對(duì)于料倉(cāng)內(nèi)部的ABS粉塵而言。在粉塵濃度100 g／m3時(shí)，科
倉(cāng)內(nèi)ABS粉末的最大爆炸壓力Pm。為0．51MPa，壓力上升速率j，皿為4．82MPa．m／s。
隨著粉塵濃度的增加，Pl。、屆，不斷升高，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到600 g／m3時(shí)，最大爆炸壓
力P一達(dá)到最大值，為0．76MPa；當(dāng)粉塵濃度達(dá)到1000 g／m3時(shí)，壓力上升速率K。達(dá)
到最大值，為8．07MPa rm／s e當(dāng)粉塵濃度升高到800 s／m3時(shí)，最大爆炸壓力只。開(kāi)
始下降；當(dāng)粉塵濃度升高到1100 g／m3時(shí)，壓力上升速率j‰開(kāi)始下降，所以對(duì)于干燥
器內(nèi)的ABS粉塵來(lái)說(shuō)，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到600 g，m3時(shí)，最大爆炸壓力R。達(dá)到最大值；
當(dāng)粉塵濃度達(dá)到1000 g／m3時(shí)，壓力上升速率J島達(dá)到最大值。只要是超出這個(gè)值的范
圍，無(wú)論粉塵濃度是升高還是降低，最大爆炸壓力Pr。和壓力上升速率j，巾都會(huì)下降。
經(jīng)過(guò)比較料倉(cāng)內(nèi)和干燥器內(nèi)的ABS粉末的最大爆炸壓力和壓力上升速率發(fā)現(xiàn)，兩
者的最大爆炸壓力幾乎相同，而壓力上升速率相差很多，這是可能測(cè)量時(shí)的測(cè)量誤差
造成的。
東北大學(xué)碩士論文g-章^Bs粉塵爆炸特性測(cè)試
表2．4_蚪倉(cāng)內(nèi)ABS耪末最大爆炸壓力磊。及壓力上升速率(dp'dt)。。
Table 2．4 Maximum explosion overpressure and maximllm rate ofpmssure rise in the silo
∞
臣
主
，、
亂
圈2．6料倉(cāng)內(nèi)ABS粉末最大爆炸壓力B。及壓力上升速率(dp'dt)。
rig．2．6 Maximum explosion州日pI囂瓣and maximum rate ofpressme rise in慨silo
2．3ABS粉末爆炸下限‘
爆炸下限就是用規(guī)定的測(cè)定步驟在室溫和常壓下試驗(yàn)時(shí)，能夠靠爆炸罐中產(chǎn)生必
要的壓力維持火焰?zhèn)鞑サ目諝庵锌扇挤蹓m的最低濃度嘲。
粉塵爆炸必須有火焰?zhèn)鞑?。粉塵濃度低于爆炸下限，粉塵粒子f目距過(guò)大，熱損失
-2．2-
東北大學(xué)碩士論文第二章ABS粉塵爆炸特性測(cè)試
大，已燃粉塵所產(chǎn)生的熱量不足以點(diǎn)燃鄰近未燃粉塵，火焰不能傳播下去，也就不可
能爆炸；粉塵濃度大于爆炸上限，氧氣不足以維持燃燒，火焰也不可能傳播，故也不
能發(fā)生爆炸。
2．3．1實(shí)驗(yàn)裝置
粉塵爆炸下限測(cè)試方法常用的有三種。一種采用20L球型、20L筒型爆炸裝置和
15L北歐標(biāo)準(zhǔn)裝置。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用20L球型裝置。
點(diǎn)火源是總能量為210"的化學(xué)點(diǎn)火具，其點(diǎn)火劑質(zhì)量為0．489，由40％的鋯粉、
30％的硝酸鋇和30％的過(guò)氧化鋇組成。點(diǎn)火具位于罐中心，點(diǎn)火源通過(guò)線路與PLC
控制器相連，由12V電壓點(diǎn)燃。
2．3．2實(shí)驗(yàn)方法
在儲(chǔ)塵罐中放入已知量的粉塵，然后將儲(chǔ)塵罐密閉。把爆炸罐抽真空到0．06MPa
的絕對(duì)壓力，將儲(chǔ)塵罐加壓到2MPa的絕對(duì)壓力。啟動(dòng)壓力記錄儀，開(kāi)啟噴塵電磁閥，
滯后60ms引燃點(diǎn)火源，對(duì)爆炸壓力進(jìn)行測(cè)定記錄。
每當(dāng)使用新的點(diǎn)火源時(shí)，要進(jìn)行點(diǎn)火源性能的檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)要在沒(méi)有添加粉塵，
但同樣要把爆炸罐抽真空和儲(chǔ)塵罐加壓的情況下，對(duì)點(diǎn)火源本身的壓力進(jìn)行測(cè)定。點(diǎn)
火源本身產(chǎn)生的壓力大約為0．03MPa。
爆炸下限濃度Ck蛔需通過(guò)一定范圍不同濃度粉塵的爆炸試驗(yàn)來(lái)確定。初次試驗(yàn)時(shí)
按109／m3的整數(shù)倍確定試驗(yàn)粉塵濃度，如測(cè)得的爆炸壓力等于或大于O．15MPa，則
以109／m3的級(jí)差減小粉塵濃度繼續(xù)試驗(yàn)，直至連續(xù)3次同樣試驗(yàn)所測(cè)壓力值均小于
0．15MPa。如測(cè)得的爆炸壓力小于O．15MPa表壓，則以109／m?的整數(shù)倍增加粉塵濃
度試驗(yàn)，當(dāng)壓力值等于或大于0．15MPa表壓，然后，以log／m3的級(jí)差減小粉塵濃度
繼續(xù)試驗(yàn)，直至連續(xù)3次同樣試驗(yàn)所測(cè)壓力值均小于O．15MPa表壓。所測(cè)粉塵試樣爆
炸下限濃度C品則介于cK3次連續(xù)試驗(yàn)壓力均小于O．15MPa表壓的最高粉塵濃度1和
62(3次連續(xù)試驗(yàn)壓力均等于或大于0．15MPa表壓的最低粉塵濃度)之間，即：C1o．15 MPa則按下式計(jì)算
A=丑(4．3)
式(4．2)、(4．3)中，B、C的計(jì)算公式為
東北大學(xué)碩士論文第四章ABS生產(chǎn)工藝危險(xiǎn)性評(píng)估
s=Es．805x10-4．p。·K二·蹦-0．．5—69+o．854(‰一o．01)·稿k]·V?， (4．4)
C=【-4．305·lg幾‘。一3．547)． (4．5)
式中，
R。一粉塵的最大爆炸壓力，MPa； 一
，
局。一粉塵的規(guī)格化壓力上升速率，MPa．m／s；
尸翻。。一最大泄爆壓力，MPa。即泄壓后的最大爆炸壓力，該值必須小于設(shè)備的
抗壓強(qiáng)度；
只m一泄壓設(shè)備的開(kāi)啟壓力，MPfl．；
礦一設(shè)備的體積．m3。
西一泄壓效率。
∥DE一長(zhǎng)徑比。?
厶r一有效火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，in； ．
圪r一有效火焰體積，V3；
爿。r一有效橫截面積，m2；
D缸一有效直徑，m；
公式(5)和(6)的應(yīng)用范圍為：
·O．1m 3≤y≤10，000 m3；
·0．01MPa≤Pmt≤O．1]VIPR；
·0．01 MPaR尸刪。尸啦吐應(yīng)為泄壓裝置的靜開(kāi)啟壓力允許誤差范圍的上限；
· 對(duì)粉塵爆炸參數(shù)特性值為1 MPa·m／s≤鳳≤30 MPa．m／s的粉塵為：
O．5MPa≤尸。?！?MPa,對(duì)粉塵爆炸特性值為30 MPa．m／s<甄≤80>

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