2014年,江苏昆山中荣金属制品有限公司发生了特大爆炸事故。事故系因粉尘遇到明火引发。至于事故原因,除却安全管理不到位、作业人员安全知识缺失外,另由于该企业车间几个月才清扫一次通风管,平时只是除除尘。但即便是除尘设备,也只有鼓风机,并未安装实时监测粉尘浓度的粉尘传感器和相关防爆设备,是酿成这次事故的直接原因。
昆山粉尘爆炸事故救援现场
作为日常监测用的粉尘传感器
作为检测漂浮细尘或凝结物数量的装置,粉尘传感器可以用来检测空气中的粉尘浓度。其原理是光照射粒子时,不同尺寸和浓度的粒子会有不同的散射图像,通过散射光分布的检测就能测量粉尘浓度的具体情况。目前,粉尘传感器被广泛用于家庭或医疗环境、矿山、冶金、电厂、化工制造、卫生监督、环境保护及在线监测等应用中。
粉尘爆炸,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,形成很高的温度和很大的压力,系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射,具有很强的破坏力。
粉尘传感器
爆炸初期的爆炸抑制系统
下面,我们来重点说说压力传感器在粉尘爆炸监测与防范中的重要作用。
与平时重点用于监测浓度的粉尘传感器不同,在粉尘爆炸的初期,预防粉尘爆炸的抑爆设备中,压力传感器也起到了十分重要的作用。简单来说,这时的抑爆系统相当于一个自动灭火器,但是在这里要灭的不是熊熊烈火,而是发生爆炸前期的小火球。
爆炸抑制系统是在爆燃现象发生的初期由传感器及时检测到,通过发射器快速在系统设备中喷射抑爆剂,从而避免二次爆炸。众所周知,爆炸炸常需要易燃易爆物、火源和氧气三要素,所以,抑制系统一般采用最简单的措施,即取消其中的火源要素,从而抑制爆炸的发生。
最简单的爆炸抑制系统由监视器、传感器、发射器和电源四个单元组成。其中,传感器由3个朝向不同方向的压力传感器组成,其中一个设定在低压状态,两个设定在高压状态,必须同时有其中2个压力传感器被激活时,整个系统才被触发,从而避免误操作的发生。
压力传感器
压力传感器监测的工作原理
粉体爆炸的形成和发展的过程是这样的:当密闭空间或设备中的粉、灰尘与空气中的氧气混合,达到适当的浓度时,一旦产生火花,便会由火花发展成小火球,甚至发展成大火球,并伴随有高温高压的产生。当压力升高到一定程度,超出设备的抗压强度,爆炸就会发生。在此过程中,升高的压力会产生冲击波,而且冲击波的传播速度远大于火焰传播的速度。
利用该原理,让抑爆系统的压力传感器及时探测到冲击波,在火焰还没有时间发展成爆燃的时候,马上发出一个指令给灭火发射筒,发射筒喷射出碳酸氢钠之类的抑爆剂,把要引发爆炸的火花熄灭,从而抑制爆炸的发生。