目前國內有機硅配套硅粉加工生產線,主要采用了典型立輥式研磨旋風分離技術和采用旋風磨加工兩種硅粉加工生產方法。有些加工方法逐漸被淘汰(如雷蒙磨),但無論是采用典型立輥式研磨旋風分離技術或采用旋風磨技術加工硅粉,生產過程中均存在較大粉塵爆炸危險。因此,研究硅粉粉塵爆炸的特點,采用相應的措施預防粉塵爆炸,是保證安全生產的重要環節,也是安全技術管理人員的責任所在。
隨著我國多晶硅與有機硅產業的興起與迅猛發展,硅粉加工生產需求不斷擴大,使硅粉加工過程中爆炸潛在危險性大為增加。國內有機硅行業中細粉控制要求為:45μm 的細粉≤3.0%,但生產實際中45μm 細硅粉含量一般在10 %~20 %。硅粉粉塵粒徑越小,爆炸下限越低,最小點火能量越小,粉塵爆炸的危險性就越大,應該引起足夠的重視。國內最近幾次硅粉爆炸情況為:2010年8月8日11時許,山東省淄博市張店區良鄉工業園內的一家硅粉有限公司在研磨硅粉過程中發生爆炸,造成7人受傷,受傷人員被迅速送往醫院救冶。血的教訓使得我們在生產過程中要更加重視爆炸的危險性,做好相應的預防措施,將爆炸危險降到最低。
1. 硅粉加工發生爆炸的條件
硅粉加工是將大的硅塊加工成粒徑較小的粉料,硅粉粒徑越小,越易懸浮,表面積越大,燃燒速度越快,升壓越快,爆炸壓力越大。由于粉塵的初始爆炸氣浪會將沉積粉塵揚起,在新的空間達到爆炸濃度而產生二次爆炸。這種連續爆炸會造成極大的破壞。
2. 硅粉加工發生粉塵爆炸的工藝過程
(1)粉碎或研磨過程
按制粉原理和作用力的性質不同,將粉碎過程分為擠壓、沖擊和研磨等方法。一般情況下,粉碎研磨操作要同時用到多種作用力。粉碎加工過程無論是由于風選(如立式磨在風作用下選出48目-325 目硅顆粒,在設備內將其送入除塵器中)還是由于機械力的作用(如旋風磨系統)都會造成大量粉塵的飛揚而形成硅粉云,即懸浮于設備內的粉塵處于爆炸濃度范圍內。
粉碎或研磨成上述成品的過程是直接與空氣接觸,空氣中的氧氣即為助燃物,而且細粉含量也比較高,危險較大。無論是立輥式研磨機(立式磨),還是旋風磨進行硅粉加工硅塊時,都會與設備進行碰撞、擠壓和摩擦而產生熱量與火花。設備內部由于機械運轉部位缺乏潤滑也會產生熱量。顎式破碎機破碎硅塊產生的火花,斗式提升機輸送的鏈條,以及鏈斗的撞擊都會產生一定能量的火花。同時物料與物料、設備、管道之間由于摩擦和撞擊,會產生靜電。電氣設備故障也極易產生電火花。這些火花的產生為爆炸提供了點火源。由于在此生產過程中能同時滿足粉塵爆炸的三個條件,硅粉爆炸很可能會發生。
(2)分離與除塵過程
國內采用兩種方法:①旋風分離后,細粉塵經脈沖布袋除塵器收集,經概率篩分離,主要原理都是利用氣流旋轉過程中作用在物體上的離心力,使物料進入脈沖布袋除塵器收集后,在重力作用下,經過概率篩篩分。整個過程中粉塵均處于懸浮狀態。此時只要有足夠的點火源,爆炸事故就會不可避免地發生。②旋風磨采用概率篩與旋振篩相結合的分離方式。物料在重力下落至篩網,以及在篩網的振動作用下,整個過程中粉塵均處于懸浮狀態。此時只要有足夠的點火源,爆炸事故同樣也會不可避免地發生。
(3)輸送過程
目前,硅粉輸送基本上采用連續和自動化輸送。主要輸送設備有斗式提升機、膠帶輸送/鏈斗式輸送機、電振動輸送和氣力輸送。輸送過程中,輸送粉塵料位差的高低和除塵風力大小決定粉塵飛揚程度、氣相密度大小。氣相密度越大,危險性越大。另外,斗式提升機輸送時鏈條、鏈斗的撞擊,物料與物料、設備、管道之間由于摩擦和撞擊,也會產生靜電。如氣體輸送、皮帶輸送摩擦都會產生靜電。電氣設備故障也極易產生一定能量的電火花。這些情況均會引發硅粉塵爆炸。
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