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通过良好的设备和系统设计减轻粉尘危害

由AZO Inc.的Chuck Kerwin和Gus Carrington |

通过在涉及粉末材料的过程中仔细考虑设备和工厂设计,可以大大减少扬尘问题

从制造工厂的设备中意外泄漏的粉状成分称为逃犯性粉尘。与扬尘有关的风险是非常现实的。三个主要风险因素是:1)燃烧风险2)操作人员接触(吸入和接触)风险和3)产品卫生风险。很难(即使不是不可能)消除制造工厂中的所有粉尘,但是控制逸散粉尘始于设备设计。当允许较少的灰尘从物料搬运系统中逸出时,将散装物料搬运系统中及其周围的灰尘减到最少是最有效的。本文提供有关在新设备中建立有效粉尘抑制功能的设计策略和注意事项的信息。这种方法可能会增加前期设备的成本,但会降低运营成本并避免以后出现灰尘问题。

通过设计减少灰尘

在控制粉尘方面,不应忽略植物内务管理的重要性,但还有更多。自动化的粉末处理系统由多个组件组成,这些组件协同工作,以将配料从存储容器转移到加工设备。可以在组成系统的每个组件中设计用于控制扬尘的功能。这些组成部分包括输送,过滤,定量,装载和卸载。最初关注这些组件,然后是整个成分处理系统,可以大大减少逸散性粉尘和材料损失。例如,集成设计具有自清洁过滤器,可将收集的粉尘返回生产过程。相反,集中式除尘系统将灰尘收集在中央集尘室中。这些粉尘从生产中流失,因为它在收集点被所有其他粉尘污染了。集中式粉尘控制可有效地遏制逃犯性粉尘,但由于这种材料损失,因此具有较高的运行成本。逸散的粉尘控制绝非易事,因为整体效果仅与物料搬运系统中每个组件的总和一样好(图1)。

图1.减尘策略中应考虑固体处理系统的所有组件,从此处所示的散装袋到进料和输送,

燃烧风险

大多数粉状物料都有一定的燃烧威胁,因此应确定工厂中的每种成分并分析其特定于物料的风险(图2)。燃烧需要三个要素:热量,燃料和氧气。空气中的尘埃大大增加了任何粉末的燃烧风险,因为这种尘埃云已经包括了火三角形的两侧,燃料和氧气。灰尘燃烧仅需要热量,或者特别是点火源。

图2.扬尘可能会导致爆炸,因此应分析每种材料的燃烧风险,并应检查材料处理过程中灰尘逸出的根本原因

许多常见成分对燃烧造成严重威胁。糖提供了说明性的例子。发生了许多引人注目的工业事故,其中包括糖,这归因于不良的材料处理规范。一个值得注意的事件是2008年在佐治亚州萨凡纳(温特沃斯港)帝国制糖厂的销毁。这起事故始于相对较小的糖尘爆炸,引发了爆炸和冲击波的连锁反应,每一次都导致更多的逃逸粉尘变成空降和进料连锁反应。这场大火杀死了11名员工,并花了整整一周的时间将消防员扑灭。

Each powder has its own properties and characteristics. A dust hazards analysis (DHA) in accordance with National Fire Protection Association (NFPA; Quincy, Mass.; www.nfpa.org)标准是识别工厂周围潜在风险的好方法。 NFPA是一家国际非营利组织,致力于消除因火灾,电气和相关危险而导致的死亡,伤害,财产和经济损失。由于几个未完成的合规性截止日期,对DHA的关注最近有所增加。尽管不是执法机构,但NFPA设定了两个特定的测试期限。符合NFPA 652行业(包括:化学,食品,化肥,烟草,塑料,橡胶,农药,制药,橡胶,木材,染料和金属)的第一个截止日期为2020年9月7日。第二个截止日期为NFPA 61(主要从事农业加工的行业)的最后期限为2022年1月1日。作者鼓励所有制造商意识到其居民的粉尘危害,并采取适当的安全预防措施,以保护人员和财产。

组件设计技巧

一旦发现重大挑战,就应制定行动计划以减轻与扬尘有关的风险。对已知问题区域的审查通常会导致经典的管理决策-更换或维修。尽管资本预算总是很紧张,但尝试修理陈旧或设计不当的设备通常会解决扬尘症状,而不是根本原因。在决定更换或维修设备时要考虑的其他因素包括容量限制,所需的体力劳动量和控制系统的寿命。如果资本预算允许更换,那么新设备的设计就变得至关重要。

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如一开始所述,良好的粉尘控制始于设备设计,但整个系统设计也应作为一个整体来考虑。散装粉末材料处理系统通常涉及多种成分,这些成分通过一系列在完全集成的系统中一起运行的单功能组件移动。以下内容提供了一些设计技巧,以控制物料处理系统中常见的部件中的扬尘,这些部件包括输送机,过滤器,进料器,散装卸料机和袋装卸机,以及对集成系统设计和工厂布局的考虑。

输送。 有两种基本的方法可以使用空气将粉末状物料通过管道输送:压力输送和真空输送。压力输送使用的空气压力要高于环境压力,以通过管道“吹”粉末。真空输送使用的空气压力低于环境压力,以通过管道“吸入”粉末。两种技术在材料处理领域都占有一席之地,但是真空系统在短效粉尘控制方面有一些特殊的好处。由于真空输送是在负压下进行的,因此输送管线中的泄漏将把空气吸入输送系统。尽管这种泄漏是一种低效的操作,但配料粉尘仍保留在系统中,不会产生逸散粉尘。加压输送系统中的泄漏则相反。输送空气将被吹出输送系统,并伴有扬尘。如果不进行纠正,压力传输系统中的泄漏会造成多尘的工作环境。因此,与压力输送相比,真空输送本质上是一种移动散装粉末的更清洁的方式。

运送物料的物料输送系统通常具有较长的输送距离,有时会穿过无法到达的区域。使用压力传输系统,这会使检漏成为一项繁琐且耗时的工作。如果泄漏位于难以到达的区域或隐藏在其他设备后面,则很容易漏掉。在运输有毒或有毒物质时,这是特别要注意的。最好通过真空系统输送对操作人员有害的产品,因为泄漏不会产生扬尘。

筛选器。 过滤器在物料处理系统中起着至关重要的作用,对于有效控制粉尘至关重要。过滤器用于将成分灰尘与从系统排出的空气分开。过滤器是控制散装物料处理设备中粉尘排放的关键安全组件。过滤器通常位于输送线末端的接收料斗处,具有多种功能:清洁输送的空气,防止料斗过度加压以及回收悬浮在气流中的原料粉尘。过滤器从输送的空气中清除灰尘,因此可以通过外部开口将其排入植物或环境。定期对过滤器进行预防性维护可保持过滤器正常运行,并促进良好的工厂内务管理。

集成式过滤器安装在接收料斗中,并具有自清洁功能,以减少过滤器维护和材料损失。一种自洁式过滤器机构使用加压空气对过滤介质进行脉冲处理,使过滤器脏侧的灰尘松散并掉落,从而使料斗中的其余成分结合在一起。此过程不仅可以清洁过滤器,还可以最大程度地减少成分损失。安装在接收料斗外部并连接到集中式集尘装置的过滤器执行相同的清洁功能,但无法回收产品粉尘。

过滤器的清洁和更换频率取决于产品,但仍然很关键。灰尘积聚在过滤器上会限制有效的过滤器表面积,并最终堵塞过滤器介质。自清洁过滤器可延长过滤器寿命,但仍应经常进行检查,以确保过滤器中没有撕裂或裂口。颗粒大小也会影响袋子更换的频率。有各种各样的过滤介质和开放区域可满足任何制造规格。大多数过滤器由聚酯制成,但还有其他材料和过滤器功能可用。防静电过滤器可减少过滤器脉冲清洁产生的静电。 PTFE(聚四氟乙烯)过滤器更有效,因为它具有更高的微米保留率。 PTFE过滤器在处理粘性材料时也非常有效,因为其PTFE涂层使堆积的材料比普通聚酯过滤器更容易滑落。

加药 计量,也称为进料,是将恒定的成分流以一定速率引入过程的方法。无论是计量到挤出机,输送线还是失重/增重进料器,都有许多与测量精度有关的问题,但也有粉尘泄漏的问题需要注意。灰尘通常不会堆积在进料器本身中。真正的粉尘问题是在进料器的下游进行的。如果进纸器排入一个防尘的密闭容器中,则可以轻松减轻这种风险。但是,许多进料器会进入敞开的料斗或秤中。在这种情况下,强烈建议连接到粉尘控制系统。在大多数情况下,这将是一个集中式粉尘控制系统。

要避免进纸器周围积尘过多,第二要考虑的是确保正确密封。进纸器是封闭组件,因此可见的灰尘通常表示密封件磨损。送料器中有三个区域需要定期检查密封件。这些区域是入口法兰,主驱动器和排放口。如果在进纸器周围发现灰尘,这些位置之一的密封性很可能会变差。建议对进纸器中的这些密封垫定期进行预防性维护。如果发现其中一个密封垫已磨损,则最好同时更换所有密封垫和垫圈。它的成本要高一些,但是重建后的供料器将像新的一样运行,并在重新投入生产时将确保无故障性能。

散装袋装卸。 散装袋装卸涉及到尽可能高效和清洁地清空大袋,超级麻袋,散装袋(均描述为2,000磅布袋)(图1)。散装袋装卸机在所有行业都很普遍,几乎每个制造厂都至少有一个。通常,散装袋的卸货非常多尘,但这不是必须的。逸散的粉尘可以从两个不同的来源释放:不良的设备设计和操作员错误。让我们先从设计开始。市场上有各种各样的散装袋卸货机选择,通常您可以买到货。价格较高的散装袋卸货机通常具有更好的粉尘管理功能。这些功能包括:连接或断开袋子时的主动除尘;空袋除尘;防尘袋连接;和出口喷嘴控制。

考虑到这些防尘功能,在卸散装袋时,有四个基本操作可控制扬尘。首先,每个满满的大袋子应正确连接到卸货机构。袋子的连接应牢固,正确密封且易于使用(不需要手动工具)。其次,应在具有自己的内置粉尘控制系统的密闭漏斗中进行连接。当产品开始从袋子中流入漏斗时,从漏斗中排出的空气应排入除尘系统。最后,空袋在框架中时应折叠,并且仍应连接到除尘系统上。空的大袋子通常里面有残留的灰尘,通常是大袋子卸货机周围的主要灰尘来源。

如果带盖的话,散装袋卸货机的袋连接特别有效。该连接单元有时称为大袋适配器(BBA)。带盖子的BBA可以在连接满袋或断开空袋后密封。产品从大袋中流出将使排出的空气从料斗中涌出。排出的空气中包含大量灰尘,需要将其包含在料斗内。装在料斗中的排气管是防止逸散性灰尘逸出卸载机的最有效方法。在断开空的大袋子之前,该通风孔还用于收集残留的灰尘。

操作员的错误还会在大袋卸料器周围产生大量的扬尘。操作人员应定期接受培训和监控,以确保他们遵循相关程序并使用内置在大袋装卸机中的除尘功能。操作人员从大袋卸货机中取出空的散装袋时也应小心。并非所有材料都能从大袋子中自由流出,并且大量灰尘可以保留在空袋子的织物折痕中。为了控制残留的灰尘,必须在将袋子连接到BBA及其灰尘控制系统时对其进行放气。操作员还应在折离袋子之前手动弯曲袋子和喷嘴。现在准备将空袋子从大袋葫芦中取出并从工作区运走。遵循正确程序的熟练操作人员可以大大减少扬尘的释放。

最后要提及的是大袋,不要忽视由于不小心搬运和存放而在织物大袋中撕裂或撕裂所产生的扬尘。粗心的叉车司机将超级麻袋从仓库搬到大袋卸货站时很容易撕裂或撕裂。可以通过刷尖的边缘将大袋子撕开,或者用叉车将其刺穿。在工厂布局中应考虑使用大袋卸料站,以最大程度地减少超级袋的损坏。

垃圾袋。 袋子堆放器用于手动卸载通常存储在50到100磅之间的布袋或纸袋中的原材料。此倾倒过程具有与前面提到的大袋卸料类似的灰尘控制问题。操作员必须将麻袋切开,然后将内装物倒入垃圾袋。行李架有两种类型:专用行李架(用于存储)和直通接收器(用于传送)。这种切割和倾倒过程会产生大量粉尘,使操作员和工作环境暴露于扬尘中。灰尘可以通过内置在每个集尘袋中的集成式集尘器或集中式集尘器(集尘袋与普通集尘系统相连)进行控制。

如前所述,内置于集尘袋中的集成式集尘器具有将灰尘循环回料斗的优势。收集在料斗中的所有灰尘均与产品一同保留。普通的粉尘控制系统将控制粉尘,但会损失生产材料。当操作员打开行李托运门时,应自动启动任一灰尘控制系统。这样,操作员不必记住打开粉尘控制系统。当门打开时,风扇启动并从操作员周围将空气吸入料斗。当操作员倾倒袋子时,产品粉尘从操作员处被吸入料斗。借助集成的粉尘控制系统,关闭集尘袋门会自动向过滤器发出一股空气脉冲,从而将捕获的粉尘释放到过滤器上,然后将其滴入料斗。

最后,请确保包括处理空袋的计划。这些袋子虽然空了,但通常充满了灰尘。袋子处理不当会产生大量的扬尘,覆盖操作员和工作区域。寻找包括堆放系统的袋子堆放系统,该系统将空袋子堆积到密封的垃圾袋中,而不会释放出扬尘。虽然成本更高,但是此功能将自己收回很多倍。

弹性袖子。 挠性套筒是塑料导管的柔性部分,通常用于输送管线中,以帮助产品流过输送系统。当处理粘性,易包装或高脂肪的物料时,柔性导管特别有效。挠性套管在套管的两端通过管夹连接到金属传输线。套筒的柔韧性使其可以振动和移动,从而有助于将堆积的产品移出柔性套筒。这种运动虽然有效地清除了物料,但需要定期维护以确保夹具连接保持紧密且无尘。这对于加压输送系统尤其重要。工厂维护人员还应检查挠性套筒是否有裂痕或撕裂,因为持续的运动会使塑料套筒疲劳。伸缩套管只能安装在可见和可触及的区域。

控制短效粉尘具有挑战性,但是设计有集成粉尘控制功能的设备可以为操作员提供安全,清洁地完成工作所需的工具。

斯科特·詹金斯(Scott Jenkins)编辑

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查克·凯文(Chuck Kerwin) 是AZO Inc.的总经理,(电话:(901)794-9480;电话:(901)794-9480;电话:(901)794-9480;电子邮件:chuck.kerwin@azo.com),这是总部位于德国的AZO GmbH在美国的全资子公司,AZO GmbH是全球粉末材料自动处理系统的领先供应商。 AZO Inc.为AZO在美国和加拿大的客户提供销售,项目管理和服务支持。 Kerwin在AZO担任总经理和财务总监已有20多年了。他毕业于佐治亚理工学院(Georgia Tech),拥有学士学位。’拥有土木工程学位,并获得佐治亚州立大学的MBA学位。 Kerwin与妻子Tricia一起居住在田纳西州的孟菲斯。

古斯·卡灵顿 是位于田纳西州孟菲斯市的AZO Inc.的传播专家(地址与上述相同;电子邮件:gus.carrington@azo.com)。他曾在孟菲斯大学学习战略媒体,并在《每日舵手》(The Daily Helmsman)领导了一组屡获殊荣的记者。

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