クローバーが教える粉塵防爆の知識

環境意識の高まりに伴い、企業が大気中に排出する汚染ガスに対する人々の監視はますます厳しくなってきています。バッグ集塵機は煙や粉塵汚染の天敵であり、大気汚染を制御するための効率的な粉塵除去装置です。バッグ集塵機の最大の利点は、実用レベルで99.9%に達する高い除塵効率です。粉塵放出濃度は 10 mg/m3 未満、または 1 mg/m3 に達する場合もあります。このような利点があるからこそ、袋集塵機は多くの企業で採用されているのです。しかし、袋集塵機の普及に伴い、袋集塵機の粉塵爆発事故も増加しています。そのため、袋集塵機の防爆設計が議題となっています。

1 粉塵爆発の条件とメカニズム
粉塵爆発が発生するには、次の 3 つの条件が必要です。
① 空気中の粉塵濃度が一定レベルに達すると、爆発の上限および下限の範囲内になります。一般に、爆発下限界が最も注目を集めます。
②十分なエネルギーを持った着火源。
③十分な空気または酸素の混合接触を行う。
     粉塵爆発は非常に複雑なプロセスであり、多くの要因の影響を受けるため、爆発のメカニズムはまだよくわかっていません。一般に、粉塵爆発は次のような発展過程を経ると考えられています。粉塵爆発では、まず発火源（熱伝導、熱放射）からエネルギーを得た後、粉塵粒子の表面が加熱されます。また、ダスト粒子がエネルギーを得た後、内部と外部が順次加熱されて溶融・蒸発し、高温の小さな陽子粒子や火花が噴出し、これがダストの着火源となります。ダストの表面積が大きいため、ダストは空気と完全に接触しており、ダスト層の存在によりダスト粒子の表面温度が急激に上昇し、ダスト粒子の分解またはガス化が促進されます。空気と混合して接触すると、気相発火が発生する可能性があり、ダスト中には気相と固相の両方が存在し、この 2 つの相が同時に存在すると燃焼はより激しくなります。さらに、静電気の蓄積や摩擦も発火源となる可能性があります。空気に混合された粉塵の濃度が爆発下限に達すると、発火源に遭遇すると燃焼する可能性があります。初期燃焼中、塵と空気が十分に混合するため、塵が爆発し、圧力波の形でエネルギーを放出します。そのため、機械装置内の粉塵が吹き飛ばされることが多く、地上の粉塵層が巻き上げられて飛散粉塵雲が形成されます。これらの塵雲は、最初の爆発の熱い残留物によって即座に再点火され、その後 2 回目の爆発が発生し、同時に大気の乱流が発生する可能性があります。この爆発では、堆積していた多量の塵が再び吹き飛ばされたため、最初の爆発よりもさらに強力な爆発となりました。粉塵爆発は、発火源の形成、最小発火エネルギー、粉塵濃度など多くの要因の影響を受けます。爆発のプロセスから、粉塵粒子の直径が爆発の難易度を決定し、着火源が爆発の重要な要素であり、粉塵雲の点火によって引き起こされる二次爆発が最大の危険であることがわかります。

2 防爆技術
    防爆技術は、予防技術対策と設計対策に分けられます。予防措置とは、粉塵の濃度を爆発下限以下に下げたり、多量の粉塵を蓄積させたり、有効な発火源を排除したりすることを指します。設計措置とは、爆発を防止する措置の達成が困難な場合に、爆発による死傷者を出さず、爆発後短時間で機器を使用できるように、爆発の危険性の程度を安全なレベルまで下げるために講じられる措置を指します。これには、暴動防止、爆発抑制、防爆、爆発排気などが含まれます。
   バッグ集塵機は粉塵濃度を常に爆発下限界以下に保つための集塵場所として使用されますが、これはコスト効率が悪く、達成するのが困難です。しかし、それは大量の塵を蓄積させずに達成することができます。有効な着火源は、通常の着火源（溶接、研削、燻蒸による着火源など）と機械的故障による着火源（機械的スパーク、高温表面、無炎燃焼熱の蓄積、静電スパーク）の 2 種類の着火源と区別する必要があります。このうち、各種運動摩擦源が最も一般的であり、粉塵爆発事故のほとんどはこれらによって引き起こされます。また、調査と実験の結果、コロナ放電は主に塵雲の中で発生し、工業生産では雷放電はまだ発生していません。また、工業用生産設備では、形成される粉塵雲の体積が60立方メートル以上、または直径が3メートル以上にならない限り、この種の雷放電は発生しにくいです。
耐爆発性とは、構造自体が破裂せずに爆発圧力に耐えられることを意味します。耐爆発構造には、耐爆発圧力と耐爆発衝撃圧力の2種類があります。爆発耐圧設計は圧力容器の設計および製造仕様に準拠する必要がありますが、爆発衝撃耐圧は適切に緩和することができます。一般的には、耐爆発圧力は耐爆発圧力の1.5倍となります。
   防爆とは、機器内の可燃物の爆発を初期段階で消し止め、過大な爆発圧力を避けるための措置です。爆発抑制システムが成功すると、爆発圧力が 1×104Pa になると作動します。抑制後の装置内の最大圧力は1×105Pa以下になります。爆発抑制には 2 つのタイプがあります。 1 つは水袋や難燃性粉末装置などの受動的なものです。このタイプの装置は、爆発圧力が一定範囲に達すると自動的に破壊し、水や難燃性の粉末を放出します。もう 1 つは、初期爆発検出センサー、制御ユニット、および高電圧駆動の高速スプレー (HRD) 爆発抑制装置で構成されるインテリジェント爆発抑制装置です。
   防爆とは、1 つのコンテナで発生した爆発が接続パイプに沿って後続のコンテナに伝播し、システムが爆発して損失が大きくなるのを防ぐことです。しかし、実際には、最も有害な爆発は、防爆装置が機能しない、または設計されていないことが原因で発生します。一般に、パイプラインに火炎プローブを設置して、対応するメカニズムをトリガーして爆発を中断することができます。
粉塵爆発では0.7～1MPaもの高い圧力が発生しますが、爆発緩和対策により構成材料の強度が耐えられる範囲内で圧力上昇を抑えることができます。粉塵爆発は図1に示すような特性を持ちます。曲線aは密閉容器内での爆発を表し、Pmaxは最大爆発圧力を、Pnは最大爆発圧力上昇率を表します。曲線ｂは爆発漏れが発生する状況を示し、Ｐｒｅｄは最大爆発圧力を、Ｐｎは最大爆発圧力上昇率を示す。爆発の危険を軽減する上で、爆発ベントが非常に重要な役割を果たしていることがわかります。 

3 袋集塵機の防爆対策

 1 バッグ集塵機内の粉塵の蓄積を抑制する
     工業用可燃性粉塵の危険濃度は一般に 20～6000g/m3 です。通常、バッグ集塵機はプロセス システムの最後の部分です。含塵ガスはパイプラインを通じて袋集塵機に送られ、集塵されて粉塵層が形成されます。ダストはパルスバックフラッシュによって取り除かれ、灰ホッパーに落ちます。これらのプロセス中、バッグハウス内の粉塵の濃度は上記の危険な濃度範囲内にある可能性があります。したがって、バッグ集塵機やパイプ内の粉塵濃度が危険範囲の下限値よりも低くなるように、システムの換気、特に粉塵の清掃を時間内に強化する必要があります。ホッパーから粉塵を適時に除去することは、バッグ集塵機を安全かつ正常に動作させるために非常に重要です。袋集塵機で取り扱う粉塵の多くは可燃性粉塵です。ホッパー内の粉塵の除去が間に合わないと粉塵に熱がこもり、自然発火しやすくなります。蓄積された塵は固体の全体ではありません。中には空気が入っています。蓄積された塵は実際には空気と塵の混合コロイドです。これは二次的な粉塵爆発の原因となり、安全上の隠れた危険が潜んでいます。二重層空気圧灰排出バルブの使用により、タイムリーな灰排出を確保し、空気漏れ率を低減し、ゆるい場所での粉塵の流出を回避し、二次粉塵汚染を防ぐことができます。

  2 発火源を取り除く
    袋集塵機の着火源としては、主に通常の着火源、衝撃や摩擦による焼却、静電焼却、シェル温度などがあります。 
① 一般的な着火源は主に外部の火源、特にガス切断炎や溶接火花から直接持ち込まれます。袋集塵機は一般に溶接部品であるため、機器の修理時には主にガス切断炎や溶接火花が発生します。したがって、管理を強化し、作業者の爆発防止意識を向上させることで抑制することができます。楽器を修理する際には、修理箇所の周りのゴミも取り除く必要があります。
② 衝撃や摩擦によって発生する火花は、バグフィルター内に吸い込まれるナットや鉄ブロックなどの金属物同士の衝突により発生します。主な除去方法としては、集塵フードに適切な金網や電磁除鉄装置を設置し、集塵パイプやバグフィルターへの金属の侵入を防止します。メンテナンス後、パイプ内に落ちた金属物質は適時に除去する必要があります。次に、ファンの高速回転翼に金属異物が衝突して火花が発生することを防止するとともに、高速回転翼との摩擦、熱、燃焼による可燃性爆発性粉塵の発生を防止するために、袋集塵機の後の清浄空気側に換気装置を配置するのが最善である。最後に、パイプ ネットワーク内の風速が適切である必要があります。風速が高すぎると、粉塵がパイプの摩耗を促進する可能性があります。テストの結果、摩耗率は風速と3次の関係があり、その結果、より多くの金属物質が集塵機内に持ち込まれることがわかりました。
③静電気の発生メカニズムはまだ解明されていませんが、必要な静電気防止対策は可能です。帯電順序に近い物質を選択したり、帯電順序と逆の物質を組み合わせたりすることで接触電位差を最小限に抑えることができ、静電気の発生を最大限に抑えることができます。それらが持つプラスとマイナスの電荷は、静電気を除去する目的を達成するためにそれ自身を中和します。次に、接地は最も重要かつ一般的な漏電対策の 1 つです。機器、容器、パイプなどは等電位に維持する必要があります。実際の状況に応じて、分散接地または集中接地システムを使用して確実に接地してください。接地抵抗は 1 ～ 2Ω の範囲内である必要があります。また、導電性を高めるために、絶縁性の高い物質ではなく導体や導電性物質を使用してください。特に帯電防止フィルター素材を使用しています。これは主に、フィルターの素材が静電気の最も集中する部分であることがテストで示されているためです。また、フィルターバッグに堆積した塵の層により空間電界が強まり、空気が破壊されて火花放電が発生する可能性があります。最後に、周囲の湿度を上げて静電気を逃がす方法や、製造工程中に直接水を加える方法もあります。
④集塵機シェルの温度が高くなりすぎないように注意してください。粉塵は殻の内壁に大量に吸着されているため、殻の温度が高すぎると粉塵の表面が加熱されます。エネルギーを獲得した後、溶解および蒸発して高温の小さな陽子粒子または火花を噴き出し、これも塵の発火源となります。したがって、周囲の温度を管理し、バッグ集塵機を家の外に置かないでください。

 3 爆発ベント膜を取り付ける
     袋集塵機の場合、最も効果的かつ経済的な防爆対策は防爆膜の設置です。防爆膜を設置する鍵は、防爆面積の計算にあります。防爆エリアが小さすぎると機能しませんし、大きすぎるとコストが高くなります。世界で最も一般的に使用されている爆発ベント領域の計算方法は、Kst Nomo 線図法と St Nomo 線図法です。袋集塵機の爆発排気位置も非常に重要です。主に爆発発生点に近いため、爆発排気効果がより優れています。図２に袋集塵機の構造図を示します。 
 

 4 防爆および爆発抑制
      防爆装置には、赤外線炎センサーにより空気圧バネ弁を素早く作動させる緊急遮断弁が使用可能です。センサーから十分離れた位置に設置された緊急遮断弁を作動させ、炎や爆発、爆発物が他の場所に広がって二次爆発を引き起こすのを防ぐことができ、それによって爆発事故の特定領域を制御し、状況の悪化やより深刻な結果を回避することができます。小袋集塵機であれば受動的加圧水袋や難燃性粉体装置が使いやすいです。粉塵が親水性の場合は加圧水袋が使いやすく、それ以外の場合は難燃性の粉体装置が使用されます。大型袋集塵機であればインテリジェント高圧スプレー装置の使用も容易です。

 他5名
    粉塵爆発のほとんどは人の過失によって引き起こされます。人事管理の強化は最も基本的かつ重要です。 ① 粉塵爆発の危険性と粉塵爆発を効果的に防止する方法を認識させるため、理論的かつ実践的な知識訓練をオペレータに提供する。 ② 労働規律を強化し、作業中は常に袋集塵機の作動に注意を払う。 ③ 作業時間中に袋集塵機の電気溶接、ガス切断等の作業を行ったり、作業場に火気を近づけたり、近づけたりすることは絶対に禁止します。