工廠製程議題| 粉體傳輸問題,該如何避免塵爆產生

在工業製程生產方法中,一般分為兩種操作模式:

1. 粉體物料投入可燃性溶劑中(較為普遍的做法)。

2. 輸送粉體物料至空的反應器中,再加入反應溶劑。(通常為了置換不同產品製程,反應器內會殘留些許清洗溶劑)

由於溶劑的閃點與揮發性、粉體的易燃性,以及粉體與溶劑蒸氣混合後MIE值的改變,當在執行物料輸送與製備的過程中,容器周圍是非常容易造成爆炸性的危險。

為了預防工安事件產生,在ATEX指令(94/9/EC, 1994、1999/92/EC, 1999)中提到,工廠規劃應遵守以下基本原則:

  • 防範爆炸物環境的行程或不允許操作的場所
  • 避免爆炸性環境的引燃
  • 減輕爆炸的有害影響,確保製程人員的安全與健康
 
製程反應中,常見的溶劑通常為易燃液體,如甲醇、甲苯、異丙醇、乙酸乙酯等… 當溶劑在室溫下的蒸氣壓很大(如甲苯或甲醇),反應器內的環境在投料時可能為飽和狀態,如果大量的粉末夾帶的空氣輸送至反應器中,這時反應器中的機械摩擦產生之火花、熱表面或靜電,就可能造成爆炸的產生。
 

反應器上端、人孔區、溶劑表面是最常討論須預防引燃點的位置。

一般來說,在反應器上端、人孔區、溶劑表面是我們最常討論須預防引燃點的位置。由於反應器內與人孔區容易產生粉塵與溶劑蒸氣的混合物,相關研究指出:

  • 即使粉塵雲與溶劑蒸氣各自在爆炸下限以下,其混合物仍可能在爆炸範圍內。
  • 混合物的最小爆炸能量(MIE)通常介於混合物各組分之間。由於溶劑的MIE通常比粉體低,即便溶劑的閃點高於室溫,粉體與溶劑蒸氣的混合物MIE也比純粉塵小。

*註: 如果氣體或是蒸氣的濃度低於20%,我們可以忽略其作用,這時MIE考慮粉體本身特性即可。若粉體內溶劑含量小於0.5%,我們可認為沒有混合物產生。

 

為了克服製程發生爆炸意外,接下來,我們針對常見的投料方法進行探討:

 

  • 填充惰性氣體,投料過程將造成氧氣急遽上升

在密閉性的反應器中,加入惰性氣體使得含氧量降低到爆炸氧氣極限濃度以下,然而,這個做法我們發現當製程過程中開啟任何反應器裝置,惰性環境將不存在。因此,唯有通過密閉式的傳輸投料,才是安全的傳輸方式。

 

上圖所示,當人孔打開投料的過程中,N2流量的減少,導致O2濃度在短時間內急遽上升。

 

  • 重力卸料,耗費氣體且難確保環境惰性化

首先,重力投料需要設計上方樓層的獨立房間,以進行粉體處理與卸料。

再者,當處理流動性差或是含有水分之物料,容易在管道中發生架橋堵塞的現象。此外,需要耗費大量的氣體且反應空間大,亦難維持環境維持惰性狀態。

  • 先放置粉體物料於反應器中,物料可能磨傷反應器配件與產生高靜電

當放置粉體於空的反應器中,底部大量的固體物料,易使得攪拌器損壞或是磨傷反應器塗層。此外,在乾燥的狀態下,粉體更容易因摩擦產生靜電造成危險。

 

PTS(粉體傳輸系統)以真空加壓技術,實現高安全性粉體傳輸製程方案

 

PTS使用的方式為: 粉體被真空吸入容器中,利用過濾模避免粉塵進入真空系統。當物料填充滿容器中後,利用壓縮氣體(空氣、氮氣、惰氣)加壓物料至反應器中。此時的壓力提供,使物料為高密度形式傳輸,得以確保過程中不會產生粉塵雲。也因此,以PTS傳輸物料可不需擔心粉塵爆炸。

本文為摘錄參考文章Journal of loss prevention in the process industries 19(2006) 656-663

 

 

下一章節,將針對密閉式粉體傳輸製程方案,進行探討。

 

 

立即與利泓聯繫,請填寫以下資訊,我們將請專員與您聯繫。