GIẢM NGUY CƠ NỔ BỤI TRONG CÁC MÁY NGHIỀN & CÁC THIẾT BỊ XAY XÁT

Việc áp dụng các phương pháp bảo vệ chống cháy nổ để ngăn chặn các vụ nổ bụi dễ cháy không chỉ bảo vệ nhân viên mà còn giảm thiểu các chi phí không thể đo lường trước liên quan đến vụ tai nạn.

Có rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như hóa chất, thực phẩm, nhựa, điện, gỗ, luyện kim, nông nghiệp và dược phẩm, thường sử dụng các máy nghiền, máy xay, … để giảm kích thước hạt của vật liệu rắn với số lượng lớn. Lịch sử cho thấy các thiết bị nghiền và xử lý nguyên liệu thô tương tự thường tham gia vào CôCscác vụ nổ bụi dễ cháy trong các nhà máy chế biến. Khi tai nạn xảy ra có thể làm nổ thiết bị, dừng hoạt động sản xuất, thậm chí là gây nguy hiểm cho công nhân. Hầu hết các vật liệu được nghiền đều mang lại nguy cơ nổ trừ khi nhà máy đang xử lý một vật liệu không cháy như cát chẳng hạn. Các nhà máy vốn đã làm tăng rủi ro liên quan đến việc xử lý bột, vì các hạt nhỏ hơn dễ bắt lửa hơn và cung cấp nhiều diện tích bề mặt hơn để tạo ra sự cháy nổ có tác động mạnh hơn. Bài viết này sẽ tập trung vào cách bảo vệ các loại máy nghiền búa hoặc các loại máy nghiền mịn khác khỏi các nguy cơ nổ; tuy nhiên, một số lời khuyên có thể cũng áp dụng cho các thiết bị nghiền khác như máy nghiền bi hoặc nghiền viên.

Quá trình nghiền và nổ bụi

Một yếu tố phức tạp là quá trình nghiền yêu cầu động năng cao và tạo ra dao động áp suất trong quá trình hoạt động bình thường. Điều này có nghĩa là các thiết bị bảo vệ, như các tấm vent, thiết bị thoát nổ khác hay hệ thống chống nổ phải được chỉ định để giải phóng ở mức áp suất nhất định để tránh các kích hoạt không mong muốn. Việc xác định áp suất mở trở nên phức tạp vì vừa phải đủ cao để ngăn chặn kích hoạt nhầm lẫn, và vừa đủ thấp để tối ưu việc chống cháy nổ.

Máy nghiền búa nghiền vật liệu xuống kích thước hạt tối đa, vật liệu đi vào cửa gần đỉnh máy nghiền và đi qua khu vực nghiền, nơi các hạt bị tác động liên tục bởi búa gắn trên trục quay. Khi các hạt đủ nhỏ, chúng sẽ đi qua lưới hoặc tấm chắn có các lỗ có kích thước cụ thể bao quanh buồng nghiền. Sự phân bố kích thước hạt của vật liệu thu được, được xác định bởi tốc độ đầu của búa quay. Sau đó, vật liệu sẽ thoát ra ở đáy máy nghiền búa thông qua hệ thống xả khí nén hoặc cơ khí.

Trước khi vật liệu đi vào khu vực nghiền của máy nghiền, máy tách từ thường được sử dụng để phát hiện và loại bỏ các kim loại bị trộn lẫn. Không có gì lạ khi nguyên liệu đầu vào bao gồm các kim loại vụn, đặc biệt khi xay xát là bước đầu trong quy trình sản xuất, chẳng hạn như khi xay ngũ cốc thu hoạch hoặc vật liệu làm từ gỗ chẳng hạn. Kim loại va đập đi vào khu vực nghiền có thể tạo ra tia lửa điện và đốt cháy bụi trong máy nghiền.

Hình 1: Một vụ nổ bụi cần có oxy và nguồn nhiên liệu (bụi) được phân tán trong một không gian hạn chế (chẳng hạn như máy nghiền hoặc máy gom bụi) cùng với nguồn đánh lửa như nhiệt hoặc tia lửa. Bởi vì hoạt động bình thường của máy nghiền bao gồm từng yếu tố này ngoại trừ nguồn đánh lửa nên việc ngăn ngừa và phát hiện sớm sự đánh lửa trong quá trình xay xát là rất quan trọng.

Đôi khi, ngay cả những kim loại không phát ra tia lửa cũng có thể cung cấp đủ nhiệt thông qua ma sát để đốt cháy bụi trong máy nghiền. Dù cơ chế nào đốt cháy bụi thì việc đánh lửa đều có thể gây cháy và có khả năng dẫn đến vụ nổ và các vụ nổ thứ cấp tiếp theo. Vật liệu bắt lửa cũng có thể xâm nhập vào các thiết bị hạ lưu như máy thu bụi hoặc filter-receiver hay các khu vực nhà máy xung quanh. Bụi (nhiên liệu) bên trong bình, trên các bề mặt hoặc trong không khí có thể làm cho quá trình cháy trở nên trầm trọng hơn và có khả năng gây ra nhiều thiệt hại hơn.

Các lựa chọn xả liệu máy nghiền & biện pháp bảo vệ

Một máy nghiền búa có thể được thiết kế xả liệu bằng khí nén hoặc cơ học, và loại xả nguyên liệu này ảnh hưởng đến các tùy chọn chống cháy nổ.

Xả liệu bằng khí nén sử dụng hệ thống áp khí nén, trong đó vật liệu xả rơi trực tiếp vào hệ thống vận chuyển khí nén được tạo áp suất âm, hút vật liệu đến cyclone hoặc filter-receiver để thu gom. Một ví dụ về cấu hình này với các tùy chọn chống cháy nổ, bao gồm phát hiện ngọn lửa, van nắp cách ly – isolation flap valve, flameless venting, phát hiện hồng ngoại, van kẹp cách ly – isolation pinch valve, phát hiện áp suất và rotaty airlock valve chống cháy nổ.

Hình 2: Máy nghiền búa có hệ thống xả khí nén được bảo vệ bằng phát hiện ngọn lửa, van nắp cách ly – isolation flap valve, flameless venting, phát hiện hồng ngoại, van kẹp cách ly – isolation pinch valve, phát hiện áp suất và rotary airlock valve chống cháy nổ.

Xả cơ học sử dụng phễu hoặc ống xả dài để tiếp nhận vật liệu xả. Hệ thống thông gió dẫn vật liệu vào một băng tải trục vít, sau đó đưa vật liệu vào rotary airlock chống cháy nổ. Airlock có tác dụng cách ly máy nghiền và khu vực thông gió với thiết bị phía sau. Việc bố trí trên băng tải trục vít tạo ra một khu vực nhỏ nơi vật liệu có thể tích tụ mà không bị cuốn ngược lại máy nghiền. Khu vực này có thể giúp người vận hành có thời gian tìm và giải quyết các vấn đề của máy nghiền có thể gây ra tình trạng tắc nghẽn và ngăn ngừa các vấn đề khác như quá nhiệt có thể xảy ra nếu không có khu vực để nguyên liệu được sắp xếp bên ngoài máy nghiền. Hình 2 cho thấy một ví dụ về cấu hình này với các tùy chọn bảo vệ, bao gồm phát hiện tia lửa, flameless venting và hệ thống dập cháy bằng hóa chất.

Hình 3: Máy nghiền búa cơ cấu xả liệu cơ học được bảo vệ bằng phát hiện tia lửa, flameless venting và hệ thống dập lửa bằng hóa chất.

Cả hệ thống xả khí nén và cơ khí đều phải đáp ứng nhu cầu vận hành của máy nghiền búa. Máy nghiền búa yêu cầu luồng không khí liên tục qua máy nghiền để giữ cho vật liệu đã nghiền không làm tắc nghẽn bề mặt. Xả khí nén dựa vào luồng không khí để hút vật liệu vào đường vận chuyển, đảm bảo đủ luồng không khí đi qua máy nghiền. Đối với cơ cấu xả cơ học, luồng không khí thích hợp đạt được bằng cách đặt hệ thống thu gom bụi ở cuối ống thông gió đối diện với cửa xả của máy nghiền búa. Bộ thu bụi thu hút luồng không khí vừa đủ để giữ cho lưới lọc trong máy nghiền sạch trong khi vẫn cho phép vật liệu thải ra rơi qua trọng lực vào băng tải trục vít ở chân của khoang thông gió.

Mặc dù việc bổ sung hệ thống thông gió có những ưu điểm nhưng nó cũng tạo ra một không gian hạn chế bổ sung cho bụi trong không khí và phải tuân theo các yêu cầu về chống cháy nổ tương tự như yêu cầu của thiết bị thu bụi.

Bảo trì thiết bị xay xát và vệ sinh nhà máy

Việc bảo trì đúng cách thiết bị nghiền là chìa khóa không chỉ để xử lý ổn định nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao nhất mà còn giảm thiểu các yếu tố có thể dẫn đến nguy cơ cháy nổ nghiêm trọng. Như đã đề cập trước đây, các vật lạ như đá, ốc vít hoặc các vật dụng khác đi vào buồng nghiền có thể tạo ra ma sát và tia lửa điện, nhưng các bộ phận bên trong máy nghiền bị mài mòn quá mức cũng có thể tạo ra nguy cơ bắt lửa. Sự mài mòn hoặc gãy búa có thể làm thủng màn chắn và/hoặc đưa kim loại vào khu vực xả và thiết bị phía sau. Việc bảo trì kém cũng có thể dẫn đến vòng bi quá nóng, thêm ma sát không mong muốn và các vấn đề khác có thể góp phần gây cháy. Việc kiểm tra và thay thế búa định kỳ cùng với việc bôi trơn thường xuyên vòng bi, động cơ và khớp nối có thể giúp ngăn ngừa bụi bắt lửa trong máy nghiền và đảm bảo vận hành trơn tru.

Mặc dù bụi luôn hiện diện bên trong máy nghiền, việc vệ sinh và bảo trì tốt các khu vực bên ngoài thiết bị nghiền là rất quan trọng vì sự cố đánh lửa bên trong máy nghiền có thể giải phóng ngọn lửa hoặc áp suất. Ví dụ, nếu nhà máy được trang bị lỗ thông hơi - venting, ngọn lửa có thể ảnh hưởng đến các khu vực xung quanh hoặc một lớp bụi có thể cung cấp thêm nhiên liệu có thể dẫn đến vụ nổ thứ cấp (tùy thuộc vào thể tích của căn phòng). Nếu có băng tải ở gần, vật liệu cháy hoặc nhiệt có thể tương tác với vật liệu được vận chuyển và lan sang khu vực nhà máy khác hoặc gây ra vụ nổ thứ cấp. Do đó, các khu vực và bề mặt lân cận phải được giữ sạch bụi bằng cách sử dụng hệ thống hút bụi chân không trung tâm, quét vệ sinh hoặc phương pháp làm sạch thủ công khác.

Các đặc điểm kiểm tra bụi chính cần xem xét

Trước khi có thể chọn các phương án chống cháy nổ phù hợp, trước tiên bạn phải kiểm tra bụi để xác định đặc tính cháy của nó. Thông thường, kiểm tra bụi là một phần của quy trình phân tích nguy cơ bụi (DHA), được yêu cầu bởi Tiêu chuẩn NFPA 652 về Nguyên tắc cơ bản của Bụi dễ cháy , như một cách để xác định và phân tích các nguy cơ bụi dễ cháy trong nhà máy. Vì bất kỳ nhà máy nào có máy nghiền khô đều phải hoàn thành DHA nên việc kiểm tra mẫu bụi từ hoạt động xay xát của bạn có thể đã được hoàn thành, nhưng nếu nguyên liệu thô của bạn đã thay đổi thì cần phải thực hiện kiểm tra bụi mới.

Khi xay, vật liệu khô thường trở nên dễ cháy hơn, do đó việc kiểm tra phần vật liệu tốt nhất trong quá trình xay xát sẽ mang lại kết quả kiểm tra phù hợp nhất. Ba đặc tính vật liệu chính cần lưu ý là chỉ số cháy nổ của bụi (K _St ), áp suất nổ tối đa (P _max ) và nhiệt độ bốc cháy tối thiểu (MIT).

K _St là thước đo tốc độ tăng áp suất trong vụ nổ bụi. K _St của bụi thường được đo trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng cách làm cho một mẫu bụi (bột) phát nổ trong bình chịu áp suất. Dựa trên kết quả thử nghiệm, bột có thể được phân loại là St 1, St 2 hoặc St 3, với K _St cao hơn tương đương với tốc độ cháy nổ (cường độ nổ) nhanh hơn K _St thấp hơn .

P _max là áp suất nổ tối đa được tạo ra khi bụi bốc cháy trong môi trường phòng thí nghiệm. Đặc tính này được sử dụng kết hợp với K _St để xác định kích thước yêu cầu của hệ thống thông gió và ngăn chặn vụ nổ.

MIT chỉ ra nhiệt độ tối thiểu của bề mặt nóng cần thiết để đốt cháy đám mây bụi của một vật liệu cụ thể. Các bộ phận bên trong của máy nghiền hoặc các bề mặt khác có thể nóng lên và tiếp xúc với bụi, vì vậy hiểu được giới hạn nhiệt độ của bụi có thể hữu ích khi thiết lập thiết bị giám sát.

Sau khi thử nghiệm, bạn có thể so sánh các đặc tính của bụi với thông số kỹ thuật của các sản phẩm chống cháy nổ và thiết kế một hệ thống đảm bảo khả năng chống cháy nổ đầy đủ.

Các biện pháp bảo vệ

Ba phương pháp chung được sử dụng để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ trong nhà máy: containment - ngăn chặn, ngăn chặn bằng hóa chất và venting (thoát nổ). Trong bất kỳ phương pháp tiếp cận nào trong số này, ba điểm kết nối của nhà máy — cửa nạp khí, cửa nạp vật liệu và cửa xả vật liệu — đều yêu cầu cách ly nổ, chẳng hạn như rotary airlock tuân thủ NFPA, van nắp cách ly nổ (explosion isolation flap valve, van kẹp cách ly nổ (pinch valve), cách ly hóa chất hoặc thiết bị ngăn chặn lửa (flame-arresing device). Ngoài ra, nên lắp đặt thiết bị phát hiện tia hồng ngoại (IR) để phát hiện nhiệt và phát hiện tia lửa bên dưới khu vực nghiền để vừa dừng hoạt động vừa dập tắt mọi hoạt động đánh lửa trong hệ thống máy nghiền.

Containment – ngăn chặn. Việc lắp đặt máy nghiền và các van rotary airlock liên quan theo tiêu chuẩn Containment bằng cách sử dụng kim loại dày hơn và kết cấu chắc chắn có thể giúp duy trì ngọn lửa và áp suất bên trong máy. Quá trình thiết kế phải tính đến áp suất nổ tối đa mà vật liệu có thể tạo ra. Nếu bạn đi theo con đường này thì filter-receiver phải được coi là một phần của hệ thống ngăn chặn hoặc được bảo vệ riêng biệt bằng tính năng phát hiện IR (hồng ngoại), van tác động nhanh (fast acting valve) và hệ thống thông hơi venting hoặc hệ thống dập lửa. Hãy nhớ rằng vật liệu cháy rời khỏi máy qua đường xả có thể truyền sự cố sang các thiết bị hoặc khu vực khác nếu không có biện pháp cách ly, cô lập và các biện pháp bảo vệ khác thích hợp ngoài việc ngăn chặn (containment).

Ức chế hóa học. Ngăn chặn tia lửa hoặc ngọn lửa bằng chất chữa cháy hóa học khô sẽ bảo vệ máy nghiền khỏi vụ cháy nổ. Hệ thống ngăn chặn bao gồm bộ điều khiển, các detector phát hiện tia lửa hoặc sóng áp suất và bình hóa chất. Bộ phận dò áp suất và quang học phát hiện quá trình cháy nổ đang phát triển ở giai đoạn đầu và kích hoạt việc bơm chất ức chế hóa học vào quy trình. Việc ngăn chặn bằng hóa chất có thể mang lại lợi thế thiết kế kinh tế trên các hệ thống nghiền lớn hơn, các máy nghiền trong nhà hoặc các hệ thống xay xát có không gian hạn chế để lắp đặt thiết bị giảm thiểu cháy nổ.

Thiết bị thoát nổ - Venting. Bảo vệ filter-receiver thường liên quan đến việc lắp đặt lỗ thông hơi chống cháy nổ để giảm áp suất cháy và hướng áp suất và ngọn lửa đến khu vực an toàn hoặc lắp đặt lỗ thông hơi không cháy cho bộ thu trong nhà. Hệ thống thông hơi chống cháy nổ làm giảm hiện tượng cháy nổ bằng cách giữ áp suất dưới mức có thể làm hỏng thiết bị của hệ thống nghiền. Venting là một giải pháp bị động với yêu cầu bảo trì rất thấp mà giảm thiểu cháy nổ rất tốt. Ngoài việc lắp thiết bị thoát nổ cho máy nghiền, bạn cũng phải trang bị cho khoang chứa bên dưới máy nghiền, nếu có.

Bảo vệ hạ lưu (các thiết bị đằng sau)

Các thiết bị ở phía sau cần được cách ly đủ từ máy nghiền và cần có các biện pháp phát hiện tia lửa và bảo vệ khỏi nổ để đảm bảo rằng một tia lửa nhỏ từ máy nghiền không gây ra vụ phát nổ hoặc cháy tiếp theo, gây nguy hiểm cho dây chuyền sản xuất và nhân viên làm việc. Điều này nhấn mạnh sự quan trọng của việc thiết lập các biện pháp an toàn phù hợp trong quá trình nghiền để giảm thiểu nguy cơ nổ và cháy và bảo vệ nhân viên và tài sản.

Để tránh sự cố cháy nổ trong hoạt động xay xát bao gồm việc xem xét các rủi ro, đặc tính của bụi và thiết bị xay xát cũng như kiểm tra quy trình thông qua DHA, cần thiết để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn của ngành. Để được hướng dẫn bảo vệ quy trình xay xát mới hoặc trang bị thêm, hãy liên hệ với các chuyên gia chống cháy nổ đáng tin cậy có kinh nghiệm và kiến thức để đảm bảo vận hành an toàn và giảm thiểu rủi ro cho nhà máy, quy trình và con người của bạn.

Tham khảo nguồn thông tin của Jason Krbec, PE, is director of business development at CV technologies, Jupiter, Florida.