摘 要 就SH82闪蒸膨化、塔式干燥梗丝膨化系统发生自燃起火问题,通过对自燃起火的条件和该系统结构、原理的调查分析,根据风送原理,运用统计分析技术,找到了造成产生自燃起火的主要原因,即该系统加热器支架设计存在缺陷。采取了相应的改进措施 ,消除了自燃起火的可燃物质(烟末粉尘)——发生自燃起火的三个必备条件之一,彻底解决了该系统自燃起火问题,保证了设备正常运行、安全生产和稳定了产品质量,取得了一定的效益。
关键词 SH82闪蒸膨化 塔式干燥 梗丝膨化系统 热交换器 加热器 烟末粉尘 自燃起火 受热自燃 循环风
在市场经济竞争体制下,“推广技术创新,提高产品质量,降低原材料消耗,增加效益”是每个生产企业追求的目标。而安全生产是保障各项目标完成的重中之重。安全生产管理必须坚持“安全第一,预防为主”的方针。为了确保安全生产,防止和减少安全事故,保障人民群众生命和国家财产的安全,促进经济的发展,提高企业的经济效益,必须完善安全生产条件。
赣南卷烟厂于2000年元月份对原豪尼公司生产的梗丝膨化系统进行了技术改造,选用了洗梗、SH82闪蒸膨化和塔式干燥的梗丝膨化系统。该系统是在COMAS梗丝膨化塔基础上优化开发的新一代产品,采用SH82闪蒸膨化梗丝,膨化后梗丝与蒸汽分离,蒸汽由排潮管排走,梗丝由热空气送入膨化塔,使膨化塔成为纯干燥塔。整个系统由微机控制,具有膨化效果好(填充值≥5.5cm3/g),生产能力强,出口水份易控制,操作简单等特点,是目前卷烟行业中较为理想的膨化设备。但是,由于该膨化系统是处于高温(150℃)状态下进行梗丝膨化和干燥的,发生自燃起火的多次安全事故,严重影响到安全生产和产品质量。
一、梗丝膨化系统的结构与工作原理
整个膨化系统由闪蒸膨化装置及干燥系统组成。
闪蒸膨化装置由进料罩、进料气锁、汽室、文氏管、扩张管、分料器、出料罩及控制管路组成。其工作原理是:待处理的梗丝由进料罩落入进料气锁,送入膨胀室,同时饱和蒸汽经喷嘴将梗丝喷射到文氏管中,蒸汽瞬时使梗丝压缩并使梗丝温度、湿度提高到接近膨胀室压力下的饱和状态,梗丝从文氏管喷入扩张管,由于压力的突然下降,使梗丝中所含水份被瞬间闪蒸出来,膨化后的梗丝经分料器分离,由出料气锁落入热风管道,残余蒸汽由排潮管道排走。
干燥系统由热风混合器、1#塔、2#塔、3#塔、切向分料器、落料器、旋风除尘器、风机、管道系统、热交换器及蒸汽、水和压缩空气管道等部分组成。热风混合器由内外风室、内外层管道、左右旋风片等组成。热交换器是整个系统中的主要热源,它主要由进风腔、散热器和出风腔等组成。从热交换器出来的热风,经热风混合器,形成内外两股旋转方向相反的热气流,将膨化后成团的梗丝吹散,以便和热风充分混合,从而使梗丝在旋转气流的裹携下通过第一级塔的内管道抛向塔顶,落下后又经外管道进入第二级塔,继而第三级塔,历经一个干燥冷却过程。从3#塔出来的梗丝以16m/s的速度进入切向分离落料器,实现空气与梗丝分离。由分离器排出的空气进入旋风除尘器后,其中的烟末及粉尘因惯性沿内壁旋转落入下面的集尘箱,净化后的空气由风机送入加热器加热后重新回到系统内使用,也有一部分(约10%)由排潮口排出室外,并由室内补充一部分新鲜空气,从而使系统内循环的空气保持在要求的湿度内。进入加热器的空气由电控系统给定温度值操作风门,随时有一部分从旁路直接到加热器的出口与加热后的空气混合,从而使进入混合箱的热空气保持在要求的温度值上。
二、现状调查
梗丝膨化系统自投产以来发生了多次自燃起火,严重影响到安全生产、产品质量的稳定及企业的经济效益,为此对该系统运行状况进行记录和统计分析,具体如下:
1、梗丝膨化系统自燃起火的部位、灭火方法、停机时间、抢修人数、配件损坏情况等列表(表一)如下:
梗丝膨化系统自燃起火统计表(表一)
|
序号 |
日期 |
2001.6.19 |
2001.8.22 |
2001.10.18 |
2002.7.17 |
2002.9.10 |
2002.10.24 |
|
1 |
起火 部位 |
加热器左、右侧及底部 |
|
2 |
灭火 方法 |
从风机人孔处注水喷入 |
从风机人孔处注水喷入 |
从风机人孔处喷入拆卸左侧门注水、清灰灭火 |
从风机人孔处注水喷入 |
从风机人孔处注水喷入拆卸左侧门注水、清灰灭火 |
从风机人孔处注水喷入拆卸左侧门注水、清灰灭火 |
|
3 |
停机 时间 |
4H |
2H30 |
9H |
3H40 |
6H35 |
9H30 |
|
4 |
抢修 人数 |
12人 |
8人 |
16人 |
10人 |
13人 |
15人 |
|
5 |
配件损 坏情况 |
A、C |
|
A、C、D、E3.5m、B50件 |
A、C |
A、C、D、B20件 |
A、C、D、E3.5m、B50件 |
|
6 |
备注 |
A—200×6000×0.5 软管壹件 B—M10×140 六角螺栓 C—0.5kg/瓶万能胶 D—¢4 抽芯铅铆钉 0.5kg/盒 E—“9”字形硅胶密封条 |
2、除尘系统的情况。下灰蝶阀开度无标识,容易产生操作失误;集尘箱中粉尘堆满整个箱体(每班清一次);清灰活门存在漏风现象,影响除尘效果。
3、热交换器中的情况。加热器非通风加热四周积满很细的灰尘。
三、原因分析
针对梗丝膨化系统产生自燃起火的调查情况,从如下三个方面进行分析。
(一) 从自燃起火现象进行分析
燃烧是一种复杂的化学反应,是一种剧烈的氧化反应。要发生燃烧,必须具备三个条件:(1)要有可燃物质(2)要有助燃物;(3)要达到物质的着火点。而自燃是指物质在不用明火点燃就能够自发着火燃烧的现象。包括受热自燃和自热燃烧两种类型。受热自燃是指可燃物质在外部热源的作用下,温度升高,当达到自燃点时发生燃烧的现象。在该膨化系统中,梗丝中含有大量的烟末及粉尘,梗丝膨化系统是在高温的条件下进行工作的,而且又有20%的补充的室内新鲜空气,发生受热自燃起火的三个条件都具备了,必然会导致产生自燃起火。从此三个条件分析,根据其工作原理,该系统中热空气的温度和湿度必须保持在要求的控制值内,以保证膨化后的梗丝水份和膨化效果,可见助燃物(补充空气)和着火点(高温150℃)是不可避免的,是无法消除的。因为自燃是物质不用明火点燃就能自发燃烧的现象,而烟末自燃是受热自燃。由此可知,解决该系统自燃起火的关键问题是消除可燃物,即该系统加热箱体内存在的烟末粉尘积尘(烟末约为4μm)。而系统内存在烟末受热自燃起火的安全隐患,主要是其除尘效果差或者加热箱内部结构存在设计缺陷,导致了自燃起火的安全事故。
(二) 从该系统的除尘效果进行分析

从该系统的除尘效果来分析,如图一所示,之所以会产生自燃起火的安全事故,究其原因可能是:(1)、蝶阀操作失误;(2)、集尘筒容积过小;(3)、清灰活门密封不严。针对以上三个因素进行分析:(1)蝶阀操作失误不是主要原因,因为即使蝶阀操作失误,也是可以进行纠正,或者说蝶阀没有明确的开度标识,也可以进行试验和探索,找准其开度位,并加以标识;(2)集尘筒容积过小的因素,只要我们能够及时清除集尘箱中的积灰,就可以达到使用要求,原规定的是每班一次,如果改为每80箱一次,用时也不多,从而剔除了容积小的因素;(3)关于清灰活门密封的因素,如果活门密封不严,势必会造成系统内循环风中严重含尘,但是只要进行细致的工作,对活门进行密封,就可以解决因密封不严造成的循环风中含尘问题。因此,为了减轻操作难度和劳动强度,保证活门密封,消除蝶阀操作失误的问题,于2002年11月设计了如图二所示的增容集尘箱。增容量为:1.1573m³-0.2064m³=0.9509m³,替换下了原集尘筒,拆除了蝶阀,使集尘箱体中剩有1/6的空间(每班清除集尘箱中积尘一次)。由以上分析可知,该系统的除尘效果能够达到工作要求,不是产生积尘多的主要原因,只能是操作与保养不到位的主观因素。

(三) 从该系统热交换器结构来分析
如图三(热交换器结构图)、图四(加热器支架结构图)、图五(循风通过加热器示意图)所示,从图中可以看出积尘情况,因为加热器的主要功能是对循环风再次加热后循环使用,应在加热器的非通道处应进行保温,以提高热交换效率。但是,加热器支架却开了通风孔(图四),而加热器四周有0.753m³的多余空间(图五),循环风在通过加热器时,风速和风压迅速下降,从而使循环风中的烟末或粉尘在此处寻找到了停歇、停留的机会和空间,日积月累而堆积很细的烟末。由此可见该处结构设计存在缺陷,势必造成自燃起火的安全事故,说明加热器支架设计不合理。



综上所述,造成梗丝膨化系统自燃起火的主要原因是:热交换器中加热器支架设计不合理。
四、对策实施
寻到了主要原因后,针对热交换器中加热器支架设计不合理的问题,拟定了多种方案,并进行了分析和对比论证。
方案一:加设喷水灭火装置。在控制活门的热风管道处增设一组喷水装置,当发现自燃起火时,立即打开喷水装置进行灭火,这只是补救措施,不能从根本上消除自燃起火,待发现起火时,也许部分零部件已被烧坏。而且喷入的水与粉尘混合将使工作环境和设备受到影响。
方案二:堵掉支架通风孔或更换支架。堵掉通风孔最有效的方法是添加挡板进行焊接密封。但支架是薄板结构,受到焊接应力后容易变形,且里面空间较小,施工非常困难。支架与箱体是一体的,要更换支架就需切割焊接,同样存在焊接变形和难以施工的缺陷。
方案三:安装隔离方管。根据加热器支架结构,设计两件与支架尺寸相配合的空心方管,分别安装在支架左、右两侧,与左、右两侧门相联,堵掉进入加热器左、右两侧和顶部空间的含尘循环风,防止粉尘聚集在加热器四周(详见图六)。
经过对比论证,可以得知:方案一不能消除自燃起火的起因,只是事后补救措施;方案二存在施工困难和焊接变形的缺陷;而方案三只需加工两件方形方管,就可以防止可燃物质的进入,消除自燃起火,解决了支架设计不合理的缺陷,简单易行。因此,选择了方案三并于2002年12月20日进行了实施。实施后,进行跟踪检查。集尘箱中的烟末或粉尘每班清除一次,集尘箱仍有1/6的空间,风管中无积尘。并于2003年3月6日拆卸左侧门和方管后,加热器四周无积尘,达到预期效果。

五、小结
经过实施后,设备性能稳定,工作正常,产品质量稳定,至今该系统没有发生过一次自燃起火的类似安全事故,彻底解决了梗丝膨化系统自燃起火问题,且为国家挽回经济损失达600多万元/年。由此可见,通过科技创新,提高设备性能,完善安全生产条件,从而确保安全生产,稳定产品质量,达到保障人民群众生命和国家财产安全,提升企业形象,提高企业经济效益的目的。
参考文献
1、《SH型闪蒸膨化装置使用说明书》、《梗丝膨化系统使用说明书》
2、《卷烟工艺》 《卷烟工艺》编写组 北京出版社 2000.7
3、《卷烟工艺规范》 国家烟草专卖局颁发 中央文献出版社 2003、3
4、《消防知识》《现代安全管理》《安全体制与法规》《职业安全卫生》江西省劳动保护教育中心