喷雾干燥设备的安全性和环保性

文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:39 发布时间:2016-12-28
现代喷雾干燥设备涉及很多需要解决的重大安全问题,必须根据每种设备的用途和条件来进行专门设计——供应商、客户和当地监管部门需要通力协作,确保设备符合各项安全要求,从而保障人员、设备和环境的安全。
喷雾干燥设备的安全性和环保性

首先为大家说明几个适用于喷雾干燥设备制造商的立法领域:

2006/42/EC机械指令规定了与设备机械结构相关的安全预防措施。

ATEX指令94/9/EC附件1规定了设备安全分类区域,在欧盟供应的所有用于潜在爆炸性环境的产品均必须遵守该指令。粉尘环境分区为20、21和22,其中20是风险等级最高的爆炸性环境。对喷雾干燥设备的每个区域进行分类,以确定哪个区域的爆炸风险最高。

VDI 2263(2011年12月重新发布)及相应的EN14.491规定了制造喷雾干燥设备时需要进行的安全评估,以及设备各个部分的ATEX分区。最新版VDI 2263进一步明确了相关规定,并确定了喷雾干燥设备内部的正确分区。该规定阐明了设备设计压力和相应的泄压区,或根据粉尘的爆炸等级(由压力上升速率或Kst值反映)以及最大压力(Pmax)注入惰性材料进行抑爆。Kst低于200 bar m/s的粉尘被列为1级,在200~300 bar m/s之间为2级,超过300 bar m/s为3级。

根据对材料、工艺和应用的评估,对每种喷雾干燥设备进行专门设计,使其能够耐受所需的最大压力,并提供适当的抑爆系统或泄压至安全区域,比如在干燥室安装防爆膜。

有机粉尘爆炸风险

如果设备内存在火源(氧气和火花),有机粉尘可能会发生爆炸。必须对每种有机产品进行测试,确定其爆炸性。系统设计应能够耐受一定的压力,并设置适当的泄压区或通过注入惰性物质进行抑爆。抑爆系统能够为流化床、粉管和旋风分离器提供有效保护。

特别是在生产合成香料(用作食品添加剂)的过程中,经常会产生爆炸性粉尘。此类香料具有挥发性且含有植物油,因此在进入干燥流程前必须对进料进行均化处理。

以下示例(见图1)使用了高风险粉尘,Kst值高达290 bar m/s,相当于2级粉尘等级,系统设计最大压力为0.5 bar。根据VDI 2263计算结果,在干燥塔筒体设置了适当的泄压区。采用抑爆系统为流化床、粉管和旋风分离器提供保护,该系统配有快速响应的探测器和用于注入惰性粉末的抑爆瓶,可在爆炸进一步扩大前立即抑爆。使用有机粉尘的设备一般都配有自动灭火喷嘴,可提供额外保护。

溶剂蒸汽爆炸风险

有些产品需要在丙酮或乙醇等有机溶剂中进行干燥,如果在干燥室内存在火源和足够的氧气,那么释放的蒸汽就会产生爆炸风险。在这种情况下,通常采用不助燃的惰性气体(如:氮气)替代标准空气作为干燥介质。对氧气含量进行持续监控,使其保持在较低水平,以确保设备的安全运行,避免发生爆炸危险。

图2所示系统是一种用于干燥碳化钨等硬质合金的喷雾干燥设备。用于制作切削或采矿工具的粉末会悬浮在有机溶剂中,需要在干燥前进行碾磨。设备采用封闭式设计,以保护环境不会受到溶剂和金属粉末排放的影响。在冷凝装置中对蒸发溶剂进行冷凝处理,氮气再循环到干燥设备的入口。让设备保持在微正压状态,避免将环境空气吸入系统。采用先进的自动设备控制,操作安全是此类设备的关键问题之一。

危险或有毒产品保护

化工行业的许多产品都存在危害健康和环境的风险。在设计这些产品的干燥设备时,必须保证产品不会与操作人员接触或释放到大气中。因此,系统必须采用全封闭循环设计。除草剂在全球各地的农业领域得到广泛使用,必须在非常严格的安全控制下进行生产。图3是除草剂干燥设备的设计图。一旦发生产品泄漏,就会对设备操作人员和环境造成危害。该系统为全封闭设计,使用空气作为干燥介质。与上述基于溶剂的系统一样,该设备也配备了一台冷凝器,用于冷凝和收集所蒸发出的水,空气再循环到干燥设备入口。

该设备的排放量非常低,排放物通过高效过滤器进行处理。现场采取持续监测和控制来避免设备造成污染。干燥完成后,将粉末置于密封容器离开系统,避免在出料区造成粉尘风险。此外,作为额外的安全措施,还为人员提供防护服和清洁氧气供应。

有自燃风险产品的干燥设备

如果干燥设备内的氧气含量较高,用于生产染料和颜料的有机粉末就会产生自燃风险。在这种应用中,设备必须采用自惰化低氧设计。直接式加热炉采用惰性的再循环干燥气体,其中包含来自直接燃气空气加热炉的烟道气,和仅够支持燃烧的环境空气。通过这种方式,氧气含量可降至低于5 %,从而避免了氧化自燃风险。谨慎选择干燥温度,以确保粉末温度保持一定水平以下。图4所示的系统结构是一台用于干燥氧化铁和金属铁混合物的喷雾干燥设备。粉末温度保持在130 oC以下。

喷雾干燥设备的安全注意事项是有可能会发生爆炸。不同于以往将整个设备列为特殊区域的做法,现在是分别对设备的不同部分和喷雾干燥设备内的各个区域进行风险和安全评估。不断更新的ATEX指令和机械指令将继续提升相关标准,并提高人员安全性。

喷雾干燥设备供应商根据特定的用户要求和Hazop程序设计了一套定制解决方案。由专业团队负责解决安全问题,确保生产的每台喷雾干燥设备的安全性。在任何应用中,斯必克流体SPX FLOW提供的设备都能够展现操作安全性,且符合各项安全标准。