技术：特定拉丝灌封工艺防爆技术应用探讨

?? 楚天科技拉丝灌封机

2015年，楚天科技接到一笔特殊订单，安徽省某客户单位定制一台灌装99%乙醇拉丝灌封机，接到订单后，楚天科技研发人员与南阳防爆研究所一同开发该设备，并在2015年8月份通过防爆评定。

时间过去三年，行业首篇关于特定拉丝灌封工艺防爆技术的 章，由当年参与研发的成员共同发表：

特定拉丝灌封工艺防爆技术应用探讨

肖国生 蔡大宇 薛旭 魏家盛 王治朋

1.引言

火灾和爆炸一直是人类社会面临的具有巨大创伤性和破坏性的重大灾害，在生产和生活中，一旦失去控制，酿成火灾和爆炸事故，往往能造成惨重的人身伤亡和巨大的财产损失。随着现代化建设的飞速发展，可燃易爆物品广泛应用于各行各业，危险性更大。因此，防爆安全历来是安全技术管理的核心内容，是安全管理的重点工作。随着经济建设的高速发展和科学技术的突飞猛进，防爆技术也在不断发展变化，对防爆技术进行研究的深度和广度得以普遍的提升。

防爆技术的基本措施，是根据物质燃烧爆炸原理，采取防爆基本技术措施，防止爆炸事故的发生。其基本点为：在各种建筑物的设计中通过一次防爆技术，控制可燃物和助燃物的浓度、温度、压力及混合条件，避免可燃性物质与空气的混合物处于爆炸极限范围的危险状态，来降低事故的发生概率。在工艺装置的设计制造时，配置防爆电气设备和对可燃性物质挥发的浓度探测监控系统，最大限度的消除点燃源、控制爆炸性环境的形成。再辅助以合理有效的管理制度，提升安全管理水平，把爆炸事故的发生概率降低到最小极限。[1]

2 特定环境条件

由楚天科技股份有限公司研制的一套安瓿洗烘灌封生产线，其中的缓冲区及拉丝灌封机安装于灌封间的面积22.8m2、高度2.8m、空间63.8 m3。设计净化等级为C级，换气次数25次/h，送风量1600 m3/h，排风量1600 m3/h，风速为0.2m～0.5m/s。其中灌装区，正压风量100 m3/h，压入风量170 m3/h，压出风量70m3/h，风速为0.36m～0.54m/s。环境温度：18℃～28℃，相对湿度50％～65％。

2.1拉丝灌封机的工艺程序及设计参数

拉丝灌封机共设置5个间歇工位，依次为：前充氮工位、灌液工位、后充氮工位、预热工位、拉丝封口工位。在充氮工位，可以根据用户各自产品的需要自行取舍，前充氮工位可设定为冲压缩空气，也可设定为冲惰性气体，后充氮工位则设定为冲惰性气体；在灌液工位，玻璃柱塞泵通过灌针将药液注入安瓿，各灌装泵装量可通过调节手轮来调整；在预热工位，安瓿瓶被火嘴吹出的氢氧混合气燃烧加热，同时在滚轮的作用下产生自旋运动；在拉丝封口工位，安瓿瓶顶部进一步受热软化被拉丝夹拉丝封口，封好口后的安瓿瓶经出瓶拨轮被推入接瓶盘中。

设计灌装速度为：10000瓶/h；

设计灌装量为：10ml/瓶、100升/h；

分液器设计的介质储量为：6升；

灌装介质后敞口瓶的设计数量为：40个；

灌封工艺过程中可挥发的介质总量为：400ml；

设计层流采风量为：7900 m3/h；

预热工位及拉丝封口工位的氢气耗量设计为：2 m3/h；

预热工位及拉丝封口工位的氧气耗量设计为：1 m3/h。

2.2危险物质的储量及状态

6升介质分液器储罐与预热、拉丝工位的距离为0.8m。

从分液器到灌装工位之间的输送导管内，介质的存量为500ml、温度：18℃～28℃，常压。

氢氧输气管的管道压力为0.17MPa～0.18MPa；温度：18℃～28℃，氢氧输气管内的氢氧气的存量0.003m3；氢氧气的混合比为2：1。

氢气的含量为：0.002m3；氧气的含量为：0.001m3。

10ml安瓿瓶从前冲氮起到拉丝工艺完成为止的工艺运行时间9秒，介质灌装时间为0.5秒。

由于被罐装的介质为可燃性液体和作为燃料源的氢氧混合气的存在，该灌装间被设计为爆炸危险区域2区场所。据此，对处于灌装间的拉丝灌封机，提出了防爆安全的技术要求。

由于在安瓿瓶的拉丝灌封工艺过程中，既存在可燃性物质的释放源，即介质灌装工区；又存在点燃源，即拉丝封口工区；这就形成了一个特定的环境条件。那么，在这种特定环境条件下，如何满足设备的防爆安全技术要求，以实现该设备在安全环境状态下的正常运行呢？

3方案分析

3.1危险物质及释放源的确认

3.1.1 在灌封间内的危险物质有可燃性液体介质和氢氧混合气体

经查证：

介质的爆炸极限为：2.0～12.50%（200℃时），相对密度为：1.59，闪点为：12℃，点燃温度为：363℃，其LEL为2.0%。

氢气的爆炸极限为：4.0～74.20%，相对密度为：0.07，点燃温度为：560℃，其LEL为4.0%。

3.1.2 在灌封间内危险物质的存量及与空气形成混合物的浓度

a、灌封工艺过程中，在灌装区始终有40支安瓿瓶从加注药液起到拉丝工艺完成为止的工艺运行过程持续时间为9秒，其中处于敞口状态的40支安瓿瓶药液加注的0.5秒时间内，始终有可挥发的介质总量为：400ml。

灌封间的设计环境温度为18℃～28℃，高于介质闪点温度12℃，假定按最不利环境条件的环境温度200℃，在罐封间完全封闭条件下，400ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.241%。

b、从分液器到灌装工位之间的输送导管内，介质存量为：500ml；假定按最不利环境条件的环境温度200℃，在罐封间完全封闭条件下，500ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.313%。

c、当上述两种情况同时发生，即900ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.554%。

d、氢氧输气管内的氢氧混合气总量为0.003m3，氢氧混合比为2:1。

氢气全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中，氢气的浓度为0.003%。

氧气全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中，氧气的浓度为0.0015%。

3.1.3对于罐封间和灌装区通风等级及释放源对危险场所影响的分析

根据GB3836.14-2000《爆炸性气体环境用电气设备 第14部分：危险场所分类》的有关规定，对于罐封间和灌装区通风等级及其对危险场所的影响分析评定如下：

3.1.3.1灌装区

通风等级

压入风量170 m3/h，正压风量100 m3/h，压出风量70m3/h，风速为0.36m～0.54m/s。如按设计上限要求，应为中级通风。

释放源

处于敞口状态40支安瓿瓶加注药液后，共有可挥发的介质总量为：400ml。属连续级或1级释放源。介质的爆炸极限为：2.0～12.50%（200℃时），相对密度为：1.59，闪点为：12℃，点燃温度为：363℃，其LEL为2.0%。400ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.241%。仅为LEL的12%，且灌封间换气次数为25次/h，即每2分24秒进行一次空气置换，据此，可判定灌裝区在灌封工艺过程中属于安全环境。

3.1.3.2灌封间

通风等级

换气次数25次/h，送风量1600 m3/h，排风量1600 m3/h，风速为0.2m～0.5m/s。如按设计上限要求，应为中级通风。

释放源

a、处于敞口状态40支安瓿瓶药液加注0.5s~0.8s，共有可挥发的介质总量为：400ml。属连续级或1级释放源。适用于爆炸下限的安全因数k的典型值为：k=0.25。

介质的爆炸极限为：2.0～12.50%（200℃时），相对密度为：1.59，闪点为：12℃，点燃温度为：363℃，其LEL为2.0%。400ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.241%。仅为LEL的12%，小于安全因数k=0.25。

b、从分液器到灌装工位之间的输送导管内，介质药液存量为：500ml；属2级释放源。适用于爆炸下限的安全因数k的典型值为：k=0.5

介质的爆炸极限为：2.0～12.50%（200℃时），相对密度为：1.59，闪点为：12℃，点燃温度为：363℃，其LEL为2.0%。500ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.313%。仅为LEL的15.65%，小于安全因数k=0.5。

c、当上述两种情况同时发生，即900ml介质全部挥发后，与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.554%。为LEL的27.7%，大于连续级或1级释放源安全因数k=0.25，小于2级释放源安全因数k=0.5，具有一定的安全风险。

d、氢氧输气管内的氢氧气混合气存量0.003m3，属2级释放源。适用于爆炸下限的安全因数k的典型值为：k=0.5

氢气的爆炸极限为：4.0～74.20%，相对密度为：0.07，点燃温度为：560℃，其LEL为4.0%。0.002m3氢气全部释放后与63.8 m3空气形成混合物中的浓度为0.003%。仅为LEL的0.075%，可以忽略不计。

根据以上分析结果，可以认定罐封间，应为爆炸性危险区域的2区场所。与爆炸危险区域的设计划分结果相一致。

4.技术措施

依据对罐封间应属于爆炸性危险区域的2区危险场所的分析评定，对安瓿洗烘灌封联动线建议采用的防爆安全措施：

1、对灌封机配置的安装于灌封间内的电气产品，建议选用符合爆炸性危险区域2区危险场所选型要求的防爆电气产品；

2、对灌封机配置的机械运动部件，建议根据其运行速度，采取相应措施，以避免因摩擦或碰撞产生火花或危险温度；

3、对灌封机配置的非金属部件，建议采取相应防静电措施，以避免产生静电火花；

4、对灌封机拉丝封口后的高温玻璃残渣，建议设置低温回收装置，以有效消除玻璃残渣中的危险温度；

5、鉴于介质的相对密度为：1.59，高于1.2重于空气。建议在灌装区下方，按可燃气体探测器 警点设置要求，设置不少于6台可燃气体探测器。为保证可燃气体探测器的 警精度，须分批次每半年检定一次，应保持有不少于两台在相对位置可燃气体探测器的使用期限，应在有效检定期的三个月内。

6、鉴于氢气的相对密度为：0.07，低于0.8轻于空气。建议在灌装间上方，按可燃气体探测器 警点设置要求，设置不少于6台可燃气体探测器。为保证可燃气体探测器的 警精度，须分批次每半年检定一次，应保持有不少于两台在相对位置可燃气体探测器的使用期限，应在有效检定期的三个月内。

7、建议在制氢间氢氧气输送管道中设置与灌装机有连锁功能的电磁阀，以避免误送气。

8、建议对于罐封间和灌装区通风风速按上限设计，以满足中级通风的要求；

9、建议故障排风机选用ExdIICT4防爆标志，以满足在发生氢气泄露时的要求。

10、建议对安瓿洗烘灌封联动线的操作和维修人员，安排必要的防爆技术技术知识培训。

11、建议编制安瓿洗烘灌封联动线安全操作规程。