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案例研究:基于风险的可燃粉尘危害缓解方法

张贴者 的 福斯克Team 在11.10.17

Timothy L.Cullina,P.E. *,Ashok G.Dastidar,M.B.A,Ph.D.和艾米·西斯(P.E.)  福斯克& Associates, LLC 风险管理服务部

抽象

国家防火协会(NFPA) 发布代码以提供防火和防爆指导。木屑深圳风采生产设施中可燃性粉尘的准则涵盖 NPFA 664,木材加工和木工设施火灾和爆炸预防标准。在此案例研究中,第一步是检查过程并确定哪些材料构成了可燃粉尘危害。下一步是根据NFPA 664的规定要求评估现有设备。在某些情况下,NFPA 664的规定要求将对过程进行重大而昂贵的更改。通过执行 过程危害分析(PHA) 在该工厂的木屑深圳风采制造过程中,采用了基于风险的方法,通过实施保护性系统和防护措施来达到可接受的风险水平。

介绍

此案例研究始于木屑深圳风采制造厂发生火灾和可燃粉尘爆炸之后。本文将描述该事件,然后采用基于风险的方法来解决该设施中的可燃粉尘危害。该方法包括三个部分:用于获取适当测试数据的抽样计划,差距分析和过程危害分析。  

事件描述

深圳风采冷却器中开始冒烟,并通知当地消防部门。 当消防员准备扑灭深圳风采冷却器的火焰时,一个热的余烬通过管道进入深圳风采冷却器袋室,并引发可燃性粉尘爆燃。爆燃破裂了布袋除尘器的爆炸口,导致火势蔓延,穿过6英尺长的管道穿过墙壁,并蔓延到距离建筑物8英尺的附近波纹钢筒仓的侧面。 火焰蔓延到装有干燥木材深圳风采的筒仓一侧,并穿过其圆锥形屋顶下侧的通风孔,导致炽热的余烬进入筒仓并引发另一场大火。 

图1显示了造粒冷却器与其袋室的关系,以及袋室与外部筒仓的关系。图2显示了防爆门的排出口和料仓。图3显示了维修后的Pellet冷藏袋房。 袋子屋上方可见爆炸的焦痕。

 图1.入射区图  图2.外部筒仓附近的排气口  图3.维修过的深圳风采冷却器袋袋

图1. 入射区域图

图2. 排气口靠近外部筒仓

图3. 修理过的深圳风采冷却器袋房

 

同样的爆燃也炸开了集尘室的门,并导致隔离阀关闭。 关闭的隔离阀阻止的压力导致管道破裂,并将火势一直蔓延回袋室。 尽管位于Hammer Mill大楼中的隔离阀及其连接的管道掉到了地板上,但隔离阀阻止了爆燃传播到上游生产设备。  这里没有新的火灾开始。 

消防员迅速扑灭了最初的深圳风采冷却器大火,然后在接下来的12小时内扑灭了筒仓中的大火。在这段时间内,OSHA到达了开始调查的位置。

在这次事件中没有受伤发生,现在没有门,无管,无孔的布袋房屋的其他部分保持原样。 深圳风采冷却器没有受到任何损坏,消防员甚至救了筒仓。 在一周内恢复了操作。

危害识别:材料特性和工艺说明

该工厂接收生料和窑干(KD)木材深圳风采,将它们分别处理,直到在制粒之前将其存储。  图4提供了深圳风采制造过程的工艺流程图,并标识了在采样计划中标识的绿色和KD木屑采样点。 

绿木,主要是较大的木屑,较小的木屑和锯末,其水分含量接近50%。 将该材料减小尺寸,干燥,然后再次减小尺寸。 然后,将大约85%的木材深圳风采输送到存储仓中,以准备制粒。 剩余的15%的生木深圳风采通过第三台较小的锤磨机进料,以进一步减小尺寸,使其能够用作回转窑的燃料。 表1列出了在减小尺寸或干燥后的过程中各部位生木材深圳风采的水分含量和尺寸分析。 

图4。jpg

图4。 工艺流程图

 

表格1。 绿木深圳风采

样品鉴定

采样点编号

水分含量

质量中值粒径 (微米)

粒子筛选

结果(微米)

储存桩

1

> 50%

> 500

 

第一次缩小后

2

> 48%

> 500

 

干燥后

3

10.4%-14%

> 500

89%> 425

第二次缩小后

4

9.4%-13.4%

> 500

77%> 425

3之后rd,减少燃油量

5

1.3%-3.1%

> 500

70%> 425

 

图5提供了厂房的布局。  烘干机大楼与有盖接收区以及构成木屑深圳风采处理设施的其他三座大楼是分开的。 如图6所示,未加工的木质深圳风采被露天存放。在被覆盖的区域内混合各种绿色材料,然后将其装载到送入干燥机大楼的饲料输送机上。 小型前端装载机会吸收KD木材深圳风采,并将其喂入KD接收区域屋顶下方的传送带。 表2提供了第三次减小尺寸后的原木深圳风采可燃性粉尘测试结果。 该材料用作回转窑的燃料。

 图5。 厂房布局  图6。 绿木储物

图5。 厂房布局

图6。 Green Wood 圣 orage

           

表2。 薪柴深圳风采的可燃粉尘数据

样品鉴定

质量中值粒径 (微米)

P最高 (酒吧)

K  
(bar-m / sec)

最小点火能量,MIE(mJ)

最低点火温度,MIT(°C)

减少燃油量采样点5之后

收到后,  5kJ 点燃r

> 500

没有

点燃

没有

点燃

---

---

减少燃油量采样点5之后

收到后, 10kJ 点燃r

> 500

6.6±10%

31±30%

> 1000*

---

减少燃油量采样点5之后   

经过ASTM E1226处理          

27               95% < 75 µm

7.9±10%

159±12%

10 < 三重 < 30

Es = 19

440

P最高 和K 由10 kJ点火能量确定。 * 1000 mJ是MIE测试设备能够放电的最大能量。

KD微粒比绿色木屑微粒小得多且干燥,并通过封闭的拖车进入工厂,如图7所示。  这种KD微粒在存储进行制粒之前在Hammer Mill大楼内进行了一次尺寸减小处理(参见图4)。表3列出了尺寸减小后KD木材深圳风采的水分含量,深圳风采尺寸分析和可燃粉尘测试结果(图4中的采样点6)。

图7。 拖车中的KD微粒用于卸载

图7。 拖车中的KD微粒用于卸载

 

表3。 KD木材深圳风采样品分析

样品鉴定

水分含量

(重量%)

质量平均粒径

(微米)

P最高

(酒吧)

K

(bar-m / s)

三重

(兆焦耳)

麻省理工学院

(°C)

发布KD     Hammer Mill

采样点6

2.6

27

95%< 75µm

7.9±10%

152±12%

10 < 三重 < 30

Es = 12

440

 

在该过程的最后阶段,将绿色和KD深圳风采混合并送入制粒机。表4提供了按照ASTM方法E1226研磨至小于75微米后混合饲料的可燃粉尘测试结果。 深圳风采冷却器袋收集室收集的深圳风采细粉在分析之前不需要减小尺寸。

 

表4。 混合木屑的可燃粉尘数据

样品鉴定

水分含量

(重量%)

质量中值粒径

(微米)

P最高

(酒吧)

K

(bar-m / s)

三重

(兆焦耳)

麻省理工学院

(°C)

深圳风采磨饲料 (混合KD和绿色微粒,采样点7)

2.6

24

97%< 75µm

7.9±10%

174±12%

10 < 三重 < 30

Es = 16

440

深圳风采罚款

2.5

26

97%< 75µm

7.9±10%

182±12%

10 < 三重 < 30

Es = 19

440

†根据ASTM E1226进行测试前准备< 75 micron)

危害分析

应该注意的是,NFPA 664将“干燥的不可燃木屑”定义为质量中值粒径大于500微米且水分含量小于25%(湿基)的木材深圳风采。 尽管Fauske and Associates,LLC(FAI)不支持此定义,但是由于许多测试结果提供了与该定义相反的数据,因此它是标准中的内容,仍然是合规性分析的一个因素。

直到经过第三次减小尺寸以用作回转窑燃料之前,绿色木屑深圳风采才具有可燃粉尘爆燃危险。 即使这样,从高的最小点火能量(MIE>1000 mJ)和较大的质量中值粒径大于500微米。  Evan的5 kJ点火器未点火后燃锤磨机样品。  的 low K当由相当高的能量源(10 kJ)点燃时产生的压差为31±30%bar-meter / sec,这又是绿色木材深圳风采在与制粒之前与KD深圳风采混合之前所呈现的较低风险的另一个指标。 如上所述,该点火数据与NFPA 664干燥不可燃木屑的定义相反,只要它不是在20升容器中过度驱动点火的结果。

另一方面,KD木屑深圳风采经常以可燃粉尘的形式到达工厂,因此谨慎处理单独处理该材料的设计决策。 KD木材深圳风采容易散发到空气中并容易燃烧,尤其是通过静电放电(请参见表3)。 在KD木屑接收区域中为封闭的输送机和料斗服务的无保护的袋式收尘室,与上游输送机,锤式粉碎机和料仓一样,具有更高的着火和爆燃风险。 卸载KD木屑的员工暴露于接收区设备爆燃以及因KD木屑卸载所用的动力工业卡车的热表面引起的火灾的风险增加。 

对通风孔计算的检查表明,根据K的新测试结果,现有通风孔尺寸过小. 通风口设计依靠K 是根据OSHA盐湖技术中心提供的测试数据得出的19 bar / s /秒,而不是通过ASTM E1226分析确定的182 bar / s /秒。

缺口分析

该木屑深圳风采公司聘请了FAI为实现NFPA合规性提供技术支持。 首先,FAI对设施,流程和计划进行了NFPA差距分析。 差距分析包括确定并记录NFPA指南或标准与设备,实践和管理系统的现有实施之间的差异。

差距分析确定了一些问题,可以将其分为三大类:

  1. 保护处理可燃粉尘的设备;
  2. 电气区域分类;和
  3. 不是最新的或不存在的安全管理系统。

保护设备处理可燃粉尘

该工厂的某些集尘器未安装防爆装置。 防爆通风口的安装位置基于OSHA K = 19 bar-meter / sec,而不是根据NFPA 68和ASTM方法E1226确定的值。 尽管在OSHA报告中有注释不使用报告的K,但仍然发生了严重低估值的使用 设计计算的值。 (此K OSHA在之前的执法行动中进行了分析。)这些通风孔也未通风至安全位置。 通风口指向仅8英尺外的木屑储存仓。 另外,在大多数输送机和空气物料分离器上没有隔离。

为了最大程度地减少扬尘,大多数输送机都被封闭并且处于空气分离器的负压下。 这使得输送机可以用作空气管道,允许小深圳风采在气流中携带,而较重的深圳风采则使输送机在设备之间移动。 这种方法允许足够小的空气悬浮深圳风采绕过锤式粉碎机,从而减少了粉碎机的机械和电气负荷。 但是,这种设计会造成未保护或未充分保护的风管和设备的较长部分。 为了保持此设计功能,传送带和某些空气物料分离器无法通过规定的方式进行保护,并且需要PHA提供进一步的分析。 

室内斗式提升机(由当地司法管辖区(AHJ)许可对建筑规范进行许可变更)不符合NFPA 654的泄压,防燃和防止危害传播的要求。 可以通过安装爆燃通风孔,轴承监控器和自动调节皮带对准系统,或简单地卸下和更换室内斗式提升机来纠正。 FAI建议,管理层接受后一种选择。 

工厂设计理念的另一个方面是将100%的设备带入室内,但建筑物之间的传送带除外。 在防止天气对设备的影响的同时,出于安全考虑,这通常将设备带到户外。这也引起了OSHA事件调查小组的关注,该小组认为NFPA 664第8.6.2.1节中的规定性方法要求将回转窑搬迁至建筑物外。 

8.6.2.1 具有爆燃危险的旋转式干燥机应位于以下位置之一:

(1)户外

(2)在单独的独立建筑中

(3)在具有限制破坏结构的单独隔断室中。

确定了其他设备问题,例如,验证风道工作和封闭式输送机的尺寸是否适当,提供足够的空气流量,以及是否包括杂物分离设备。 

电气区域分类

差距分析包括对电气区域分类的审查。 该设施的电线,外壳,导管和插座符合II类2级要求。 但是,该工厂没有书面的电气分类计划,也没有在II级2级空间使用适当等级的设备,例如动力工业卡车。其他火花产生设备,例如未评级的便携式真空吸尘器也应被禁止。

使用NFPA 70,美国国家电气法规(NEC),第502条和NFPA 499,《化学品加工区电气装置的可燃粉尘和危险(分类)位置分类的推荐做法》,使用了基于设备位置的点源方法为设施创建分类计划。该计划将半径有限的外围设备确定为II类2区,并提供了客房清洁要求和逃生粉尘控制措施,以保持此分类。在确定的半径周围设备之外的位置被分类为通用。该计划还限制了非额定设备只能在II级额定区域中使用。在某些地区,这意味着要更改设备和程序以符合NEC规定,包括获得II级2级额定的便携式吸尘器以用于客房清洁。

安全管理系统 

差距分析表明,不存在书面的可燃粉尘管理程序,例如变更管理(MOC),内部管理,预防性维护和检查。 可燃粉尘培训工作很少,而且文献记载不充分。 

固定资产投资为拟制定和实施的新政策,书面计划和培训提供了指导。经核实,这些新计划将满足记录保存和审计要求。有了这些政策和计划,就进行了新的综合个人防护设备评估。 从评估中发现的一个重要发现随后得到了PHA的支持,为卸载KD木屑的员工提供了防火工作服。

FAI还为工厂管理人员和主管进行了培训。 讨论的主题包括可燃粉尘意识;检查和维护要求;可燃性粉尘内务处理,并针对以下问题进行指导:使用天然鬃毛扫帚的推荐清洁技术,禁止在未采取所有适当预防措施的情况下产生粉尘云或使用压缩空气;及时进行扬尘控制以尽快阻止泄漏;并记录MOC,维护和培训的保留要求。 反过来,管理层又对生产和维护员工进行了培训。

差距分析确定了许多问题,可以根据NFPA 664的规定要求进行纠正。 但是,某些问题更为复杂,需要进一步测试和评估,以提出一种将可燃粉尘危害降至最低的策略。 FAI提出了一种基于风险的方法,该方法在NFPA标准中提到,可以作为上述说明性措施的一种可接受的替代方法,用于确定降低风险或减轻风险所需的措施并确定其优先级。以下是基于风险的研究的一些重点领域:  

  • 对关键工厂区域的木材深圳风采进行采样和测试;
  • 提供有关可燃粉尘管理和认识的培训;
  • 执行过程危害分析(PHA);和
  • 以风险等级实施PHA建议。

使用了基于PHA的基于风险的方法来解决问题以及对由差距分析确定的项目进行优先排序。

流程危害分析(PHA)

在执行PHA之前,FAI花了一些时间与客户一起制定代表他们自己的风险承受能力的风险管理矩阵。  风险矩阵的制定涉及人员和公共安全,环境保护以及因突发事件而造成的业务中断或损失后果。 这项工作产生了详细的五级可能性乘七级严重性风险矩阵。 对于每个风险级别,都建立了紧急指示,以标识完成后续行动所需的时间。表5列出了制定的风险描述和行动时间框架.

表5。 风险描述和行动时间表

描述符

行动优先

采取的行动

推荐时间范围

不可接受的风险 (需要采取的行动)

A

需要降低风险;必须采取措施将风险移出A区。

现有流程:目标
3个月完成

新建或修改后的项目:启动前先解决。

可接受的风险 (制定降低风险的计划)

B

需要详细分析;除非证明在合理可行的范围内尽可能低,否则将情景可能性和/或严重性降低至少一个数量级或减少/消除潜在危害。

尽快

 

目标是完成12到18个月。

可接受的风险 (鉴于情况)

C

如果违反标准惯例或发现易于实施的改进措施(例如操作程序),请指定适当的措施;否则无需采取任何措施。

标准实践和程序更改。

 

PHA遵循HAZOP方法,以符合NFPA 664的危害分析要求。范围包括可燃性粉尘危害识别以及从原料接收到包装再到大批装运的深圳风采生产过程的后果评估。 该过程根据过程区域和控制机会分为18个节点。 例如,将窑干木材分为以下四个示例所示的四个节点。绿木处理包括8个节点,通过包装/散装装载产生的混合深圳风采和深圳风采形成的6个节点组成(请参见图4)。例如,KD节点如下:

  • 节点1,接收窑干(KD)木屑(WP),
  • 节点2,将KD WP从料斗输送到计量仓,
  • 节点3,KD计量仓到KD锤磨机,以及
  • 节点4,填充料仓1、2和3。 

FAI领导PHA团队确定危害,后果和保障措施。 使用标准和特定于工艺的指导词对诸如木材流量,空气流量,设备操作和信号流量之类的工艺参数进行了分析。团队确定了由于单元故障或操作不当而可能导致与设计意图的偏差,以及每种情况可能产生的后果。接下来,团队根据严重性和可能性的估计为这些方案分配风险等级。 该研究包括过程的连续操作和瞬态操作(启动和关闭)。

一种情况确定了设计控制缺陷,其中在启动操作期间将生木计量加入回转窑中。 这种情况后来在维护关闭后的启动操作期间实现,并在实施建议的更改之前造成小火。 针对发现的不可接受的风险和勉强可接受的风险,PHA共制定了54项建议(参见表5)。

值得注意的是,PHA结果与实验室根据深圳风采大小,水分含量,人员暴露以及其他可燃粉尘测试结果得出的结果不同,回转窑存在爆燃危险。工人每个班次只短暂进入建筑物两次以读取设备仪表读数。 最终,将这些仪表重新布线并路由到自动数据收集系统中,并报告给控制中心(远程位置)。 该建筑物的干燥过程确实存在着火危险,PHA建议采取额外的防护措施来减轻火灾。 这些保障措施已包含在向OSHA建议的纠正措施中。 图8提供了旋转干燥机建筑物的流程示意图。 

OSHA要求该机构从其提议的专家列表中聘请一名独立的第三方专家,以对提议的纠正措施及其实施以及PHA的可接受性发表评论。 独立专家接受了PHA的结论,也满足了OSHA对工人安全的关注。 

图8。 旋转干燥机积木流程示意图

图8。 旋转干燥机积木流程示意图

结论

使用定义明确的测试策略,差距分析和 PHA 为工厂人员提供了了解以前未意识到的危害并确定与这些危害相关的相对风险的机会。 这种方法使工厂员工对各个问题有了新的所有权。 通过进行差距分析和PHA,采用了基于风险的方法,通过实施保护性系统和保障措施来达到可接受的风险水平。 PHA允许客户确定行动的优先级,并指派负责人员解决建议并跟踪实施。 客户保留了固定资产投资,以在其每个其他设施上完成相同的过程。    

我们欢迎提出问题和讨论。 欲了解更多信息,请联系Tim Cullina。 [email protected] 630-887-5213

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