安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控原理與儀表

1、粉塵(fnchn)檢測(cè)儀表第6章 共一百二十四頁(yè)工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和空間大氣的污染，其中粉塵污染就是很重要的一項(xiàng)大氣污染。粉塵污染不僅嚴(yán)重影響人類健康，帶來(lái)了諸如矽肺、塵肺等疾病，而且粉塵還危害于機(jī)電設(shè)備，例如對(duì)通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)，內(nèi)燃機(jī)氣缸的磨損，甚至造成(zo chn)大規(guī)模集成電路失效等。此外，有些粉塵還可能產(chǎn)生燃燒爆炸，帶來(lái)重大損失。所以，控制粉塵污染是確保職業(yè)安全及衛(wèi)生的重要內(nèi)容之一。為了有效地控制粉塵污染、研究新的除塵裝置、正確地研究、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)除塵系統(tǒng)，保證生產(chǎn)安全，必須對(duì)粉塵的物理、化學(xué)性質(zhì)、粉塵的粒徑及分布、粉塵濃度等進(jìn)行檢測(cè)。共一百二十四頁(yè)6.1 生產(chǎn)性粉塵及

2、其職業(yè)危害6.1.1 生產(chǎn)性粉塵的概念“粉塵”是一種通俗地對(duì)能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中的固體顆粒物的總稱。粉塵是一種氣溶膠，固體微小塵粒實(shí)際(shj)是分布于以空氣作為膠體溶液里的固體分散介質(zhì)。在生產(chǎn)中，與生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)而形成的粉塵叫生產(chǎn)性粉塵共一百二十四頁(yè)6.1.2 生產(chǎn)性粉塵的形成生產(chǎn)性粉塵業(yè)源甚廣，幾乎所有礦山和廠礦在生產(chǎn)過(guò)程中均可產(chǎn)生粉塵。如采礦和隧道的打鉆、爆破、搬運(yùn)等，礦石的破碎、磨粉、包裝等；機(jī)械工業(yè)的鑄造、翻砂、清砂等；以及玻璃、耐火材料等工業(yè)，均可接觸大量粉塵、煤塵；而從事皮志、棉毛、煙茶等加工行業(yè)(hngy)和塑料制品行業(yè)(hngy)的人，可接觸相應(yīng)的有機(jī)性粉塵。生產(chǎn)性粉塵的主要

3、來(lái)源有：(1)固體物料經(jīng)機(jī)械性撞擊、研磨、碾軋而形成，經(jīng)氣流揚(yáng)散而懸浮于空氣中的固體微粒。(2)物質(zhì)加熱時(shí)生產(chǎn)的蒸氣在空氣中凝結(jié)或被氧化形成的煙塵。(3)有機(jī)物質(zhì)的不完全燃燒，形成的煙。共一百二十四頁(yè)6.1.3 生產(chǎn)性粉塵的分類生產(chǎn)性粉塵可以從不同角度分類：1.以粉塵的來(lái)源分類(1)塵：固態(tài)分散性氣溶膠，固體物料經(jīng)機(jī)械性撞擊、研磨、碾軋而形成，粒徑為0.25m20m，其中大部分為0.5m5m。(2)霧：分散性氣溶膠，為溶液經(jīng)蒸發(fā)、冷凝或受到?jīng)_擊形成的溶液粒子，以及當(dāng)粒徑為0.05m50m左右。(3)煙：固態(tài)凝聚性氣溶膠，包括：金屬熔煉(rn lin)過(guò)程中產(chǎn)生的氧化微?；蛏A凝結(jié)產(chǎn)物、燃燒過(guò)程

4、中產(chǎn)生的煙，粒徑1m，其中較多的粒徑為0.01m0.1m。共一百二十四頁(yè)2.以形成粉塵的物質(zhì)分類(1)無(wú)機(jī)粉塵，包括：礦物性粉塵如石英、煤塵等；金屬性粉塵如鐵、銅、錳及其氧化物粉塵等；人工無(wú)機(jī)性粉塵如金剛砂、水泥、玻璃等。(2)有機(jī)性粉塵，包括動(dòng)物性粉塵如獸毛、鳥(niǎo)毛、骨粉等；植物性粉塵如谷物塵、煙草塵、茶法塵等；人工有機(jī)性粉塵如合成纖維塵、有機(jī)染料塵等。(3)混合性粉塵，上述各類或同類粉塵中的幾種物質(zhì)的混合物。3.按產(chǎn)生(chnshng)粉塵的生產(chǎn)工序分類(1)一次性煙塵：由煙塵源直接排出的煙塵；(2)二次性煙塵：經(jīng)一次收集未能全部排除而散發(fā)出的煙塵，相應(yīng) 的各種移動(dòng)、零散的煙塵點(diǎn)。共一百二十

5、四頁(yè)4.按粉塵的物性分類(fn li)(1)吸濕性粉塵、非吸濕性粉塵；(2)不粘塵、微粘塵、中粘塵、強(qiáng)粘塵；(3)可燃?jí)m、不燃?jí)m；(4)爆炸性粉塵、非爆炸性粉塵；(5)高比電阻塵、一般比電阻塵、導(dǎo)電性塵；(6)可溶性粉塵、不溶性粉塵。5.按粉塵對(duì)人體危害的機(jī)制分類(1)矽塵：(2)石棉塵：(3)放射性粉塵：(4)有毒粉塵：(5)一般無(wú)毒粉共一百二十四頁(yè)6.1.4 生產(chǎn)性粉塵的職業(yè)危害可隨呼吸進(jìn)入呼吸道 ，進(jìn)入呼吸道的粉塵并不全部進(jìn)入肺泡，可以沉積在從鼻腔到肺泡的呼吸道內(nèi)。影響粉塵在呼吸道不同部位沉積的主要因素是塵粒的物理特性(如塵粒的大小、形狀和密度等)，以及與呼吸有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)條件(如流向

6、、流速等)，不同粒徑的粉塵在呼吸道不同部位沉積的比例也不同。粉塵的化學(xué)成分直接影響著對(duì)機(jī)體的危害性質(zhì)，特別是粉塵中游離二氧化硅的含量。長(zhǎng)期大量吸入含結(jié)晶型游離二氧化硅的粉塵可引起矽肺病。粉塵中游離二氧化硅的含粉塵量越高，引起病變的程度越重，病變的發(fā)展速度越快。但是直接引起塵肺的粉塵是指那些可以吸入到肺泡內(nèi)的粉塵，一般稱為呼吸性粉塵。因此，可吸入肺泡中的游離二氧化硅直接危害人體的健康。生產(chǎn)性粉塵主要引起呼吸系統(tǒng)疾病，如呼吸系統(tǒng)刺激、粘膜刺激、各種塵肺病。其他如有毒粉塵將引發(fā)(yn f)相應(yīng)的中毒癥狀；放射性粉塵引發(fā)(yn f)放射??；以及已證實(shí)的長(zhǎng)期吸入石棉塵引發(fā)(yn f)的癌變。共一百二十四

7、頁(yè)6.2 粉塵物性檢測(cè)6.2.1 粉塵密度檢測(cè)由于粉塵粒子(lz)間的空隙、顆粒的外開(kāi)孔和內(nèi)閉孔占據(jù)了比塵粒本身大得多的體積，這使得粉塵的密度有三種概念： 粉塵的堆積密度。指單位體積內(nèi)松散堆積的粉塵質(zhì)量。 真密度。指單位體積(不包括內(nèi)閉孔體積)的粉塵顆粒材料所具有的質(zhì)量。粉塵 假密度。指單位粉塵顆粒體積(包括內(nèi)閉孔體積)所具有的粉塵質(zhì)量。共一百二十四頁(yè)實(shí)際測(cè)量和應(yīng)用中，常把粉塵的真密度和假密度視為一致，這是因?yàn)闇y(cè)量粉塵體積是很難把內(nèi)閉孔的體積測(cè)量出來(lái)，而且在機(jī)械破碎過(guò)程中產(chǎn)生(chnshng)的粉塵一般沒(méi)有內(nèi)閉孔。只有在化學(xué)過(guò)程中形成的某些粉塵有內(nèi)閉孔，這種粉塵的真密度值比假密度值大。通常，采

8、用液相置換法測(cè)定粉塵的真密度。液相置換法是選取某種浸潤(rùn)性好、不溶解粉塵、不與所測(cè)粉塵起化學(xué)變化也不使粉塵體積膨脹或收縮的液體注入粉塵，將粉塵粒子間及外表孔隙的空氣排除，以求得粉塵顆粒的材料體積，然后根據(jù)測(cè)量的粉塵質(zhì)量計(jì)算粉塵的真密度。共一百二十四頁(yè)圖6-1 液相轉(zhuǎn)換法1-比重瓶,2-真空干燥器,3-三通閥4-真空表,5-溫度表,6-抽氣泵液相置換(zhhun)法測(cè)試系統(tǒng)如圖6-1所示。首先稱量洗凈烘干后的比重瓶的質(zhì)量, 裝入粉塵(約至瓶體積的1/3)并稱量瓶加塵質(zhì)量。將浸液注入裝有粉塵的比重瓶?jī)?nèi)(約至瓶體積的2/3處)，然后置于密閉容器中抽真空，直到瓶?jī)?nèi)基本無(wú)氣泡逸出時(shí)停止抽氣，保持30,待瓶

9、中氣體充分排出后取出比重瓶并注滿浸液，稱其質(zhì)量(瓶塵液)。最后倒空比重瓶并洗凈，重新注滿浸液稱其質(zhì)量(瓶液)。按下式計(jì)算粉塵真密度： 式中：浸液在測(cè)定溫度下的密度。共一百二十四頁(yè)圖6-1 液相轉(zhuǎn)換法1-比重瓶,2-真空(zhnkng)干燥器,3-三通閥4-真空表,5-溫度表,6-抽氣泵 共一百二十四頁(yè)測(cè)定時(shí)需取兩平行樣品，二者的誤差應(yīng)小于1%，否則應(yīng)重新測(cè)定。粉塵(fnchn)真密度取平行樣的平均值。溫度的變化是誤差的主要原因，為此通常將比重瓶置于恒溫槽充分恒溫后再讀取溫度。6.2.2 粉塵比電阻檢測(cè)1.粉塵比電阻及其重要性 粉塵對(duì)導(dǎo)電的阻力特征通常用比電阻 來(lái)表示： (6-2)式中： 施加于

10、粉塵層的電壓, ； 通過(guò)粉塵層地電流密度, ； 粉塵層的厚度, 。共一百二十四頁(yè)粉塵比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行及除塵效率有很大影響。電除塵器對(duì)比電阻在10451010 范圍內(nèi)的粉塵具有較高的捕集效率。當(dāng)粉塵比電阻低于104 時(shí)，塵粒達(dá)到極板立即放出原有電荷而帶上與極板同極性電荷被排斥到氣流中去。當(dāng)粉塵比電阻高于1011 時(shí)，塵粒在收塵極板上放電緩慢，隨著粉塵在收塵極板上的沉積會(huì)使塵層表面的電位越來(lái)越高，當(dāng)粉塵層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生反電暈，從而破壞正常地除塵過(guò)程，使除塵效率降低。當(dāng)粉塵比電阻數(shù)值不利于電除塵器捕塵時(shí)，應(yīng)采取措施調(diào)節(jié)粉塵的比電阻值，以保證(bozhng)電除塵器的正常工作。共

11、一百二十四頁(yè)2.影響粉塵比電阻的因素 粉塵比電阻受到各種因素的影響，即使對(duì)同一種粉塵，由于條件不同，所測(cè)得的比電阻值也不同，有時(shí)相差達(dá)23個(gè)數(shù)量級(jí)。1) 粉塵層的孔隙率及粉塵層的形成方式由粉塵顆粒形成的粉塵層存在著大量空隙，空隙中充滿著空氣，空氣的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不如固體粉塵，因而孔隙率(粉塵之間的空隙體積(tj)與整個(gè)容積之比)的大小直接影響到粉塵層的電阻值。粉塵層的孔隙率與粉塵顆粒大小、粒徑組成粉塵層形成方式等有關(guān)。高孔隙率粉塵比低孔隙率粉塵的比電阻高，對(duì)于同物質(zhì)的粉塵，比電阻可相差510倍。在電除塵器中，粉塵顆粒在庫(kù)侖力作用下排列規(guī)則，形成的粉塵層充填率高。而在比電阻測(cè)試中，常常不能完全模擬電除

12、塵器中粉塵層的沉積方式，一般采用機(jī)械方式形成粉塵層。此種方式形成的粉塵層充填率低，多采用加壓或振動(dòng)方式提高其充填率。共一百二十四頁(yè)2) 粉塵層的電氣特性一般固體材料(cilio)的電阻服從歐姆定理，即伏特性為線性，電阻為一恒定值。但是粉塵層的電氣特性卻不然，由于其間存在孔隙，塵粒與氣體接觸表面積大為增加，電壓與電流關(guān)系不再服從歐姆定理，隨著電壓增高，電流增加很快，電阻值隨之減小，不再為恒定值。圖6-2為幾種粉塵的比電阻與測(cè)定電壓關(guān)系曲線。由于粉塵比電阻隨測(cè)定電壓不同而不同，因此測(cè)定電壓的選定十分重要，通常取略低于火花擊穿電壓的數(shù)值作為測(cè)定電壓，或取擊穿電壓的85%作為測(cè)定電壓共一百二十四頁(yè)圖6

13、-2 粉塵比電阻與測(cè)定(cdng)電壓的關(guān)系1-石松子；2-糖粉；3-氧化鋅粉4-褐煤粉；5-水泥；6-鋁粉；7-銅粉共一百二十四頁(yè)3) 粉塵溫度和濕度6-3為高爐粉塵比電阻隨溫度變化曲線。從圖中可看出，低溫下粉塵比電阻隨溫度升高而升高，當(dāng)達(dá)到某極值后，溫度進(jìn)一步升高，比電阻反而降低。這種現(xiàn)象可用粉塵的兩種導(dǎo)電機(jī)理，即表面導(dǎo)電和體積導(dǎo)電來(lái)解釋。粉塵表面吸附水蒸氣和其他導(dǎo)電物質(zhì)形成一層導(dǎo)電膜，電流通過(guò)這層水膜形成表面導(dǎo)電，隨著溫度升高，水膜逐漸蒸發(fā)減簿，電流傳導(dǎo)能力降低，電阻增加，當(dāng)水模完全被蒸發(fā)時(shí)，粉塵比電阻最高。此后，導(dǎo)電主要通過(guò)材料內(nèi)部進(jìn)行，稱之為體積導(dǎo)電，其導(dǎo)電特性符合通常導(dǎo)電材料的導(dǎo)電

14、特性，即隨溫度增高，比電阻降低。煙氣的溫度影響(yngxing)粉塵表面水膜厚度，水分越多，比電阻越小。由于煙氣的溫、濕度與粉塵比電阻直接相關(guān)，因此比電阻測(cè)定時(shí)的溫、濕度應(yīng)盡可能與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相符。共一百二十四頁(yè)圖6-3 粉塵比電阻隨溫度(wnd)變化曲線圖中百分?jǐn)?shù)表示容積含濕量高爐I；-高爐II共一百二十四頁(yè)4) 煙氣成分煙氣成分對(duì)比電阻有較大影響，這些成分主要(zhyo)有和等。圖6-4表示煙氣中加入少量后飛灰比電阻的變化。圖6-4 煙氣中加入SO3后飛灰比電阻(dinz)的變化共一百二十四頁(yè) 3.粉塵比電阻檢測(cè) 考慮到上述諸因素對(duì)粉塵比電阻的影響，所以對(duì)粉塵比電阻測(cè)定提出以下(yxi)要求：

15、模擬電除塵器粉塵的沉積狀態(tài)，即在電場(chǎng)作用下和電粉塵逐步堆積形成塵層；模擬電除塵器內(nèi)的氣體成分及溫度和濕度；模擬電除塵器的電氣工況，即電壓和電暈電流。 不同儀器及測(cè)定方法一般都不能完全滿足上述條件，而是各有側(cè)重。下面介紹幾種實(shí)用的粉塵比電阻測(cè)試方法。共一百二十四頁(yè)粉塵比電阻 是通過(guò)測(cè)定(cdng)一定厚度 和一定表面積 粉塵層上的電壓 和電流值 進(jìn)行的，其計(jì)算公式是： (6-3)式中： 電阻, ,； 測(cè)定儀的幾何參數(shù), 。共一百二十四頁(yè) 圓盤(pán)電極法(或稱平行平板電極法)圓盤(pán)電極法是美國(guó)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定粉塵比電阻的標(biāo)準(zhǔn)方法( )，也是我國(guó)目前(mqin)實(shí)驗(yàn)室采用較多的方法，其測(cè)定裝置如圖6-5所示，圓

16、盤(pán)上部圓板重量按作用在粉塵層上的壓力1000設(shè)計(jì)。測(cè)定時(shí)，將粉塵自然充填于圓盤(pán)，用刮片刮平，降下平行圓板。對(duì)粉塵層逐漸升高電壓，取90%擊穿電壓時(shí)的電壓、電流進(jìn)行計(jì)算。也可以將圓盤(pán)置于可調(diào)溫、濕度及氣體參數(shù)的測(cè)定箱內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。共一百二十四頁(yè)圖6-5 圓盤(pán)電極(dinj)法比電阻測(cè)定裝置1-圓盤(pán)電極,2-粉塵層,3-電流表,4-絕緣機(jī)械導(dǎo)向,5-屏蔽環(huán),6-氣縫共一百二十四頁(yè) 針尖電極法(又稱針板法) 針尖電極法比電阻測(cè)定儀如圖6-6所示。針尖電極垂直設(shè)置(shzh)在主電極上方一定高度。主電極上方4 處裝有0.3 的鎳鉻絲，絕緣并固定。塵樣裝入樣品盤(pán)后刮平，通電后測(cè)定鎳鉻絲的感應(yīng)電壓和通過(guò)粉塵

17、層低電流，按式(6-3)計(jì)算粉塵比電阻。粉塵厚度為鎳鉻絲與主電極間距。共一百二十四頁(yè)圖6-6 針尖電極法比電阻測(cè)定儀1-針尖電極,2-導(dǎo)向電極,3-粉塵(fnchn)層4-主電板,5-鎳鉻感應(yīng)絲共一百二十四頁(yè) 同心圓筒法國(guó)內(nèi)研制的 型工況比電阻測(cè)定儀采用同心圓筒法測(cè)定粉塵比電阻，如圖6-7所示。該儀器(yq)是利用小旋風(fēng)分離器將煙氣中粉塵分離出來(lái)，落入到兩同心圓筒中間的環(huán)縫中，用高阻表測(cè)量粉塵的電阻值，按式(6-3)計(jì)算粉塵比電阻，其儀器幾何參數(shù) 值 是： (6-4)式中： 主電極長(zhǎng)度, ； 內(nèi)電極外半徑, ； 外電極內(nèi)半徑, 。共一百二十四頁(yè)場(chǎng)工況比電阻測(cè)試，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由探測(cè)器、高壓電源、

18、高阻 工況比電阻測(cè)定儀的優(yōu)點(diǎn)是：可采用低電壓電源，粉塵厚度由兩圓筒間隙(jin x)準(zhǔn)確確定；其缺點(diǎn)在于粉塵層充填率很難保證一致，測(cè)定結(jié)果重復(fù)性較差，另外由于小旋風(fēng)分離器對(duì)粗細(xì)粉塵收塵效率不一致，所以采集塵樣粒徑分布代表性差。 叉梳式比電阻測(cè)定儀叉梳式比電阻測(cè)定儀可用于現(xiàn)表、抽氣泵等組成。圖6-8為 型 工況比電阻測(cè)試探頭。含塵氣體由探測(cè)器中的采樣嘴1經(jīng)氣流分布板2進(jìn)入測(cè)量段。測(cè)量段由電暈線5及齒狀測(cè)量電極8組成。在測(cè)量段，粉塵在高電壓作用下逐漸沉降到梳齒間的縫隙中。當(dāng)粉塵填滿兩梳齒縫隙后，斷開(kāi)高壓，并用高阻表測(cè)量?jī)墒猃X間粒塵電阻，按式(6-3)計(jì)算粉塵比電阻。叉梳式比電阻測(cè)試儀采用靜電集塵，

19、粉塵層形成方式與電除塵器接近，所以測(cè)量的粉塵比電阻值與電除塵器運(yùn)行時(shí)粉塵電氣工況符合。其缺點(diǎn)是捕集粉塵需要高電壓，收集粉塵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且采樣過(guò)程齒縫間的粉塵充填程度很難掌握。共一百二十四頁(yè)圖6-8 叉梳式比電阻測(cè)試儀探頭結(jié)構(gòu)1-采樣嘴,2-氣流分布板,3-絕緣柱,4-外殼,5-電暈線,6-套管,7-接地柱,8-測(cè)量(cling)電極9-導(dǎo)電管,10-電纜導(dǎo)線共一百二十四頁(yè)由于測(cè)定粉塵比電阻的方法不統(tǒng)一，儀器不相同，導(dǎo)致各種儀器使用上的差別：采樣方法。有小旋風(fēng)采樣、靜電采樣、過(guò)慮采樣、灰斗取樣等。由于采樣方法不同，影響粉塵粒徑分布的代表性及粉塵層的形成方式。粉塵沉積在測(cè)定盤(pán)中的方法。有靜電沉積、

20、機(jī)械振實(shí)、人工刮平等，不同方法所形成的粉塵充填密度不同，帶來(lái)測(cè)試的差異。外加電壓。某些方法中，取粉塵擊穿(j chun)前的電壓；另一些方法中，則取擊穿(j chun)電壓的85%，或采用固定的電壓；而同心圓筒法所取電壓更低。外加電壓愈高、比電阻愈低。由于電場(chǎng)強(qiáng)度不同，測(cè)試結(jié)果可相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。粉塵測(cè)試環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際偏離程度直接影響到測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。共一百二十四頁(yè)由于上述各種原因，致使對(duì)同一粉塵樣，當(dāng)采用不同方法和儀器測(cè)試比電阻時(shí)，結(jié)果相差較大。因此，在給出粉塵比電阻數(shù)據(jù)時(shí)，要注明所用儀器和方法。6.2.3 粉塵爆炸特性檢測(cè)粉塵爆炸特性有兩重含義：一是指與粉塵爆炸界限條件有關(guān)的特性，如粉塵云

21、的爆炸上下濃度、最低著火溫度、最小著火能量等；二是指粉塵充分爆炸時(shí)的特性，如最大爆炸壓力及其上升速度等。粉塵爆炸特性一般(ybn)在粉塵云發(fā)生裝置內(nèi)測(cè)定。粉塵云發(fā)生裝置的關(guān)鍵是能否造成均勻的粉塵云。世界各國(guó)研制出多種原理、多種形式的實(shí)驗(yàn)裝置，采用的較多的是美國(guó)的哈特曼實(shí)驗(yàn)裝置。在煤炭工業(yè)方面，許多國(guó)家都建立了地下或地面的大型煤塵爆炸試驗(yàn)巷道或中、小型管道，以此來(lái)研究煤塵的爆炸及傳播特性，檢驗(yàn)抑制爆炸的措施。共一百二十四頁(yè)1.哈特曼爆炸測(cè)試儀 哈特曼爆炸測(cè)試儀是1939年由美國(guó)礦業(yè)局哈特曼研制的圓筒型爆炸測(cè)試裝置，其結(jié)構(gòu)如圖6-9所示。該裝置長(zhǎng)30.5 ，內(nèi)徑6.4 ，容積1.21升，曾作為標(biāo)準(zhǔn)

22、粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)裝置被各國(guó)廣泛采用。試驗(yàn)粉塵放置在分散杯7內(nèi)，壓力為2.8105 的460升壓縮空氣由分散杯低部的導(dǎo)管進(jìn)入容器并吹向傘狀反射板6，壓縮空氣因反射板阻擋而反吹分散杯使粉塵飛散(fi sn)成粉塵云，由上方的電極5放電點(diǎn)燃?jí)m云。這個(gè)裝置可以測(cè)定粉塵爆炸下限濃度、最小著火能量等參數(shù)。為測(cè)定爆炸壓力和壓力上升速度,可將透明玻璃試驗(yàn)筒改為鋼制圓筒,上端密閉形成封閉容器,由安裝于頂端的壓力傳感器測(cè)定爆炸壓力。共一百二十四頁(yè) 圖6-9 哈特曼爆炸試驗(yàn)裝置1-固定環(huán),2-燃燒容器,3-電極變更位置,4-電極絕緣材料(ju yun ci lio), 5-電極,6-反射板,7-分散杯共一百二十四頁(yè)2.

23、 爆炸試驗(yàn)裝置 哈特曼裝置存在著粉塵噴布不均勻、爆炸壓力上升速度與大規(guī)模巷道(hng do)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不符等缺點(diǎn)。為此，美國(guó)礦業(yè)局又研制出 爆炸測(cè)試裝置，圖6-10為其示意圖。圖6-10 20L爆炸測(cè)試裝置1-試驗(yàn)粉塵,2-噴嘴,3-點(diǎn)火源,4-粉塵濃度探頭5-至真空泵,6-觀察窗,7-壓力傳感器,8-氧氣(yngq)傳感器,9-閥,10-支架,11-蓋,12-壓縮空氣共一百二十四頁(yè)形成粉塵云的方法有兩種，一種與哈特曼爆炸測(cè)試儀相同，另一種是用壓縮空氣通過(guò)噴嘴噴粉塵。后一種方法的具體步驟是：先卸下噴嘴2，將試驗(yàn)粉塵1放入粉塵室內(nèi)，安上噴嘴，蓋緊上蓋11，將爆炸罐抽氣至20 的壓力，從 的壓縮空氣

24、罐內(nèi)以105 的壓力噴出短促空氣脈沖將粉塵從噴嘴噴出，使罐內(nèi)壓力上升至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。通過(guò)光學(xué)粉塵濃度(nngd)探頭4測(cè)定粉塵云濃度，用點(diǎn)火源3引燃?jí)m云。通過(guò)觀察窗6用爆溫儀測(cè)量火焰溫度，用壓力傳感器7測(cè)量爆炸壓力，用氧氣傳感器8測(cè)定氧氣消耗量等參數(shù)。共一百二十四頁(yè)3.煤塵爆炸鑒定儀 我國(guó)煤炭部頒布的安全規(guī)程規(guī)定：新礦井(kungjng)在建井前必須對(duì)所有煤層進(jìn)行煤塵爆炸性鑒定工作；生產(chǎn)礦井(kungjng)每延伸一個(gè)新水平，都必須進(jìn)行一次煤塵爆炸性鑒定工作。使用儀器如圖6-11所示。 圖6-11 煤塵爆炸鑒定儀1-硬質(zhì)玻璃管,2-加熱器,3-冷藏(lngcng)瓶,4-高溫計(jì),5-試料管,6-

25、導(dǎo)氣管,7-打氣筒,8-濾塵箱,9-吸塵器,10-鉑-銠熱電偶,11-鉑絲,K1-板把開(kāi)關(guān),K2-電紐,T-變壓器,A-電流表,R-可變電阻共一百二十四頁(yè)該儀器由燃燒、形成塵云和通口除塵三部分組成。供煤塵云燃燒的容器是內(nèi)徑為7588 、長(zhǎng)140 的硬質(zhì)玻璃管，在距管口40 處開(kāi)有直徑為1214 的小孔，用鉑金絲繞成的加熱器由此孔放入管內(nèi)。試驗(yàn)時(shí)將加熱器升溫1100 20，由管口將1 煤塵試樣噴入管內(nèi)，判斷煤塵云是否燃燒。同一煤樣作五次相同試驗(yàn)。如果五次均不產(chǎn)生(chnshng)火焰，則還要再做五次試驗(yàn)。十次試驗(yàn)中均未出現(xiàn)火焰，該煤樣即為無(wú)爆炸性危險(xiǎn)煤塵；只要其中一次出現(xiàn)火焰，該煤樣即為有爆炸性

26、危險(xiǎn)煤塵。共一百二十四頁(yè)6.3 粉塵顆粒檢測(cè)6.3.1 粉塵顆粒概述由于粉塵粒徑范圍很寬，從百分之幾微米到數(shù)百微米，并且各種粉塵又各具不同的物理、化學(xué)性質(zhì)，致使粉塵粒徑的測(cè)試方法繁多。然而每種測(cè)試方法只能(zh nn)在一定條件、一定粒徑范圍內(nèi)使用，尚未出現(xiàn)一種通用方法。粉塵是一種群體，其粒徑的性質(zhì)，表現(xiàn)為分布的統(tǒng)計(jì)特性。粉塵粒徑分布測(cè)定的手段是隨機(jī)取樣分級(jí)，即把塵樣按一定粒徑范圍劃分成若干區(qū)間計(jì)量，并不針對(duì)具體粉塵顆粒測(cè)定其直徑的大小。測(cè)定粉塵粒徑分布采用的方法可分為如下幾類： 計(jì)數(shù)法。該方法是對(duì)具有代表性的塵樣逐一測(cè)定其粒徑。顯微鏡法和光散射法均屬此類方法。計(jì)數(shù)法測(cè)量的分散度以各級(jí)粒子的數(shù)

27、量百分?jǐn)?shù)表示。 計(jì)重法。將粉塵按一定粒徑范圍分級(jí)，然后稱量各級(jí)的重量，求其粒徑分布。常用的計(jì)重法粉塵粒徑測(cè)定儀采用離心、沉降或沖擊原理將粉塵按粒徑分級(jí)，測(cè)量的分散度以各級(jí)粒子的重量百分?jǐn)?shù)表示。共一百二十四頁(yè) 其他方法。包括面積法、體積法等。各種粉塵粒徑分布測(cè)定儀器都是基于特性設(shè)計(jì)的，如光學(xué)特性、慣性、電性等等。由于設(shè)計(jì)原理不同(b tn)，測(cè)得的粒徑含義各不相同。例如，用顯微鏡測(cè)得的是投影徑，電導(dǎo)法測(cè)得的是等體積徑，沉降法測(cè)得的是斯托克斯徑等。不同(b tn)的方法之間沒(méi)有對(duì)比性，所以在給出粒徑分布數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)說(shuō)明是何種意義的粉塵粒徑。主要的粉塵粒徑測(cè)定方法及測(cè)定儀器種類如表6-1，超細(xì)粉塵粒徑

28、分布測(cè)定儀器如表6-2。共一百二十四頁(yè)共一百二十四頁(yè)6.3.2 顯微鏡法顯微鏡法是測(cè)量粒徑的一種最基本方法，通過(guò)顯微鏡可以直接看到單個(gè)粒子的大小、形狀、顏色以及聚集、空洞等現(xiàn)象，并可測(cè)量很小的粒子，這些都是其他方法所不及。但用肉眼直接測(cè)量粒子大小和計(jì)數(shù)十分勞累，可望電視掃描顯微鏡代替繁重的人操作。1.目鏡測(cè)微尺及其校準(zhǔn) 測(cè)量粒經(jīng)常使用3種目鏡測(cè)微尺：直線測(cè)微尺、網(wǎng)格測(cè)微尺和花樣(huyng)測(cè)微尺，如圖6-12所示。目鏡測(cè)微尺必須用物鏡測(cè)微尺校準(zhǔn)，如圖6-13所示。物竟測(cè)微尺是全長(zhǎng)1等分100分度的玻璃板或拋光金屬板。校準(zhǔn)時(shí)，把物鏡測(cè)微尺放在載物臺(tái)上，將物鏡測(cè)微尺同目鏡測(cè)微尺的刻度相比較，求出

29、在一定放大被數(shù)下目鏡測(cè)微尺表示的真實(shí)尺寸 為： (6-5)式中： 物鏡測(cè)微尺刻度數(shù)；共一百二十四頁(yè)圖6-12 測(cè)微尺1-十字線直線測(cè)微尺,2-網(wǎng)格(wn )測(cè)微尺,3-花樣測(cè)微尺圖6-13 測(cè)微尺校準(zhǔn)(jio zhn)1-校準(zhǔn)縮尺,2-顯微刻度尺共一百二十四頁(yè)2.塵粒標(biāo)本的制備 顯微鏡法的關(guān)鍵是粉塵標(biāo)本的制備，以下分幾種情況敘述：1) 如用沖擊瓶采樣，可用移液管從中取1 含塵液體，放入玻璃片計(jì)數(shù)池內(nèi)。為使塵粒分散較好，避免相互凝聚，取液前應(yīng)在沖擊瓶塵液中加入一定量的分散劑。當(dāng)用蒸餾水作塵粒捕集液時(shí)，可加入0.1%六偏磷酸鈉作為分散劑。計(jì)數(shù)池放在顯微鏡載物臺(tái)上靜置20 ,待塵粒沉淀后進(jìn)行測(cè)定。亦

30、可烘干計(jì)數(shù)池再測(cè)定。2) 如塵粒采集在合成纖維慮膜上，則用醋酸丁脂溶解濾膜，混合均勻(jnyn)，用滴管吸取混懸液、放一滴于載物片上，將液滴左右前后推移，一分鐘后出現(xiàn)粉塵樣品薄膜即可觀測(cè)。 3) 如用沖擊式或靜電塵粒采樣器采樣，可將塵粒直接捕集在蓋玻片上，然后將及固定在載物臺(tái)玻璃片上進(jìn)行測(cè)定。共一百二十四頁(yè)3.粒徑表示方法 顯微鏡法測(cè)量的是粒子的表觀粒徑，即投影尺寸。對(duì)球形粒子可直接按長(zhǎng)度計(jì)量，對(duì)于大多數(shù)形狀不規(guī)則粒子，常采用如下幾種方法表示粒徑：1) 面積等分徑 ，指將粉塵的最大投影面積分為大致相等兩個(gè)部分的直線長(zhǎng)度。2) 定向徑 ，指塵粒的最大投影尺寸。他由測(cè)微尺的垂線與塵粒投影輪廓線相切

31、的兩條平行線間的距離來(lái)表示。3) 投影面積徑 ，指與粉塵的投影面積相同的同一圓面積的直徑。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，多采用垂直投影法，即使所測(cè)粉塵粒子在視場(chǎng)內(nèi)向一個(gè)方向(fngxing)移動(dòng)，順序無(wú)選擇地逐個(gè)測(cè)量粒徑，如圖6-14所示。共一百二十四頁(yè)圖6-14 垂直投影(tuyng)法測(cè)量粒徑共一百二十四頁(yè)4.觀測(cè)計(jì)數(shù)分析(fnx)及換算方法 用顯微鏡法測(cè)定粒徑分布時(shí)，如果要達(dá)到一定精度，需計(jì)數(shù)大量粒子。為縮短觀測(cè)過(guò)程，可采用統(tǒng)計(jì)學(xué)分層取樣技術(shù)，即對(duì)數(shù)量較多的小粒子只測(cè)一個(gè)或二個(gè)定面積視野，而對(duì)出現(xiàn)比較少的大粒子則可以多測(cè)幾個(gè)定面積視野，然后取其平均值。舉例見(jiàn)表6-3。從表中可見(jiàn)，第一次測(cè)量視野中300顆

32、粒子只有2.5 以下的各粒徑區(qū)間計(jì)數(shù)超過(guò)10，于是后幾次只計(jì)測(cè)大于2.5 的粒子，使所有的粒徑區(qū)間都滿足計(jì)數(shù)超過(guò)10的要求。用此方法計(jì)測(cè)6個(gè)視野333個(gè)粒子可得到滿意的結(jié)果。如果用一般刻板的計(jì)測(cè)方法，達(dá)到同樣精度需計(jì)3006=1800顆粒子。共一百二十四頁(yè)顯微鏡法測(cè)得的是粉塵(fnchn)計(jì)數(shù)分布，要想變成計(jì)重分布，需通過(guò)體積換算，得到各粒徑區(qū)間的粒子質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。其方法是首先根據(jù)測(cè)定的粒徑區(qū)間上下限( 和 )求出各區(qū)間粒徑的算術(shù)平均值 (6-6)然后根據(jù)粒徑區(qū)間的顆粒 求出各區(qū)間的分割體積 ： (6-7)粉塵總體積為 ： (6-8)共一百二十四頁(yè)共一百二十四頁(yè)6.3.3 慣性分級(jí)(fn j)法

33、利用粉塵大小粒子在氣體、液體介質(zhì)中的慣性不同可以對(duì)其分級(jí)，這種分析方法稱為慣性分級(jí)法。采用慣性分級(jí)的儀器有級(jí)連沖擊器、巴柯分級(jí)器和串聯(lián)旋風(fēng)分級(jí)器及空氣動(dòng)力徑自動(dòng)測(cè)定儀。1. 級(jí)連沖擊器 級(jí)連沖擊器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，并可同時(shí)測(cè)定粉塵濃度和粒徑分布，因而得到廣泛應(yīng)用。圖6-15是級(jí)連沖擊器工作原理圖。含塵氣流從圓形或條縫形噴嘴高速噴出，形成射流，直接沖向設(shè)于前方的沖擊板上。沖量較大的塵粒偏離氣流撞擊在沖擊板上，由于粘性力、靜電力和范德瓦爾力的作用而粘附、沉積于沖擊板上；而沖量較小的粉塵則隨氣流進(jìn)入到下一級(jí)。若把幾個(gè)噴嘴依次串聯(lián)，并逐漸減小噴嘴直徑、氣流速度將會(huì)逐級(jí)升高，從氣流中分離出來(lái)的粉塵粒子也逐

34、級(jí)減小。共一百二十四頁(yè)圖6-15 級(jí)聯(lián)沖擊器工作原理圖1-噴嘴(pnzu),2-沖擊板,3-外殼,4-濾網(wǎng),5-粒子,6-第一段,7-第二段,8-第n段,9-終過(guò)濾段共一百二十四頁(yè)級(jí)聯(lián)沖擊器的慣性沖擊性能用慣性碰撞參數(shù) 或斯托克斯數(shù) 來(lái)表征。斯托克斯數(shù)的物理意義是：塵粒穿過(guò)靜止介質(zhì)所通過(guò)的最大距離與特征長(zhǎng)度的比值： (6-10)式中： 粒子密度(md), ； 氣流噴出噴嘴流速, ； 滑動(dòng)修正系數(shù)； 粒子粒徑, ； 氣體的粘滯系數(shù), ； 噴嘴直徑或?qū)挾? 。慣性碰撞系數(shù) 為斯托克斯數(shù) 的兩倍，它們的物理意義相同。共一百二十四頁(yè)當(dāng)雷諾數(shù) 在5003000范圍內(nèi)，收集效率 是慣性碰撞系數(shù) 的單值函數(shù)

35、。把收集效率 等于50%的粉塵粒子的粒徑稱作有效分割粒徑 ，它所對(duì)應(yīng)(duyng)的慣性系數(shù)為 ，斯托克斯數(shù)為 。當(dāng) 數(shù)在100-3000變化時(shí)， 基本為一定值。對(duì)于沖擊器的各級(jí)有效分割粒徑 ,可用下式計(jì)算： (6-11)其中每一級(jí)的氣流出口流速 為： (6-12)式中： 氣體總流量, ； 第 級(jí)的噴嘴個(gè)數(shù)； 第 級(jí)的噴嘴直徑或?qū)挾? 。共一百二十四頁(yè)考慮每級(jí)壓差的影響，各級(jí)的有效分割粒徑 應(yīng)采用下式計(jì)算： (6-13)式中： 第 級(jí)噴嘴的絕對(duì)壓力, ； 煙刀或管道內(nèi)氣體(qt)絕對(duì)壓力, 。對(duì)于條縫形噴嘴級(jí)聯(lián)沖擊器： (6-14 ) 式中： 條縫噴嘴寬度, ； 條縫噴嘴總長(zhǎng)度, 。共一百二十

36、四頁(yè)對(duì)于小粒子尚需作滑動(dòng)修正，滑動(dòng)修正系數(shù)(xsh) 是粉塵粒徑 的函數(shù)： (6-15)式中： 氣體分子(fnz)的平均自由程, 。如能查出對(duì)應(yīng)粒徑的滑動(dòng)修正系數(shù)值，可直接代入式(6-13)或(6-14)中求出有效分割粒徑 值；如果查不到對(duì)應(yīng)粒徑的滑動(dòng)修正系數(shù)，可先令 =1，按式(6-13)或式(6-14)求出 ,并代入(6-15)中解出 值，再代入式(6-13)或(6-14)中計(jì)算 值，重復(fù)上述過(guò)程迭代計(jì)算，直到 為一常數(shù)為止。共一百二十四頁(yè)沖擊器每一級(jí)噴嘴的壓力 用下式計(jì)算(j sun)： (6-16)式中： 沖擊器的總壓降阻力, ； 第級(jí)的壓降百分?jǐn)?shù)。級(jí)聯(lián)沖擊器的 (6-17)式中： 沖

37、擊器的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； 氣體平均摩爾質(zhì)量, ； 氣體平均密度, 。共一百二十四頁(yè)圖6-16和圖6-17分別(fnbi)為單孔圓噴嘴級(jí)聯(lián)沖擊器(A沖擊器)和多孔圓噴嘴級(jí)聯(lián)沖擊器( 型沖擊器)的結(jié)構(gòu)圖。圖6-16 A沖擊器1-單孔噴嘴,2-過(guò)濾器,3-頂蓋4-接管(jigun),5-螺栓,6-外殼,7-沖擊板,8-進(jìn)氣口,9-采樣嘴圖6-17 Andersen 型沖擊器1-連接管,2-入口,3-芯段,4-板夾,5-后置過(guò)濾器,6-玻璃纖維集塵片,7-分隔環(huán),8-分級(jí)噴嘴(共9級(jí)) 共一百二十四頁(yè)2. 巴柯分級(jí)器 巴柯分級(jí)器利用慣性離心力使粉塵粒子分離而進(jìn)行分級(jí)，圖6-18為國(guó)產(chǎn)型巴柯分級(jí)器式意圖。該儀器

38、由試料容器、旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)和電機(jī)等部分組成。用于測(cè)定的粉塵由帶振動(dòng)器的加料漏斗1通過(guò)中央小孔2進(jìn)入到旋盤(pán)上。電機(jī)帶動(dòng)旋盤(pán)旋轉(zhuǎn)，再離心力作用下，粉塵經(jīng)環(huán)縫落入分級(jí)室3(參閱圖6-19)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輻射葉片旋轉(zhuǎn)，使氣流從儀器下部環(huán)縫6吸入，經(jīng)節(jié)流片8，整流器9，分級(jí)室3從上部邊緣排出。分級(jí)室高度很小，粉塵在此處受到由中心(zhngxn)向周圍的慣性離心力，同時(shí)又受到由周圍向中心(zhngxn)的氣流阻力。因粉塵的大小、形狀及密度不同，粉塵所受的作用力大小方向也不同。當(dāng)粉塵的離心力大于空氣阻力時(shí)，粉塵落到收塵室4中成為篩上物，而離心力小于空氣阻力的塵粒則被吹出成為篩下物，其中部分粉塵沉降到外圈的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)5

39、上。共一百二十四頁(yè)圖6-19 塵粒在分級(jí)(fn j)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)示意圖1-未分級(jí)塵樣,2-粗粒子,3-細(xì)粒子4-氣流,5-含塵氣流共一百二十四頁(yè)圖6-18 巴柯分級(jí)器1-加塵漏斗,2-小孔,3-分級(jí)室,4-收塵室,5-外旋轉(zhuǎn)圓盤(pán),6-環(huán)縫,7-螺母,8-節(jié)流(ji li)片,9-整流器,10-風(fēng)機(jī)葉片共一百二十四頁(yè)環(huán)縫6的寬度由螺母7的位置決定。利用節(jié)流片8可調(diào)整螺母7的位置，從而調(diào)整進(jìn)入儀氣的空氣量。該儀器配有一套節(jié)流片，由大到小逐級(jí)更換節(jié)流片，進(jìn)入的空氣量就由小到大逐級(jí)變化，從而逐級(jí)將粉塵吹去。工作開(kāi)始(kish)時(shí)采用最大節(jié)流片，環(huán)縫6減至最小，進(jìn)入儀器風(fēng)量最小。經(jīng)加塵漏斗將一定量粉塵全部加

40、完后，將落于收塵室4中的粉塵仔細(xì)掃下稱量，并作為第二次測(cè)量的原始粉塵，更換節(jié)流片，重復(fù)上述步驟，直到分級(jí)完畢。共一百二十四頁(yè)巴柯分級(jí)器的分割粒徑 可以根據(jù)粉塵所受離心力和空氣阻力的平衡來(lái)求。在 區(qū)范圍，可以寫(xiě)出： (6-18) (6-19)式中： 分級(jí)室半徑, ； 粉塵在分級(jí)室的切線(qixin)速度, ； 空氣的匯流速度, ； 可由進(jìn)入的空氣量求得： (6-20)式中： 空氣流量, ； 分級(jí)室高度, 。共一百二十四頁(yè)將式(6-20)代入式(6-19)，經(jīng)整理得： (6-21)由于對(duì)這種儀器不能準(zhǔn)確測(cè)出粉塵的切線速度 及空氣量 ，因而由式(6-21)不能計(jì)算出各級(jí)分割(fng)粒徑。實(shí)際應(yīng)用中

41、需要通過(guò)改變空氣量 對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。儀器出廠前按 進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng) 時(shí)，實(shí)際的分割粒徑 為： (6-22)式中： 密度為 時(shí)的分割粒徑, ； 測(cè)定粉塵的真密度, 。共一百二十四頁(yè)巴柯離心分級(jí)器操作方便，粉塵運(yùn)動(dòng)接近于旋風(fēng)除塵器的工作狀況，因而在工業(yè)中應(yīng)用較廣。美國(guó)機(jī)械(jxi)工程師協(xié)會(huì)( )的粉塵性能測(cè)試規(guī)范( )推薦本方法作為粉塵粒徑測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。其缺點(diǎn)在于對(duì)微細(xì)粉塵(8 以下)測(cè)值偏低，對(duì)于吸濕性強(qiáng)、粘性大的粉塵不易分散。3. 串聯(lián)旋風(fēng)分級(jí)器旋風(fēng)除塵器是利用氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用在粉塵粒子上的慣性離心力將粉塵從氣流中捕集下來(lái)的?？s小旋風(fēng)器尺寸可以明顯提高除塵效率、減小除塵器的分割粒徑 。采用不同

42、大小的旋風(fēng)器串聯(lián)，由于每個(gè)旋風(fēng)器有著互不相同的分割粒徑，這樣，就可以將粉塵分級(jí)。圖6-20為五級(jí)串聯(lián)旋風(fēng)分級(jí)器。共一百二十四頁(yè)旋風(fēng)器的捕塵效率與很多因素有關(guān)，其中主要取決于進(jìn)入旋風(fēng)器的氣流量(liling)及本身的主要尺寸。小旋風(fēng)氣的捕塵機(jī)理與旋風(fēng)除塵器不盡相同，其精確理論尚未充分研究。通過(guò)試驗(yàn)得知，大多數(shù)旋風(fēng)器的性能滿足下列方程： (6-23)式中： 采樣流量； 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。圖6-20 五級(jí)串聯(lián)(chunlin)旋風(fēng)分級(jí)器共一百二十四頁(yè) 、 對(duì)于各個(gè)旋風(fēng)器都不相同，它們均由實(shí)驗(yàn)確定， 的變化范圍為6.1745.91,而 為-0.636-2.13。旋風(fēng)器的分割粒徑 還與氣體的溫度(粘度)有關(guān)，其

43、關(guān)系為線性，但對(duì)不同尺寸的旋風(fēng)器和不同流量，其斜率不同。串聯(lián)(chunlin)旋風(fēng)采樣器適用的粉塵濃度范圍、流量范圍廣，耐高溫。缺點(diǎn)是劃分的級(jí)數(shù)較少，體積較大，需要大采樣口才能進(jìn)行管內(nèi)采樣。共一百二十四頁(yè)4.液體介質(zhì)沉降法利用粒徑大小不同的粉塵在液體介質(zhì)中沉降速度不同的原理，可以測(cè)量(cling)粉塵的粒徑分布。粉塵在液體介質(zhì)中受重力作用而沉降，如忽略粉塵下降的加速過(guò)程，則其沉降速度 為： (6-24)式中： 、 分別為塵粒和液體的密度, ； 液體介質(zhì)的粘滯系數(shù), 。共一百二十四頁(yè)若已知液體(yt)的性質(zhì)及塵粒密度 ，只要計(jì)算出沉降速度 ，即可求得塵粒粒徑 ： (6-25)對(duì)于所需測(cè)定的粒徑

44、，其沉降時(shí)間 ： (6-26)式中： 沉降高度。根據(jù)粉塵在液體中的沉降原理，可用不同方法進(jìn)行粉塵粒徑分布測(cè)定。共一百二十四頁(yè)1) 移液管法 圖6-21 塵粒在液體中沉降情況塵粒在液體中的沉降情況，可用圖6-21說(shuō)明(shumng)。起始狀態(tài)下粉塵顆粒均勻分布于整個(gè)液體中如圖6-21(a)。 秒后，直徑 為的塵粒已全部降至 高度以下，懸浮液狀態(tài)由圖6-21(a)變?yōu)閳D6-21(b)。同樣在 、 秒后，直徑為 、 的粒子全部降至 以下即達(dá)到狀態(tài)圖6-21(c)、(d)。所需時(shí)間 、 和 均可由式(6-26)計(jì)算出來(lái)。共一百二十四頁(yè)在時(shí)刻 ， 深處抽取一定量懸浮液，其內(nèi)已無(wú)直徑大于 的塵粒。若在 深

45、處，起始時(shí)粉塵濃度為 ,時(shí)粉塵濃度為 ，則粉塵粒徑小于的篩下累計(jì)百分?jǐn)?shù) 為： (6-27)依照同樣方法可求出粉塵粒徑小于 、 的篩下累計(jì)百分?jǐn)?shù) 、 。安德遜移液管是一般常用移液管，如圖6-22所示。圖6-23為中國(guó)(zhn u)醫(yī)科院研制的三管移液管，其內(nèi)裝有三支長(zhǎng)度不同的移液毛細(xì)管，根據(jù)粒徑大小不同，選用不同長(zhǎng)度的移液毛細(xì)管，于是可以縮短測(cè)定時(shí)間。共一百二十四頁(yè)2) 沉降天平法圖6-24為沉降天平原理圖。該儀器自動(dòng)記錄稱量沉降的粒子量，并繪出曲線。不同粒徑的粉塵在均勻分布的懸濁液中，以本身的沉降速度沉降在天平盤(pán)上，天平連續(xù)(linx)累積稱出由一定高度 的懸濁液中沉降到天平盤(pán)上的粉塵量。沉降

46、到天平盤(pán)上的粉塵量 是時(shí)間 的函數(shù)，它是兩部分質(zhì)量之和。若令無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沉降到天平盤(pán)上的質(zhì)量為 ，粉塵的沉降速度為 ，最大、最小粒徑為 、 ，則第一部分為從 到 時(shí)間內(nèi)，粒徑 到 的所有沉降粒子，第二部分為粒徑范圍 到 的粉塵沉降量。即： (6-28)共一百二十四頁(yè)圖6-22 安德遜移液管1-球形漏斗(ludu),2-吸液毛細(xì)管,3-磨口管瓶,4-橡膠管,5-注射器圖6-23 三管移液管1-吸液毛細(xì)管3-600cc刻度(kd)線,4-吸量管圖6-24 沉降天平原理圖1-沉降筒,2-沉降筒內(nèi)壁,3、4-短管,5-天平盤(pán),6-金屬桿,7-吊環(huán),8-天平架,9-鏡面,10-聚光器,11-光源(6V1

47、5W燈泡),12-光柵,13-光電管,14-電流放大器,15-步進(jìn)電機(jī),16-制動(dòng)圓盤(pán),17-杠桿,18-金屬桿,19-記錄紙,20-拉線共一百二十四頁(yè)上式對(duì)時(shí)間(shjin)取導(dǎo)數(shù)：將式(6-30)代入式(6-28)中得：式中： 時(shí)間(shjin) 內(nèi)粉塵粒徑大于 的篩上累計(jì)百分?jǐn)?shù) (6-29)(6-30)(6-31)或共一百二十四頁(yè)式(6-31)表明，在 時(shí)間內(nèi)，所有沉降下來(lái)的大于 的粉塵量 可由總沉降粉塵量 減去時(shí)間 與該沉降曲線斜率的乘積。測(cè)定中，得出的往往是 曲線，故可用圖解法求出值。沉降天平法理論上測(cè)定的粒徑范圍為0.260 。但由于(yuy)布朗運(yùn)動(dòng)，小于1 的微粒不可能測(cè)準(zhǔn)。3

48、) 消光法當(dāng)光線通過(guò)合塵懸濁介質(zhì)時(shí)，由于塵粒對(duì)光的吸收、散射等作用，光的強(qiáng)度會(huì)衰減。當(dāng)懸濁介質(zhì)中粉塵具有不同大小的粒徑時(shí)，光強(qiáng)度由 變化為 - ，衰減公式為： (6-32)共一百二十四頁(yè)式中： 與粉塵形狀有關(guān)的系數(shù)； 粉塵濃度(nngd)； 介質(zhì)厚度； 消光系數(shù)； 單位體積內(nèi)直徑為 的塵粒數(shù)。在粒徑為 到 的范圍內(nèi)有：當(dāng)?shù)降拈g隔很小時(shí)，光強(qiáng)的變化為西 ： (6-33)共一百二十四頁(yè)在粒徑變化范圍很小時(shí)(xiosh)，可得出由 到 的塵粒質(zhì)量 與光強(qiáng)度 變化的關(guān)系： (6-34)在粒徑0 范圍內(nèi)的質(zhì)量百分比 (%)為： (6-35)實(shí)際上可認(rèn)為消光系數(shù) 為常數(shù)，上式可寫(xiě)為： (6-36 )共一百

49、二十四頁(yè)測(cè)出各粒徑區(qū)間的光強(qiáng)變化 ，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算就可以(ky)得到粉塵的粒徑分布。消光法粒徑測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)主要由以下部分組成(見(jiàn)圖6-25)。燈 射出的光線經(jīng)濾光器 ，通過(guò)可變光柵 和棱鏡 ，形成近似于平行的光束。該光束通過(guò)狹縫 ；照射在被測(cè)的沉降槽 上。通過(guò)沉降槽的光線再經(jīng)條縫 照射到光電管 上。光電管輸出的電流在測(cè)定儀 (微安表和電位差計(jì))上顯示。圖6-25 消光(xio un)法粒徑測(cè)定儀共一百二十四頁(yè)6.4 粉塵濃度檢測(cè)為了評(píng)價(jià)工作場(chǎng)所粉塵對(duì)工人健康的危害狀況、研究改善防塵技術(shù)措施、評(píng)價(jià)除塵器性能、檢驗(yàn)排放粉塵濃度和排放量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以及保護(hù)機(jī)電設(shè)備、防止粉塵爆炸均需對(duì)粉塵濃度

50、進(jìn)行測(cè)定。粉塵濃度的測(cè)定包括作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度測(cè)定，作業(yè)者個(gè)人暴露濃度測(cè)定及通風(fēng)巷道(包括管道、煙道)中粉塵濃度測(cè)定。在對(duì)作業(yè)場(chǎng)所濃度和作業(yè)者個(gè)人暴露濃度測(cè)定中，為了確切(quqi)地了解粉塵濃度和塵肺病發(fā)病的關(guān)系，一些國(guó)家同時(shí)采用了總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度以評(píng)價(jià)作業(yè)場(chǎng)所粉塵的危害狀況。我國(guó)也正在進(jìn)行這方面的工作。當(dāng)前國(guó)際上已有用呼吸性粉塵代替總粉塵的趨勢(shì)共一百二十四頁(yè)6.4.1 作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度檢測(cè)作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度檢測(cè)是為了了解作業(yè)場(chǎng)所粉塵的平均濃度和不同位置的粉塵濃度。采樣點(diǎn)要考慮塵源的時(shí)間和空間擴(kuò)散規(guī)律，根據(jù)(gnj)工藝流程和操作方法確定采樣點(diǎn)，應(yīng)能代表粉塵對(duì)人體健康的實(shí)際危害狀況。測(cè)

51、定時(shí)通常采集呼吸帶水平的粉塵。1.濾膜測(cè)塵 濾膜測(cè)塵是作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度測(cè)定的常用方法。由于這種方法操作簡(jiǎn)單、精度高、費(fèi)用低而得到廣泛使用。其測(cè)試系統(tǒng)如圖6-26所示。該系統(tǒng)由濾膜采樣頭、流量計(jì)和調(diào)節(jié)裝置及抽氣泵等組成。測(cè)定時(shí)，抽取一定體積的含塵空氣，其中粉塵被阻留在已知質(zhì)量的濾膜上。由取樣后濾膜的增量，求出空氣中粉塵濃度 ： (6-37)式中： 、 采樣前、后的濾膜質(zhì)量, ； 采樣時(shí)間，min； 采樣(ci yn)流量，共一百二十四頁(yè)濾膜測(cè)塵需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)(xinchng)采樣和濾膜稱重等步驟，不能立即獲得結(jié)果。近年來(lái)根據(jù)粉塵的某些特性研制了多種快速測(cè)塵儀。2. 射線測(cè)塵儀 當(dāng)?shù)湍?射線( 或 等

52、)穿過(guò)厚度為 的粉塵層時(shí)，射線的強(qiáng)度被減弱，并服從于指數(shù)衰減規(guī)律： (6-38)式中： 、 射線穿過(guò)粉塵層前后的強(qiáng)度； 粉塵的線性吸收系數(shù), ； 粉塵質(zhì)量吸收系數(shù), , ； 粉塵的密度, ； 粉塵的質(zhì)量厚度, , 。共一百二十四頁(yè)上式中，線性吸收系數(shù) 不僅與射線粒子本身有關(guān)，而且(r qi)還與被穿過(guò)的物質(zhì)的原子序數(shù) 有關(guān)，且隨原子序數(shù)增大而上升。一般原子序數(shù)大的物質(zhì)也就是密度大的物質(zhì)，其線性吸收系數(shù)也大。但質(zhì)量吸收系數(shù) 幾乎與穿過(guò)的物質(zhì)化學(xué)成分無(wú)關(guān)。因此，應(yīng)用式(6-38)研究射線強(qiáng)度的衰減時(shí)，可以不考慮通過(guò)粉塵的化學(xué)成分，只須研究與質(zhì)量厚度 的關(guān)系。式(6-38)可寫(xiě)成： (6-39)當(dāng)抽

53、氣量為( )時(shí)，在采樣面積( )上采集的粉塵量為( )，則工作區(qū)的粉塵濃度為： (6-40)將式(6-39)代入上式，得： (6-41)共一百二十四頁(yè)粉塵對(duì)射線的吸收，僅與其質(zhì)量厚度有關(guān)，而與粉塵的化學(xué)、物理特性(分散度、形狀、密度、顏色、光澤、種類等)無(wú)關(guān)。因此，從原理上說(shuō)，不需要針對(duì)不同性質(zhì)的粉塵進(jìn)行單獨(dú)的標(biāo)定，可使儀器的標(biāo)定及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定工作大為簡(jiǎn)化。射線測(cè)塵儀(見(jiàn)圖6-27)可用于作業(yè)場(chǎng)所粉塵的連續(xù)和快速測(cè)定，其測(cè)量范圍較廣、精度及靈敏度均能滿足測(cè)塵的一般要求(yoqi)、方法簡(jiǎn)便。但對(duì)于含鉛等重金屬元素的粉塵，測(cè)量結(jié)果受粉塵成分影響較大。另外，本方法不適于測(cè)量放射性物質(zhì)的粉塵。3. 壓電

54、晶體測(cè)塵儀 壓電晶體測(cè)塵儀是將粉塵采集到石英諧振器的電極表面上，利用石英振蕩頻率隨粉塵量而變化的原理進(jìn)行測(cè)量的。共一百二十四頁(yè)圖6-27 射線測(cè)塵儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-泵,2-探測(cè)器,3-放射源,4-可移動(dòng)濾膜,5-信號(hào)處理及控制(kngzh)線路,6-顯示器共一百二十四頁(yè)3. 壓電晶體測(cè)塵儀 壓電晶體測(cè)塵儀是將粉塵采集到石英諧振器的電極表面上，利用石英振蕩頻率(pnl)隨粉塵量而變化的原理進(jìn)行測(cè)量的。由壓電石英晶體制成的諧振器其固有諧振頻率依賴于晶體表面附著物的多少，其頻率的 變化與晶體表面附著粉塵量 ( )的關(guān)系呈線性： (6-42)或?qū)懗桑?(6-43)式中： 石英晶體固有頻率, ； 石英晶體密

55、度, ； 石英晶體頻率常數(shù), ； 電極表面積, 。共一百二十四頁(yè)粉塵濃度 可表示為： (6-44) 式中： 采樣體積，m3。將式(6-43)代入式(6-44)得： (6-45)式中： 。將粉塵收集于晶體電極表面可用兩種方法：一是用靜電采樣器，二是用慣性(gunxng)沖擊原理。共一百二十四頁(yè)圖6-28為型壓電晶體快速測(cè)塵儀原理圖。被測(cè)空氣(kngq)進(jìn)入由電暈放電針和諧振器電極表面組成的點(diǎn)面式靜電采樣器，將塵粒收集在電極表面上，收集效率可達(dá)98%以上。晶體頻率的變化由頻率計(jì)電路檢測(cè)。圖6-28 壓電晶體(jngt)測(cè)塵儀原理圖1-放電針,2-金屬電極,3-石英晶體,4-直流高壓發(fā)生器,5-壓電

56、諧振電路,6-頻率檢測(cè)電路圖6-29 光散射測(cè)塵儀1-被測(cè)空氣,2-風(fēng)扇,3-散射光發(fā)生區(qū)4-光源,5-暗箱,6-光束,7-光電倍增管共一百二十四頁(yè)4.光散射測(cè)塵儀 光散射測(cè)塵儀是利用塵粒對(duì)光的散射，光電器件變散射光為電信號(hào)以測(cè)量懸浮粉塵濃度，其原理如圖6-29所示。被測(cè)的含塵空氣由抽氣泵吸入儀器，當(dāng)氣流通過(guò)塵粒測(cè)量區(qū)域時(shí)，平行光束被塵粒散射，出現(xiàn)(chxin)不同方向(或某一方向)的散射光，由光電倍增管接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。如果光學(xué)系和塵粒系一定，并且僅考慮散射作用，則散射光的強(qiáng)度 正比于粉塵濃度 ，即： (6-46)由于塵粒所產(chǎn)生的散射光強(qiáng)弱與塵粒的大小、形狀、比重、粒度分布、光折射率、吸收

57、率等密切相關(guān)，因而根據(jù)所測(cè)得的散射光強(qiáng)度從理論上推算粉塵的濃度比較困難，所以這種儀器實(shí)際上是在作業(yè)工況下標(biāo)定，以確定散射光的強(qiáng)度和粉塵濃度的關(guān)系。光散射測(cè)塵儀操作簡(jiǎn)便，可給出短時(shí)間間隔的平均粉塵濃度，可用于現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度變化的監(jiān)測(cè)。其缺點(diǎn)是對(duì)不同的粉塵測(cè)定對(duì)象需進(jìn)行不同的標(biāo)定。共一百二十四頁(yè)6.4.2 作業(yè)者個(gè)體接觸粉塵濃度檢測(cè)個(gè)體測(cè)塵技術(shù)是國(guó)際上20世紀(jì)60年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的評(píng)價(jià)作業(yè)場(chǎng)所粉塵對(duì)工人身體危害程度的一種測(cè)定方法。由佩帶在工人身上的個(gè)體采樣器連續(xù)在呼吸帶抽取一定體積的含塵氣體，測(cè)定工人一個(gè)工作班的接觸粉塵濃度或呼吸性粉塵濃度。個(gè)體采樣器若測(cè)定個(gè)人接觸濃度，所采集的應(yīng)為工人呼吸區(qū)域內(nèi)的

58、總粉塵粒子；若測(cè)定呼吸性粉塵濃度，所捕集的應(yīng)為進(jìn)入到人體肺部的粒子。目前國(guó)際上普遍采用的呼吸性粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)有 和 兩種，因此在測(cè)定呼吸性粉塵濃度時(shí)，個(gè)體采樣器必須帶有符合上述要求的采樣器入口及分粒裝置。個(gè)體采樣器主要由采樣頭、采樣泵、濾膜等組成。采樣頭是個(gè)體采樣器收集(shuj)粉塵的裝置，主要由入口、分粒裝置(測(cè)定呼吸性粉塵時(shí)用)、過(guò)濾器三部分組成。采樣器入口將呼吸帶內(nèi)滿足總粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的粒子有代表性地采集下來(lái)。分粒裝置將采集的粒子中非呼吸性粉塵阻留。其余部分，即呼吸性粉塵由過(guò)濾器全部捕集下來(lái)。分粒裝置主要再以下型式：共一百二十四頁(yè)1.旋風(fēng)分離器，如圖6-30所示。含塵氣流由入口圓筒，變?yōu)樾?/p>

59、轉(zhuǎn)氣流。在離心力作用下，大顆粒被拋向管壁而落入大粒子收集器。氣流繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)至收縮錐部挾帶小粒子沿旋流(xun li)核心上升，這些小粒子最終被濾膜捕集。改變?nèi)肟跉饬魉俣?，可分離不同粒徑的粒子。2.沖擊式分離器，如圖6-31所示。氣體由噴孔高速噴出，在沖擊板上方氣流彎曲，大粒子由于慣性而脫離流線被沖擊板捕集，而小粒子則隨氣流運(yùn)動(dòng)，最終被濾膜捕集。采樣頭必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定及檢驗(yàn)，它包括使用目前國(guó)際上普遍應(yīng)用的單分散標(biāo)準(zhǔn)粒子對(duì)其分粒裝置進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)采樣器入口效率以及測(cè)量一致性等進(jìn)行檢驗(yàn)。共一百二十四頁(yè)圖6-30 旋風(fēng)分離器1-氣體(qt)出口,2-濾膜,3-氣體入口,4-氣流線,5-大粒子接

60、收器圖6-31 沖擊式分離器1-噴嘴,2-捕集板,3-氣流流線,4-被捕(bi b)集的粒子軌跡,5-不能捕集的小粒子軌跡共一百二十四頁(yè)接觸的粉塵濃度 按下式計(jì)算： (6-47)式中： 粉塵增重(zn zhn)，為分粒裝置內(nèi)與濾膜上粉塵量之和, ； 平均采樣流量, ； 采樣時(shí)間,min。如計(jì)算呼吸性粉塵濃度，只須將濾膜上粉塵量作為值代人上式即可。共一百二十四頁(yè)6.4.3 管道粉塵濃度檢測(cè)管道測(cè)塵通常是指一般含塵管道和煙道兩種類型粉塵濃度和排放量的測(cè)定。車間一般含塵管道排出的塵粒，大多是由機(jī)械破碎、篩選、包裝和物料輸送等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的，氣體介質(zhì)成分穩(wěn)定，氣體的溫度也不高。而從煙道排放的塵粒，大