自2008年粉尘爆炸泄压指南发布以来,对容器采取泄压措施已经被广泛采用,基本形成粉尘防爆的标准处置方法。但该规范属于推荐标准,其计算方法虽然被GB 15577等强制标准引用,但自身仍缺乏强制性。2015年末,对该指南的修订工作正式立项,经过近10年工作,终于在2024年完成,形成了新版本的《粉尘爆炸泄压规范》。新规范转为强制性标准,并计划于2026年1月正式实施,为粉尘防爆泄压提供了坚实依据。
虽然工作组尽力工作,但难免存在疏漏。本文即提出存在于GB 15605-2024《粉尘爆炸泄压规范》的附录C中的一处错误。标准发布后引起了广泛重视,某企业郑工程师在对标准附录C.9 带有锥体(料斗)的方形布袋除尘器侧面泄压算例进行计算时发现,计算步骤b中,对灰斗体积计算的结果不正确,按标准中提供方法带入数据,应算得结果15.15,而标准中为16.56。
这个问题看似是一处计算错误,但实际上有更深层的原因。新修订泄压规范中,灰斗的计算方法和算例是从欧盟标准EN 14491:2012版本中摘录转译的,可以发现在EN 14491:2012原文(C.8)中也是有这样的错误结果(只是没有展开带入,所以更为隐蔽)。那么这个错误是欧盟标准中的计算失误吗?笔者翻阅了EN 14491:2006版本,发现算例数据和结果与新版本一致,但是在计算灰斗体积时所使用的公式是不同的。
新粉尘泄压规范所使用的公式(式C.1),也就是EN 14491:2012中所使用的公式,是“方锥体积公式”,也称为“棱台”体积公式。而EN 14491:2006中计算方形灰斗所使用的公式是“梯形台”体积公式。在欧盟标准2012版更新时,公式发生了变化而算例数值没有相应更新,因此导致数值对不上。
那么这个公式的变化的原因是什么,究竟用哪个公式更为准确呢?笔者未能在网络搜索到有关EN标准公式变化的讨论,但是在同样针对泄压计算的美国标准NFPA68中,使用的却也是梯形台公式,说明有必要对“棱台”和“梯台”做基本的分析。
棱台是通过棱锥的截取来定义的。棱锥是指一种三维立体,它的特征是底面多边形和一个顶点,多边形的端点到顶点的连线构成“棱”。而棱台是取一个平行于棱锥底面的平面,将棱锥截断、去掉顶部剩下的部分。因此,棱台的各个侧边在空间中延申,最终会汇聚到同一个点(即棱锥的顶点),这一特点决定了棱台的计算公式。
而梯台的定义与棱锥无关,它的描述为:上下两个面均为矩形,四边各自平行,连接各矩形顶点形成的体,即为梯台。延申梯台的4条侧边,并不一定汇聚到1点。
对于除尘器的灰斗来说,并不能保证其形态符合棱台的定义,因此使用梯台体积公式更为准确。从标准中图C.7对方形灰斗计算的说明也可看出,将灰斗分解为多个部分分别计算体积,也符合梯台公式的特点。
可见,在新泄压规范附录C中的错误,实际是从EN 14491:2012中引入的灰斗体积计算公式选用不当的错误。
然而,当除尘灰斗具有如下特征时,灰斗基本符合棱台形态,则可以用棱台体积公式计算其体积:
- 上下面均为圆形或其中之一为圆形。圆形截面,即便是矩形放样得到,也多意味着截面积与高度的线性关系。
- 上下面均为正方形。
关于此错误,工作组已经记录备案,未来可能通过适当方式对标准进行更正。