• Оценка пожарной опасности аппаратов с горючими пылями и меры профилактики

Согласно ГОСТ 12.1.044-89 пыли – диспергированные твёрдые вещества и материалы с размером частиц меньше 850мкм.

В п.1.4. данного ГОСТа представлена номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывопасности веществ и материалов, указаны необходимые показатели пожаровзрывопасности веществ и материалов, находящихся в различных агрегатных состояниях.

Чтобы оценить пожаровзрывоопасные свойства пыли необходимо знать следующие основные показатели:

1. группа горючести,

2. температура воспламенения,

3. температура самовоспламенения,

4. концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения),

5. температура тления,

6. условия теплового самовозгорания,

7. минимальная энергия зажигания,

8. максимальное давление взрыва,

9. скорость нарастания давления взрыва.

Далее согласно п.1.5. – число показателей, необходимых и достаточных для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов в условиях производства и т.д. определяет разработчик системы обеспечения пожаровзрывобезопасности объекта и т.д.

На предыдущем занятии мы познакомились с пожароопасными свойствами пыли и сущностью процесса горения пылей с воздухом.

Мы уже знаем с вами, что горючая пыль может находиться в двух состояниях:

- аэровзвесь (во взвешенном состоянии в объёме воздуха);

- аэрогель.

Аэровзвесь способна взрываться. Пожарная опасность аэрогеля определяется:

- лёгкостью поджигания.

- способностью самовозгораться.

- способностью скапливаться в больших количествах и переходить во взвешенное состояние.

Многие технологические процессы связаны с получением или выделением в качестве побочного продукта пылевидных материалов.

Пылевидным материалом может быть и сырье, используемое для технологического процесса. Так, в порошковой металлургии используются порошки, в производстве резины используется сажа.

Пылевидные материалы могут быть и вспомогательным технологическим материалом, например, пылевидное топливо.

В производстве муки или сахара, сахарной пудры пылевидные материалы являются промежуточными или конечными продуктами.

Побочными продуктами или отходами производства являются мучная, табачная, древесная пыль.

В зависимости от скорости движения газовой среды в технологическом оборудовании пыль может находиться во взвешенном (аэрозоль) состоянии или в осевшем (аэрогель) состоянии.

Пожарная опасность оборудования в этом случае зависит от состояния пыли: осевшая пыль может тлеть и гореть; взвешенная пыль может образовывать с воздухом взрывоопасные концентрации.

Для пожарной профилактики важно знать условия перехода пыли из одного состояния в другое.

Этот переход определяется скоростью осаждения твердой частицы, то есть минимальной скоростью газовой среды, при которой твердая частичка с определенными свойствами начинает оседать.

Взвешенная пыль не будет оседать, а осевшая пыль будет взвихряться, если скорость движения газового потока будет больше скорости осаждения.

Критерием перехода пыли во взвешенное состояние является скорость витания.

Скорость витания – минимальная скорость воздушного потока, воздействующего на частичку пыли, при которой эта частичка пыли не будет оседать.

Силу тяжести определяют по формуле:

, (3.19)

где: - плотность твердого вещества, кг м^-3.

- ускорение свободного падения;

- диаметр частички пыли, м.

Величину подъёмной силы определяют по формуле:

, (3.20)

где: - плотность газа (воздуха), кг м^-3.

Гидравлическое сопротивление:

, (3.21)

- -коэффициент гидравлического сопротивления;

- -скорость воздушного потока, м с^-1;

- -площадь сечения частички пыли по диаметру, м².

Площадь сечения:

, (3.22)

Исходя из условия:

, (3.23)

Получаем формулу для определения скорости витания:

. (3.24)

Условие пожаровзрывобезопасности для аппаратов с горючими пылями имеет следующий вид:

, (3.25)

где: - величина нижнего концентрационного предела

распространения пламени, кг м^-3.

Пыль во взвешенном состоянии (аэровзвесь) в смеси с воздухом представляет большую пожарную опасность.

В диспергированном состоянии вещество приобретает свойства, отличающие его от исходного вещества.

Давайте снова вспомним, какие свойства взвешенной пыли (аэровзвеси) являются наиболее важными.

Из свойств аэровзвесей (аэрозолей) наиболее важными являются: дисперсность, химическая активность, адсорбционная способность, склонность пыли к электризации.

Дисперсность. Чем больше дисперсность аэровзвеси, тем сильнее развита ее поверхность, тем выше ее химическая активность, ниже температура самовоспламенения и широкий интервал, в котором возможен взрыв (область воспламенения).

Показатель дисперсности не является постоянным и меняется таких факторов, как влажность воздуха и скорость движения воздуха в помещении или аппарате.

Химическая активность пыли определяется природой вещества, из которого она образована и в большей степени зависит от дисперсности. С увеличением дисперсности увеличивается химическая активность пыли.

Адсорбционная способность пыли также повышает ее пожарную опасность.

Склонность пыли к электризации. Пыль заряжается до некоторого потенциала, который зависит от размера поверхности. Следовательно, чем выше дисперсность пыли, тем больше ее электрический заряд.

Исследования показали, что потенциал зарядов при электризации пыли во время ее движения зависит от концентрации, размеров частиц, скорости движения пылевой смеси, влажности атмосферы и др. факторов.

При транспортировке аэровзвеси по трубопроводам потенциал изменяется по сечению трубопровода. Наиболее низкий потенциал наблюдается у стенок трубопровода, а наиболее высокий – на расстоянии 2 см от стенок.

Стабильность аэрозольной системы может повышаться и понижаться в зависимости от того, несут частицы одноименные или разноименные заряды.

Для оценки взрывоопасности смеси взвешенной пыли с воздухом наиболее важное значение имеет нижний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) пыли, так как величина верхнего предела распространения (воспламенения) очень высока и практически редко достижима.

Следовательно, условием наличия взрывоопасной концентрации пыли будет соотношение: φ_д ≥ φ_н, где φ_д.- действительная концентрация пыли в аппарате.

Для некоторых пылей НКПР(В) оказывается труднодостижимым в производственных условиях, а горение их в смеси с воздухом происходит относительно медленно.

Поэтому пыли подразделяют на пожароопасные и взрывоопасные по величине НКПР(В).

Пыли с пределом воспламенения менее 65 г/м³ считаются взрывоопасными, с пределом воспламенения 65 г/м³ и более – пожароопасными.

Этот пограничный показатель НКПР(В) 65 г/м³ определен нормативными документами: ППБ 01-93, ПУЭ, СНиП.

Концентрация пыли не может быть рассчитана только путем измерения концентрации взвешенной пыли.

Ее следует определять по суммарному значению взвешенной и осевшей пыли, учитывая, что осевшая пыль может при определенных условиях перейти во взвешенное состояние.

Большое количество взвешенной пыли образуется при работе машин и агрегатов с механизмами ударного действия. Это дробилки, мельницы, разрыхлители и т.п.

В аппаратах и установках, где действие сопряжено с использованием воздушных потоков или с падением измельченной продукции с высоты, также сопряжено с образованием большого количества пыли во взвешенном состоянии.

К аппаратам и установкам, где используются воздушные потоки, относятся пневматические системы транспортировки, сепараторы и т.п.

К аппаратам и установкам, где происходит падение с высоты, относятся такие, как самотечные трубы, места пересыпания с одного транспортера на другой, узлы загрузки и выгрузки измельченной продукции.

Осевшая пыль скапливается в машинах и аппаратах в застойных участках, тупиках, при дефектах поверхности в местах резкого изменения диаметров и острых сопряжений.

Скоплению осевшей пыли способствует увеличенная влажность воздуха и конденсация влаги на стенках аппаратов и трубопроводов.

Осевшая пыль при переходе во взвешенное состояние (взвихрении) может создать взрывоопасные смеси. Пыль, склонная к самовозгоранию, при взвихрении, может вызвать очаги самовозгорания.

Искры, образующиеся от ударов металлических частиц, попавших в машину, могут вызвать очаги тления, от которых воспламенится и взвешенная пыль. Местная вспышка может вызвать взвихрение пыли в большом объеме и явиться причиной повторного взрыва большой разрушительной силы.

Мероприятия, направленные на снижение пылевыделения и профилактики пожаров (взрывов) в аппаратах с пылевоздушными смесями.

1. Применение наименее пылящих технологий, то есть менее «пылящих» процессов измельчения (вибрационный помол; измельчение с увлажнением; мокрые процессы обработки твердых и волокнистых веществ и материалов).

2. Флегматизация внутреннего объёма аппарата.

Введение негорючих газов внутрь аппаратов в течение всего периода работы либо в наиболее опасные моменты. Например, в период пуска или остановки мельниц. Добавление к горючей пыли минеральных веществ, например, мела.

3. Устройство систем отсосов пыли из машин. Применение местной вентиляции.

4. Использование негорючих газов для пневматической транспортировки наиболее пожаро- и взрывоопасных пылей.

5. Установление оптимальной скорости воздуха или негорючего газа и систематического контроля ее величины при пневматической транспортировке измельченных материалов с целью избежать осаждения пыли.

6. Использование рациональных форм конструкций аппаратов и трубопроводов, обеспечивающее минимальное скопление осевшей пыли: гладко обработанные внутренние поверхности, плавные повороты трубопроводов, плавное сопряжение поверхностей аппаратов, плавные переходы диаметров, уклон конусной части аппаратов не менее 60⁰, а самотечных трубопроводов не менее 45⁰ к горизонту.

7. Использование вибраторов для предотвращения образования пробок пыли в бункерах и трубопроводах.

8. Предохранение стенок аппаратов и трубопроводов от увлажнения. Это можно достигнуть путем размещения аппаратов в отапливаемых помещениях, подогревом среды или аппаратов и устройством теплоизоляции при размещении аппаратов на открытых площадках или в неотапливаемых помещениях.

9. Увлажнение среды, как метод борьбы с накапливанием статического электричества.