Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Аэрология горных предприятий. Пыль и ее опасность в промышленности

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
Для опыта обычно берут 100 мг пыли, давление струи кислорода для выбрасывания пыли принимается равным 15 см рт. ст. При проведении опыта с трудновоспламеняемой пылью берется 300 мг пыли, а давление кислородной струи повышается до 20 см рт. ст. В большинстве случаев для ис­следования берутся пробы пыли, высушенной на воздухе и просеянной сквозь сито в 200 отверстий на квадратный дюйм. В тех случаях, когда исследуется пыль иной конси­стенции, делается соответственная оговорка. Пыль выбрасы­вается во взрывную камеру и загорается от соприкосновения с зажигательной трубкой. В показания манометра вводят поправку, обусловленную введением струи кислорода. Для этого из показаний манометра вычитают значение давления, получающееся при направлении струи кислорода в не со­держащий пыль прибор. При определении давления, разви­вающегося при взрыве пыли, всегда берется среднее ариф­метическое его значение, определенное по результатам, как минимум, трех измерений. Полученное таким образом зна­чение давления, получаемого при взрыве пыли, колеблет­ся от дробного числа английских футов (для антрацитной пыли с большим содержанием золы) до двадцати англий­ских футов (для суббитуминозного каменного угля). Значе­ния давления, получаемые при повторных измерениях с ис­пользованием одной и той же пробы, совпадают с точностью до 0,2 фунта для видов пыли, при взрыве которых развива­ется давление в 10…15 английских футов. Таким образом, относительная воспламеняемость различных видов пыли, если судить по значению давления, получаемого при взрыве в этом приборе, подтверждает классификацию Уиллера.
Позднее описанный выше прибор в несколько изменен­ном виде (рис. 5.2) применяли специалисты в области кол­лоидной химии Тростель и Фреверт (L.J. Trostel и H.W. Fre­vert).
Резервуаром для пыли в видоизмененном приборе слу­жит небольшая чашка. Распыление производится направ­ленной вертикально вниз струей воздуха. В боковые стенки
91
камеры вводятся перемещаемые электроды, благодаря чему воспламенение пыли может быть вызвано либо вольтовой дугой, либо искрами тока высокого напряжения. Сравнивая взрывчатость различных видов пыли при воспламенении различными источниками нагревания, Тростель и Фреверт учитывали
[12], помимо развиваемого при взрыве давления,
еще и характер получаемого пламени.
Резиновая пробка
Диаметр 15 см
Медная проволока
5 мм
2 мм
Просвет
0,5 см
2 см
25 см
Резервуар для пыли
Сургуч
Латунная основа
Рис. 5.2. Видоизмененная взрывчатая камера прибора
для определения воспламеняемости взрывчатых пылей
Резиновая прослойка
Медная трубка
В разделе 6 будет показано, что скорость горения пыли определенного вида, а следовательно, и максимальное давле­ние, развивающееся при ее взрыве, могут сильно изменяться в зависимости от таких факторов, как начальная температура воспламенения, количество золы и влаги в пыли, степень ее из­мельчения, а также и степень концентрации пыли в аэрозоле.
92
5.3. Лабораторные исследования
пылевзрывобезопасности более крупного
масштаба
Нельзя не признать, что те специфические условия, какие могут возникнуть на заводе или в копях, могут быть лучше и точнее повторены в ходе опытов, проведенных в более круп­ном масштабе. Скорость и сила взрыва нарастают по мере удаления от точки воспламенения, кроме того, при более масштабном опыте вторичные реакции могут оказать более сильное влияние на конечный результат. Наконец, рассеяние пыли в большом объеме воздуха будет менее равномерным и обусловит более широкий диапазон значений концентрации пыли в воздухе, чем при опытах с малым объемом воздуха.
Горное бюро США пользовалось для своих исследова­ний горизонтальной деревянной опытной галереей длиной 14 футов и поперечным сечением 6 кв. дюймов. Один конец галереи был закрыт, вдоль одной стороны ее расположе­ны на некотором расстоянии одно от другого окошечки для наблюдения. Пыль впрыскивалась в галерею одновремен­но через 14 отверстий, которые были проделаны вдоль дна галереи на расстоянии одного фута одно от другого. Этим достигалось образование однородного пылевого облака на протяжении всей галереи. Возгорание пыли вызывали сжиганием небольшого количества черного пороха у закры­того конца галереи.
Пространство, пройденное пламенем, определялось на­блюдением и подсчетом количества сгоревших комков пи­роксилиновой ваты, которые были размещены по верхней и нижней стенках галереи на расстоянии одного фута один от другого.
С помощью описанного выше прибора удалось выяснить, что некоторые виды пыли, например альфальфа (люцер­на) и лен, по грубости своих частиц не поддающиеся иссле­дованию с использованием лабораторных аппаратов, легко воспламеняемы. Проба картофельного крахмала, не заго-
93
равшаяся в малом аппарате, в галерее дала сильный взрыв. Наиболее сильный взрыв дала серная пыль. Даже смешан­ная с 4 частями по массе нейтральной пыли сланцевой гли­ны, серная пыль обусловливала такое же распространение пламени вдоль галереи, как и стандартный питтсбургский битуминозный каменный уголь.
Галерея характеризовалась тем существенным недо­статком, что пыль быстро оседала, так что концентрация ее быстро изменялась даже в те 1–3 секунды, которые про­текают от момента впуска пыли до ее воспламенения. Опыты со смесями каменноугольной, мучной или крах­мальной пыли с различным количеством пыли глинистых сланцев привели к разным результатам. Сланцевая пыль, по-видимому, оседала быстрее по сравнению с более легки­ми частями смеси, так что гасящее действие сланцевой пыли глины уменьшалось по мере увеличения периода времени от момента вздымания пыли до момента ее воспламенения.
Другая серия опытов была проведена в вертикальной га­лерее, так как предполагалось, что в ней условия опыта бу­дут ближе к существующим на заводах условиям, здесь пыль будет оседать медленнее, так что если бы она и была в нача­ле чрезмерно концентрированной, то в процессе осаждения прошла бы через ту концентрацию, в пределах которой воз­можен взрыв. Построена эта галерея по тому же плану, что и горизонтальная, имеет высоту 10 футов и поперечное сечение 6 кв. дюймов. Пылевое облако создавалось таким же путем, но воспламенение его вызывалось вольтовой дугой или откры­тым пламенем ввиду того, что применение таких источников нагревания более вероятно на заводах и мельницах. При этом были получены результаты, в большей степени согласующи­еся с теоретическими данными, вероятно потому, что, в сред­нем, состав облака оказался более постоянным. В зависимо­сти от характера источника воспламенения одна и та же пыль обнаруживала вполне заметные изменения как в отношении легкости воспламенения, так и силы взрыва. Гасящий эффект инертной пыли также оказался ясно выраженным.
94
5.4. Шахты для опытов
Многочисленные опыты большого масштаба были про­ведены в различных странах, в галереях, построенных из стали или железобетона, по размерам сходных с уголь­ными шахтами. Галереями пользуются преимущественно для исследования причин взрывов пыли и их механизма. На рис. 5.3 показан план опытной шахты, или вернее будет сказать опытного штрека.
600c-0cc
350c-0cc
3c-0cc Галерея
7c-6cc Галерея
150c-0cc
Вентилятор
Рис. 5.3. План шахтной опытной станции в Эскмильсе
6c-0cc
Колено
Заслонки
В Эскмильсе, в Камберленде, такая галерея, длиной 750 футов и диаметром 7 футов 6 дюймов, была построена из стенок старых ланкаширских паровых котлов. Устрой­ство ее представлено на рис. 5.4, взятого с разворота первого издания книги.
Один конец галереи открытый, другой сообщается с вен­тилятором с помощью короткого под прямым углом отхо­дящего от галереи коридора, диаметром 6 футов. В месте соединения вентиляционного коридора с главной галереей имеется заслонка (клапан). Удалением щита, который обык­новенно служит для замыкания галерей, можно открыть ее и со второго конца. Как показано на плане (см. рис. 8), от главной галереи ответвляется другая, более узкая, длиной
95
350 футов и диаметром 3 фута. В галерее устанавливают ин­струменты для измерения давления при взрыве, скорости, с которой это давление развивается, температуры и скорости распространения пламени, а также и состава получающихся газов. Манометр приспособлен к точному измерению давле­ния в пределах от 1 до 250 фунтов.
Рис. 5.4. Отдел горной опытной станции в Эскмильсе
Для получения взрыва на полу галереи и по узким го­ризонтальным полкам, тянущимся по бокам, разбрасыва­ется каменноугольная пыль. С каждой стороны имеется 5 полок в 5 дюймов шириной, отходящих одна от другой на расстоянии 9 дюймов, причем самая нижняя полка отсто­ит от пола на 28 дюймов. Каменноугольная пыль распреде­ляется по возможности равномерно на протяжении 350 фу­тов от открытого конца таким образом, чтобы один фунт пыли приходился приблизительно на один фут галереи, что соответствует 0,4 унциям на 1 куб. фут воздуха. Это количе­ство пыли распределяется по полкам слоем толщиной менее 1/64 дюйма, на полу слой ее немного толще. Затем на рас­стоянии 350 футов от открытого конца, на протяжении ко­торых была рассыпана каменноугольная пыль, помещается
96
открытая с обоих концов стальная труба диаметром 3 дюйма и длиной 10 футов. Она также содержит каменноугольную пыль из расчета 2 англ. фунта на 1 линейный фут. Равным образом разбрасывают каменноугольную пыль и на досках, специально расположенных позади противоположного кон­ца 10-футовой трубы в виде полосы шириной 1 фут и длиной 12 футов.
В галерее устанавливается пушка из ковкого железа, ствол которой имеет длину 2 фута 9 дюймов и диаметр 2 дюй­ма, заряженная 24 унциями пороха. Ствол неплотно запол­нен на протяжении 8 дюймов влажной глиной. Дуло пушки направлено через 10-футовую трубу к открытому концу га­лереи. При выстреле, вызванном электрическим разрядом, из открытого конца 10-футовой трубы выбрасывается густое облако горящей пыли, объем которого достаточен для за­полнения всего просвета галереи, имеющей диаметр 7 футов 6 дюймов.
От сотрясения и от продвижения получившегося обла­ка горящей пыли, лежащая на выступах и на полу галереи пыль вздымается в воздух и загорается. Таким образом, огонь постепенно распространяется вдоль всей большой га­лереи (длиной 350 футов), по которой была разбросана пыль, и при наличии известных условий происходит довольно мощный взрыв. Красное пламя горящей пыли выбрасыва­ется из отверстия этой галереи на расстояние 200 футов, за ним следуют густые клубы дыма, причем подпорки и всевоз­можные обломки выбрасываются с силой на расстояние свы­ше ¼ мили (0,4 км).
С помощью пяти специально сконструированных маноме­тров, установленных на расстоянии 50, 100, 150, 200 и 250 фу­тов от отверстия галереи, удается следить за прохождением взрыва и его усилением. На рис. 5.5 приведены кривые изме­нения давления (в английских фунтах на кв. дюйм) от време­ни (в сотых долях секунды) в пунктах установки манометров, полученные при взрыве, при распределении пыли вдоль гале­реи на протяжении 500 футов от ее открытого конца.
97
10
0
10 20 30 40 50 60 70
10
0
10
0
10
0
10
0
Давление в английских футах на кв. дюйм
Единица времени,
1/100 сек
К вентилятору
20
10
20
10
20
10
20
10
40
30
40
30
40
30
40
30
T
воспл
60
50
60
50
60
50
60
50
Направление взрыва
500c
No. 1 2 3 4 5
A
80
70
80
70
80
70 80 90 100 110 120
70 80 90 100 110 120 130
R
No. 1
100
90
No. 2
90
100
No. 3
100
90
No. 4
No. 5
Открытый конец
110
110
110
120
120
120
130
130
130
130
Рис. 5.5. Кривые изменений давления за равные
промежутки времени
Кривые показывают, что по истечении 20,8 сотых секун­ды от момента возгорания на манометре № 1 отмечено по­вышение давления. Это повышение вызвано образовавшей­ся при выстреле сотрясающей волной, которая достигает отстоящего на расстоянии 200 футов манометра № 5 через 16,4 сотых секунды. Следовательно, скорость распростра­нения волны равна 1200 футов в секунду (365 м/с). Эффект сотрясающей волны продолжается в течение 81 сотой секун­ды. Таким образом, только справа от линии AB кривые от­ражают обусловленные взрывом угольной пыли изменения давления. Наиболее высокое давление было отмечено на ма­нометре № 5, причем кривая показывает, что в этой точке особенно быстро идет повышение давления – за 0,006 секунд давление повысилось на целых (!) 6 английских фунтов. Это внезапное повышение давления указывает на то, что по ис­течении первых 1,05 секунд первая стадия взрыва была уже почти закончена, в более длинной галерее за этой фазой по­следовало бы образование взрывной волны.
Следует отметить, что максимальное давление развилось в пункте установки манометра № 5 раньше, чем в пункте
98
установки манометра № 1, следо­вательно, момент развития мак­симального давления в той или иной точке не соответствует мо­менту прохождения пламени че­рез нее. Очевидно, что волна дав­ления распространяется к точке воспламенения в направлении, противоположном тому, в кото­ром распространяется пламя.
Сопоставляя для каждого ин­тервала времени значения давле­ния, измеренные манометрами, с расстоянием от пунктов возго­рания, можно определить ско­рость первой волны давления, т.е. скорость пламени. Ряд та­ких характеризующих давление и расстояние кривых изображен на рис. 5.6.
Для интервала времени с отметкой в 95 сотых доли се­кунды от начала возгорания, гребень волны давления нахо­дился на расстоянии 325 футов от точки воспламенения, 5 со­тых долей секунды спустя он переместился на 50 футов даль­ше, иными словами, волна пере­двигалась со скоростью 1000 фу­тов в секунду.
Введение препятствий в виде подпорок или перекладок зна­чительно увеличивает скорость развития взрыва, вероятно вследствие усиления турбулент-
Расстояние от
пункта возгорания
250° 300° 350° 400° 450°
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
Сотые доли секунды
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
Т
Рис. 5.6. Кривые изменения
давления взрывной волны
в зависимости от расстояния;
Т – расстояние до открытого
конца галереи, равное
50 футам
99
ных потоков в пылевом облаке и отражения волны давления обратно к горящему газу.
В Англии за 16 лет была произведена серия тщательно продуманных опытов – вначале (1908–1911 гг.) в Аль тофте, а потом в Эскмильсе. Результаты этой работы опублико­ваны в отчетах, представленных Комитетом по исследова­нию взрывов в копях (Explosion in Mines Committee) Мини­стерству внутренних дел Англии, а также в отчетах Бюро по изучению безопасности в копях (Safety in Mines Research Board). В этих отчетах приведены данные о сравнительной воспламеняемости угольных пылей, об эффекте, получае­мом при примешивании негорючей пыли к угольной, о воз­можности возгорания обычных негорючих смесей руднич­ного газа и воздуха, обусловленной присутствием негорючей пыли, о низших пределах возгорания смеси метана и возду­ха, о влиянии различных видов пыли на здоровье рабочих, о комплексе условий, приводящих к взрыву угольной пыли и о мерах предотвращения этих взрывов.
Экспериментальные галереи, в которых с возможной точ­ностью воспроизводятся действительные условия работы в каменноугольных шахтах, были построены в САСШ, а так­же и во Франции, Австрии, Бельгии и Германии.
Контрольные вопросы
1. Чем отличается воспламенение пыли от воспламене-
ния аэрозоля?
2. Влияет ли скорость движения пыли на температуру
воспламенения?
3. Как рассчитать давление при взрыве?
4. Какой источник возгорания вы бы посчитали самым
опасным?
5. Что используют для испытания пылевзрывобезопасно-
сти шахты?
6. Сколько классов опасности пыли представлено в клас-
сификации Уиллера?
7. Что такое mesh 200 и зачем его используют?
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]