Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аэрология горных предприятий. Пыль и ее опасность в промышленности

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1911 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

8. Что такое минимальная температура воспламенения

и от чего она зависит?

9. Будут ли равны между собой минимальные температуры воспламенения для сахарной пыли Mesh 200 и этой же пыли Mesh 300?

10. Как можно исследовать пыль на взрывоопасность?

11. Как подготавливают пробы пыли для испытания на взрывоопасность?

12. Можно ли верить данным, полученным в результате проведения исследования на взрывоопасность?

13. В какую сторону следует сместить полученные после испытаний на взрывоопасность минимальные значения температуры воспламенения? Следует ли вообще это делать?

14. Назовите составные части пылинки любой природы.

101

6. ВЗРЫВЫ ПЫЛИ

Наиболее характерным свойством всякого взрыва, будь то взрыв газа или пыли, является быстрое, можно даже сказать мгновенное, повышение давления. Причиной этого может быть в одном случае образование большого объема газа, способного разорвать содержащий газ сосуд, в других – увеличение сжимающей силы волны, распространяющейся в газе со скоростью, равной или даже превышающей скорость звука. Когда горение происходит настолько медленно, что теплота реакции полностью рассеивается по мере своего образования, то наблюдается сравнительно небольшое повышение давления. Очевидно, что чем быстрее происходит горение, тем выше будет максимальное давление расширения, создаваемое в результате реакции горения. Следовательно, можно рассматривать вызванное взрывом максимальное давление как меру воспламеняемости данной пыли при определенных условиях опыта. Лишь при некоторых соответствующих условиях одиночный взрыв может привести к образованию взрывной (детонационной) волны.

6.1. Давление, образующееся при взрыве

Образующееся при взрыве «давление расширения» возникает либо вследствие быстрого образования газообразных продуктов реакции, либо вследствие расширения нагретого теплотой реакции воздуха. Развивающееся при взрыве крахмальной пыли давление является главным образом результатом быстрого образования относительного большого объема газов. Сера, обладающая более низкой температурой воспламенения, чем крахмал, взрывается легче последнего, но так как газа при этом образуется вдвое меньше по объему, чем при взрыве равного по массе количества крахмала, то взрыв получается соответственно меньшей силы. При взрыве некоторых видов пыли, например алюминиевой, когда не только не образуется газ, но даже потребляется кислород

102

воздуха, давление, образующееся при взрыве, всецело обусловливается тепловым расширением воздуха. Теплота реакции горения алюминиевой пыли так велика, что образующееся при взрыве давление по силе своей равноценно тому, которое получается при взрыве крахмала.

Ввиду того что разрушительные последствия взрывов на фабриках преимущественно обусловлены развивающимся при взрывах давлением расширения, измерение такого давления, образующегося при взрыве различных веществ при наиболее часто встречающихся условиях, обеспечивает достаточно надежную эмпирическую базу для оценки степени легкости взрывания данной пыли и масштаба получаемой в результате этого катастрофы. Те же данные позволяет получить метод сравнения воспламеняемости одной и той же пыли при различных ее концентрациях. Однако это не является верным критерием для сравнения степени легкости воспламенения различных тел ввиду того, что в одном случае взрыв может быть вызван исключительно тепловым расширением, в другом – образованием новых газов, в третьем – действием обоих вышеупомянутых факторов. Наиболее верная оценка относительной степени легкости воспламенения достигается рассмотрением наименьшей концентрации и наиболее низкой начальной температуры горения, при которых пламя свободно распространяется в пылевом облаке.

Если состав пылевого облака таков, что горение его протекает со скоростью, способной вызвать образование детонационной волны, то при этом развивается «взрывное давление», которое получается в результате напора перемещающейся с большой скоростью волны сжатия и не только во много раз превышает соответствующее «давление расширения», но и отличается от него способностью сообщать сильное сотрясающее действие всякой встречающейся на ее пути преграде. Разрушительное действие взрывного давления, вероятно, обусловлено тем, что вся поверхность преграды сплошь испытывает сильный толчок, эффект от которого равен тому,

103

какой может быть следствием большого числа толчков, направленных одновременно на все точки поверхности. Такие взрывные волны, по-видимому, образуются при распространении в шахте взрыва каменноугольной пыли.

Значение давления, развивающегося при взрыве той или иной пыли, зависит от следующих факторов:

1) концентрации используемой пыли;

2) физического состояния пыли;

3) химического состава пыли;

4) состава атмосферы;

5) температуры, размеров и длительности действия ис-

точника нагревания.

6.2. Концентрация пыли

Несмотря на то что частицы пылевого облака во много тысяч раз крупнее газовых молекул, они все же очень малы и, следовательно, тесно соприкасаются с газом, в котором рассеяны. Можно, таким образом, предположить, что пылевое облако будет гореть с максимальной скоростью в тех случаях, когда концентрация самого горючего вещества будет химически эквивалентна концентрации кислорода в газе, ибо при этом число молекул горючего вещества, непосредственно соприкасающихся с кислородными молекулами, имеет максимальное значение. Опыт подтверждает это предположение. Именно при концентрации пыли, соответствующей вышеуказанным условиям, взрывное давление оказывается наибольшим, оно быстро падает при изменениях концентрации в ту или другую сторону.

Соотношения между концентрацией ликоподиевой пыли и взрывным давлением приведены в табл. 6.1.

За пределами некоторой максимальной и минимальной концентрации пылевое облако не воспламеняется. Очевидно, что избыток одной из составных частей аэрозоля приводит только к разбавлению другого компонента и тем самым замедляет реакцию.

104

Таблица 6.1

Отношение между концентрацией ликоподиевой пыли

и воспламеняемостью пылевого облака

Концентрация пыли в граммах

на100см3 пылевого облака

0,2 33

0,3 52

0,5 60

1,0 33

1,5 19

3,5 9

5,0 7

Взрывное давление в английских фунтах

на кв.дюйм

Тростель и Фреверт, пользуясь методом [13], описанным в разд. 5, определили минимальную концентрацию для многих типов производственной пыли. Химический состав и физические свойства этих пылей приведены в табл. 6.2:

Исследователи выполнили большой объем измерений давления, образующегося при взрыве, причем последовательно брали пробы со все более низкой концентрацией пыли, пока не достигли той концентрации, при которой уже не наблюдалось ни появления пламени, ни повышения давления. Во время опытов измеряемое давление автоматически записывалось на бумаге, причем характер пламени возможно было определить, анализируя степень закопченности бумаги.

Для каждого вида пыли был проведен ряд измерений ее составных частей при различных ее концентрациях, причем различие химического состава и размера частиц было устранено настолько, насколько это возможно путем использования однородной пробы, тщательно проанализированной и не содержащей влаги, а единообразие размеров частиц достигалось просеиванием. В равной мере не допускались изменения и в отношении других условий опыта, будь то начальная температура горения или длительность действия источника нагревания.

105

Таблица 6.2

Просеивается

Относительная

Теплота горе-

Темпера-

стий,%

сквозь сито

в 200отвер-

кв. дюйм

английский фунт на

воспламеняемость

, калория

на грамм

вещества

ния

тура вос-

ния1),°С

пламене-

Жир

волокно

Грубое

Белок

Крахмал

Зола

негорючей горючей

Влага,

1,85 7,04 – – – – 900 7848 8,7 64

0,27 – – – – – 925 7244 13,4 99

Химический состав пыли,%объемн. Физические свойства пыли

Состав и свойства исследованных пылей

Пыль

Маисовый крахмал 11,10 0,12 88,26 0,52 – –т 640 4183 13,7 100

Пшеничный элеватор 9,2 18,17 34,83 12,54 22,14 3,12 700 41834) 12,2 89

Маисовый элеватор 7,84 13,41 67,41 6,55 3,58 1,20 625 36674) 12,2 89

Стандартный питтсбургский каменный уголь:

- летучие вещества 36,43%;

- связанный углерод 54,68%

Алюминий 95,20%5);

(Fe, Si, Cu, Pb, Mn)=3,33%;

органические вещества 1,20%

106

0,05 0,36 – – – – 280 2120 10,2 74

Сера:

- кристаллическая 68,80%;

0,04 0,01 – – – – 650 3955 11,4 83

- аморфная 30,79%

Сахар:

- чистый сахар 99%;

- другие органические вещества 0,95%

Общепринятые значения (для свободных от влаги веществ).

Отнесена к воспламеняемости маисового крахмала как к 100% наоснове давления в сферической камере в английских фунтах накв. дюйм

(referred to corn starch as 100% basis of lbs. per square inch pressure in bomb).

Определена на Питтсбургской станции горного бюро САСШ.

Определена в сферической камере с раскаленным телом в качестве запала (determined by glower ignition in bomb).

---------------------

Определен в Бюро Стандартов САСШ. САСШ.

Каждая серия опытов проводилась три раза, причем всякий раз с использованием иного источника нагревания, а именно: 1) раскаленной платиновой проволоки; 2) вольтовой дуги; 3) искры высоковольтной индукционной катушки. Результаты этих опытов приведены в табл. 6.3.

При определении наиболее низкой концентрации пыли, способной привести к взрыву, принималась та концентрация, при которой быстрое распространение огня, сопровождавшееся образованием избыточного давления, наблюдалось по меньшей мере в 50 % всех проведенных опытов. Местное воспламенение может произойти и при более низких концентрациях, при этом может случиться так, что пламя будет наподобие блуждающего огня беспорядочно продвигаться внутри пылевого облака, не вызывая, однако, ни одного явления, характерного для горения со взрывом. Такие «слабые» по-своему действию смеси считаются невзрывоопасными.

Весьма важно отметить значительное влияние температуры и длительности действия источника нагревания на воспламеняемость пыли. Это следует из данных табл. 6.7, в которой приведены значения минимальной концентрации, необходимой для воспламенения различных пылей. В тех случаях, когда нагревание производится накаленным телом, например раскаленной платиновой проволокой, всякая пыль воспламеняется при более низкой ее концентрации, иначе говоря, легче. Объясняется это тем, что, благодаря свойственной накаленному телу (раскаленной проволоке) большей теплоемкости, оно еще до наступления воспламенения сильно нагревает излучением окружающий воздух и ближайшие слои пыли. По этой же причине вольтова дуга легче вызывает воспламенение, чем искра.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что на заводах возгорание пылевого облака может, скорее всего, произойти от открытого огня, в меньшей степени – от вольтовой дуги, и еще труднее – от электрической искры.

107

Результаты опыта по измерению давления,

образующегося при взрыве, с использованием сферической

стеклянной камеры

Часть 1

Масса пробы,мг

приходящая-

ся на 1литр

Вид пыли

объема

общая

камеры

75 51,0

25 17,2 То же 7,2 То же 6,7

20 13,7 « 5,3 « 4,5

15 10,3 « 3,2 « 2,3

10 7,0 « 2,1

Порошок маисового крахмала

7 4,9

5 3,4

3 2,0

Порошок маисового крахмала

Запал – раскаленное тело

при 1200°С

Среднее

Характер

пламени

Хорошо рас-

пространялось

В 2 случаях пламени не

было. В 2 слу-

чаях краткое

мерцание

В 1 случае

ясно выражен-

ное пламя. В

2 случаях кра-

ткое мерцание.

В 1 случае

пламени не

было

В 1 случае

краткое

мерцание. В 4 случаях пламени не

было

значение

полученного

давления,

фунты на кв. дюйм

Запал – вольтова дуга

33В, 5А

Среднее

Характер

пламени

Хорошо распро-

13,7

страня-

выра-

женное

пламя

Не дало

0,3

эффекта

Не дало

0,4

эффекта

0,2 – – – –

значение

полученного

давления,

фунты на

кв.дюйм

лось

Ясно

Запал – искра от индукцион-

ной катушки 6,5В, 3А

Характер пламени

14,0

1,0 То же 0,7

0,4

0,0

В 7 случаях

хорошо распро-

странялось

В 8 случаях

хорошо распро-

странялось

Хорошо распро-

странялось

Ясно выражен-

ное пламя

В 3 случаях

ясно выражен-

ное пламя. В 4

случаях краткое

мерцание

В 5 случаях кра-

ткое мерцание

Таблица 6.3

Среднее

значение

полученного

давления, фунты на

кв. дюйм

13,7

4,0

3,4

1,8

0,5

0,0

108

Часть 2

Запал – раскаленное тело

Масса пробы,мг

приходя-

Вид пыли

об-

щаяся на

щая

1литр объ-

ема камеры

75 51,0

25 17,2 То же 5,5 То же 5,1

20 13,7 « 4,4 « 4,7

Маисовая пыль из элеватора

15 10,3 « 3,2 « 3,0

10 7,0

7 4,9

Маисовая пыль из элеватора

5 3,4

Характер пламени

Хорошо

распростра-

нялось

В 6 случаях

ясно вы-

раженное

пламя

В 2 случаях

ясно вы-

раженное

пламя

Краткое

мерцание в 1

случае

при 1200

°С

Среднее

значение

полученного

давления,

фунты на кв.дюйм

12,2

Запал – вольтова дуга

33В, 5А

Характер

пламени

Хорошо распро-

страня-

лось

Ясно вы-

0,3

раженное

пламя

0,1 То же 0,4

Не дало

0,0

эффекта

Продолжение табл. 6.3

Запал – искра от индукци-

онной катушки 6,5В, 3А

Среднее

значение

полученного

давления,

фунты на кв.дюйм

10,1

Характер

пламени

В 4 случаях

хорошо

распростра-

нялось

Хорошо

распростра-

нялось

В 2 случаях

хорошо

распростра-

нялось

Ясно вы-

раженное

пламя

1,0 То же 0,0

Не дало

эффекта

0,0 – –

Среднее значение полученного давле-

ния, фунты на

кв.дюйм

13,3

2,6

2,3

1,0

0,0

109

Масса про-

бы,мг

дящаяся

Вид пыли

об-

на 1литр

щая

камеры

75 51,0

50 34,4 То же 6,1

35 24,1 – –

Стандартный питтсбургский каменный уголь

Запал – раскаленное тело

прихо-

объема

Характер

пламени

Хорошо

распростра-

нялось

при 1200

°С

Среднее

значение

полученного

давления,

фунты на кв.дюйм

8,7

Часть 3

Запал – вольтова дуга

33В, 5А

Среднее значение

Характер

пламени

Хорошо рас-

пространялось

В 3 случаях

хорошо рас-

пространялось.

В 1 случае

ясно выражен-

ное пламя

В 2 случаях

хорошо рас-

пространялось.

В 1 случае

ясно выражен-

ное пламя

давления,

фунты на

кв.дюйм

Продолжение табл. 6.3

Запал – искра от индукцион-

ной катушки 6,5В, 3А

полу-

ченного

4,0

1,9 –

1,3 –

Характер

пламени

Во всех 9

проведенных

опытах эффект

не получен. Из

названных 9

опытов 3 опыта

проведены с

75мл; 3–

со 150мг, и 3–

с 500мг пыли

Средне

значение

полу-

ченного

давления,

фунты на кв.дюйм

–

30 20,1

Хорошо

распростра-

нялось

2,5 – – –

110

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1911 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]