Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аэрология горных предприятий. Пыль и ее опасность в промышленности
.pdf
чившейся таким путем пористости, кислород легко проникает внутрь угля и, в силу изменения его химического состава,
особенно легко адсорбируется. По той же причине происходит и самовоспламенение пирофорного железа и свинца при
рассеивании их в воздухе.
Самовоспламенение, вызванное накоплением теплоты, выделяемой при реакции окисления, легче происходит
в аэрогелях, в единице объема которых за единицу времени
тепла образуется больше, а расходуется излучением меньше. В груде битуминозной угольной пыли, нагретой от 66
до 77 С, окислительные процессы протекают с такой скоростью, что ее температура поднимается до точки воспламенения.
Электрический запал. Всякая носящаяся в воздухе
пыль приобретает электрический заряд. Ввиду того, что
электрический заряд располагается на поверхности пылинок, электроемкость всей массы пыли пропорциональна
сумме поверхностей ее пылинок. Следовательно, чем мельче пыль, тем большим может быть ее электрический заряд.
С другой стороны, электроемкость пылевого облака ограничивается степенью электрического напряжения между
соседними, заряженными одноименным электричеством,
частичками, т.е. зависит от среднего расстояния между
ними. Если частицы какой-нибудь пыли имеют приблизительно одинаковые размеры и несут одинаковые заряды
электричества, то электроемкость такого пылевого облака
пропорционально числу частиц, приходящихся на 1 см
3
воздуха, т.е. концентрации и степени дисперсности пыли.
Рудж (M.A. Rudge) показал [17], что когда какое-нибудь
распыленное вещество приводится в воздухе в движение,
то частицы его, вследствие трения друг о друга, заряжаются электричеством, а потому чем мельче пыль, тем больше
электрический заряд всей массы пыли. Если получившийся таким путем заряд пыли определенной массы превысит
электроемкость облака, то система окажется неустойчивой
131
и произойдет разряд, направленный к какой-нибудь обладающей более низким электрическим потенциалом точке
в самой системе или близ нее. Образующаяся при этом искра может вызвать возгорание пылевого облака. Возможность такого воспламенения зависит от диэлектрической
постоянной самой пыли, а также от числа частиц, содержащихся в 1 см
3
воздуха, т.е. от концентрации и дисперсности пыли. Кроме того, она, конечно, будет зависеть еще и
от температуры воспламенения данной пыли.
Джэкель (G. Jaeckel) определил условия [18], необходимые для самовоспламенения сахарной пыли. Обозначая
буквой K электрический заряд, приходящийся на 1 г вещества, Джэкель предлагает следующую формулу, характеризующую зависимость значения K от различных физических
факторов, определяющих природу пылевого облака:
15d
=+
Kdscs
⋅π
cR
⋅
HT
()
4
12
,
где K – заряд, приходящийся на 1 г пыли, выраженный
в электростатических единицах заряда;
R – радиус сферического облака пыли, см;
с – концентрация пыли, г/см3;
dT – разность между температурой воспламенения пыли
и температурой воздуха, С;
H – механический эквивалент теплоты, Дж;
d – плотность воздуха, г/см3;
s1 – удельная теплоемкость воздуха, кал/(г · С);
s2 – удельная теплоемкость пыли, кал/(г · С).
Опыт показывает, что температура воспламенения сахарной пыли в воздухе равна 410 С; подставляя соответствующие числовые значения для c, H, d, s
3
10
=+⋅
1,42 2340 .Kc
cR
⋅
132
, s2, получаем
1
Если применять приведенную выше формулу к сферическому облаку объемом 1 м
3
, т.е. имеющему радиус R, равный 62 см, и соответственно изменять значение следующих
величин:
R – радиус пылинок;
w – масса одной пылинки, выраженный в граммах (при
этом исходят из предположения, что пылинка сферической
3
формы и что ее удельный вес равен 1,6 дин/см
c – концентрация пыли, г/м
3
;
N – число пылинок, содержащихся в 1 м
);
3
,
то можно определить условия, необходимые для того, чтобы
произошел взрыв.
Если предположить, что число электронов, приходящих-
ся на частицу пыли, представляет собой величину порядка
2
, то в таком случае частицы диаметром 10–4 см приобрета-
10
ют способность давать взрыв, когда концентрация пыли до-
4
стигнет 10
невозможна. Частицы диаметром 10
няться при их концентрации, равной 30 г/м
метром 10
0,03 г/м
г/м3. В действительности такая концентрация
–5
см смогут воспламе-
3
. Частицы диа-
–6
см смогут воспламеняться при концентрации
3
. Отсюда следует, что опасной является пыль, частицы которой подходят по размерам к коллоидным частицам,
причем наиболее опасными являются самые мелкодисперсные пыли. Бейерсдорфер установил опытным путем, что 1 г
мелко измельченной сахарной пыли приобрел общий заряд
4
в 8,4 · 10
электростатических единиц заряда. Такого количе-
ства электрической энергии было бы достаточно для того, чтобы
3
вызвать воспламенение пыли при ее концентрации 1,57 г/м
,
которая часто имеется в дезинтеграторах и транспортерах.
6.7. Горение аэрогеля
Всякое скопление тонко измельченного вещества, где
бы оно ни находилось – в мельнице ли, в трубопроводах или
желобах, может рассматриваться как аэрогель. Аэрогели образуются также при оседании частиц аэрозоля из основной
133
массы газа и последующем скоплении их на выступающих
поверхностях и на полу.
Аэрогели часто обладают высокой подвижностью – они
зыбки и текучи, как жидкости, вследствие того, что отдельные их частицы покрыты слоем адсорбированного ими газа.
Наглядным примером может служить сажа, тонко измельченный кремень или уголь либо уловленная из дыма заводов
по выплавке латуни окись цинка. Во многих аэрогелях, состоящих из горючих веществ, частицы, по-видимому, окружены пленкой адсорбированного кислорода.
В аэрогелях концентрация пыли очень значительна – гораздо выше максимума концентрации, допускающей горение
со взрывом. Такое количество горючей пыли, будучи зажжено, горит с поверхности, и если продукты горения не преградят доступ кислорода к еще не сгоревшей части пыли, то горение постепенно распространится во всей массе ее.
Синнатт и Слейтер (F.S. Sinnatt и L. Slater) показали [19],
что легкость, с которой «зона горения» распространяется
в куче угольной пыли, зависит от следующих факторов:
1) характерных свойств данного угля;
2) степени его дисперсности;
3) количества присутствующего в нем инертного вещества.
Было установлено, что горение может распространиться лишь в том случае, если размеры частиц не превышают
известного максимального значения, различного для разных образцов угля. В исследованных случаях от 80 до 90 %
всей пыли проходило через сито в 200 отверстий. Как видно, удельная поверхность пыли играет решающую роль для
возможности распространения горения – быть может, потому, что она определяет степень близости, с которой частицы
вступают в контакт друг с другом и с воздухом.
Горение угольной пыли ограничивалось поверхностью
частиц. Вероятно, это является типичным для горения аэрогеля и связано с относительно ограниченным поступлением
кислорода.
134
Из всех составных частей угля фюзен в наибольшей степени способствует горению. Даже в грубой, не способной
гореть угольной пыли, просеивающейся только через сито
в 60 отверстий, если смешать ее с 30 % фюзена, легко распространяется горение. Небезынтересно отметить, что встречающаяся в шахтах угольная пыль часто содержала до 49 %
фюзена, хотя уголь, при работе с которым образуется пыль,
может содержать его в количестве не более 2%.
Опыт показал, что прибавление каменной пыли в количествах, превышающих 52 %, полностью предотвращало
возможность возгорания угольной пыли. Если же каменной
пыли было 52 % или меньше, то горение постепенно охватывало всю массу пыли.
Если поверхностно-горящий аэрогель внезапно распылится в относительно большой массе воздуха, то образующийся при этом аэрозоль воспламенится от горящей пыли и
при соответствующей концентрации взорвется. Случалось,
что на мельницах происходили взрывы от вызванного, например, искрой возгорания отложившегося на балках слоя
пыли. Сначала тлеющая пыль падала с балки, смешиваясь
с воздухом, и воспламенялась, однако количество воздуха,
которое пыль адсорбировала, было достаточным не только
для воспламенения, но и для образования взрыва.
Контрольные вопросы
1. Можно ли предположить, что чем выше концентрация
пыли, тем выше вероятность ее воспламенения? Обоснуйте
ответ.
2. Перечислите типы источников воспламенения и опишите их различия.
3. Что такое дисперсность пыли и почему она влияет
на воспламеняемость пыли?
4. Перечислите факторы, влияющие на давление, вызываемое взрывом.
5. Почему некоторые вещества называют летучими?
135
6. Если вещество измельчить до малых размеров, оно
легче будет нагреваться и воспламеняться; можно ли в таком
случае предположить, что любая пыль может быть взрывоопасной?
7. При возгорании частицы теряют энергию на излучение; будет ли влиять цвет оборудования и стен на производстве на воспламеняемость пыли?
8. Если поднести пламя зажигалки к горстке пыли, она
так просто не загорится; тогда почему пыль, летающая в воздухе, может воспламениться?
136
7. ВЗРЫВЫ ПЫЛИ НА ЗАВОДАХ
Для того чтобы произошел взрыв, необходимо наличие
двух условий, а именно: 1) должно образоваться пылевое облако такой концентрации, которая бы находилась в пределах,
при которых возможен взрыв; 2) должен иметься в наличии
источника тепла достаточной силы. Может так случиться, и
в действительности часто случается, что имеется лишь одно
из этих условий – и тогда взрыва не происходит. Во многих
случаях только после длительного периода кажущейся безопасности наступает момент, когда одновременно образуется
пылевое облако и появляется подходящий источник нагревания – и в результате получается взрыв. Пылевое облако может образовываться постепенно, например постоянным поступлением в окружающий воздух пыли из дезинтегратора,
или сразу, например падением пыли, скопившейся на балке,
вздыманием пыли, осевшей на пол, или же при движении измельченного продукта в самом дезинтеграторе, на конвейерных лентах и в элеваторах, в отсеках для хранения.
При постепенном образовании пылевого облака концентрация пыли в воздухе растет сравнительно медленно, причем,
вследствие одновременного оседания пыли на полу, стенах и
машинах, она может и не достигнуть того значения, при которой стал бы возможен взрыв. В большинстве случаев пыль
уносится с места ее образования потоком воздуха и оседает настолько быстро, что необходимая для взрыва концентрация
пыли не может быть достигнута, тем более что многие вещества
содержат большие количества негорючих компонентов, так что
взрыв их возможен лишь при высокой концентрации.
На многих фабриках работа ведется беспрепятственно,
несмотря на постоянное присутствие облака пыли. Возможно, что обычно концентрация пыли при этом и не достигает предельного значения, при котором возможен взрыв.
Тем не менее наличие пыли в воздухе неизбежно приводит
к ее скоплению на свободных поверхностях, и если когда-либо эти скопления будут смещены, рассеяны в воздухе, иначе
137
говоря – взвешены, то получится облако, которое почти наверняка окажется взрывчатым. Если такое облако придет
в соприкосновение с каким-нибудь подходящим источником
нагревания, то произойдет взрыв. Первый взрыв сместит, а
затем взвесит новые порции пыли, которые воспламенятся
в свою очередь, и, таким образом, катастрофа может принять
крупные размеры. Взрывы пыли, вероятно, чаще всего происходят вследствие внезапного образования пылевого облака
в условиях, благоприятствующих его возгоранию. Невозможно предотвратить образование клубов пыли в замкнутых пространствах, в которых пыль беспрестанно смещается, затем
распространяется в воздухе, иначе говоря – взвешивается, например, в дробильных машинах, транспортерах, элеваторах,
отсеках для хранения и т.п., однако почти всегда имеется возможность ограничить проникновение пыли в воздух и связанное с этим скопление пыли на свободных поверхностях.
7.1. Воспламенение
Практика показала, что воспламенение пылевого облака
может быть вызвано следующими факторами:
1) незащищенным пламенем или открытым огнем;
2) перегреванием пыли;
3) искрами;
4) вольтовой дугой;
5) электрическими искрами.
Рассмотрим эти факторы подробнее.
Незащищенное пламя или открытый огонь. В этом
случае главную роль играет обычно неосторожность или неосведомленность рабочего. Может случиться, что рабочий,
войдя в отсек для хранения или в будку элеватора для осмотра, чистки или ремонта, зажжет спичку или внесет туда незащищенную зажженную лампу. Если находящийся там рабочий во время работы станет сгребать или подметать пыль,
осевшую на полу, а то и просто поднимет пыль ногами, то
138
образуется облако, которое загорится от открытого огня и
даст сильный взрыв. Неоднократно случалось, что рабочие
пользовались открытым огнем, когда требовался осмотр содержимого складов или элеваторов во время работы. В одних случаях воспламенение возникает вследствие поломки
защищенного источника света, например при пользовании
электрическим освещением может разбиться электрическая
лампочка. В других – причина воспламенения заключается
в слишком близком расположении газовых двигателей или
паровых котлов и т.п. к помещению, в котором производится размол, – потоком воздуха пылевое облако переносится
к открытому огню названных установок. Взрыв пыли часто
происходит во время пожара, когда обрушиваются части горящего здания и в воздух вздымается пыль, которая, конечно же, тотчас воспламеняется.
Перегревание пыли. Пыль может нагреться от перегретого подшипника, от соприкосновения с незащищенной
электрической лампочкой или нагретой металлической поверхностью, например с перегородкой между помещением,
в котором производится размельчение продукта, и прилегающей котельной. Перегревание пыли зачастую происходит
вследствие возникающего внутри дробильной машины трения, когда, по той или иной причине, оказывается засоренной
отводящая труба и продукт слишком долго задерживается
в мельнице. Немало пожаров и взрывов в зерновых элеваторах было обусловлено закупоркой его верхушки и связанным
с этим нагреванием зерна путем трения о приводной вал.
Искры. Искры часто являются причиной взрыва в валь-
цовых мельницах и дезинтеграторах. Искры могут возникнуть либо в результате трения валов, если по той или иной
причине прекратилось поступление подлежащих обработке
материалов и мельница работает впустую, либо вследствие
случайного попадания в нее куска железа или иного какого-нибудь твердого тела. В некоторых случаях приводившие
139
ко взрыву искры образовывались вследствие того, что куски
железа или камни ударялись о лопасти вытяжного вентилятора, удаляющего запыленный воздух. Опасность представляют еще и искры, выбиваемые рабочими при пользовании
различными инструментами.
Вольтова дуга. Обладающая высокой температурой, до-
статочной протяженностью и емкостью вольтова дуга часто
образуется при перегорании предохранителя в электрических моторах. Неправильная проводка, приводящая к короткому замыканию тока и разрыву электрической цепи, может также вызвать вольтову дугу. Считается, что одна и та
же причина приводит к одновременному возникновению и
вольтовой дуги и пылевого облака. Причину одного из наиболее сильных взрывов пыли, когда-либо имевших место
в Англии, приписывают возгоранию густых клубов пыли,
образовавшихся вследствие разрыва приводного ремня дезинтегратора. Разорвавшийся приводной ремень поднял облако пыли, которое загорелось от вольтовой дуги, образовавшейся вследствие перегорания незакрытого предохранителя
на временном распределительном щитке.
Электрическая искра. Известно, что электрические ис-
кры могут возникнуть от разряда статического электричества, скопившегося на подвижных частях машин или
на самих пылинках. В западной Америке, где содержание
влаги в атмосфере часто очень незначительно и образующееся электричество, вследствие трения частиц, быстро скапливается на приводном ремне и других частях молотилок,
не раз имели место взрывы при молотьбе зерна.
Некоторые виды пыли, например сахарная, алюминиевая и серная, легко заряжаются электричеством при трении
их частиц о молекулы газов воздуха или о поверхности измельчающих машин. При определенных условиях заряд может стать столь значительным, что образуется искра, которая и вызывает воспламенение пыли.
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]