- •Общие сведения о горении
- •1.1. Введение
- •1.2. Основные понятия
- •1.3. Горение и условия его протекания
- •1.4. Понятие о кинетическом и диффузионном горении
- •1.5. Химические реакции горения
- •1.6. Горение в атмосферном воздухе
- •1.7. Классификация и характеристика пожароопасных веществ [3]
- •Трудногорючие вещества
- •Негорючие вещества
- •1.8. Показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов
- •Особенности горения различных веществ
- •2.1. Горение газов
- •Влияние температуры смеси
- •Влияние давления смеси
- •Влажность воздуха
- •Содержание примесей, замедляющих реакции горения
- •Температура горения
- •2.2. Горение жидкостей
- •Криогенные вещества – вещества, у которых критическая температура ниже температуры окружающей среды. Хранение и транспортировка их – в криогенных сосудах.
- •2.3. Горение твердых веществ
- •Горение древесины
- •Горение полимерных материалов
- •Скорость горения органических веществ
- •2.4. Горение пылевоздушных смесей
- •Горючие пыли
- •Взрывоопасные
- •Пожароопасные
- •3. Общие сведения о взрыве
- •3.1. Взрыв и его разновидности
- •3.2. Классификация взрывных явлений
- •Классификация взрывов
- •Атомные группировки, сообщающие соединению взрывчатость
- •3.3. Характеристика аварийных взрывов
- •4. Общие сведения о взрывчатых веществах (вв)
- •4.1. Основные понятия
- •Формы взрывчатого превращения
- •4.2. Классификация взрывчатых веществ
- •4.3. Характеристика взрывчатых веществ
- •Температура вспышки и чувствительность к удару
- •Характеристика взрывчатых веществ
- •4.4. Химические реакции взрывных превращений
- •4.5. Объем продуктов взрывчатого разложения
- •4.6. Теплота и температура взрыва
- •4.7. Давление продуктов взрыва
2.4. Горение пылевоздушных смесей
Многие технологические процессы, связанные с получением или переработкой пылевидных материалов, являются пожаро- и взрывоопасными, представляют большую опасность.
Горючая пыль – это дисперсная система, состоящая из твердых частиц размером 850 мкм, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в воздухе. Таким образом, пыль – это дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы. Пыли по общей классификации коллоидно-дисперсных систем относятся к аэрозолям, в которых дисперсионная среда – воздух, а дисперсная фаза – твердое вещество в мелко раздробленном состоянии.
Осевшая пыль называется аэрогелем, пыль во взвешенном состоянии – аэрозоль. И те, и другие – гетерогенные системы.
Аэрогели являются пожароопасными. Их пожароопасность зависит от содержания летучих веществ в твердом горючем. При горении пыли выгорают обычно только летучие вещества, а углеродистый остаток не успевает сгореть. Так, пыль кокса, графита, антрацита и некоторых других веществ не пожароопасны, так как почти не содержат летучих компонентов. Наиболее пожароопасными являются аэрогели с температурой самовоспламенения до 2500С.
Аэрозоли являются взрывоопасными. Взрывоопасность аэрозолей, содержащих летучие вещества, характеризуется НКПВ. Наиболее взрывоопасными являются аэрозоли с величиной НКПВ < 15 г/м3.
НКПВ <
65 г/м3
НКПВ >
65 г/м3
Наиболее взрывоопасная
Взрыво- опасная
Наиболее пожаро- опасная
Пожаро- опасная
TС.В.
гель до
250С
TС.В.
гель >
250С
1 класс
сера,
нафталин, древесная мука, канифольГорючие пыли
Взрывоопасные
Пожароопасные
НКПВ <
15 г/м3
НКПВ = 15…65
г/м3
2 класс алюминиевый
порошок, магний, полистирол,
пыль
мучная
3 класс
табачная пыль, элеваторная
пыль и
другие
пыли
4 класс древесные
опилки, цинковая пыль
2.4.1. Классификация пыли горючих веществ по степени пожаро-
и взрывоопасности
ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ регламентирует следующие показатаели пожаро- и взрывоопасности горючих аэрозолей и аэрогелей [3]:
для горючих пылей во взвешенном состоянии: НКПВ, Wmin, Рmax (максимальное давление взрыва), dp/d (скорость нарастания давления при взрыве), МВСК (минимально взрывоопасное содержание кислорода);
для пылей в осевшем состоянии: tвосп., tсв, tсн (самонагревание), tтр (температура трения), температурные условия теплового самовозгорания, Wmin, способность гореть и взрываться с водой, кислородом воздуха и другими веществами.
2.4.2. Свойства, определяющие пожаровзрывоопасность пылей
Из свойств горючих пылей наиболее важными являются: дисперсность, химическая активность, адсорбционная способность, склонность к электризации.
Дисперсность – степень измельченности частиц оценивается удельной поверхностью (суммарная площадь поверхности единицы массы пыли). С увеличением дисперсности повышается химическая активность пыли, ее адсорбционная способность, склонность к электризации, снижается tсв и НКПВ, то есть повышается ее пожаро- и взрывоопасность.
Химическая активность – способность пыли вступать в реакции с различными веществами (в том числе реакции окисления и горения). Химическая активность пыли определяется природой вещества и в большей степени зависит от ее дисперсности (так как химические реакции протекают в основном на поверхности) скорость реакции с увеличением дисперсности возрастает. Металлы (Fe, Al, Zn), обычно негорящие при нормальных условиях, в состоянии пудры мгновенно самовозгораются при контакте с воздухом. Таким образом, пыли по пожаровзрывоопасности во много раз превосходят продукт, из которого они получены.
Адсорбционная способность – способность поверхности твердых частиц пыли поглощать пары и газы из окружающей среды. Различают физическую (за счет сил межмолекулярного взаимодействия – сил Ван-дер-Ваальса) и химическую (за счет валентных связей) адсорбцию.
Физическая и химическая адсорбция сопровождаются выделением тепла. Поэтому пыли в состоянии геля могут самонагреваться и самовозгораться.
Адсорбированные на поверхности пыли молекулы горючих газов и паров повышают устойчивость аэровзвесей, ускоряют подготовку пыли к горению. И наоборот, адсорбция негорючих газов (СО2, N2) понижают склонность пыли к самовозгоранию. Это явление находит практическое применение в различных отраслях промышленности.
Склонность пыли к электризации – способность пыли приобретать заряды статического электричества. Электризация пыли происходит в результате адсорбции ионов газов из воздуха, где пыль находится во взвешенном состоянии.
Потенциал заряда пыли зависит от скорости движения пыли и ее дисперсности. Чем они выше – тем больше заряд С.Э.
Основная опасность, создаваемая электризацией пылей, состоит в возможности искрового разряда. Разряд С.Э. возникает тогда, когда напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха эта величина равна 30 кВ/м. Воспламенение горючих пылей искровыми разрядами С.Э. произойдет, если выделяющаяся энергия будет больше Wmin энергии зажигания для данной смеси.
Эффективным способом борьбы с накапливанием зарядов С.Э. является повышение влажности воздуха. Например, при относительной влажности воздуха 70% электризация пыли опасности уже не представляет (но иногда поддерживать такую влажность трудно). Поэтому основным и достаточно эффективным мероприятием безопасности в этих случаях является надежное заземление подвижных и неподвижных частей оборудования.
2.4.3. Взрывы пылевоздушных смесей
К наиболее взрывоопасным относятся пыли, имеющие размеры частиц в пределах 70…100 мкм с величиной НКПВ менее 15 г/м3. Практически все органические, а также неорганические, в том числе металлические пыли, сгорают в воздухе и могут привести к катастрофическим взрывам в замкнутых объемах.
Типичная последовательность событий при взрыве пылей такова. Вначале происходит небольшой взрыв в какой-либо части оборудования (трубопроводе, аппарате). Затем образовавшиеся продукты взрыва и вибрация оборудования поднимают в воздух осевшую на загрязненном рабочем месте пыль. Эта пыль уже является горючим для второго разрушительного взрыва.
Другая типичная ситуация на шахтах: сначала взрыв метано-воздушной сме-
си поднимается большое количество угольной пыли второй взрыв угольной пыли с катастрофическими последствиями.
Важнейшей характеристикой взрывоопасности пыли является НКПВ (НКПР). На величину НКПР влияют дисперсность, влажность, температура, давление и другие факторы. Наименьшее НКПР при дисперсности 70…100 мкм. Влажность до 15% зависимость линейная (возрастание), а дальше – резко вверх. Повышение температуры ведет к понижению НКПВ. Снижение давления вызывает снижение НКПВ (до 1,5…2,0 кПа), дальнейшее снижение – горения пылевоздушных смесей не наблюдается.