4.2.7. Особливості горіння пилоповітряної суміші

Порошкоподібні, волокнисті й сипучі матеріали, здатні утворю­вати пил, характеризуються в пожежному відношенні мінімальною енергією запалювання в аерозольному стані й мінімальним вибухо­небезпечним вмістом кисню в ньому. Пил деяких твердих негорю­чих речовин (алюмінію, цинку) в суміші з повітрям також може утворювати пожежовибухонебезпечні концентрації.

Чим дрібніші частинки пилу, тим більша площа його поверхні і тим він небезпечніший, коли йдеться про спалахування та вибух. 1 кг кам'яного вугілля в пилоподібному стані спалахує за частки се­кунди. Алюміній, магній, цинк у монолітному стані не горять, а у вигляді пилу в повітрі згоряють з великою швидкістю.

Пил може перебувати в аерозольному або аерогельному стані.

Залежно від стану пил однієї і тієї ж речовини має різні темпе­ратури спалахування. Наприклад, пил деревного борошна в аеро­зольному стані має температуру спалахування 775 °С, а в аерогель­ному — 275 °С, тобто у 2,8 разів меншу. Зрозуміло, що більш поже-жонебезпечним є осілий пил, оскільки він має значно нижчу темпе­ратуру спалахування.

Горіння осілого пилу викликає спалахування пилу, що перебу­ває в аерозольному стані. Під дією теплового потоку з високотемпе­ратурної зони фронт полум'я поширюється однорідною пиловою хмарою. Залежно від концентрації пилу в аерозольному стані горін­ня відбувається у вигляді вибуху. Чим вища концентрація пилу, тим він вибухонебезпечніший.

Очевидно, що найбільшу небезпеку вибуху несе аерозольний пил. Він має більшу питому поверхню й більшу хімічну активність: 1 см³ твердої монолітної речовини має поверхню б см², а 1 см³ пилу дисперсністю в 1 мм — 60 000 см². Наявність великої поверхні пилу обумовлює його високі адсорбційні властивості, що дозволяє адсор­бувати з навколишнього середовища кисень повітря.

Кількість кисню, адсорбованого пилом, буває в десятки разів більшою за об'єм самого адсорбенту. Так, 50 см³сажі можуть утри­мувати 950 см³ адсорбованого повітря, що в 19 разів більше за об'єм самого адсорбенту. Кількістю кисню, адсорбованого пилом, недо­статня для його повного згоряння, але його завжди вистачить для проходження початкових процесів окислення.

Пожежовибухонебезпечні властивості пилу характеризуються нижньою і верхньою межами спалахування (НМС та ВМС).

Нижня межа спалахування аерозолів твердих речовин — це най­менша концентрація речовини в повітрі, при якій суміш здатна до спалахування з наступним поширенням полум'я на весь об'єм суміші.

Для пилу переважно визначаються лише НМС. При концентра­ції пилу, яка відповідає нижній межі спалахування, предмети стають невидимими вже на відстані 2-4 м. Такі концентрації можуть вини­кати при виконанні підривних робіт, у гірничих виробках, в апара­тах та устаткуванні або біля них.

У виробничих умовах верхня межа спалахування практично не­досяжна. Наприклад, для цукрового пилу ВМС становить 13 500 г/м³, для торф'яного — 2200 г/м³. Тому при класифікації виробництва за пожежною небезпекою враховують показник тільки нижньої межі спалахування.

Залежно від нижньої межі спалахування пил твердих речовин, що пееребуває в аерозольному стані, поділяється на такі групи:

• оособливо вибухонебезпечний з НМС < 15 г/м³;

• ^вибухонебезпечний з НМС < 65 г/м³;

• іпожежонебезпечний з НМС > 65 г/м³.

Нижня межа спалахування для торф'яного пилу дорівнює 17,6 г/м³, деревної муки — 12,5 г/м³, ебоніту —■ 7,6 г/м³, сірки — 2,3 г/м³, цук­ру —-15 г/м³, залізного порошку — 100 г/м³, вугілля — 114 г/м³.

Значення нижньої межі спалахування для різних видів пилу змі­нюється залежно від вологості, дисперсності, вмісту легких фракцій, зольності, температури, теплової потужності джерела запалювання та інйних чинників.

Найнебезпечнішим у пожежному відношенні є високодисперс­ний пил, бо він має велику сумарну поверхню, що адсорбує кисень і створює підвищену хімічну активність. Чим вища температура спа­лахування, тим нижча концентрація пилу є достатньою для вибуху.

Збільшення вологості повітря й пилу зменшує інтенсивність ви­буху. Торф'яний пил не спалахує, якщо в повітрі менше 16 % кисню.

Щоб запобігти вибуховості пилу й зменшити пожежну небезпе­ку, важливо не допускати накопичення пилу у виробничих примі­щеннях, оскільки осілий пил при вибуху миттєво переходить в аеро­зольний стан. У виробничих приміщеннях концентрація аерозольно­го пшіу значно менша за нижню межу спалахування внаслідок порів­няно швидкого осідання пилу. Однак при несвоєчасному прибиранні виробничих приміщень за випадкового виникнення протягів або сильних завихрювань потоків повітря концентрація пилу в повітрі може досягти і навіть перевищити нижню межу спалахування, що за наявності відкритого джерела вогню може призвести до вибуху.