Меню

Как взрывается цементная пыль



Пожароопасные и взрывоопасные классы пыли

Способность пыли взрываться и загораться является важным свойством и её надо учитывать. Пыль может взрываться тогда, когда она воспламеняющаяся, когда имеется достаточное количество кислорода (воздуха) или другого активного газа в месте взрыва и источник энергии, инициирующий взрыв (в виде движения, тепла, электрических явлений).

Независимо от этого для возникновения взрыва необходимо, чтобы все эти факторы находились в известном отношении друг к другу. Это отношение изменяется в зависимости от степени измельчения пыли. Энергия, необходимая для возникновения взрыва, должна превысить определенное минимальное свое значение.

Интенсивность взрыва зависит от очень многих факторов, например от состава пыли и величины ее частиц, образования продуктов сгорания. Температура воспламенения пылевого облака взаимосвязана с концентрацией пылевых частиц. Для каждой температуры существуют верхняя и нижняя границы опасной концентрации с точки зрения взрываемости.

Чем мельче частицы пыли, тем меньшая концентрация их может вызвать взрыв. Взрываемость пыли зависит:

а) от большой дисперсности пылевых частиц; при размерах пылевых частиц выше определённой величины взрыв невозможен; даже если пылевые частицы таких размеров состоят из горючих материалов, они всё же действуют тормозяще на ход взрыва;

б) от формы пылевых частиц; воспламенение происходит тем легче, чем больше отношение поверхности к весу частицы (частицы сферичес-кой формы воспламеняются труднее, чем частицы неправильной формы);

в) от количества тепла, необходимого для испарения содержащейся пыли воды; чем меньше потребное количество этого тепла, тем легче происходит воспламенение;

г) от содержания золы и пыли; чем больше это содержание, тем труднее происходят воспламенение и взрыв;

д) от окисления полевых частиц, которое связано с верхней и нижней границей взрываемости (в зависимости от концентрации пыли); нижняя граница концентрации, необходимая для переноса воспламенения от одной пылевой частицы на другую, зависит от минимального расстояния между частицами пыли, верхняя от минимального количества кислорода, необходимого для протекания взрыва.

Нормами строительного проектирования пыли подразделяются на пожароопасные (группа Б), имеющие нижний концентрационный предел взрываемости выше 65 г/м 3 , и взрывоопасные (группа А), имеющие нижний предел взрываемости менее 65 г/м 3 . Кроме того, пыли делятся на четыре класса. Взрывоопасные пыли (группа А) делятся на два класса: с нижним пределом взрываемости до 15 г/м 3 — класс I, с нижним пределом более 15 г/м 3 — класс II. Пожароопасные пыли (группа Б) также делятся на два класса: с температурой воспламенения до 250 °С — класс III и с температурой воспламенения выше 250 °С — класс IV.

Таким образом, по взрывоопасности пыли разделяются на 2 класса.

I класс — сухие с небольшим содержанием золы, которые при уносе в воздух легко воспламеняются и пламя распространяется уже при источнике тепла с низкой температурой. При сильном завихрении с определённой минимальной концентрацией мельчайших частиц они могут сами воспламеняться и образовать пламя, обеспечивающее температуру и давление, достаточные для взрыва. К этому классу относятся наиболее опасные виды пыли: — древесная, пробковая, сахарная, пыль синтетических смол, мучная, солодовая, пыль из твердой резины, крахмальная, декстриновая, кожаная (синтетической и натуральной кожи), растительных волокон, серная, удобрений (натуральных и синтетических).

II класс — пыли с большим золосодержанием, которые в нормальных условиях не воспламеняются, а будучи унесены в воздух воспламеняются только при действии на них в течение длительного периода времени источника тепла с высокой температурой. При сильном завихрении и после превышения минимальной концентрации наиболее мелкие пылевые частицы могут ещё воспламеняться, создавая инициирующее пламя, которое может привести к пожару, но при этом слишком низкое давление делает невозможным сам взрыв. К пыли этого рода относят целлулоидную, цинковую, пыль некоторых синтетических смол, янтарную, сажу, некоторые мыльные порошки, некоторые лакокрасочные пыли, пыль какао.

Предельно допустимая концентрация пыли в г/м 3 , при которых существует опасность взрыва. Для некоторых видов пыли: для сахарной — 17,5 г/м 3 ; древесной – 12 г/м 3 ; крахмальной – от 7 до 40 г/м 3 ; мучной – 10 г/м 3 ; хлопчатобумажной — 6,2 г/м 3 . Чем больше диаметр пылевых частиц, тем выше будет температура, при которой происходит воспламенение.

Читайте также:  Как сделать цемент тротуарная плитка своими руками

Например, ставшее модным на Тайване использование распыления разноцветной муки над участниками массовых мероприятий для получения красочных эффектов привело к тому, что 27 июня 2015 года в результате взрыва в аквапарке Formosa Water Parна на Тайване пострадали 519 человек и были погибшие. Состояние 194 человек оценили как критическое и поместили их в реанимацию (ожоги более 50 % поверхности тела). Состояние 8 пациентов с ожогами тела более 80 % оценили как крайне тяжелое. Многие пострадавшие отравились окисью углерода СО.

Взрыв произошел на танцполе во время празднования так называемого «Цветочного фестиваля». Его участники обмазывают себя разными порошкообразными красками, бросаются ими друг в друга и танцуют.

По словам очевидцев, над танцполом нависло облако белого цвета, затем раздался хлопок и вспыхнуло пламя. Это облако быстро превратилось в огромный огненный шар. Многие получили ранения в результате возникшей давки. Всего в клубе в это время находилось около тысячи человек, подавляющее большинство — местные жители в возрасте 20-30 лет.

Количество твёрдых веществ, из которых могут образовываться взрывоопасные пыли, очень велико, причём число их постоянно растёт, так как при развитии техники и технологий появляются новые вещества, пыль которых является воспламеняющейся. При этом уже известные вещества, которые ранее считались безопасными, в новых технологических процессах, при которых они соприкасаются с другими веществами или с определёнными источниками энергии, могут стать опасными.

Источник

Горит или взрывается пыль?

Направленность данной статьи автору подсказали трудности при решении практических вопросов безопасности предприятий зерновой индустрии. Мы как-то спокойно воспринимаем понятия «взрыв пыли», «пылевоздушный взрыв». Вопрос не праздный и не надуман, о чем мы поговорим в конце статьи. А пока попробуем хотя бы поставить его: «горит или взрывается пыль?».

Начнем с определений.

С.И. Ожегов [1] дает следующее определение взрыва:

  1. Сопровождающееся сильным звуком воспламенение чего-нибудь вследствие мгновенного химического разложения вещества и образования сильно нагретых газов. Взрыв газов. Взрыв бомбы.
  2. Разрушение чего-нибудь, произведенное при помощи такого разложения вещества. Взрыв скалы. Взрыв моста.
  3. (перен.) Внезапное сильное и шумное проявление чего-нибудь. Взрыв смеха. Взрыв возмущения, негодования.

В первом определении обращает внимание «мгновенное химическое разложение», что, в общем-то, подспудно предопределяет детонационное разложение с формированием волны разрыва (слабого или сильного).

Второе определение, в общем-то, трудно отнести к определению «взрыв», оно скорее характеризует его последствия.

Третье определение оставим без комментариев.

Авторы [2] трактуют взрыв как:

  1. Розрив вибухової речовини, спеціального снаряда, оболонки чого-небудь і т. ін., з дуже сильним звуком і великою руйнівною силою.
  2. Хімічна реакція, при який за дуже короткий час розширюются утворені гази, спричиняючи руйнівні дії.

Здесь можно с натяжкой характеризовать горение пылевоздушной смеси как взрыв. С натяжкой потому, что такие понятия, как «очень сильный звук», «большая разрушающая сила», «очень короткое время» имеют смысл в обыденной жизни, но являются неопределенными в технических вопросах и не дают ответа на вопрос о наличии (формировании) ударной волны (волны давления сильного разрыва) или волны слабого разрыва. Таким образом, из этих определений не следует ни подтверждения, ни опровержения квалификации термической окислительной реакции между пылью и кислородом воздуха как «взрыв».

Васильев Я.Я. и Семенов Л.И. [3] приводят следующую трактовку:

Пылевой взрыв – это неконтролируемый процесс взрывного (дефлаграционного) горения.

Отличительная особенность горения пылевоздушных смесей в сравнении с газовыми заключается в том, что взаимодействие между горючим и окислителем может осуществляться только на поверхности раздела химически активных фаз системы.

В данных трактовках нет понятий «разложение», «разрыв», а явно указано на процесс горения. Сомнение может вызвать слово «взрывное», но во второй фразе указывается на растянутый во времени процесс горения, следовательно, о детонационном горении говорить проблематично.

Т.е. из приведенных определений ничего не ясно, поскольку нельзя сделать однозначного вывода.

Читайте также:  Цемент усиленный fuji miracle mix амальгамой 50

Обратимся к математическому пониманию «взрыва» и сопровождающего его давления, приводящего к разрушительным последствиям.

В результате детонационного разложения вещества (взрыва) расширяющиеся продукты формируют волну давления сильного (ударная волна) или слабого разрыва. Разница заключается в том, что на фронте волны давления терпят разрыв параметры (скорость, давление и температура), а на фронте ударной волны терпят разрыв и их производные; волна давления слабого разрыва распространяется в пространстве со скоростью звука, а ударная волна со сверхзвуковой скоростью.

Следует отметить, что ударная волна, в силу рассеивания энергии, на относительно коротких расстояниях (зависит от мощности взрыва и условий распространения) трансформируется в волну давления слабого разрыва.

Общим является то, что на фронте волны давления наблюдается разрыв, как минимум, параметров, из чего следует, что давление на фронте возрастает «мгновенно».

Трактовка горения пылевоздушной смеси, как взрыва, напоминает ситуацию с порохами: несмотря на то, что пороха относятся к взрывчатым веществам, но к метательным, и затруднительно в научно-технической литературе найти сведения о взрыве порохов (бризантные взрывчатые вещества взрываются, а пороха горят [4], рис. 1)

В [5] описывается взрыв в комбикормовом цехе: «Первоначальный взрыв произошел в силосе №53. При этом процесс взрыва развивался сравнительно медленно, сопровождался нарастающим гулом и выбросом в надсилосный этаж вначале холодного воздуха, вытесняемого расширяющимися продуктами горения, затем горячих газов …».

Обращает на себя внимание факт сравнительно медленного развития процесса. Т.о. взрыва как такового не было. Вероятнее всего, мы имеем дело с горением пыли с возрастающей скоростью, но не переходящее в детонацию.

Там же в [5] описана авария вследствие взрыва мучной пыли на мукомольном заводе «Роланд» производительностью 2200 т/сут (Бремен, ФРГ): «по интенсивности произошедших разрушений взрыв, по данным специалистов, эквивалентен действию 20 тонн взрывчатого вещества» (ВВ).

Настораживает два фактора.

Первый. Автору приходилось в процессе практической работы производить локальный взрыв 900 кг аммонита-6ЖВ, флегматизированного аммиачной селитрой. Могу сказать, что лист броневой стали размером 6000х2000 мм и толщиной 40 мм, словно листик бумаги, парил над соснами (вековые сосны в тайге). Нетрудно себе представить, что 20 тонн ВВ в эпицентре взрыва не только уничтожат «половину всех производственных зданий и сооружений на площади 40 тыс. м 2 [5]» (4 га), но и оставят руины на гораздо большем участке.

Попробуем подтвердить это расчетами.

При тротиловом эквиваленте взрыва 20 тонн радиус зоны полного разрушения коммунальных и промышленных сооружений по воздействию воздушной волны составит [6]:

что составляет 123 тыс. м 2, или 12,3 га. Согласитесь, разница в 3 раза с учетом полного разрушения и «половины всех производственных зданий и сооружений» весьма существенна и наталкивает на размышления.

Второй. Где могло поместиться более 20 тонн пыли в состоянии аэровзвеси (пылевое облако) на мукомольном заводе?

Из этих двух факторов возникает также два вопроса:

— может быть, разрушительные воздействия являются следствием не только взрыва пылевоздушной среды, но и газовоздушного взрыва;

— а взрывается ли пыль (мучная, зерновая) вообще или она горит?

В этом же источнике приведен пример взрыва на элеваторе сельскохозяйственного кооператива в Гвиссоне (Лерида, Испания): «Ударная волна, образовавшаяся вследствие взрыва, распространилась в радиусе 15 км …».

В предположении минимального поражающего воздействия воздушной волны (случайное повреждение застекления) прикинем возможный тротиловый эквивалент взрыва [6] (тонн):

а в предположении отсутствия повреждений (тонн):

Даже из последнего, самого лояльного предположения следует, что в радиусе

должно было наступить полное разрушение коммунальных и промышленных сооружений.

При таком уровне воздействии радиус опасной зоны для человека, находящегося на открытой местности, составляет (м.):

а для человека, находящегося в прочном здании (типа «блиндаж»), радиус поражающего воздействия составляет 362 м.

Т.е. практически все предприятие должно быть разрушено и находящиеся на его территории работники – погибнуть.

Сравним с оригиналом: «В результате взрыва рабочее здание и силосный корпус почти полностью разрушены, погибли 10 человек».

Читайте также:  Сколько застывает цемент для столбов

Что-то здесь не вяжется.

Не снимается и второй вопрос: где могло поместиться такое количество пыли в состоянии аэровзвеси при общей емкости хранилища 18 тыс. тонн?

Итак, основной вопрос статьи — горит или взрывается пыль — остается открытым.

Авторы [3] пишут, что «При горении пылевоздушных смесей в замкнутых или полузамкнутых протяженных объемах (тоннелях, галереях или трубах) скорость распространения пламени может достигать звуковой, резко повышается давление и возникают мощные ударные волны». Вопрос: а сколько таких «замкнутых или полузамкнутых протяженных объемов» на элеваторе?

Подобная мысль о проблематичности пылевоздушных взрывов прослеживается и в [7]: «… длина преддетонационного участка для ПВС (пылевоздушная смесь. – Прим. автора) в производственных условиях весьма велика, и поэтому масштабная детонация на мукомольных заводах и элеваторах вряд ли возможна».

От решения вопроса, горит или взрывается пыль, зависят основные подходы как к вопросам обеспечения безопасности предприятий, так и к вопросам конструктивно-технологических решений.

При разработке ПЛАС, если пыль горит, исключается сейсмическое воздействие взрыва, воздействие ударной волны на здания и сооружения и человека. В этом случае можно говорить лишь о квазистационарном повышении давления в объеме и о распространении высокоскоростных газовых струй. Согласитесь, по поражающему воздействию вариант «более мягкий», чем при взрыве.

Наболевшим вопросом для предприятий являются взрываразрядители.

Допустим, что в помещении 1 (рис. 2) размещено оборудование 2, внутри которого присутствует пыль в состоянии аэровзвеси. По существующим нормативным канонам от оборудования (плоскость А) до наружной стены Б прямолинейно или с небольшим радиусом изгиба должна быть проложена взрываразрядительная труба 3. Не стоит говорить о неудобствах, создаваемых такой конструкцией.

В предположении, что в полости оборудования произошел взрыв, импульс волны должен дойти до легкоразрушаемой преграды в плоскости Б, а отраженная волна, дойдя от Б до А, «принесет информацию», о наличии отверстия наружу. Только через это время начнется истечение продуктов взрыва наружу. Возникает вопрос о способности оборудования и его элементов (крышки, лючки окна) воспринимать без разрушения давление взрыва (превышающего первичный импульс за счет многократного отражения волн и их наложения) до момента истечения и с учетом деформационного разгона. При расчете трубы на прочность должен быть учтен как первичный импульс, так и давление при истечении газообразных продуктов взрыва. Кроме того, генерируемые корпусом акустические волны будут воздействовать на несущие конструкции помещения, и оно, как минимум, будет расстеклено

Если же пыль горит, то с момента возгорания начинается истечение продуктов горения. В ряде случаев (соотношение объемов оборудования и помещения, достаточное количество оконных проемов и пр.) от взрываразрядительной трубы можно вообще отказаться и выпускать продукты горения через выхлопной насадок непосредственно в помещение. Как и при взрыве, остекление помещения будет разрушено, но снижение металлоемкости, затрат на изготовление, монтаж и обслуживание системы взрыворазряжения, повышение удобства эксплуатации оборудования являются бесспорными преимуществами второго варианта.

Приведенные два примера далеко не исчерпывают положительные моменты перехода от теории взрыва пылевоздушных смесей к их горению. Однако, несмотря на сомнения и умозаключения, пока мы не докажем (и не на «кончике пера», а экспериментально), что зерновая и мучная пылевоздушные смеси горят, обязаны в практической работе считать, что они взрываются.

Литература

  1. Ожегов С.И. Словарь русского языка, 1988.
  2. Великий тлумачний словник сучасної українскої мови, 2002.
  3. Васильев Я.Я., Семенов Л.И. Взрывобезопасность на предприятиях по хранению и переработке зерна. – М.: Колос, 1983. – 224 с., ил.
  4. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. — М.: Оборонгиз, 1962. — 670 с.
  5. Семенов Л.И., Теслер Л.А Взрывобезопасность элеваторов, мукомольных и комбикормовых заводов. М.: Агропромиздат, 1991.-367 с.: ил.
  6. Единые правила безопасности при взрывных работах. Госгортехнадзор СССР. М.: Недра, 1972,-320 с.
  7. Волков В.Э. Проблемы перехода горения в детонацию // Хранение и переработка зерна. Ежемесячный научно-практический журнал. — № 12 (90). — ООО ИА «АПК-Зерно», 2006. — С. 38-41.

Муравьев С.Д., кандидат технических наук

Источник