ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.07.2025
Просмотров: 847
Скачиваний: 0
Проблематика зерновой пыли
Зерновая пыль - одна из самых трудно разрешимых проблем всей отрасли. Результат воздействия колеблется от негативного до ужасающего.
Зерновая пыль образуется при любом движении зерна в результате трения семян зерновых или масличных культур друг о друга. При минимальной концентрации в воздухе является легковоспламенимым и потенциально
взрывоопасным веществом.
Зерновая пыль, осевшая на стенах, полу и оборудовании, легко поднимается в воздух и достигает взрывоопасной концентрации при обычных рабочих условиях предприятия.
Рассмотрим весь спектр возможных последствий зерновой пыли. Так или иначе, но наличие этого, на первый взгляд безобидного вещества, в рабочих зонах, остается основной причиной пожаров, возгораний и задымлений. В целях предупреждения самых катастрофических последствий ведется постоянная уборка рабочих зон, оборудования и территории предприятий.
При каждом перемещении зерна неизбежны потери физического веса в виде зерновой пыли.
Зерновая пыль является сильным аллергеном и крайне негативно воздействует на здоровье сотрудников, приводя к профзаболеваниям. Непрерывная работа аспирационных сетей и фильтров приводит к росту энергозатрат. Восстановление или замена устаревших или вышедших из стоя аспирационных систем требует значительных временных и финансовых расходов.
Выбросы зерновой пыли в окружающую среду ведут к нарушению экологических и санитарных норм и правил.
Типичные последствия наличия зерновой пыли:
задымления, возгорания
48
трудозатраты
потери в весе зерна
ухудшения условий труда
энергозатраты
49
экологически
вредные
выбросы
15.2 Процесс взрыва пыли
Когда горючий материал, как, например, небольшой кусок дерева, нагревается до загорания, он начинает гореть и будет медленно гореть до тех пор, пока не останется в контакте с воздухом (кислородом) ограниченная поверхность. Во время горения медленно выделяющаяся тепловая энергия передается в окружающую среду без опасности. Если тот же кусок дерева измельчить в тонкую пыль или порошок и смешать с воздухом так, чтобы образовалось облако пыли, то в момент загорания от внешнего источника теплоты образующаяся энергия может мгновенно освобождаться в виде первичного взрыва ограниченной интенсивности.
Это приводит к быстрому повышению давления, накоплению теплоты и неконтролируемому эффекту расширения. Резкое возрастание давления частично обусловлено внезапным расширением больших объемов газа и частично местным повышением температуры (изотермическая реакция).
Выделяющаяся теплота в конечном итоге рассеивается в окружающей среде, так что воздействие давления взрыва является кратковременным. Скорость горения немного превышает скорость охлаждения, так что влияние взрыва становится очевидным. В зданиях или сооружениях скорость распространения пламени колеблется от нуля до сотен метров в секунду.
Опыт и многие лабораторные эксперименты показали, что пыль практически всех горючих материалов при определенных условиях может вызывать взрыв или очень быстрое горение. Одновременно необходимо наличие следующих элементов: смесь горючей пыли с воздухом во взвешенном состоянии, источник зажигания достаточной энергии, температура и время, способствующие взрыву, а также количество кислорода (более 8%), достаточное для поддержания быстрого горения. Эти элементы вместе образуют хорошо известный «треугольник пожара (взрыва)» (рис.14.1).
Зерновая пыль легко воспламеняется, и в смеси с воздухом в определенной концентрации пылевоздушная смесь имеет тенденцию к образованию взрывоопасного газа. Пылевоздушная смесь является взрывоопасной, если она может взрываться при определенной концентрации, находясь во взвешенном состоянии. Пылевоздушная смесь представляется
50
взрывоопасной, когда эта реакция может начинаться медленно и развиваться очень бурно.
Рисунок 14.1 - Треугольник пожара.
Рисунок 14.2 - Два фактора, влияющие на силу взрыва пыли.
При перечислении условий возникновения взрыва иногда упоминают некоторые дополнительные факторы:
а) горючее (пыль) должно быть хорошо смешано с окислителем. Лабораторные эксперименты показали, что чем интенсивнее перемешивание пыли с воздухом, тем сильнее взрыв. Два фактора влияют на силу взрыва - максимальное давление взрыва и максимальная скорость повышения давления (рис. 14.2).
Повышение давления - результат внезапного образования газа в процессе химической реакции и выделения при этом тепловой энергии;
б) смесь должна находиться в замкнутом или ограниченном объеме. Если облако пыли находится в замкнутом объеме, возникающее при взрыве давление будет возрастать, увеличивая тем самым разрушения;
в) зерновая пыль должна быть в концентрации, находящейся в пределах взрывоопасного диапазона, который, в свою очередь, определяется составом, распределением, влажностью, размером частиц и другими свойствами зерновой пыли.
Неподвижная пыль на этажах или в углах вызывает дополнительную опасность, так как ударная волна первичного взрыва перемещает ее вверх, обеспечивая горючий материал для вторичного взрыва, который по силе может значительно превосходить первичный взрыв и, в свою очередь, создавать благоприятную для третьего взрыва ситуацию. Таким образом, образуется цепная реакция с все возрастающей интенсивностью, кульминационным моментом которой является полное разрушение и пожар. Повышенное давление при первичном взрыве обычно может нейтрализоваться с помощью окон, дверей и взрыворазрядных устройств (легкосбрасываемых конструкций). Однако во время вторичного взрыва давление может повышаться настолько сильно, что существующие
51
устройства недостаточны и конструкции, обладающие большим сопротивлением, будут разрушаться. Например, при первичном взрыве в нории норийные трубы и кожух головки разрываются или получают трещины в наиболее слабых местах, а вспыхнувшая и горящая пыль выбрасывается наружу.
Наиболее распространенный тип взрыва на элеваторах называют «быстрым сгоранием» (дефлаграция). Важной характеристикой этого явления является то, что скорость распространения пламени меньше скорости звука.
Другим типом взрыва является «детонация», при которой пламя распространяется со скоростью около 1000 м/с.
Пылевой взрыв: причины и статистика
Пылевой взрыв является самым страшным последствием наличия зерновой пыли помимо пожаров, возгораний и задымлений. Настоящему риску подвержены все предприятия отрасли, независимо от размера, типа, конструкции зданий и сооружений. Ежедневно элеваторы, предприятия со складами напольного хранения, комбикормовые заводы и мельницы, мелкие перевалочные зерновые пункты и огромные портовые терминалы подвержены риску полного разрушения в результате пылевого взрыва или пожара
Зерновая пыль, источником которой является трение зерен друг о друга во время любого перемещения, при минимальной концентрации в воздухе обладает более разрушительной силой, чем динамит. Пылевой взрыв внутри замкнутого пространства создает избыточное статическое давление, в 12,5 раз превышающее точку разрушения железобетонной плиты. Согласно статистике, в период с 1970 по 1990 на территории России произошло 200 пылевых взрывов разрушительной силы. Сегодня на территории Украины ежегодно происходит около 10 первичных пылевых
52
взрывов на предприятиях хранения и переработки зерна. Последняя крупная катастрофа имела место на Балаклейском комбикормовом заводе, ст. Савинцы Харьковской области в 1992 г. В результате мощного пылевого взрыва были разрушены два этажа основного строения, повреждены наружные несущие конструкции, погибло 11 человек и 18 получили тяжелые травмы.
Пылевой взрыв представляет собой практически мгновенное возгорание мелких частиц зерновой пыли, приводящее к резкому росту температуры и давления.
Все эти факторы присутствуют в любом зернохранилище или на перерабатывающем предприятии: есть более чем достаточное количество воздуха; есть зерновая пыль, осевшая на полу, оборудовании, приставшая к стенам или залегшая в самотечных трубах, внутри конвейеров и норий; при работающем оборудовании есть некоторая взвесь зерновой пыли в воздухе, особенно в зонах приемки, перемещения или переработки зерна; имеется более чем достаточно источников возгорания (короткое замыкание, статическое электричество, перегрев подшипника, сход ленты, засыпанная нория, сварочные работы, резка металла и т.д.).
Нижний порог взрывоопасной концентрации зерновой пыли в воздухе составляет 40 гр/м3. Такое количество пыли едва сможет покрыть площадь в 1м2, при этом любая более высокая концентрация пыли в воздухе обладает еще более мощным взрывным потенциалом.
Температура в зоне пылевого взрыва возрастает до 3000С, а избыточное статическое давление достигает 10 кг/см2. Для сравнения – давление, необходимое для того, чтобы разбить оконное стекло, составляет 0,07 кг/см2; давление, достаточное для разрушения деревянной конструкции составляет 0,14 кг/см2; точка разрушения средней по толщине железобетонной плиты – 0,56 кг/см2.
Причиной масштабных разрушений предприятий является вторичный пылевой взрыв. Это явление приводит к намного более тяжким последствиям, чем изначальный «хлопок». К примеру, одной из причин возгорания является засыпка нории. Пробуксовка ленты на приводной станции приводит к задымлению и возгоранию, что в свою очередь вызывает вспышку зерновой пыли.
Поток пламени с температурой около 2000С мгновенно распространяется вниз к башмаку нории. Волна огромного избыточного давления разрушает металлический корпус нории, при этом вызывая вибрацию и поднимая в воздух пыль, осевшую в соседних рабочих зонах.
53
Далее следует вторичный пылевой взрыв – вспышки пламени в рабочей башне, галереях, самотеках… полное разрушение предприятия в течение 1-2 минут.
Зерновая пыль действительно взрывоопасна и требует особого внимания и осторожности.
Случайные съемки пылевых взрывов на предприятиях хранения переработки зерна
Новый Орлеан, ранено 9, погибло 36, верхняя часть рабочей башни полностью разрушена
Через 5 дней произошел обширный пылевой взрыв в городе Галвестон, штат Техас - 22 ранено, 18 погибло
Эта восьмиэтажная мельница в Канзас-сити была полностью разрушена также в результате пылевого взрыва. К счастью, обошлось без жертв и только 5 сотрудников получили тяжелые ожоги.
54
Полностью разрушен в результате взрыва зерновой пыли и пожара элеватор емкостью 50 тыс тонн в штате Айова, 24 ранено, 5 погибло
Элеватор с отпуском на воду в штате Иллинойс разрушен взрывом до основания в течение одной минуты, 5 погибло
Завод по переработке солода во Франции, полное разрушение, 5 ранено, 12 погибло
Предполагаемой причиной вчерашнего происшествия на заводе «Пинскдрев-ДСП» стал взрыв отложений древесной пыли в результате нарушения режима эксплуатации оборудования по производству древеснотопливных гранул
55
ЗАО Пинскдрев»
ЗАО Пинскдрев»
56
ЗАО Пинскдрев»
15.3 Показатели взрывоопасности пыли В
Взрывоопасность пыли зависит от ее концентрации, размера и состава частиц, влажности и температуры и влажности окружающей атмосферы.
Концентрация пыли. Рассмотрим облако пыли с частицами различных размеров, находящимися на различных расстояниях. Если некоторые из этих частиц загораются, то должно выделиться и передаться соседним частицам достаточное количество тепла, чтобы их температура поднялась выше температуры воспламенения и была обеспечена достаточная энергия для загорания. Чем выше концентрация, тем более эффективна теплопередача и, следовательно, распространение горения от одной частицы к другой.
Взрыв может распространяться только в том случае, если концентрация пыли в облаке находится между нижним и верхним пределами взрывоопасной концентрации.
Нижний предел взрывоопасной концентрации представляет собой минимальную взрывоопасную концентрацию горючей пыли, взвешенной в воздухе, которая может распространять пламя.
Верхний предел взрывоопасной концентрации представляет собой максимальную взрывоопасную концентрацию горючей пыли, взвешенной в воздухе; при этом вокруг находящихся во взвешенном состоянии частиц очень мало воздуха, который способствует воспламенению. При очень высокой концентрации пыли в воздухе взрыв не происходит, а может быть только медленное горение.
Верхний предел взрывоопасной концентрации пыли определить очень трудно; для органической пыли он принят равным 1000 г/м3
57
Размер частиц. Теплота, образуемая частицей, зависит от ее размера, и для различных зерновых пылей этот размер изменяется. Тонкая пыль более взрывоопасна и воспламеняется легче.
Исследования показали, что чем меньше частицы пыли, тем больше ее удельная поверхность, больше интенсивность контакта между частицами пыли во взвешенном состоянии и окружающим воздухом и более сильным будет взрыв.
Нижний предел взрывоопасной концентрации частиц пыли размером меньше 60 мкм составляет примерно 40 г/м3. Частицы размером 60-120 мкм более трудно перевести во взвешенное состояние, и они не будут оставаться в таком состоянии без внешней помощи; нижний предел их взрывоопасной концентрации значительно выше, чем эта величина для частиц меньшего размера, а взрыв будет значительно менее сильным. Частицы размером более 120 мкм недолго остаются во взвешенном состоянии и чрезвычайно трудно воспламеняются.
Состав частиц. Обычно состав частиц пыли идентичен составу перерабатываемого или транспортируемого зерна. На практике частица зерновой пыли содержит много типов молекул с различной теплотой сгорания. Изменения могут быть обусловлены различиями в оборудовании для выделения пыли, типами перерабатываемого зерна и другими факторами.
Химический состав частиц, связанный с характеристиками реакции горения, определяет минимальную температуру зажигания и минимальную энергию воспламенения пыли.
Влажность частиц пыли. Влажность может быть очень важным параметром взрывоопасности зерновой пыли с двумя значительными последствиями, а именно с повышением минимальной энергии зажигания и повышением минимальной взрывоопасной концентрации. Тепловая энергия, передаваемая влажной частице, сначала расходуется на повышение температуры зерна и влаги.
При достижении точки кипения воды дополнительная тепловая энергия будет использоваться для превращения влаги в пар и выделения пара из частицы. Дополнительная тепловая энергия будет в таком случае только повышать температуру компонентов зерна, возможно до воспламенения. Чем больше влаги содержит пыль, тем меньше вероятность ее взрыва. Зерновая пыль с влажностью 14% и более трудно воспламеняется.
Температура и влажность окружающей среды. Для частиц пыли,
находящихся в атмосфере во взвешенном состоянии в течение достаточно продолжительного времени, устанавливается равновесие между влажностью пыли и относительной влажностью атмосферы. Чем выше температура атмосферы и относительная влажность, тем выше, вероятно, будет влажность зерновой пыли.
Водяной пар в воздухе повышает теплопроводность, которая может улучшить теплопередачу от одной частицы к другой. Водяной пар также повышает электропроводность атмосферы. Заряды статического электричества, накапливаемые на любой поверхности или предмете, будут
58