Новый подход к оценке пожарной опасности пылей

Аннотация. На территории России расположено множество промышленных предприятий, на которых возможно образование взрывоопасной смеси. Во многих технологических процессах пыль используется в качестве сырья, готовой продукции или отходов производства. Взрывы с участием метана и угольной пыли относятся к авариям, которые в большинстве случаев носят характер катастроф. Специалисты отмечают, что угольная пыль повышает мощность таких взрывов и увеличивает зоны разрушения. Изучение причин и условий взрываемости пыли производилось многими учёными. В статье идет речь о способах оценки пожарной опасности угольной пыли.

Ключевые слова: пожар, оценка, подход, пыль, угольная пыль, опасность, способ оценки.

Угольная пыль – это порошкообразный сорт угля, образующийся в виде распыления или измельчения угля в мелкое и гладкое зерно. Уголь обладает хрупким свойством, которое позволяет ему принимать порошковую или распыленную форму во время добычи, транспортировки или в результате механической обработки. Распыление или измельчение угля перед прохождением его через процесс сгорания позволяет повысить скорость и эффективность сжигания.

В свойства и характеристики угольной пыли входят размеры частиц пыли. Угольная пыль состоит из частиц размером до 300 мкм с преобладанием мелких фракции. Больше всего в угольной пыли частиц размером от 20 до 50 мкм в зависимости от тонкости помола.

Пылинки имеют неправильную форму, которая зависит главным образом от рода топлива.

Угольная пыль сы­пуча и легко растекается под влиянием легких толчков. В смеси с воздухом при больших концентрациях пыли (25:1) она образует подвижную эмульсию, легко перекачиваемую, как вода. Это свойство пыли используется при ее транспорте на большие расстояния.

Пыль, особенно углей, богатых летучими, склонна к самовозгоранию, что является одной из главных причин взрывов в системах пылеприготовления. Опасность самовозгорания пыли также входит в свойства и характеристики угольной пыли, она возрастает с повышением температуры среды и при соприкосновении с горячими поверхностями.

Наиболее взрывоопасной является пыль, содержащая частицы менее 200 мкм. Взвешенная в воздухе пыль угля, сланца, торфа образует взрывоопасную смесь, которая, воспламенившись, может взорваться. Источником воспламенения пыли чаще всего являются тлеющие отложения пыли. Взрыхление тлеющей пыли весьма опасно, так как приводит к ее интенсивному горению и может вызвать пожар или взрыв.

При увеличении содержания метана повышается степень взрывчатости угольной пыли и снижается нижний предел ее взрывоопасной концентрации (табл. 1).

Таблица 1.

Зависимость взрывоопасности угольной пыли от содержания метана в воздухе

Для предупреждения взрывов угольной пыли на каждой шахте, отрабатывающей пласты, опасные по пыли, осуществляются мероприятия, основанные на применении воды (гидропылевзрывозащита) и на применении инертной пыли (сланцевая пылевзрывозащита). Взрываемость угольной пыли растет с увеличением дисперсности, поэтому угольная пыль в горных выработках шахты по мере удаления от источника пылеобразования потенциально более взрывоопасна.

Для пожарной профилактики важно знать условия перехода пыли из одного состояния в другое. Этот переход определяется скоростью осаждения твердой частицы, то есть минимальной скоростью газовой среды, при которой твердая частичка с определенными свойствами начинает оседать.

Взвешенная пыль не будет оседать, а осевшая пыль будет взвихряться, если скорость движения газового потока будет больше скорости осаждения. Критерием перехода пыли во взвешенное состояние является скорость витания.

Скорость витания – минимальная скорость воздушного потока, воздействующего на частичку пыли, при которой эта частичка пыли не будет оседать. Силу тяжести определяют по формуле:

где: - плотность твердого вещества, кг м^-3.

- ускорение свободного падения;

- диаметр частички пыли, м.

Величину подъёмной силы определяют по формуле:

где:

- плотность газа (воздуха), кг м-3.

Гидравлическое сопротивление:

 -коэффициент гидравлического сопротивления;

 -скорость воздушного потока, м с^-1;

- площадь сечения частички пыли по диаметру, м².

Площадь сечения:

Исходя из условия:

Получаем формулу для определения скорости витания:

Условие пожаровзрывобезопасности для аппаратов с горючими пылями имеет следующий вид:

, 

где:

 - величина нижнего концентрационного предела распространения пламени, кг м^-3.

Пыль во взвешенном состоянии (аэровзвесь) в смеси с воздухом представляет большую пожарную опасность. В диспергированном состоянии вещество приобретает свойства, отличающие его от исходного вещества.

Для оценки взрывоопасности смеси взвешенной пыли с воздухом наиболее важное значение имеет нижний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) пыли, так как величина верхнего предела распространения (воспламенения) очень высока и практически редко достижима.

Следовательно, условием наличия взрывоопасной концентрации пыли будет соотношение: , где - действительная концентрация пыли в аппарате.

Для некоторых пылей НКПР(В) оказывается труднодостижимым в производственных условиях, а горение их в смеси с воздухом происходит относительно медленно. Поэтому пыли подразделяют на пожароопасные и взрывоопасные по величине НКПР(В).

Пыли с пределом воспламенения менее 65 г/м3 считаются взрывоопасными, с пределом воспламенения 65 г/м3 и более – пожароопасными. Этот пограничный показатель НКПР(В) 65 г/м3 определен нормативными документами: ППБ 01-93, ПУЭ, СНиП.

Концентрация пыли не может быть рассчитана только путем измерения концентрации взвешенной пыли. Ее следует определять по суммарному значению взвешенной и осевшей пыли, учитывая, что осевшая пыль может при определенных условиях перейти во взвешенное состояние.