Взрывы пылевоздушных смесей

Взрывы ныли (пылевоздушных смесей — аэрозолей) представляют одну из основных опасностей химических производств. Взрывы ныли происходят в ограниченном пространстве — в помещениях зданий, внутри различного оборудования, в штольнях шахт. Возможны взрывы пыли в мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль); при работе с красителями, серой, сахаром, другими порошкообразными пищевыми продуктами; при производстве пластмасс, лекарственных препаратов; на установках дробления топлива (угольная пыль); в текстильном производстве.

По данным зарубежных источников, из 1120 взрывов пылевоздушных смесей на производствах 540 произошли при работах с зерном, мукой, сахаром и другими пищевыми продуктами, 80 — с металлом, 63 — с угольной пылыо на установках дробления топлива, 33 — с серой, 61 — в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Взрывы пыли в основном происходят по дефлаграционному механизму (взрывное горение). Переход к детонации возможен в длинных штольнях шахт, на конвейерных линиях зернохранилищ большой протяженности из-за турбулизации пыли. Возникновение облаков аэрозолей из осевшей ранее пыли (аэрогеля), их воспламенение и взрыв возбуждаются слабым взрывом какой-либо газовоздушной смеси, например взрывом метана в шахтах.

При взрыве пыли избыточное давление АР в объеме V возрастает до своего максимального значения ДР_тах постепенно за некоторый промежуток времени т. Это объясняется тем, что горение (при дефлаграционном взрыве) распространяется с дозвуковой скоростью. Значение давления ДР_тах зависит от большого числа факторов: концентрации и размеров частиц пыли определенного типа, химической активности вещества, влажности, начального давления.

(в сосудах, аппаратах, трубопроводах), объема V и наличия отверстий или предохранительных (сборных) конструкций.

Избыточное давление взрыва аэрозоля в помещениях зданий определяют по формуле (ГОСТ 12.1.004−85).

где U — удельная теплота сгорания вещества, Дж/кг (табл. 5.12); т — общая масса дисперсного продукта, кг; Р₀ — начальное давление в объеме, МПа; Z" 0,5 — доля участия дисперсного продукта во взрыве; V — свободный объем помещения или емкости, м³; р₀ — плотность воздуха, кг/ м³; с_Р — теплоемкость воздуха, равная 1,01 • 10³ ДжДкгК); Т₀ — температура воздуха в объеме, К; К_и «» 3 — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

Таблица 5.12

Удельная теплота сгорания аэрозолей.

Величина m может быть подсчитана по плотности вещества р и объему помещения V, т. е. m = pV. Тогда для давления получим выражение.

причем для герметичных помещений /С_{н п} = 1 и с запасом возьмем Z = 1.

В табл. 5.13 приведены параметры взрывного горения аэрозолей в закрытых объемах для нижнего (НКПВ) и верхнего (ВКПВ) концентрационных пределов воспламенения по ГОСТ 12.1.1.041−83.

Таблица 5.13

Плотность, минимальная температура самовоспламенения и максимальное избыточное давление взрыва для некоторых аэрозолей.

Окончание табл. 5.13

Как показывает опыт, максимальное давление наблюдается при концентрациях, превышающих стехиометрическую. При этом в горении участвует лишь небольшая часть пылевых частиц. Данные табл. 5.13 следует рассматривать как ориентировочные, что связано с трудностями предсказания значений реальной концентрации в помещениях из-за влияния различных случайных факторов и постоянных переходов аэрогеля в аэрозоль (взвихривание пыли) и наоборот — при оседании частиц пыли.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Объясните механизм действия взрыва в воздухе.
• 2. Каковы существенные особенности влияния ряда факторов (геометрии заряда, его расположения и т. д.) на избыточное давление и удельный импульс?
• 3. Опишите механизм действия взрыва в воде.
• 4. Опишите механизм действия взрыва в твердой среде.
• 5. От чего зависит взрыв газопаровоздушных и пылевоздушных смесей в закрытых помещениях и открытом пространстве?