CC BY
12
I
BADANIA I ROZWÖJ
st. bryg. dr hab. Marzena Pötka, prof. nadzw. SGSPa)*
a>Szkota Glowna Sluzby Pozarniczej, Wydzial Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego / The Main School of Fire Service, Fire Engineering Department
*Autor korespondencyjny / Corresponding author: mpolka@sgsp.edu.pl
Analiza podatnosci na zapton wytypowanych pytow spozywczych
Ignition Sensitivity Analysis of Selected Food Dusts
Анализ восприимчивости к воспламенению отдельных видов пищевых порошкообразных продуктов
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu byla analiza poröwnawcza parametröw zapalnosci, palnosci i termostabilnosci wybranych rodzajöw mqk. Do badan uzyto dost?pne na rynku produkty spozywcze stosowane m.in. w przemysle gastronomicznym, spozywczym czy w gospodarstwach domowych, tj. mqki z ciecierzycy, mqki pszennej, owsianej, ryzowej oraz kukurydzianej. Na podstawie przeprowadzonych badan eksperymentalnych wykazano, ze na zapalnosc mqk wplywa rodzaj rosliny, z ktörej pochodzi, jak röwniez grubosc warstwy pylu.
Wprowadzenie: Zagrozenie wybuchem pylöw spozywczych moze wyst?powac nie tylko w trakcie normalnych warunköw pracy urzqdzen lub procesöw technologicznych, ale przede wszystkim w przypadku pracy wadliwej i awarii. Wybuchowe mieszaniny pylowo-powietrzne mogq tworzyc si? podczas transportu czy magazynowania surowcöw, takich jak zboze, cukier, m^ka. W celu zaprojektowania i doboru odpowiednich urz^dzen, wyposazenia mlynöw, elewatoröw oraz innych obiektöw, w ktörych wytwarza si?, przetwarza oraz magazynuje rozdrobnione produkty zbozowe, nalezy zbadac, jakie wlasciwosci powstalych w tych warunkach pylöw decydujq o zwi?kszonym zagrozeniu wybuchem i pozarem.
Metody: Do oznaczania palnosci i zapalnosci badanych pröbek pylöw mgk przeprowadzono badania dotyczgce: oznaczania minimalnej temperatury zaplonu pylöw od nagrzanej powierzchni wedlug PN-EN 50281-2-1:2002, wyznaczenia temperatury zapalenia produktöw rozkladu termicznego wedlug normy PN-69/C-8902, analizy termograwimetrycznej wedlug PN-EN ISO 11358-1:2014 oraz oznaczania ciepla spalania wedlug PN-EN ISO 1716:2010. Przedsta-wiono wartosci minimalnych temperatur zaplonu warstw i obloköw, temperatury zapalenia palnej fazy gazowej, wartosci ciepla spalania oraz wykonano analiz? termograwimertycznq czterech rodzajöw produktöw spozywczych: mqki pszennej, mqki z ciecierzycy, mqki owsianej, ryzowej oraz kukurydzianej. Wyniki: Stwierdzono, ze pyl z mqki ciecierzycy sposröd przebadanych pylöw stanowi najwi?ksze zagrozenie pozarowe. Posiada najnizsze temperatury zaplonu i poczqtku rozkladu termicznego, a dopuszczalne temperatury powierzchni urzqdzen pracujqcych w obecnosci tego pylu dla warstwy o grubosci 5 mm, 12,5 mm nie mogq przekroczyc kolejno: 245°C, 200°C.
Wnioski: Przeprowadzone badania eksperymentalne daj^ mozliwosc zminimalizowania zagrozen i uzasadniaj^ koniecznosc szczegölnie dbalego i cz?stego usuwania nagromadzonych pylöw, przestrzegania rezimöw technologicznych i wymaganej cz?stotliwosci prowadzenia przeglqdöw i konser-wacji biorqcych udzial w procesie technologicznym maszyn i urzqdzen. Pyly mqk - pszennej, kukurydzianej i ryzowej wykazujq podobne wlasciwosci fizykochemiczne i palne, co mozna zauwazyc na przykladzie wartosci g?stosci nasypowej, temperatury zapalenia, minimalnej temperatury zapalenia obloku oraz poczqtkowej temperatury rozkladu termicznego. Biorqc pod uwag? wartosc ciepla spalania i g?stosc obciqzenia ogniowego najkorzystniej-sze parametry ma mqka ryzowa. Natomiast najwi^kszq zapalnosc fazy gazowej od malego plomienia sposröd badanych mqk posiada mqka owsiana. Stowa kluczowe: pyl, bezpieczenstwo pozarowe Typ artykutu: oryginalny artykul naukowy
PrzyjQty: 09.05.2018; Zrecenzowany: 06.08.2018; Zatwierdzony: 05.11.2018; Identyfikator ORCID autora: 0000-0002-2280-8137;
ProszQ cytowac: BiTP Vol. 51 Issue 3, 2018, pp. 14-24, doi: 10.12845/bitp.51.3.2018.1; Artykul udostQpniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativec0mm0ns.0rg/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRACT
Aim: The paper presents a comparative analysis of parameters for ignitability, flammability and thermal stability for each of the selected types of flour. The tests were performed using food products available on the market and used in the catering and food industry as well as in households, i.e. chickpea, wheat, oat, rice and maize flour. Experimental research demonstrated that the combustibility of flour depends on the type of the plant from which it is made and the thickness of the dust layer.
Introduction: The hazard caused by an explosion of food dusts may be present not only under normal operating conditions of appliances or during technological processes, but primarily during the faulty work of devices or system malfunctions. Explosive mixtures of dust and air may be formed during
the transport or storage of raw materials, such as cereals, sugar or flour. In order to ensure the appropriate design and selection of suitable appliances, equipment of mills, elevators and other facilities in which ground grain products are produced, processed and stored, a study should be made as to which properties of dusts generated in those conditions cause an increased danger of explosion and fire.
Methods: To determine the flammability and ignitability of the analysed samples of flour dusts, the following tests were performed: determining the minimum ignition temperature of dusts igniting from a heated surface in accordance with PN-EN 50281-2-1:2002, specifying the ignition temperature of thermal decomposition products according to PN-69/C-8902, thermogravimetric analysis in line with PN-EN ISO 11358-1:2014, and determining combustion heat according to PN-EN ISO 1716:2010. The presented values included the minimum ignition temperatures of layers and clouds, the ignition temperature of the flammable gaseous phase and the value of combustion heat. A thermogravimetric analysis was carried out of five types of food products used, inter alia, in the catering industry, food industry and in households, including wheat, chickpea, oat, rice and maize flour.
Results: It was found that among all the tested types of dusts the chickpea flour dust causes the highest fire hazard. It has the lowest temperature of ignition and of the onset of thermal decomposition, and the admissible temperatures of the surface of appliances operating in the presence of this dust, for a layer of 5 mm and 12.5 mm may not exceed 245'C and 200'C, respectively.
Conclusions: The conducted experimental tests allow minimising the hazards and justify the necessity of ensuring a particularly thorough and frequent removal of accumulated dusts, respecting technological regimes and the required frequency of inspections and maintenance activities of all machines and appliances used in the technological process. The dusts of flours made of wheat, maize and rice were found to have similar physicochemical and flammable properties, which may be seen in the example of the bulk density value, ignition temperature, minimum cloud ignition temperature and the initial temperature of thermal decomposition. Given the value of combustion heat and fire load density, it was found that rice flour offers the most favourable parameters. The highest ignitability of the gaseous phase by a small flame among the tested types of flour was found for oat flour. Keywords: dust ignitability, fire safety Type of article: original scientific article
Received: 09.05.2018; Reviewed: 06.09.2018; Accepted: 05.11.2018; Author's ORCID ID: 0000-0002-2280-8137;
Please cite as: BiTP Vol. 51 Issue 3, 2018, pp. 14-24, doi: 10.12845/bitp.51.3.2018.1;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativec0mm0ns.0rg/licenses/by-sa/4.0/).
АННОТАЦИЯ
Цель: Целью данной статьи является сравнительный анализ параметров воспламеняемости, горючести и термостабильности отдельных видов муки. В исследовании использовались коммерчески доступные пищевые продукты, применяемые, среди прочего, в гастрономической, пищевой и бытовой отраслях, а именно: мука из нута, пшеничная мука, овсяная мука, рисовая мука и кукурузная мука. На основе проведенных экспериментальных исследований было показано, что на воспламеняемость муки влияет тип растения, из которого она изготовлена, а также толщина слоя муки.
Введение: Риск взрыва пыли пищевого порошкообразного продукта может возникать не только при нормальных условиях эксплуатации оборудования или технологических процессов, но прежде всего в случае аварийной работы и сбоя. Взрывоопасные пылевоздушные смеси могут образовываться при транспортировке или хранении сырья, такого как зерно, сахар и мука. Для проектирования и выбора соответствующего оборудования и снаряжения для мельниц, элеваторов и других объектов, в которых производится, обрабатывается и хранится зерновая продукция, необходимо изучить, какие свойства порошкообразных продуктов, возникающие в результате этих условий, определяют повышенный риск взрыва и пожара.
Методы: Для определения горючести и воспламеняемости испытуемых образцов муки были проведены следующие испытания: определение минимальной температуры воспламенения муки от нагретой поверхности в соответствии с PN-EN 50281-2-1: 2002, определение температуры воспламенения продуктов термического разложения в соответствии со стандартом PN-69 / C-8902, термогравиметрический анализ согласно PN-EN ISO 11358-1: 2014 и определение теплоты сгорания согласно PN-EN ISO 1716: 2010. Были представлены значения минимальных температур воспламенения слоев и облаков пыли, температура воспламенения газовой фазы возгорания пыли, теплота сгорания и термогравиметрический анализ четырех видов пищевых продуктов: пшеничной муки, муки из нута, овсяной мука, рисовой муки и кукурузной муки.
Результаты: Было обнаружено, что пыль муки из нута среди проверенной пыли является самой пожароопасной. Она имеет самые низкие температуры воспламенения и начала термического разложения, а допустимые температуры поверхности устройств, работающих в присутствии этой пыли для толщины слоя 5 мм, 12,5 мм, не могут превышать соответственно: 245°C, 200°C.
Выводы: Проведенные экспериментальные испытания дают возможность минимизировать риски и обосновать необходимость особо тщательного и частого удаления накопленной пыли, соблюдения технологических режимов и требуемой частоты проверок и обслуживания машин и устройств, участвующих в технологическом процессе. Пыль муки - пшеницы, кукурузы и риса демонстрируют сходные легковоспламеняющиеся и физико-химические свойства, что видно из примера объемной плотности, температуры воспламенения, минимальной температуры воспламенения облаков и начальной температуры термического разложения. Учитывая величину теплоты сгорания и плотность огневой нагрузки, наиболее выгодными параметрами обладает рисовая мука. Напротив, самую высокую воспламеняемость при газовой фазе из небольшого пламени испытанной муки имеет овсяная мука. Ключевые слова: пыль, пожарная безопасность Вид статьи: оригинальная научная статья
Принята: 09.05.2018; Рецензирована: 06.08.2018; Одобрена: 05.11.2018; Идентификатор ORCID автора: 0000-0002-2280-8137;
Просим ссылаться на статью следующим образом: BiTP Vol. 51 Issue 3, 2018, pp. 14-24, doi: 10.12845/bitp.51.3.2018.1;
Настоящая статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/ licenses/by-sa/4.0/).
Wprowadzenie
Zagrozenie wybuchem pytow spozywczych jest bardzo waz-nym zagadnieniem nie tylko z powodu generowanych przez taki wybuch strat materialnych, ale takze ze wzgl?du na jego istotny wptyw na ciqgtosc dostaw zywnosci. Wybuchowe mieszaniny pytowo-powietrzne mogq powstawac podczas transportu (np. w przenosnikach kubetkowych) oraz magazynowania surow-cow, takich jak zboze, cukier czy mqka. Do wybuchu moze wi?c dojsc wewnqtrz urzqdzen produkcyjnych, w ktorych pyt palny powstaje, jest transportowany, obrabiany lub suszony, jak row-niez na zewnqtrz tych urzqdzen, w tym w przestrzeniach i na powierzchniach, gdzie moze on zalegac w postaci warstw tzw. pytu osiadtego. W wyniku np. ztej wentylacji, nagtego zawirowa-nia powietrza lub wybuchu wewnqtrz urzqdzenia produkcyjnego pyt osiadty moze wzniesc si? i utworzyc niebezpiecznq chmur? pytowo-powietrznq o st?zeniu wybuchowym, ktora w kontakcie ze zrodtem zaptonu moze zapalic si? i spowodowac wybuch. Zapalnosc warstw osiadtego pytu mqk oraz mieszanin pytowo--powietrznych jest powaznym zagrozeniem dla wielu obiektow przemystowych i miejsc, w ktorych sktadowane lub transportowa-ne sq rozdrobnione substancje state [1-13]. W dawnych czasach zagrozenie wybuchem mqk wyst?powato w mtynach, spichler-zach oraz w piekarniach. Jednym z pierwszych udokumentowa-nych zdarzen zwiqzanych z poruszanq tematykq byt przypadek wybuchu mqki w piekarni w Turynie we Wtoszech, ktory nastq-pit w grudniu 1785 r. Wybuch spowodowat sttuczenie szyb we wszystkich oknach piekarni i uszkodzenie konstrukcji budyn-ku. Na skutek osypania si? zbyt duzej ilosci mqki doszto do jej wzburzenia i wzniesienia w powietrze pytu, ktory ulegt zaptono-wi od zawieszonej lampy [5]. Kolejnym przypadkiem, do ktore-go warto si? odniesc, jest wybuch z 1878 r. w Washburn a Mill w Minnesocie [11]. W siedmiopi?trowym mtynie, do obstugi kto-rego zatrudniano 200 pracownikow, w godzinach porannych doszto do trzech duzych wybuchow, w wyniku ktorych zgin?ta cata czternastoosobowa zatoga nocnej zmiany. Wskutek rozprzestrze-niania si? pozaru na okoliczne budynki zmarty takze kolejne czte-ry osoby. Podczas dochodzenia ustalono, ze zapton obtoku pytu zostat zainicjowany przez iskr? wytworzonq poprzez ocieranie si? o siebie dwoch niedostatecznie zwilzonych kamieni mtyn-skich. Ten wypadek przyczynit si? do wprowadzenia w USA sze-rokich reform w przemysle mtynarskim. Obejmowaty one kwestie montazu odpowiednich systemow wentylacyjnych i innych urzqdzen zabezpieczajqcych. Wedtug statystyk w latach 1785-2012 na terenie USA doszto do 1611 wybuchow i pozarow z udziatem pytow palnych. Az 645 (okoto 40%) zdarzen zaszto w zaktadach produkujqcych zywnosc. Nagrzane powierzchnie elementow pra-cujqcych maszyn stanowity okoto 23% przypadkow, w wyniku ktorych dochodzito do zaptonu pytow wzgl?dem pozostatych sklasyfikowanych zrodet zaptonu [10]. Stopniowo wprowadzano rozwiqzania zmniejszajqce ryzyko powstania zagrozenia wyni-kajqcego z pojawienia si? warstw i obtokow pytow w niepozqda-nych miejscach oraz takie, ktore redukowaty sit? zniszczen i strat w ludziach w przypadku wystqpienia zaptonu pytow w zaktadach. Mimo to nadal dochodzi do zdarzen z udziatem pytow. Przykta-dem moze byc wybuch pytu zbozowego w mtynie, do ktorego doszto w kwietniu 2013 r. w Statesville w USA [13]. Wedtug danych
Introduction
The risk of food dust explosion is a crucial issue not only due to financial losses generated by such explosions, but also due to its high impact on the continuity of food supplies. Explosive mixtures of dust and air may form during transport (e.g. in bucket elevators) and during the storage of raw materials such as cereals, sugar and flour. An explosion may occur inside the manufacturing equipment where the combustible dust is produced, transported, processed or dried, and outside the equipment, including spaces and surfaces where it can linger in the form known as settled dust. As a result of, e.g., poor ventilation, sudden air whirl or an explosion inside a manufacturing device, settled dust may be made airborne and create a dangerous dust and air cloud with an explosive concentration, which in contact with a source of ignition may ignite and cause an explosion. The flammability of settled dust layers and mixtures of dust and air is a serious threat for many industrial buildings and storage or transport sites of pulverised solid substances [1-13]. In the past, the risk of flour explosion was present in mills, granaries and bakeries. One of the first documented events of this type was the flour explosion in a bakery in Turin, Italy, in December 1785. The explosion shattered all the windows in the bakery and damaged the building's structure. As the surface had been covered with an excessive amount of flour, the dust was stirred and rose into the air where it ignited from a hanging lamp [5]. Another notable case was the explosion of 1978 in Washburn A Mill, Minnesota [11]. One morning, the seven-floor mill employing 200 people was shaken by large explosions, which killed all 14 people working the night shift. Fire spread to the neighbouring buildings, killing another four people. The investigators discovered that the dust cloud ignition had been started by a spark created by two insufficiently moistened millstones rubbing against each other. The accident gave rise to large-scale reforms in the US milling industry, covering the installation of ventilation systems and other security elements. According to statistics, in 1785-2012 in the USA there were 1611 explosions and fires involving combustible dusts. As many as 645 (approx. 40%) of the events took place in food-producing plants. Heated surfaces of the operating elements of machines were the cause of approx. 23% of cases of dust ignition against other listed sources of ignition [10]. Solutions were being gradually introduced to mitigate the risk of the threat arising from the formation of dust layers and clouds in undesired locations and to reduce the damage and human casualties in cases of dust ignition in plants. However, accidents caused by dust still occur. One example is the explosion of cereal grain dust which happened in a mill in Statesville, USA, in April 2013 [13]. According to data from 2016, profits from the food industry in Poland account for 17% of total budget gains generated by Polish industry. The part of the food sector dealing with the production of cereal milling products and flour products employs approx. 50,000 people. Poland ranks second in the European Union in terms of the number of operating mills. There are approx. 500 facilities of this type in this country [4].
z 2016 r. zyski z przemystu spozywczego w Polsce stanowig 17% catkowitych wptywöw do budzetu z polskiego przemystu. W sek-torze spozywczym zwigzanym z wytwarzaniem produktöw prze-miatu zböz i produkcjg wyroböw mgcznych zatrudnionych jest okoto 50 tys. pracowniköw. Polska zajmuje drugie miejsce w Unii Europejskiej co do ilosci funkcjonujgcych obecnie mtynöw. Na terenie kraju wystçpuje okoto 500 tego typu obiektöw [4].
Poznanie wtasciwosci pozarowo-wybuchowych poszcze-gölnych rodzajöw mgk pozwoli dobrac odpowiednie zabezpie-czenia i okreslic maksymalne dopuszczalne temperatury powierzchni urzgdzen narazonych na prace w obecnosci pytöw tych produktöw, tak aby zredukowac ryzyko zdarzen z ich udzia-tem do minimum [4, 12].
Recognising the fire and explosive properties of the particular types of flour will make it possible to select the appropriate protection measures and to specify the maximum permissible temperatures for the surfaces of appliances exposed to dust from these products to an extent allowing the maximum possible reduction of the risk of accidents involving them [4, 12].
Czçsc doswiadczalna Opis badanych pytöw
Przedmiotem badan byty wybrane dostçpne na rynku rodzaje mgk: pszenna, z ciecierzycy, owsiana, ryzowa oraz mgka kukury-dziana. Pröbki kazdej z mgk zostaty przesiane przez stalowe sito o wielkosci nominalnym oczek wynoszgcym 200 |jm. Pröbki byty jednorodne i reprezentatywne w odniesieniu do badanego pytu.
Charakterystyka metod badawczych
Do oznaczania palnosci i zapalnosci analizowanych pröbek pytöw mgk przeprowadzono badania dotyczgce:
1) oznaczania minimalnej temperatury zaptonu pytöw od nagrzanej powierzchni wedtug PN-EN 50281-2-1:2002 [14],
2) wyznaczenia temperatury zapalenia produktöw rozktadu termicznego wedtug normy PN-69/C-8902 [15],
3) analizy termograwimetrycznej wedtug PN-EN ISO 113581:2014 [16],
4) oznaczania ciepta spalania wedtug PN-EN ISO 1716:2010 [17].
Ad. 1.
Metodologia badawcza [14] stuzgca do wyznaczenia minimalnej temperatury zaptonu pytu od nagrzanej powierzchni (po-dzielona na dwie czçsci A i B) wykorzystana zostata do okreslenia maksymalnej dopuszczalnej temperatury powierzchni urzgdzen elektrycznych i wtasciwego ich doboru w obiektach, w ktörych wy-stçpujg pyty palne. Metodç stosuje siç do badania warstwy pytu na ptycie o statej temperaturze i oznaczenia minimalnej temperatury zaptonu warstwy pytu (MTZW), czyli najnizszej temperatury powierzchni pieca, przy ktörej dochodzi do zaptonu warstwy pytu o zadanej grubosci. Zgodnie z normg PN-EN 50281 -2-1 zapton warstwy pytu nastçpuje, jesli spetniony jest co najmniej jeden z trzech kryteriöw. Pierwszym z nich jest osiggniçcie temperatury 450°C w warstwie pytu. Drugim jest przekroczenie o 250°C temperatury warstwy od nastawionej temperatury ptyty grzejnej. Trzecim nato-miast jest zaobserwowanie widocznego zrödta zarzenia lub palenia w warstwie pytu. Dla pytöw mgk zbadano minimalne temperatury zaptonu warstwy o grubosci 5 mm oraz 12,5 mm. Wybör grubosci warstwy 5 mm wynikat z zalecen normy PN-EN 50281-2-1 (obowig-zujgcej do 30 wrzesnia 2018 r.) oraz nowej normy PN-EN ISO/IEC 80079-20-2 [18], ktöra jest normg zharmonizowang z dyrektywg Atex, natomiast grubosc warstwy 12,5 mm jest rekomendowana
Experimental part Description of the analysed dusts
The study concerned the selected types of flour available on the market: wheat, chickpea, oat, rice and maize flour. Samples of each of the flours were sifted through a steel sieve with a nominal mesh size of 200 pm. The samples were homogeneous and representative for the analysed dust.
Specification of the research methods
To determine the flammability and ignitability of the analysed samples of flour dusts, the following tests were performed:
1) the specification of the minimum ignition temperature of dusts igniting from a heated surface in accordance with PN-EN 50281-2-1:2002 [14],
2) the specification of the ignition temperature of thermal decomposition products according to PN-69/C-8902 [15],
3) thermogravimetric analysis in line with PN-EN ISO 113581:2014 [16],
4) the specification of the combustion heat according to PN-EN ISO 1716:2010 [17].
Re 1.
The research methodology [14] used to determine the minimum ignition temperature of dust igniting from a heated surface (divided into parts A and B) was used to determine the maximum permissible surface temperature of electric appliances and their proper selection in buildings in which combustible dusts are present. The method is used to analyse the dust layers on a plate with a constant temperature and to determine the minimum ignition temperature of a dust layer (MFPDL), i.e. the lowest temperature of the furnace surface in which the layer of dust of a given thickness ignites. In line with standard PN-EN 50281-2-1 the dust layer ignites when at least one of the three criteria is met. The first of them is reaching the temperature of 450°C in the dust layer. The second is exceeding the set temperature of the heating plate by 250°C. The third is observing a visible source of glow or burning in the dust layer. For flour dusts, minimum ignition temperatures were tested for layers 5 mm and 12.5 mm thick. The selection of the 5 mm layer was based on the recommendations contained in standard PN-EN 50281-2-1 (valid until 30 September 2018) and the new standard PN-EN ISO/IEC 80079-20-2 [18], which is a standard harmonised with the Atex Directive, while the 12.5 mm layer thickness is recommended
przez amerykanskq norm? ASTM E2021 [19]. Btqd metody wyno-si 10°C. Badania mqk przeprowadzono w dwukrotnych powtórze-niach w temperaturach powierzchni ptyty grzejnej, przy których zaobserwowano zapton i brak zaptonu z róznicq ± 10°C.
Metoda B stosowana jest do badania obtoku pytu w piecu o sta-tej temperaturze, stqd tez zwazonq próbk? pytu umieszcza si? w pojemniku podtqczonym jednym koncem do przewodu wpro-wadzajqcego spr?zone powietrze ze zbiornika, za pomocq którego pyt zostaje rozprowadzony do wn?trza pieca. Po otwarciu zaworu elektromagnetycznego próbka w postaci obtoku zostaje prowa-dzona do cylindrycznej rury wewnqtrz pieca. Dolny koniec tej rury jest odstoni?ty, co pozwala przy pomocy lusterka umieszonego pod niq, obserwowac wn?trze pieca i zachodzqce w nim zjawiska. Zgodnie z PN-EN БС^! -2-1 (Metoda B) uznaje si?, ze doszto do zaptonu obtoku pytu, jesli pojawi si? ptomien wychodzqcy poza dolny koniec rury pieca lub wewnqtrz. Moze on nastqpic z pewnym opóz-nieniem. Pojawienie si? na wylocie iskier nie stanowi spetnienia kryterium zaptonu. Jako minimalnq temperatur? zaptonu obtoku (MTZO) ustala si? najnizszq temperatur? pieca, w której odnoto-wano zapton obtoku pytu pomniejszonq o 20°C, a w temperaturze zaptonu ponizej 300°C o 10°C. W przypadku zidentyfikowania zagro-zen zwiqzanych z gorqcymi powierzchniami nalezy przestrzegac warunków, aby temperatura wszystkich powierzchni, które mogq miec kontakt z obtokami pytów mak, nie przekraczata 2/3 MTZO, a jezeli na powierzchniach tych istnieje mozliwosc gromadzenia si? warstwy pytów o grubosci do Б mm to temperatura ta powinna byc nizsza o margines bezpieczenstwa równy 7Б°C w porówna-niu do MTZW. Jesli warstwa ta jest grubsza, w zakresie od Б mm do Б0 mm, wtedy margines bezpieczenstwa nalezy odpowiednio zwi?kszyc zgodnie z wykresem na ryc. 1 [1B]. Natomiast w prze-pisach amerykanskich dopuszczalna temperatura powierzchni urzqdzen jest wyznaczana poprzez pomniejszenie wartosci MTZW pytów o grubosci 12,Б mm o 2БТ. Btqd metody wynosi 20°C (w ba-danych zakresach oznaczen MTZO). Badania mqk przeprowadzono w dziesi?ciokrotnych powtórzeniach w temperaturze powierzchni wn?trza pieca, przy której juz nie zaobserwowano zaptonu obtoku.
Ad. 2.
Wyznaczanie temperatury zapalenia produktów rozktadu termicznego pytów [1Б] polega na oznaczeniu najnizszej temperatury pieca, przy której dochodzi do pi?ciosekundowego pa-lenia si? gazowych produktów rozktadu termicznego na skutek dziatania bodzca pilotowego w postaci ptomienia przyktadane-go przez Б minut. Metoda badania polegata na umieszczeniu w gilzie (cylindrycznym pojemniku z przykrywkq wraz z otworem dla wydobywajqcych si? gazowo-parowych produktów rozktadu termicznego) 1 g próbki pytu, którq nast?pnie wprowadzono do jednego z otworów znajdujqcych si? w bloku pieca. Temperatura pieca dziatajqcego w zakresie od 1Б0Т do 400°C regu-lowana byta przy uzyciu panelu kontrolnego. Zgodnie z normq [1Б] powinna byc nastawiona na temperatur? o 10°C nizszq niz spodziewana temperatura rozktadu termicznego próbki. W mo-mencie zaobserwowania wydzielanych gazowych produktów rozktadu termicznego z gilzy, nalezy przystawic ptomien palni-ka gazowego o dtugosci ptomienia nieprzekraczajqcego 10 mm i przystqpic do zapalenia produktów. Btqd metody wynosi 10°C. Wynik koncowy to srednia arytmetyczna z trzech pomiarów temperatury zapalenia nierózniqcych si? o 10°C.
by the US standard ASTM E2021 [19]. The error of the method is 10°C. The flours were tested with two repetitions at heating plate surface temperatures at which ignition and no ignition was observed, with a difference of ± 10°C.
Method B is used to analyse the dust cloud in a furnace with a constant temperature; a weighed sample is placed in a container with one end connected to the pipe transporting compressed air from the container, with which dust is transported to the inside of the furnace. After opening the solenoid valve, the sample in the form of a cloud is guided to the cylindrical tube inside the furnace. The lower end of the tube is exposed, which makes it possible to observe, with a mirror placed beneath it, the inside of the furnace and the phenomena occurring there. In line with PN-EN 50281-2-1 (Method B), it is considered that the dust cloud ignited if there is a flame reaching beyond the lower part of the furnace pipe or inside. It may occur with a certain delay. The presence of sparks at the outlet does not meet the ignition criterion. The lowest furnace temperature at which the dust cloud ignition was observed is determined as the minimum ignition temperature of the cloud (MFPC), lowered by 20°C, and for ignition temperatures below 300°C - by 10°C. In the case of identifying threats related to hot surfaces, the condition is to keep the temperature of all surfaces which may be in contact with flour dust clouds below 2/3 of the MFPC, and if there is a possibility of the accumulation of dusts on these surfaces with a thickness of up to 5 mm, the temperature should be lower by the safety margin of 75°C as compared to the MFPC. If the layer is thicker, within a range from 5 mm to 50 mm, the safety margin should be increased accordingly in line with Fig. 1 [18]. However, as provided in the US regulations, the permissible temperature of the surface of appliances is determined by reducing the MFPC value for dusts with a thickness of 12.5 mm by 25°C. The error of the method is 20°C (in the analysed MFPC ranges). The flours were tested with ten repetitions at the surface temperature of the inside of the furnace at which ignition of the cloud was not observed.
Re 2.
Determining the ignition temperature of dust thermal decomposition products [15] consists of identifying the lowest temperature of the furnace at which a five-second combustion of gaseous thermal decomposition products occurs as a result of the pilot stimulus involving the application of flame for 5 minutes. The study method consisted of placing in a filter cup (a cylindrical container with a lid and a hole for the gas and steam thermal decomposition products) 1 g of the dust sample, which was subsequently introduced to one of the outlets in the furnace block. The temperature of a furnace operating within the range of 150°C-400°C was regulated with a control panel. In line with the standard [15], the set temperature should be 10°C lower than the expected thermal decomposition temperature of the sample. At the moment of observing the gaseous thermal decomposition products emitted from the filter cup, a gas burner flame should be applied, with a flame length of up to 10 mm, and proceed with igniting the products. The error of the method is 10°C. The final result is the arithmetic mean of three measurements of ignition temperature not differing by 10°C.
Ad. 3.
Próbki mgk o masie okoto 30 mg poddano analizie termo-grawimetrycznej metodg dynamiczng [16]. Pomiar wykonano w zakresie temperatur od 20°C do 800°C przy statej szybkosci ogrzewania wynoszgcej 10°C/min. Wybór wartosci szybkosci ogrzewania warstw pytów wynikat z tego, ze jest to wartosc srednia szybkosci ogrzewania materiatów w pozarach w pet-nej skali. Atmosferç utleniajgcg (powietrze) uzyskano poprzez zachowanie statego przeptywu powietrza o wartosci 90 ml/min oraz przeptywu gazu obojçtnego (azotu) - 10 ml/min. Na podsta-wie badan wtasnych oszacowano precyzjç pomiaru: temperatura - 1°C; masa próbki 0,01 mg; szybkosc ubytku masy 1°C/min.
Ad. 4.
Waznym parametrem pod kgtem nagrzewania siç warstwy pytu na skutek zapoczgtkowania reakcji spalania jest wartosc ciepta spalania substancji. Jest on równiez istotny w kwestii ob-liczania obcigzenia ogniowego oraz wzglçdnego czasu trwania pozaru. Do wyznaczenia ciepta spalania postuzono siç metodg bomby kalorymetrycznej wedtug normy [17].
Re 3.
Flour samples with a weight of approx. 30 mg were subjected to thermogravimetric analysis using the dynamic method [16]. The measurement was made for temperatures from 20°C to 800°C with a constant heating rate of 10°C/min. The selection of the heating rate of dust layers was based on the average value of the heating rate of materials in full-scale fires. The oxidising atmosphere (air) was achieved through the provision of a constant air flow of 90 ml/min and the neutral gas (nitrogen) flow of 10 ml/min. On the basis of the author's own research, the measurement precision was estimated: temperature - 1°C' sample weight 0.01 mg; mass loss rate 1°C/min.
Re 4.
An important parameter of dust layer heating as a result of beginning the combustion reaction is the value of the heat of the substance's combustion. It is also essential for calculating the fire load and the relative duration of the fire. The combustion heat was determined with the bomb calorimeter method according to standard [17].
Wyniki badan Test results
Zestawienie uzyskanych wynikow badan przedstawiono The obtained test results are presented in Table 1.
w tabeli 1.
Tabela 1. Zestawienie wynikow pomiarow badanych probek pytow Table 1. List of measurement results of the tested dust samples
Nazwa badania Test name Uzyskane wartosci dla poszczególnych próbek pytów/The values obtained for individual dust samples
Pyt mqki pszennej/ Wheat flour dust Pyt mqki ciecierzycy/ Chickpea flour dust Pyt mqki ryzowej/ Rice flour dust Pyt z mqki kukurydzia-nej/Maize flour dust Pyt z mqki owsianej/ Oat flour dust
Gçstosc nasypowa [g/dm3] (srednia arytmetyczna z piçciu pomiarów) Bulk density [g/dm3] (arithmetic mean from 5 measurements) 540 340 580 540 344
Wilgotnosc pytów [% wag.] (srednia arytmetyczna z piçciu pomiarów) Humidity of dust [ wt%] (arithmetic mean from 5 measurements) 9,7 5,3 9,12 10,02 10,17
Minimalna temperatura zaptonu warstwy pytu o grubosci 5 mm ["C] Minimum ignition temperature of a 5 mm thick layer of dust ["C] Ponad 400 over 400 320 ponad 400 over 400 ponad 400 over 400 ponad 400 over 400
Minimalna temperatura zaptonu warstwy 12,5 mm ["C] Minimum ignition temperature of a 12.5 mm thick layer of dust ["C] 400 280 ponad 400 over 400 ponad 400 over 400 ponad 400 over 400
Minimalna temperatura zaptonu obtoku pytu ["C] Minimum ignition temperature of the dust cloud ["C] 390 440 390 380 440
Ciepto spalania [kJ/g] Combustion heat [kJ/g] 17,152 16,525 14,325 15,223 17,252
Temperatura poczgtku rozktadu termicznego ["C] Temperature at the onset of thermal decomposition ["C] 285 252 288 288 283
Temperatura 50% ubytku masy próbki ["C] Temperature of 50% sample mass loss ["C] 306 303 302 305 301
Temperatura maksymalnej szybkosci ubytku masy ["C] Temperature of the maximum mass loss rate ["C] 304 286 303 307 299
Temperatura zapalenia ["C] Ignition temperature ["C] 345 310 340 340 285
Zródto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
Omöwienie wyniköw
Wyznaczenie minimalnej temperatury zaptonu obtoku pytöw jest istotne dla prawidtowej oceny zagrozenia. Umozliwia ona wtasciwy dobör urzgdzen pracujgcych w miejscach zapy-lonych, pozwalajgc na minimalizacjç zagrozen pozarowo-wybu-chowych, powodowanych przez palne pyty spozywcze. Podczas nagrzewania pröbek pytöw zaobserwowano, ze pyt z owsa tra-cit swojg objçtosc, a wraz z postçpujgcym nagrzewaniem warstwy na powierzchni pojawity siç pçkniçcia, a na krawçdziach widniaty drobne oleiste krople. Pröbki mgki pszennej i ryzowej pçczniaty, natomiast pyt kukurydziany przy dtugotrwatym na-grzewaniu wykazywat stopniowe tworzenie warstwy stopionej. Pröbka pytu z ciecierzycy utozona na ptycie w temperaturze zaptonu wytwarzata duzg ilosc lotnych produktöw rozktadu termicznego oraz biaty dym. W przypadku oznaczania minimalnej temperatury zaptonu warstwy o grubosci 5 mm dla badanych pytöw zgodnie z PN-EN 50281-2-1, spetnione kryterium zaptonu pytu uzyskata jedynie mgka z ciecierzycy, natomiast pozostate pröbki nie spetnity tego kryterium nawet w maksymalnej temperaturze pieca wynoszgcej 400°C (zgodnie z [14]). Nalezy przy-puszczac, ze do zaptonu pozostatych pröbek moze dochodzic w wyzszych temperaturach powierzchni grzejnych.
Czas trwania pomiaröw uzalezniony byt od rodzaju pytu i grubosci warstwy. Podczas badania zaptonu warstwy pytöw o grubosci 12,5 mm pomiary trwaty od jednej do kilku godzin. Wartosci minimalnej temperatury zaptonu warstwy mgki z ciecierzycy wraz ze wzrostem wysokosci jej warstwy byta mniej-sza o 40°C, natomiast zapon uzyskano (dla warstw 12,5 mm) po 2 godzinach. Dla ciecierzycy przy zastosowanych kolejno wysokosci warstw: 5 mm; 12,5 mm uzyskano minimalne temperatury zaptonu: 320°C, 280°C. Röwniez zanotowano, ze war-stwa pytu mgki pszennej o grubosci 12,5 mm ulegta zaptono-wi w temperaturze 400°C. Przyczyng tego zjawiska jest fakt, iz przy grubszych warstwach pytu trudniej dochodzi do wymiany ciepta z otoczeniem, przez co proces samonagrzewania nastç-puje przy nizszych temperaturach powierzchni grzejnej z wiçk-szg intensywnoscig wydzielania ciepta. Prowadzi to do zaptonu warstwy. Zgodnie z [18] dla mgki z ciecierzycy mozna okreslic dopuszczalng temperatury powierzchni warstwy pytu z ciecierzycy do grubosci 5 mm wynoszgcg 245°C.
Przy rozwazaniu dopuszczalnej temperatury dla warstw pytu o grubosci wiçkszej niz 5 mm wykorzystuje siç wykres (ryc. 1).
Do okreslenia dopuszczalnej temperatury powierzchni urzgdzen pracujgcych w obecnosci badanych pytöw zgodnie z [18] nalezy wzigc pod uwagç wartosc minimalnej temperatury zaptonu warstwy pytu o grubosci 5 mm i wybrac zgodnie z zakresem odpowiedni wykres (ryc. 1), z ktörego odczytuje siç wartosc dopuszczalnej temperatury urzgdzen pokrytych pytem o grubosci powyzej 5 mm. Dla grubosci warstwy pytu 12,5 mm dopuszczal-na temperatura powierzchni urzgdzen wynosi 200°C dla mgki z ciecierzycy, a dla pozostatych mgk 260°C.
W tabeli 2 ukazano wartosci dopuszczalnych temperatur urzgdzen, na ktörych lub w poblizu ktörych istnieje ryzyko two-rzenia siç warstw i obtoköw badanych pytöw.
Discussion of the results
Determining the minimum ignition temperature of a dust cloud is essential for the proper assessment of the threat. It allows an appropriate selection of appliances operating in dusty places, making it possible to minimise the threat of fire and explosion caused by combustible food dusts. During the heating of dust samples it was observed that oat dust was losing its volume, and together with the heating of the layer, cracks appeared on the surface and oily drops appeared on the edges. Wheat and rice flour samples were swelling, and maize dust heated for a long time was showing a gradual formation of a melt layer. The chickpea dust sample placed on a plate at the ignition temperature was producing a large amount of volatile thermal decomposition products and white smoke. In determining the minimum ignition temperature of the 5 mm layer for the tested dusts in line with PN-EN 50281-2-1, the dust combustion criterion was met only by the chickpea flour, and the remaining samples did not meet this criterion even at the maximum furnace temperature of 400°C (in accordance with [14]). It should be concluded that the remaining samples may ignite at higher temperatures of heating surfaces.
The duration of measurements depended on the type of the dust and the thickness of the layer. During the analysis of the ignition of dusts with a thickness of 12.5 mm measurements lasted from one to several hours. The minimum ignition temperature for a layer of chickpea flour along with an increase in the layer's height was lower by 40°C, and ignition was reached (for 12.5 mm layers) after 2 hours. In the case of chickpea with the respective layers of 5 mm and 12.5 mm the following minimum ignition temperatures were obtained: 320°C and 280°C. It was also recorded that for the wheat flour dust layer with a thickness of 12.5 mm the ignition temperature was 400°C. The reason for this is that with thicker dust layers heat exchange with the environment is hindered, and this causes the self-heating process to occur at lower temperatures of the heating surface and with greater intensity of heat emission. This leads to the ignition of the layer. In line with [18] for chickpea flour it is possible to determine the permissible surface temperature for a 5 mm thick chickpea dust layer of 245°C.
When considering the permissible temperature for dust layers with a thickness higher than 5 mm, the following diagram is used (Fig. 1).
To specify the permissible surface temperature of appliances operating in the presence of the analysed dusts in accordance with [18], the minimum ignition temperature of a 5 mm layer of dust should be considered and the suitable diagram should be used with the appropriate range (Fig. 1), which is used to read the maximum temperature of appliances covered with dust with a thickness exceeding 5 mm. For the dust layer thickness of 12.5 mm the permissible surface temperature of appliances is 200°C for chickpea flour, and for the remaining flours - 260°C.
Table 2 shows permissible temperatures of appliances on or around which there is a risk of accumulation of layers and clouds of the tested dusts.
Grubosc warstwy pytu [mm]/Dust layer thickness [mm]
Rycina 1. Zaleznosc maksymalnej dopuszczalnej temperatury powierzchni urzqdzenia od grubosci warstwy pytu [18] Figure 1. The dependence of the maximum admissible temperature of an appliance's surface (°C) on dust layer thickness [18]
Tabela 2. Maksymalne wartosci dopuszczalnej temperatury urzqdzen dla danych warstw i obtoköw pytöw Table 2. The maximum admissible temperature of an appliance's surface for the given dust layers and clouds
Nazwa pytu/Dust type
Maksymalna dopuszczalna temperatura
powierzchni urzqdzen dla badanych pytow przy grubosci warstwy do 5 mm [°C]/The maximum permissible surface temperature of appliances for dust layers up to 5 mm thick [°C]
Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urzqdzen dla badanych pytów przy grubosci warstwy do 12,5 mm [°C]/The maximum permissible surface temperature of appliances for dust layers up to 12.5 mm thick [°C]
Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urzqdzen dla badanych ob-toków pytów [°C]/The maximum permissible surface temperature of appliances for tested dust clouds [°C]
Pyt mqki pszennej Wheat flour dust ponad 32Б over 32Б 27Б 260
Pyt mqki ciecierzycy Chickpea flour dust 24Б 200 293
Pyt mqki ryzowej Rice flour dust ponad 32Б over 32Б 27Б 260
Pyt mqki kukurydzianej Maize flour dust ponad 32Б over 32Б 27Б 2Б3
Pyt mqki owsianej Oat flour dust
ponad 32Б over 32Б
27Б
293
Najnizszq temperatur? zapalenia produktów rozktadu termicznego od matego ptomienia uzyskano dla mqki owsianej tj. 285°C. Mozna zauwazyc, ze sposród badanych pytów to ten pyt jest najbardziej podatny na zapton od matego ptomienia. W temperaturze pieca 310°C doszto do zapalenia si? produktów gazowo-parowych pytu z ciecierzycy, co swiadczy ze w tej temperaturze wyst?puje st?zenie gazowych produktów rozktadu termicznego w zakresie zapalnosci od bodzca pilotowego. Jed-nakowe wartosci wynoszqce 340°C uzyskano dla próbek mqk kukurydzianej i ryzowej, jak równiez zblizonq wartosc uzyskano dla mqki pszennej. Ze wzgl?du na p?cznienie próbek z mqkq pszennq, kukurydzianq i ryzowq masa próbek do badan zgodnie z metodologiq [1Б] zostata zmniejszona o potow?. Przyczy-nq tego zjawiska moze byc odparowanie wilgoci z pytu, które prowadzi do jego spulchnienia w gilzach. Zaobserwowane spo-strzezenia nalezy wykorzystac podczas projektowania instala-cji przemystowych przeznaczonych do wykorzystania w wyso-kiej temperaturze i dodatkowo posiadajqcych mate przekroje, w których mogq znalezc si? pyty wymienionych powyzej mqk.
Pomiary w termograwimetrze wykazaty istotnq róznic? w wartosciach temperatury poczqtku rozktadu termicznego
The lowest ignition temperature of thermal decomposition products by a small flame was obtained for oat flour, i.e. 285°C. It can be noticed that among the tested dusts this is the most susceptible to ignition by a small flame. At the furnace temperature of 310°C the gas and steam products of the chickpea dust ignited, which demonstrated that at this temperature the concentration of gaseous thermal decomposition products is present in terms of ignitability from a pilot stimulus. Equal values amounting to 340°C were obtained for the maize and rice flour samples, with a similar result for wheat flour. Due to the swelling of the wheat, maize and rice flour, the weight of test samples was reduced by half in line with the methodology in [15]. The cause of this may be the evaporation of moist from the dust, which leads to its loosening in filter cups. The observations made should be used during the design of industrial installations intended for high-temperature operations with small sections which can contain dust from the flours mentioned above.
Measurements in the thermogravimeter showed an important difference between the temperature at the onset of the thermal decomposition of the chickpea flour and the remaining
mgki z ciecierzycy a pozostatymi. Proces rozktadu termicznego pytu mgki z ciecierzycy rozpoczgt siç w temperaturze 252°C, podczas gdy w pozostatych pytach temperatury znaczgco nie odbiegaty od siebie. Dla pytów z mgki pszennej, ryzowej, kukurydzianej i owsianej wynosity one w od 283-do 288°C. Temperatura poczgtku rozktadu termicznego pytu z ciecierzycy byta
0 okoto 12% nizsza od usrednionej wartosci temperatur pozostatych próbek. Inny sktad elementarny zawarty w pyle z ciecierzycy powoduje uzyskiwanie stosunkowo wyzszej podatnosci na zapton dla tego pytu od nagrzanej powierzchni. Wartosci temperatur, przy których nastgpit 50% ubytek masy pytów, byty zbli-zone do siebie. Najwiçksze róznice mozna dostrzec pomiçdzy pytami mgki pszennej a owsianej. Wynosity one 5°C. Pozostate dwa pyty uzyskaty bardzo zblizong wartosc wynoszgca dla ciecierzycy 303°C oraz dla pytu ryzowego 302°C.
Najnizszg wartosc temperatury maksymalnej szybkosc ubytku masy uzyskata mgka z ciecierzycy i wynosita ona 286°C. Jest to wynik o okoto 7% nizszy od najwyzszej wartosci, któ-rg uzyskat pyt z mgki kukurydzianej. Nalezy przypuszczac, ze najnizsza termostabilnosc mgki z ciecierzycy jest przyczyng uzyskania jego najwiçkszej podatnosci na zapton od nagrzanej powierzchni sposród badanych pytów. Pyty mgki pszennej
1 ryzowej wykazaty zblizone wartosci temperatury maksymal-nej szybkosci ubytku masy.
Pyty posiadajgce wiçksze wartosci ciepta spalania zapalaty siç w nizszej ustawionej temperaturze pieca. Pyt z owsa, które-go produkty rozktadu termicznego zapalaty siç w temperaturze 285°C, zyskat najwyzszg wartosc ciepta spalania - 17,150 kJ/g. Natomiast temperatura zapalenia palnej fazy gazowej mgki ryzowej charakteryzujgcej siç najmniejszg wartoscig spalania (14,325 kJ/g) wynosita az 340°C.
flours. The thermal decomposition process of the chickpea flour dust started at 252°C, while for the remaining dusts the temperatures remained at a similar level. For wheat, rice, maize and oat flour they were within the range of 283-288°C. The temperature of the onset of the thermal decomposition for the chickpea dust was approx. 12% lower than the average value for the remaining samples. A different elemental composition of the chickpea dust causes it to have a relatively higher ig-nitability for this type of dust from a heated surface. The temperature values at which a 50% dust mass loss occurred were similar. The greatest differences could be noticed between wheat and oat flour, amounting to 5°C. The remaining two dusts achieved very similar values, 303°C for chickpea and 302°C for the rice dust.
The lowest maximum temperature value of the mass loss rate was achieved by the chickpea flour, amounting to 286°C. This is a result approx. 7% lower than the highest value recorded for the maize flour dust. It should be considered that the lowest thermal stability of chickpea flour is the reason for its highest ignitability from a heated surface among the analysed dusts. Wheat and rice flour dusts showed similar maximum temperature values of the mass loss rate.
Dusts with higher combustion heat values ignited at a lower set temperature of the furnace. The oat dust, whose thermal decomposition products ignited at 285°C, achieved the highest combustion heat value, i.e. 17.150 kJ/g. However, the ignition temperature of the combustible gas phase of the rice flour characterised by a lower combustion value (14.325 kJ/g) was 340°C.
Podsumowanie
Z analizy uzyskanych wyników wynika, ze ciecierzyca, któ-ra jest rosling strgczkowg, ze wzglçdu na jej sktad, budowç oraz zawartosc substancji odzywczych, ulegta zaptonowi od nagrzanej powierzchni w temperaturach nizszych niz 400°C, a przy grubszych warstwach w temperaturach powierzchni pieca ponizej 300°C. Ten pyt wsród badanych wykazuje naj-wiçksze zagrozenie spowodowania pozaru czy wybuchu. Zo-stato to potwierdzone w badaniach termograwimetrycznych, w których to ten pyt osiggngt najnizszg temperatura poczgtku rozktadu termicznego.
Z uzyskanych badan wynika, ze zapton warstw pozostatych mgk - pszennej, kukurydzianej, ryzowej i owsianej, o grubosci 5 mm, przypuszczalnie moze nastgpic dopiero przy temperaturze pieca powyzej 400°C. Na przyktadzie mgki z ciecierzycy mozna stwierdzic, ze zwiçkszanie grubosci warstwy pytu z 5 mm na 12,5 mm zwiçksza jej podatnosc na zapton od nagrzanej powierzchni i wydtuza czas potrzebny do zaobser-wowania zaptonu warstwy. Wraz ze wzrostem grubosci warstwy dochodzi do obnizenia temperatury zaptonu od nagrzanej powierzchni, która dla tego pytu ulegta zmniejszeniu o 40°C. Nizsza temperatura zaptonu zalegajgcej warstwy pytu na
Summary
The analysis of the obtained results shows that chickpea, which is a leguminous plant, due to its composition, structure and nutrient content ignited from a heated surface at temperatures lower than 400°C, and with thicker layers at furnace surface temperatures below 300°C. Among the analysed dusts, chickpea is associated with the greatest threat of fire or explosion. This was confirmed by thermogravimetric tests, in which the dust achieved the lowest temperature of the thermal decomposition onset.
The test results showed that the ignition of the remaining types of flour: wheat, maize, rice and oat with a thickness of 5 mm may presumably occur only at the furnace temperature above 400°C. Based on the example of the chickpea flour it is possible to conclude that an increase of the layer's thickness from 5 mm to 12.5 mm increases its ignitability from a heated surface and extends the time needed to observe the layer's ignition. Together with an increase of the layer's thickness, the ignition temperature from a heated surface is lowered, in this case by 40°C. A lower ignition temperature of the dust layer settling on the heated surfaces of appliances raises the risk of fire. A comparison of the bulk density of dust samples makes
nagrzanych powierzchniach urzqdzen podnosi ryzyko wystq-pienia zagrozen zwiqzanych z powstaniem pozaru. Poröwnanie wartosci gçstosci nasypowej pröbek pytöw pozwala stwierdzic, ze przy mniejszych wartosciach gçstosci nasypowej pröbek pytöw zaobserwowano mniejsze wartosci minimalnej temperatury zaptonu obtoku badanych mqk. Spowodowane jest to tym, iz badane pyty spozywcze posiadajqce wiçkszq wartosc gçsto-sci nasypowej, nie tworzq zbitych grudek czqstek pytu w war-stwie, przez co po wprowadzeniu do pieca obtoku pojedyncze ziarna pytu szybciej ulegajq zaptonowi. Ta zaleznosc prowadzi do zaptonu obtoköw pytowo-powietrznych przy nizszych temperaturach nagrzanej powierzchni. Mozliwym czynnikiem po-wodujqcym tworzenie siç grudek pytöw jest wiçksza zawartosc ttuszczu w sktadzie danego pytu, ktora dla mqki z ciecierzycy i owsa byta najwiçksza.
Mqki - pszenna, kukurydziana i ryzowa - wykazujq podob-ne wtasciwosci fizykochemiczne i palne, co mozna zauwazyc podczas analizy wartosci gçstosci nasypowej, temperatury zapalenia, minimalnej temperatury zapalenia obtoku oraz poczqt-kowej temperatury rozktadu termicznego. Biorqc pod uwagç wartosc ciepta spalania, mozna stwierdzic, ze sposröd badanych mqk najmniejszq gçstosc obciqzenia ogniowego przy da-nej powierzchni pomieszczenia posiada mqka ryzowa. Nato-miast najwiçkszq zapalnosc fazy gazowej od matego ptomienia w grupie badanych mqk posiada mqka owsiana.
Wilgotnosc w sposöb nieznaczny wptywa na zachowanie siç pröbek podczas badan na zapalnosc warstwy pytöw. Obser-wowany jest jedynie w poczqtkowych kilku minutach pomiaröw, podczas ktörych dochodzito do stopniowego odparowywania wody z pröbek. Wilgotnosc pytöw posiada natomiast wptyw na zapalnosc ich obtoköw. Na podstawie przedstawionych badan zauwazono, ze podczas oznaczen minimalnej temperatury zaptonu obtoku pytu wraz z obnizaniem temperatury pieca stop-niowo wydtuzat siç czas miçdzy wprowadzeniem pröbki do pieca a jej faktycznym zaptonem obtoku. Wilgotnosc pytu wptywa na czas tworzenia obtoku pytu w piecu. Przy oznaczaniu temperatury zapalenia fazy lotnej pytöw na skutek wody zawartej w pröbkach pytu ryzowego oraz kukurydzianego dochodzito do spiçtrzenia siç pröbek powodowanego gwattownym odpa-rowywaniem wody i jej utrudnionym ujsciem przez maty otwör przykrywki gilzy.
Przeprowadzone badania eksperymentalne dajq mozliwosc zminimalizowania zagrozen oraz potwierdzajq koniecznosc szczegölnie dbatego i czçstego usuwania z urzqdzen nagro-madzonych pytöw, przestrzegania rezimöw technologicznych i wymaganej czçstotliwosci przeglqdöw i konserwacji maszyn oraz urzqdzen biorqcych udziat w procesie technologicznym.
Publikacja zostata opracowana w ramach ewaluacji wyni-köw projektu nr DOBR-BIO4/050/13009/2013 finansowanego przez Narodowe Centrum Badan i Rozwoju pod tytutem: „Opra-cowanie systemowych rozwiqzan wspomagajqcych prowadze-nie dochodzen popozarowych wykorzystujqcych nowoczesne technologie w tym narzçdzia techniczne i informatyczne".
it possible to conclude that a lower bulk density of the dust samples is associated with a lower minimum ignition temperature of the analysed flours' clouds. This is due to the fact that the analysed food dusts with a higher bulk density do not form compact lumps of dust particles in the layer, which is why after reaching the inside of the furnace single dust particles ignite quicker. This correlation leads to the ignition of dust and air clouds at lower heated surface temperatures. A possible factor causing the formation of dust lumps is the higher fat content in the composition of a given dust, which was the highest for the chickpea and oat flour.
Wheat, maize and rice flours have similar physico-chemical and flammability properties, which can be observed through the analysis of bulk density, ignition temperature, the minimum ignition temperature of a dust cloud and the initial temperature of thermal decomposition. Considering the combustion heat value it is possible to state that among the analysed flours rice flour has the lowest fire load density with a given room area. Oat flour has the highest ignitability of the gaseous phase from a small flame among the analysed flours.
Humidity has a slight impact on the performance of samples during ignitability tests of dust layers. It was observed only in the first few minutes of measurements, during which water gradually evaporated from the samples. However, humidity influences the ignitability of dust clouds. The presented tests demonstrated that during the determination of the minimum ignition temperature of a dust cloud, along with the dropping furnace temperature, the time between placing the sample in the furnace and the actual ignition of the cloud was gradually extending. Dust humidity has an impact on the formation of a dust cloud in the furnace. During the determination of the dust volatile phase ignition temperature the water contained in the rice and maize dust samples causes the concentration of the samples due to the rapid water evaporation and its hindered exit through a small hole in the filter cup's lid.
The performed experimental tests make it possible to minimise the threats and justify the necessity of the frequent and thorough removal of accumulating dust, following technological procedures and the required frequency of inspections and maintenance of machines and appliances involved in the technological process.
The publication was prepared within the evaluation of the results of project No. DOBR-BIO4/050/13009/2013 financed by the National Centre for Research and Development under the title "Developing systemic solutions to support the implementation of post-fire investigations based on cutting-edge technologies, including technical and IT tools."
Literatura / Literature
[1] Eckhoff R.K., Current status and expected future trends in dust explosion research, "Journal of Loss Prevention in the Process Industries" 2005, 18, 225-237.
[2] Babrauskas V., Ignition handbook, Fire Science Publishers, Issaquah 2003.
[3] Ptak S., Analiza zagrozen wybuchowych zwiqzanych ze wspólspala-niem biomasy i wçgla, rozprawa doktorska, 2016.
[4] Cudzito B., Flis U., Naklady i wyniki przemystu w 2016 r., Warsza-wa 2017.
[5] Eckhoff R.K., Dust explosions in the process industries. Third edition, Burlington 2003.
[6] Grabarczyk M., Minimalna temperatura zaplonu warstwy pylu jako parametr biernej ochrony przeciwwybuchowej, „Bezpieczenstwo pracy" 2016, 1, 22-26.
[7] Guzewski P., Badanie przyczyn powstania pozarów. Zbiór referatów z III Miçdzynarodowej Konferencji, Poznan 2007, 259-266.
[8] Salamonowicz Z., Pótka M., Wolinski M., Sobolewski M, Badania eksperymentalne i modelowanie zaplonu warstwy pylu na gorqcej powierzchni, „Przemyst Chemiczny" 2014, 93(1), 99-102.
[9] Salamonowicz Z., Michat Kotowski, Pótka M., Barnat W., Oznaczanie charakterystyk wybuchowosci obloków pylu przy wykorzystaniu mo-delowania numerycznego za pomocq technik CFD, „Przemyst Chemiczny" 2014, 93(5), 692-696.
[10] Yuan Z., Khakzad N., Dust explosions: A threat to the process industries, "Process Safety and Environmental Protection" 2015, 98, 57-71.
[11] http://www.mnopedia.org/event/washburn-mill-explosion-1878 [dostçp: 11.02.2018].
[12] Courrières mine disaster, Wikipedia, The Free Encyclopedia, https:// en.wikipedia.org/wiki/Courri%C3%A8res_mine_disaster [dostçp: 11.02.2018].
[13] White K., Grain-dust explosion at Nestle Purina plant hurts 4, US/4 To -day, https://www.usatoday.com/story/news/nation/2014/09/14/ explosion-at-nestle-plant/15648861/ [dostçp: 20.02.2018].
[14] Norma PN-EN 50281:2002 Urzgdzenia do stosowania w obecnosci pytöw palnych. Czçsc 1-1: Urzgdzenia elektryczne chronio-ne przez obudowç, Budowa i badanie. Czçsc: 1-2: Urzgdzenia elektryczne chronione przez obudowç. Dobör, instalacja i kon-serwacja. Czçsc: 2-1: Metody oznaczania minimalnej temperatury zaptonu pytu.
[15] PN-69/C-89022:1969 Tworzywa sztuczne: Oznaczanie temperatury zapalenia.
[16] PN-EN ISO 11358:2004 Tworzywa sztuczne. Termograwimetria (TG) polimeröw. Zasady ogölne.
[17] PN-EN ISO 1716:2010 Badania reakcji na ogien wyroböw. Okresla-nie ciepta spalania brutto (wartosci kalorycznej).
[18] PN-EN 60079-14:2009 Atmosfery wybuchowe. Czçsc 14: Projekto-wanie, dobör i montaz instalacji elektrycznych.
[19] PN-EN ISO/IEC 80079-20-2 Atmosfery wybuchowe -- Czçsc 20-2: Wtasciwosci materiatowe -- Metody badan pytöw palnych.
[20] ASTM E2021-09 Standard Test Method for Hot-Surface Ignition Temperature of Dust Layers.
ST. BRYG. DR HAB. MARZENA POLKA, PROF. NADZW. SGSP - w
1992 roku ukonczyta studia na Wydziale Chemii Uniwersytetu War-szawskiego. Jest profesorem w Zaktadzie Teorii Procesów Spalania i Wybuchu Szkoty Gtównej Stuzby Pozarniczej w Warszawie. W swojej pracy naukowej zajmuje siç procesami spalania materiatów polimero-wych i ich modyfikacjg przeciwogniowg.
SENIOR BRIG. MARZENA POLKA, PH.D., SGSP PROFESSOR - in
1992 she graduated from the Faculty of Chemistry at the University of Warsaw. She works as a Professor at the Combustion and Explosion Processes Theory Institute, the Main School of the Fire Service, in Warsaw. In her academic work, she focuses on polymer-combustion processes and the modifications of polymer materials.
Stworzenie anglojçzycznych wersji oryginalnych artykutów naukowych wydawanych w kwartalniku „BITP. Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza" - zadanie finansowane w ramach umowy 658/P- DUN/2018 ze srodków Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego przeznaczonych na dziatalnosc upowszechniajgcg naukç.
Minister stwo Nauki i Szkolnictwa Wyzszego
