CC BY
18Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т., Берци Л.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ГОРЮЧЕЙ ПЫЛИ
В статье рассмотрены вопросы обеспечения пожаровзрывобезопасности процесса очистки воздуха от пыли. Показано, что перспективным направлением является применение метастабиль-ного (переохлаждённого) пара.
Ключевые слова: пожаровзрывобезопас-ность, пыль, очистка воздуха.
Sonechkin V., Panasevich L., Berzi L.
PROVISION OF FIRE AND EXPLOSION SAFETY
OF THE AIR PURIFICATION PROCESS FROM COMBUSTIBLE DUST
This article looks into the problem of fire and explosion safety provision of air cleaning. The research shows that one of the perspective ways to olve the problem is to use metastable (supercooled) steam.
Keywords: fire-explosion safety, dust, air cleaning.
При механической обработке древесных материалов происходит образование и выделение из обрабатывающего оборудования большого количества отходов, в том числе и в виде пыли. Пыль способна образовать с воздухом взрывоопасную смесь и тем самым создать высокую степень пожаровзрыво-опасности процесса.
В процессе механической обработки древесных материалов в объёме оборудования, системе аспирации постоянно образуется пылевоздушная смесь, концентрация которой меняется в зависимости от изменения технологических параметров обработки и качества исходных древесных материалов. Образование мелкодисперсной пыли и пылевоздушной смеси - неизбежное явление в рассматриваемом технологическом процессе.
Факторов, влияющих на пожаро-взрывоопасность пыли, достаточно много.
К ним относятся дисперсный состав, форма и состояние поверхности, теплота сгорания, химический состав пыли, температура, давление и другие.
Процессы механической обработки древесных материалов неизбежно связаны с образованием древесной пыли как внутри оборудования, так и в производственном помещении. По мере накопления пыли создаются всё более благоприятные условия для её взвихрения потоками воздуха, возникает опасность взрыва пылевоздушной смеси и возгорания отложившейся пыли. Частицы пыли, образующиеся в процессе деревообработки в объёме оборудования, оказываются взвешенными в воздухе и частично выносятся системой аспирации, а некоторые оседают на пол помещения и горизонтальные детали оборудования. Соотношение между пылью, которая выносится системой аспирации, и той, которая оседает, зависит от характеристики образующейся пыли.
Внутри объёма оборудования и производственного помещения неизбежно возникают неоднородности в распределении скоростей воздушных потоков, инициированные движением деталей деревообрабатывающего оборудования, открыванием и закрыванием дверных проёмов в помещении, процессом загрузки исходного материала и выгрузки уже отработанного материала, а также нестабильностью работы системы пылеудаления. Эти неоднородности способны взвихрить часть пыли, отложившейся на полу помещения и на поверхности оборудования.
Для взвихрения осевшей пыли необходимо, чтобы подъёмная сила, создаваемая воздушным потоком, превзошла силу
тяжести и силу адгезии. Критическая величина неоднородностей воздушного потока, необходимая для вторичного взвихрения, также зависит от веса, размера и формы частиц пыли. При неправильном устройстве местных отсосов и недостаточной мощности вентиляторов пыль накапливается в оборудовании.
Особенностью процесса механической обработки древесных материалов является то, что выделение и накапливание пыли происходит при нормальном режиме работы технологического оборудования.
Принципы обеспечения пожаро-взрывобезопасности производства, где образуются и транспортируются горючие пыли, базируются в основном на практических наблюдениях.
Наиболее распространёнными устройствами для очистки воздуха от пыли в системе аспирации являются фильтры и циклоны. Общим для данного оборудования является возможность образования по-жаровзрывоопасной концентрации пыли в объёме оборудования.
При очистке воздуха от пыли с помощью циклонов возможен выход пыле-воздушной смеси из внутреннего объёма вследствие уноса частиц пыли из центральной и разгрузочной частей циклона. При этом пожарную опасность циклона увеличивают технологические источники зажигания.
При очистке воздуха от пыли с помощью рукавных фильтров пожарная опасность возникает в результате образования взрывоопасной концентрации пыли в местах удаления пыли из нижней части фильтра при его встряхивании. При этом возможно появление специфических источников зажигания, таких как самовозгорание пыли, отложившейся в рукавной части, разряды статического электричества.
Необходимо отметить, что в циклонах и рукавных фильтрах в процессе эксплуатации скапливается наиболее пожаро-взрывоопасная пыль.
Наиболее пожаровзрывобезопас-ными пылеуловителями являются пылеуловители мокрого типа. Однако процесс мокрого пылеулавливания, основанный на контакте запыленного воздушного потока с жидкостью, не гарантирует высокой степени очистки воздуха. Улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что затрудняет организацию обслуживания производства, так как требуется очистка сточных вод.
По нашему мнению, повысить эффективность пылеуловителя и снизить пожаровзрывоопасность можно путём применения агентов, находящихся в мета-стабильном состоянии, в частности, переохлажденного пара.
Метастабильное состояние вещества представляет практический интерес прежде всего с точки зрения использования возможности быстрого достижения предельного состояния устойчивого агента. При истечении пара из сопла с большим градиентом скорости термодинамические параметры изменяются весьма интенсивно. Возникающий при этом эффект переохлаждения выражается в том, что температура пара оказывается намного ниже температуры насыщения. Достигнув предельного переохлаждения, пар скачком переходит в состояние равновесия с окружающей средой и превращается в капельки жидкости.
Поэтому одним из способов повышения эффективности пылеулавливания и снижения пожаровзрывоопас-ности является использование эффекта конденсации.
В обычных мокрых пылеуловителях вероятность столкновения частиц пыли и капелек жидкости обуславливает недостаточную степень очистки. При этом часть древесной пыли остаётся в воздушном потоке и выбрасывается в окружающую среду. При применении переохлаждённого пара капли сами ищут частицы древесной пыли, которые воспринимают лишь такое количество влаги, которое необходимо для её осаждения.
Следовательно, этот способ основан на не характерных для мокрых пылеуловителей физических принципах взаимодействия частиц пыли и жидкости. При этом можно регулировать влажность пыли, осаждённой с помощью метастабильного пара, подачей различного количества пара в зависимости от дисперсности частиц и концентрации пыли в воздушном потоке.
Обеспечивающий высокую степень очистки воздуха от горючей пыли мета-стабильный пар также предотвращает образование горючей среды во внутреннем объёме пылеосадительной камеры благодаря флегматизирующему действию водяного пара.
Принципиальная схема работы пожаровзрывобезопасного рукавного фильтра представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема установки:
1 — приёмная коробка; 2 — рукавный фильтр; 3 — шибер; 4 — огнепреграждающий клапан; 5 — взрывной предохранительный клапан; 6 — поток переохлаждённого пара; 7 — сопло; 8 — осаждённая пыль; 9 — шнековый транспортёр; 10 — ударный механизм;
-► - пылевоздушная смесь;
-О-► - очищенный воздух;
-II-► - метастабильный пар
Рисунок 2. Схема расположения сопел: 1 - бункер; 2 - сопло; 3 - взрывной клапан; 4 - доска монтажная для крепления фильтрующего рукава
Установка размещается на открытой площадке, фильтрующие рукава не заключены в камеру. Пылевоздушная смесь поступает в приёмную коробку 1, далее в тканевый рукавный фильтр 2, где осуществляется процесс очистки воздуха от пыли за счёт фильтрации пылевоздуш-ной смеси через ткань рукава. Осевшая на внутренней поверхности рукава пыль стряхивается в бункер с помощью ударного механизма 10. В момент стряхивания пыли подаётся метастабильный пар в сопло 7. Пыль удаляется из бункера с помощью шнекового транспортёра 9. Для защиты бункера от разрушения (в случае взрыва в нём) он оборудован взрывными предохранительными клапанами 5. В случае возникновения пожара в системе аспирации фильтр защищается огнепре-граждающим клапаном 4.
Система получения метастабиль-ного пара включает три сопла, введённые в верхнюю часть бункера, в котором собираются пылевые отходы механической обработки древесных материалов.
На рисунке 2 приведена схема расположения сопел для подачи пара в бункер.
Подаваемый через сопла пар флег-матизирует не только объём бункера, но в момент встряхивания и внутренний объём рукава. При этом происходит увлажнение воздуха, что снижает энергетические характеристики электростатического заряда.
Таким образом, флегматизация свободного объёма рукавного фильтра и увлажнение воздуха водяным паром снижает пожаровзрывоопасность всей установки.
Испытания показали, что на поверхности фильтрующей ткани рукавного
фильтра конденсации водяных паров не происходит. Ткань рукава в процессе работы оставалась сухой. Степень очистки от пыли воздуха, поступающего в атмосферу из фильтра, достигала 98,6 %. Влажность осаждённой пыли в результате подачи пара составила 6,35 %, то есть осаждённая пыль не теряла свойств сыпучести.
Предложенное устройство обеспечивает повышение пожаровзрывобезопас-ности процесса сухой сепарации пыли, использует ограниченное количество воды; также возможно активное использование отработанного пара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Рач-каускас А. Факторы пожарной опасности процесса механической обработки древесных материалов // Вестник Академии ГПС МЧС России. -2007. - № 7. - С. 121-126.
2. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Рач-каускас А. Моделирование динамики удаления пылевых отходов из объёма оборудования при механической обработке древесных материалов // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2008. - № 1(9). -С. 82-88.
3. Когузов П. А, Скрябина Л. Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. - Л.: Химия, 1983.
4. Сонечкин В. М. и др. Факторы взвихрения горючей пыли в производственном помещении // Материалы XX научно-технической конференции «Системы безопасности - 2011». - М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. - С. 142-144.
5. Голенев А. П., Самородов В. Г. Пылевой режим производственных помещений, связанных с обращением горючих пылей. - М.: ВНИИПО, 1983.
