CC BY
6Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т., Рачкаускас А.
оценка пожаровзрывоопасности
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
механической обработки древесных материалов
Рассмотрены проблемы пожаровзрывоопасности производств с наличием горючей пыли. Представлена модель распределения пыли в производственном помещении. Даны рекомендации по повышению пожаровзрывобезопасности технологического процесса.
Ключевые слова: пыль, пылевоздушная смесь, пожаровзрывобезопасность.
Развитие многих отраслей промышленности связано с эксплуатацией производств, имеющих источник вредных, пожаровзрывоопасных выделений в виде горючей, взрывоопасной пыли. Поступая в воздух помещения из обрабатывающего оборудования, горючие и взрывоопасные выделения под действием турбулентной диффузии распределяются в объёме производственного помещения. Одновременно происходит седиментация твёрдой фазы пыли на поверхность оборудования, строительные конструкции, поверхность пола. Накапливающаяся таким образом пыль представляет собой большую опасность, так как в случае взрыва внутри технологического оборудования или в объёме помещения формируются волны сжатия, которые способны перевести отложившуюся на поверхностях пыль в состояние аэровзвеси. При этом, как правило, возникают повторные взрывы в объёме помещения, которые и приводят к наиболее значительным разрушениям.
Одним из важных этапов в определении уровня пожаровзрывоопасности объекта является расчёт вероятности возникновения пожара или взрыва.
Вероятностно-статистические методы наиболее приемлемы для расчёта вероятности возникновения пожара или взрыва на объектах деревообрабатывающей промышленности, так как учитывают случайный характер пожаровзрыво-опасных событий и позволяют оценить фактический уровень пожаровзрыво-опасности технологического процесса, оборудования, помещения, здания, в которых он осуществляется.
Однако фазовые траектории внутри базисных множеств могут выглядеть очень сложно. Они могут иметь особенности, кажущиеся регулярными и случайными. При определении их асимптотического поведения точное количественное решение некоторых задач может оказаться невозможным или нецелесообразным. Лучшее, на что можно будет надеяться, -это некоторая статистическая информация о вероятностях разного рода типов поведения траектории. Положение здесь оказывается близким к тому, что имеет место в статистической физике, где определение точного поведения каждой частицы в отдельности хотя и возможно, но нецелесообразно из-за огромного количества частиц, и где путём перехода к рассмотрению поведения больших ансамблей частиц удаётся получить простые законы их движения.
Раздел теории динамических систем, изучающий вероятностные свойства фазовых траекторий динамических систем, называется эргодической теорией.
Для транзитивной динамической системы после некоторого числа сдвигов по времени все элементы переходной матрицы оказываются ненулевыми.
Это значит, что и вероятности перехода за это время от одного элемента марковского разбиения к любому другому являются также ненулевыми. Иными словами, после наблюдения в некоторый момент времени определённого состояния динамической системы через некоторое время можно ожидать появления любого другого состояния. Если в последовательности фактически наблюдаемых состояний обнаруживается простая закономерность, например, последовательность периодична, то такую последовательность легко прогнозировать, она представляется вполне детерминированной.
Таким образом, кажущееся сложное поведение динамических систем есть следствие их внутренней неустойчивости.
Особенностью процесса обработки древесных материалов является то, что в технологическом процессе всегда имеется горючее вещество и окислитель (атмосферный воздух) и в производственном помещении всегда имеются две зоны, в которых может образоваться пыле-воздушная смесь: ёмкость оборудования и пространство, необходимое для обслуживания и управления процессом.
В процессе механической обработки древесных материалов в объёме оборудования в системе аспирации постоянно образуется пылевоздушная смесь, концентрация которой меняется в зависимости от технологических параметров обработки, а также от качества исходного материала. Образование мелкодисперсной пыли и пылевоздушной смеси - неизбежное явление процесса механической обработки древесных материалов.
Оценка распределения попавшей в помещение пыли возможна как частный случай задачи о переносе пассивной примеси воздушным потоком. Основным при решении этой задачи является знание закона локальной эволюции, позволяющего установить прошлое и предсказать будущее состояние рассматриваемой динамической системы.
В качестве допущения примем, что пыль, попавшая в воздух помещения в результате какого-либо процесса (взрыв, авария и т. п.), оседает с равномерной скоростью. Фактически скорость оседания будет, конечно, зависеть от характера пыли - формы пылевидных частиц, их веса и ряда других показателей, но все эти факторы можно считать непринципиальными. Простейший вариант задачи тот, когда рассматривается процесс осаждения пыли в неограниченном пространстве, а характер рассеивания пыли от источника определяется только горизонтальной диффузией, зависящей от неупорядоченных перемещений объёмов воздуха. Тогда процесс рассеивания пыли можно моделировать с помощью уравнения типа:
8S(x,t) _*dzS(x,t) dt ~а ti1 дх '
где S (x, t) - концентрация пыли в момент t в точке х поверхности пола; х = (х1, х2) -декартовы координаты пола; а2 - коэффициент диффузии пыли в воздухе; t - время.
Общее решение этого уравнения имеет вид:
S(x,t) = (2аЩ2 |ехр|-^-|-|g(z)dz. (1)
Здесь: g (z) - заданная функция пространственных координат, которая описывает распределение пыли в начальный момент времени t = 0, a R - радиус распространения пыли от её источника.
Зависимость (1) показывает, что пыль рассеивается со временем, так что её концентрация убывает как гауссовская
Г 1
функция j г по мере роста времени.
Задача усложняется, если имеются источники постоянного движения воздуха в помещении.
Ещё одно усложнение решения задачи по распределению пыли в помещении связано с учётом ограничения его объёма. Для учёта этого фактора достаточно задать условие на границах как условия отражения диффундирующей и переносимой движущимся воздухом пыли. Очевидно, что решение задачи в этом случае становится зависящим от формы помещения и места расположения источника пыли внутри него. Поэтому в каждом конкретном случае задачу надо решать заново, используя численные методы. Но качественная картина рассеивания пыли и в этом случае вполне ясна: на общее гауссовское распределение пыли накладываются волны отражения диффундирующей пыли от стенок помещения.
Предлагаемая модель позволяет определить количество пыли, которое может накапливаться в производственном помещении за любой промежуток времени.
В общем виде рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности процесса механической обработки древесных материалов можно сформулировать следующим образом:
- технологический процесс должен быть организован так, чтобы образование горючей пыли было минимальным;
- необходимо обеспечить регулярную очистку оборудования и производственного помещения от накапливающейся пыли;
- удалять пыль с места её образования с помощью эффективно действующей аспирации;
- технологическое оборудование необходимо выполнять герметичным;
- технологическое оборудование должно быть оснащено взрыворазрядны-ми устройствами;
- необходимо выявлять возможные источники зажигания и принимать меры против их появления;
- в особых случаях предусматривать флегматизацию среды внутри оборудования;
- здания для защиты от разрушения в случае взрыва пыли должны быть оборудованы легкосбрасываемыми конструкциями;
- в зданиях должны быть предусмотрены пути эвакуации на случай возникновения аварийной ситуации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Рачка-ускас А. Моделирование динамики удаления пылевых отходов из объёма оборудования при механической обработке древесных материалов // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2008. - № 1. - С. 82-88.
2. Когузов П. А., Скрябина Л. Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. - Л.: Химия, 1983.
3. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Хор-ватх Г. В., Рачкаускас А. Факторы взвихрения горючей пыли в производственном помещении // Материалы XX Научно-технической конференции «Системы безопасности». - М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. - С. 142-144.
4. Голенев А. П., Самородов В. Г. Пылевой режим производственных помещений, связанных с обращением горючих пылей. - М.: ВНИИПО, 1983.
Sonechkin V., Panasevich L., Rackauskas A. ASSESSMENT OF FIRE AND EXPLOSION HAZARD
of the technological PROCESS of mechanical WOODWORKING
Purpose. Wood dust is a great fire hazard at mechanical processing of woodwork on entering industrial premises under the influence of turbulent diffusion and distributing in the atmosphere of the room. At the same time there is a sedimentation of dust particles on the surface of the equipment, building constructions. The accumulated combustible dust creates a high fire and explosion hazard of the entire technological process. The conditions, stimulating the accumulation of combustible dust in the premises, which is accumulated in the result of mechanical woodworking, are considered.
Methods. Probability-statistic methods are most acceptable for calculating occurrence probability of a fire or explosion at the objects of woodworking industry, as they capture the random character of fire and explosion accidents and allow to assess the actual level of fire and explosion hazard
of the technological process, equipment, premises, building, where it takes place.
Findings. The article presents the model of dust-air mixture distribution in the production area.
Research application field. The proposed model allows to determine the amount of dust that can be accumulated in the manufacturing area for any period of time, and thus influences fire and explosion hazard of the technological process of mechanical woodworking.
Conclusions. On the basis of the obtained empirical dependences the recommendations are given on improving fire and explosion safety of mechanical woodworking process.
Key words: dust, dust-air mixture, fire and explosion safety.
REFERENCES
1. Sonechkin V. M., Panasevich L. T., Rackauskas A., Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia (Fire and emergencies: prevention, elimination), 2008, № 1, pp. 82-88.
2. Koguzov P. A., Skriabina L. Ya., Metody opredeleniia fiziko-khimicheskikh svoistvpromyshlennykh pylei (Methods of determination of physical and chemical properties of industrial dusts), Leningrad, 1983.
3. Sonechkin V. M., Panasevich L. T., Horwath G. V., Rackauskas A., Materialy XX Nauchno-tekhnicheskoi konferentsii "Sistemy bezopasnosti" (Proceedings of the XXth Scientific-Technical Conference "Safety Systems"), Moscow, 2011, pp. 142-144.
4. Golenev A. P., Samorodov V. G., Pylevoi rezhim proiz-vodstvennykh pomeshchenii, sviazannykh s obrashcheniem go-riuchikh pylei (Dust conditions of production premises, related to dealing with combustible dusts), Moscow, 1983.
VLADiMiR SoNECHKiN LiUDMiLA PANASEViCH Arturas Rackauskas
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Associate Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Department of Fire Safety and Rescue of the Ministry of Internal Affairs of the Republic of Lithuania, Vilnius, Lithuania
