CC BY
104. Лукьянченко А. А., Соколов А. В., Манченков И. Б. Математический расчет распространения опасных газов для противопожарной защиты и экологического мониторинга на потенциально опасных объектах, на примере объектов метрополитена.
5. Федоров А. В., Лукьянченко А. А., Соколов А. В. Газовые пожарные извещатели-приборы раннего обнаружения пожара. // Системы безопасности. Охранно-пожарная сигнализация. - М.: Гротек, 2006.
6. Федоров А. В., Лукьянченко А. А., Соколов А. В. Использование газовых извеща-телей для противопожарной защиты «Противопожарные и аварийно-спасательные средства». - М.: 2006-2.
7. Лукьянченко А. А. Автоматические газоанализаторы-сигнализаторы для производственных помещений и открытых установок. - М.: Гротек, 2008. Системы безопасности. - 1(79).
УДК 614.891.46:643.5
В. М. СОНЕЧКИН,
кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России
Л. Т. ПАНАСЕВИЧ, доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России
Г. В. ХОРВАТХ, ведущий главный специалист Главного управления пожарной охраны г. Будапешта, Венгрия
V. SONECHKIN, L. PANASEVICH, G. HORVATH
ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ЭНЕРГИИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛЕВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
Приведены аналитические зависимости, позволяющие определить величину энергии зажигания пылевоздушной смеси, образующейся при механической обработке древесностружечных плит. Показано, что если в системах пылеудаления и пылеосаждения величина накопившейся энергии будет выше 15 МДж, то возможно воспламенение древесной пылевоздушной смеси.
Is resulted the analytical dependences, allowing to define size of energy of ignition airborne dust a mix formed at machining wood plates. It is shown that if in system of dust the size of the collected energy will be more 15MJ ignition of wood airborne dust mixes is possible.
Технологические процессы лесной, деревообрабатывающей, мебельной промышленности связаны с образованием или переработкой пылевидных материалов, являющихся пожаровзрывоопасными.
Опасность возникновения пожаров и взрывов на производствах, связанных с обращением горючих пылей, является потенциальным источником материального ущерба, возможного разрушения зданий и оборудования, а также травмирования и гибели людей.
Пожаровзрывобезопасность процесса должна быть обеспечена не только при нормальных условиях работы, но и при возникновении аварийной ситуации.
Пожарную опасность процесса увеличивают широко разветвленная система пневмотранспорта, используемого для удаления отходов с рабочих мест, и система пылеосаждения.
Особенностями производственного процесса обработки древесных материалов является то, что в нем всегда используются горючее вещество (древесина) и окислитель (атмосферный воздух); в производственном помещении всегда имеются две зоны, в которых может образоваться пылевоздушная смесь: емкости оборудования и пространство, необходимое для обслуживания и управления процессом. При этом в объеме оборудования невозможно исключить образование пылевоздушной смеси, можно только снизить концентрацию пыли за счет активной аспирации.
В зоне обслуживания и управления исключить образование пылевоздушной смеси взрывоопасной концентрации можно только путем предотвращения выхода пыли из объема оборудования, т. е. надежной герметизации оборудования.
В процессе механической обработки древесных материалов в объеме оборудования, в системе аспирации постоянно образуется пылевоздушная смесь, концентрация которой меняется в зависимости от параметров процесса обработки, от качества исходного материала. Образование мелкодисперсной пыли и пылевоздушной смеси - неизбежное явление процесса механической обработки материала [1, 2].
При этом особенностью процесса механической обработки древесных материалов является то, что образование и накопление мелкой стружки, опилок и пыли происходит при нормальном режиме работы технологического оборудования [3, 4].
Принципы обеспечения пожаровзрывобезопасности производств, в которых образуются горючие пыли, сформулированы, в основном, на базе практических наблюдений. Они предусматривают предотвращение образования горючей среды, ограничение воспламеняемости и горючести веществ и образования в горючей среде источников зажигания.
В процессе механической обработки древесных материалов образуется подвижная пылевоздушная смесь и, как следствие, происходит электризация пыли. При этом накапливается заряд статического электричества, который может явиться источником зажигания взвеси пыли.
Знание минимальной мощности электрической искры при зажигании взвеси пыли имеет большое практическое значение, так как дает возможность оценить чувствительность взвеси к воспламенению и установить допустимое значение электрического разряда.
Имеющиеся в литературе данные не позволяют однозначно определить критерий воспламенения [5, 6] в зависимости от энергии электрической искры, концентрации и размеров частиц пыли.
Нами предложена аналитическая зависимость, позволяющая определить величину энергии зажигания пылевоздушной смеси, образующейся при механической обработке древесно-стружечных плит.
Предложена следующая модель. В некоторой области, занятой взвесью пыли в воздухе, происходит электрический разряд с выделением тепловой
энергии Q и происходит прогрев воздуха. Время искрового разряда 10-6 с,
_2
время прогрева частиц пыли 10 с. Если энергия искры достаточно велика, происходит воспламенение пылевоздушной смеси. Температура, при которой происходит зажигание горючей пылевоздушной смеси, зависит от соотношения тепловых активностей нагретого тела и горючей среды.
Система уравнений зажигания имеет вид:
Ci р1 ——1 = Чт aZ т exp —1-aS (T 1- T 2); (1)
dt n ^
'° dt C
0
(2)
С 2 Р Г= X 2^2 + а£ (Т 1 - Т 2) , (3)
ді д х2
где Сі, Рі, Ті - теплоемкость, Дж/К, плотность, кг/м3, температура пыли и воздуха соответственно;
аі - объемное содержание пыли и воздуха;
а - объемное содержание выделившихся газов при нагревании частиц пыли;
Со - доля продуктов пиролиза в общем их количестве, получающаяся в результате полного разрушения связей данной группы;
£ - удельная межфазовая поверхность, м /кг;
К0 - стехиометрический коэффициент;
qт - удельная теплота горения выделившихся газов, кДж/кг;
2Т - предэкспоненциальный множитель;
Х2 - теплопроводность воздуха, кДж/моль-м-град; а - коэффициент межфазного обмена, кДж/ м -страд;
Е1 - энергия активации при горении газов, кДж/К-моль;
Е2 - энергия активации при разложении древесины, кДж/К-моль;
і - время, с.
Уравнение (1) описывает горение выделившихся газов, уравнение (2) -разложение древесной пыли, уравнение (3) характеризует необходимую энергию.
Так как концентрация пыли незначительна, воздух от частиц пыли нагревается мало, т. е. вторым слагаемым правой части уравнения (3) можно пренебречь. Поэтому получим обычное уравнение теплопроводности:
^ дТ2д Т 2
С2 Р2~ — X2~ . (4)
дг д х2 У }
Пусть величина выделившейся энергии в результате электрической искры будет Q. Считаем, что искра имеет форму цилиндра радиусом г и длиной к. Тогда поле температур будет иметь вид
1 у] ®2 1 (Г 2
и2
Т — Т +_____________У ~'2_________е(г /2ю2?)
1 2,і - Т2.0 + Л I----------------е (5)
Х2 ^пґ v '
2
где ю2 - температуропроводность воздуха (м /с);
I - поток тепла через поверхность цилиндра.
На расстоянии г — -^2ю2ґ соотношение (5) имеет максимум
т т I ~ \®2
1 2,тах — Т 2,0 + ~ Г= , (6)
X 2л1 пгв
Рассмотрим область, ограниченную х1-2 — 2&2,. В этой области
температура равна половине максимальной (отсчитанной от Т2,0).
На стадии прогрева, когда собственное тепловыделение из-за горения пыли невелико, в уравнении (1) (в выбранной области) можно пренебречь первым членом в правой части. Тогда уравнение (1) примет вид
д Т1 а8 ( ч
— —-------------(Т1 - Т 2,г) , (7)
дг С1Р1
где Т2,г задается из уравнения (6).
Решением уравнения (7) при начальной температуре пыли Т10 = Т20 будет функция:
-в,, Ф
А24кё ¿7"
где в = а5/Сгрг-, Е - переменная интегрированная по времени в интервале от 0 до г.
Полученное уравнение позволяет рассчитать прогрев частиц пыли и сравнить их температуру с температурой воспламенения. Если температура воспламенения достигнута, начнется процесс горения пылевоздушной смеси.
После воспламенения пыли пренебречь ранее отброшенными слагаемыми в правой части уравнения (1) нельзя. Поэтому, чтобы решить полное уравнение (1), применим к нему метод размножения экспонент:
Ти — ЄЬг^ + Т2.0) , (8)
Ы пе 0 а/ £
^ — 4 -± , (9)
Л г гд
где 0 - (Т1-Т2,тах)Е1/ЯТ2тах - безразмерная температура.
Уравнение (9) имеет решение только при
вгд <1 . (10)
г1 е
Если это условие справедливо, разогрев газов возможен только до температуры Т2тах. В противном случае происходит взрыв.
Таким образом, из уравнения (10) получаем уравнение относительно
Т2,тах:
дтаЕ1 С1р1 е — ^Т е~(Е1/ЙТ2,тах)
_ С/ ’
С1р1(Т2,тах) ^ Р1
е — Те- (Е1! ЛТ2,тах) (11)
Из уравнения (11) с учетом (6) получаем условие зажигания пыли:
Q — 4пгй(Т2,тах -Т2Я)Х2(Пе)‘'2х-<1/2> (12)
Расчет энергии зажигания пылевоздушной смеси, образующейся при механической обработке древесно-стружечной плиты, показал, что для ее воспламенения необходима энергия Q = 15,0 МДж.
Таким образом, если в системах пылеудаления и пылеосаждения происходит электризация пыли и величина накопившейся энергии будет выше 15 МДж, возможно воспламенение пылевоздушной смеси.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сонечкин В. М., Татар А., Хорватх А. Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников // Материалы науч.-практ. конф. 26-27 июня 2001 г. Доклады и выступления. - М.: Центр «Антистихия», 2002. - С. 255-259.
2. Сонечкин В. М., Мосягин А. А., Хорватх А. Снижение риска гибели людей при пожарах // Материкалы ХУШ-й науч.-практ. конф. Часть 1. - М.: ВНИИПО, 2003. -С.191-193.
3. Сонечкин В. М., Мужиковский М. В., Хасин И. М. Обеспечение пожаровзрыво-безопасности процесса механической обработки древесных материалов // Материалы ХГУ-й науч.-практ. конф. «Системы безопасности. СБ-2005». - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - С. 147-149.
4. Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т., Рачкаускас А. Факторы пожарной опасности процесса механической обработки древесных материалов // Вестник Академии ГПС МЧС России. 2007. - № 7. - С. 121-125.
5. Нигматуллин Р. И., Ванштейн П. В. Гетерогенное горение смесей газов с частицами или каплями: Сб. избранные проблемы прикладной механики. - М., 1974. -
С.187-198.
6. Руманов Э. Н., Хайкин Б. И. Режим распространения пламени по взвесям частиц в газе // Горение и взрыв. - М.: Недра. - С. 161-165.
