Пожарная опасность отложений на оборудовании, в вентиляционных системах и местных отсосах объектов переработки и хранения материалов растительного происхождения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Библиографический список

[1] T. Chen, P. Wu, Y. Chio. An early fire-detection method based on image processing // Procedings of IEEE International on Image Processing, 2004, pp.17071710.

[2] B. U. Toreyin, Y. Dedeoglu, A. E. Cetin. Flame detection in video using hidden Markov models // Procedings of IEEE International Conference on Image Processing, 2005, pp. 1230-1233.

[3] T. Celik, H. Demirel, H. Ozkaramanli. Automatic fire detection in video sequences // Proceedings of European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2006), Florence, Italy, September 2006.

[4] T. Celik, H. Demirel. Fire detection in video sequences using a generic color model // Fire Safety J (2008).

Пожарная опасность отложений на оборудовании,

в вентиляционных системах и местных отсосах объектов переработки и хранения материалов растительного происхождения

Вогман Л. П., д. т. н., гл. науч. сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО) МЧС России, г. Москва,

Хрюкин А. В., ст. инспектор ОВР, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Технологические процессы переработки, транспортирования и хранения материалов растительного происхождения (далее по тексту растительного сырья) на предприятиях по хранению и переработке растительного сырья: хлебоприемных пунктах, элеваторах, комбикормовых заводах, мельничных комбинатах (далее объекты защиты) связаны с транспортированием, измельчением, дроблением, смешиванием мелкодисперсных продуктов. Поэтому в производстве неизбежно присутствует большое количество горючей пыли, состоящей из горючих органических материалов растительного происхождения, которые со временем накапливаются на оборудовании и в системах вентиляции.

Пожаровзрывоопасность объектов защиты обусловливается количеством и физико-химическими свойствами горючих веществ и материалов, обращающихся в технологических процессах, особенностями технологических процессов, видами и исполнением оборудования.

При авариях в помещениях взрывоопасные среды возникают в первую очередь вблизи места утечки или выброса горючих веществ и материалов, а затем могут распространяться по всему помещению.

Для локализации утечек и выбросов горючих веществ и материалов и предотвращения пожаров и взрывов наряду с общеобменной вытяжной и аварийной вентиляцией применяют местные отсосы, которые устанавливают в местах генерации пожаровзрывоопасных сред. Требования пожарной безопасности к системам вентиляции и местных отсосов сформулированы в [1].

Если удаляемые горючие вещества способны взаимодействовать друг с другом или конденсироваться и накапливаться в воздуховодах, вентиляционном оборудовании, то для таких веществ системы местных отсосов должны быть изолированными для каждого помещения или каждой единицы оборудования.

Опасность самовозгорания растительного сырья характерна не только для процессов переработки и хранения, но и для отложений сырья в оборудовании, воздуховодах вентиляционных систем и местных отсосов.

Образующиеся отложения растительного сырья в оборудовании и воздуховодах имеют склонность к самовозгоранию. Для них определяются условия теплового самовозгорания с целью установления периодичности очистки технологического оборудования от отложений.

На основании данных по критическим значениям температуры самовозгорания заданного размера и формы образцов отложений ржаной муки, кинетических параметров (энергии активации, предэкспоненциального множителя) заимствованных из [2], для определения критических значений слоя отложений муки, выполнен расчет по определению критической температуры самовозгорания и периода индукции на примере отложений ржаной муки слоем 0,005; 0,01; 0,02; 0,05 и 0,08 м на технологическом оборудовании (например, на поверхности электродвигателей и в трубопроводах (например, в воздуховодах местных отсосов и вентиляции). В качестве примера показан алгоритм решения задачи в соответствии с [2] для слоя пыли 0,01 м по определению условий теплового самовозгорания на поверхности технологического оборудования (электродвигателя).

Исходными данными для расчета критической температуры отложений на нагретой поверхности оборудования являются:

- температура среды, в которой образуются отложения Т0 = 300 К;

- толщина отложений h = 0,01 м;

- коэффициент теплопроводности материала Л =0,152 Вт/(м К);

- теплоемкость исследуемого материала с= 1050 Дж/кг К;

- энергия активации Е реакции окисления = 88054 Дж/моль;

- удельное тепловыделение Q = 1,67 -10 Дж/кг;

- предэкспоненциальный множитель Qk0 /Л = 6,55^10п мК/кг;

- плотность ржаной муки р = 655 кг/м .

1. Принимая в первом приближении величину критерия В1 = 4 и температуру нагретой поверхности оборудования тг равной 500 К, вычисляем среднюю (между температурами нагретой поверхности и газового пространства) температуру т по формуле:

Тг - Т0 500 - 300

Тр =^г-Ч + Т 0 = —,-, + 300 = 311*.

ср 2(2Б1 +1) 0 2 • (2 • 4 +1)

2. Рассчитаем комплекс g / а у и коэффициент теплопроводности воздуха

2

по уравнениям, где g — ускорение силы тяжести, м/с ; У — кинематическая вязкость воздуха при температуре Т0, м2/с; а — температуропроводность воздуха при температуре Т0, м2/с.

Для облегчения расчетов зависимость комплекса g /та от температуры в диапазоне Т0 = 350^80С К может быть рассчитана по уравнению:

1770

= 1,2-108 • вТс"

ау

1770

1770

= 1,2 • 108 • еТср = 1,2 • 108 • е 311 = 3,555411010 ау

Зависимость коэффициента теплопроводности воздуха от температуры может быть определена по формуле:

А = 6,98 •Ю"3 + 6,41 •Ю^Г

А = 6,98•10-3 + 6,41 •Ю-5 Т = 6,98 •10- + 6,41 •Ю-5 • 311 = 2,69151^10

л-5

"3

Л"5

- ср

3. По найденным выше значениям определяем другую величину критерия Био по выражению:

Bi =

с1

£ h3 (Тг -Т0) X Т3

---т-\---+ 4аТ0

у • а Т0 (2В/- +1) h

И_ 2А

(

0,27 • 4

Л

3,55541 • 1010 • 0,013 • (500 - 300)

300 • (2 • 4 +1)

2,69151-10"

0,01

- +

4• 5,67• 10 8 • 3003 )•

0,01

2 • 0,152

= 0,373

где С - коэффициент, равный 0,27 для горизонтальной пластины, обращенной горячей стороной вниз (принимаем в нашем случае, как наиболее жесткий вариант); а = 5,67•Ю-8 - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2 К4).

4. Найденное в п. 3 значение Б1 отличается от принятого в п. 1 более, чем на 10 %. Подставляем последнее значение Б1 в вышеизложенные формулы,

считаем заново:

Т = Тг - Т0 + Т = 500- 300 ср 2(2Я/ +1) 0 2 • (2 • 0,373 +1)

+ 300 = 357,3К

1770 Т

1770

= 1,2• 108 • еТср = 1,2• 108 • е357 3 = 1,70058• 1010 ау

А = 6,98•10-3 + 6,41 •Ю-5Т = 6,98• 10- + 6,41 •Ю-5 • 357,3 = 2,9882940

-5

сР

Bi =

С • 11

£ h3(Тг - Т0) X + 4аТ3

---т-\---+ 4аТ0

Т0 (2Bi +1) h

у • а

И_ 2А

2,98829 • 10-

+

0,27 • 4

v, 4

83

1,70058 • 1010 • 0,013 • (500 - 300)

4 • 5,67 • 10 8 • 3003 )

0,01

300 • (2 • 0,373 +1)

= 0,44,

0,01 7 2 • 0,152

5. Найденное в п. 4 значение Б1 отличается от принятого в п. 3 более, чем на 10 %. Подставляем последнее значение Б1 в вышеизложенные формулы,

считаем заново:

Тг - Т0 500- 300

Тср =—Г-^ + Т 0 = —,-г + 300 = 353,2К

ср 2(2В/ +1) 0 2 • (2 • 0,44 +1)

1770

= 1,2 • 108 • е Тср = 1,2 • 108 • е

ау

1770 8 „ 353,2

= 1,80124 • 101

2

2

Л = 6,98•Ю-3 + 6,41 •Ю-5т = 6,98•Ю-3 + 6,41 • 10-5 • 353,2 = 2,9620110

-5

- ср

Вг =

С • 4

£ И3(Тг - т0) Лв + т3

---7-\---+ 4стт0

Т0 (2Вг +1) И 0

у • а

И_

2Л

(

0,27 • 4

1,80124 • 1010 • 0,013 • (500 - 300)

300 • (2 • 0,44 +1)

2,96201 • 10-0,01

- + ■

0,01

4• 5,67• 10-8 • 3003 )• ' = 0,437

2 • 0,152

и получаем величину Вг = 0,437. Так как последняя и предыдущая величины отличаются друг от друга менее чем на 10 %, в дальнейших расчетах используется величина Вг =0,437.

6. Вычисляем безразмерный температурный перепад:

°0 = (тг - Т0)

Е 88054

в0 =--(Тг -Т0) =--• (500-300)= 8,4769193742

0 ЯТ2ГУ г 0) 8,31 • 5002 V ' '

где Я — универсальная газовая постоянная равная 8,31 Дж/моль К; Рассчитываем параметры:

а = 1 + 2,28 • е~°'65в0

а = 1 + 2,28 • е

-0,6500

= 1 + 2,28 • е-0'65'8,4769193742 = 1,00 9 2 2 5 1 47

и

5 =

2 • а

5 =

^ Г-В?- Т у

2 • а V1 + 2В1J

4769193742+21п

+ 21п

Т-ВВ,^ + 21п[2(а + I

(а + л/а(а -1)) I =-1

V V V ПЯ 2 • 1,009225147

0,437

ч 1 + 2 • 0,437у

2(1,009225147 + 71,009225147 • (1,009225147 -1) )]}2 = 2,7287513405

7. Для температуры т г определяем параметры Р, у и вычисляем критическую величину 5 :

Р = ЯТг

и у =

сЯТ

г .

Е ' QE

где с — теплоемкость материала, Дж/кг К, а Q — теплота реакции окисления, Дж/кг, Я — универсальная газовая постоянная равная 8,31 Дж/моль К;

„ ЯТг 8,31 • 500 Р = —- = --= 0,0471869535

Е

88054

У =

СЯТ2 =1050 500 = 0,001483422

QE 1,67^ 107 • 88054

и вычисляем критическую величину Франк-Каменецкого 5 :

5Кр = 5(1 + £)•& + 2,4у2/3)

5кр = 5(1 + Р)

(

Л

1 + 2,4у3

= 2,7287513405 -(1 + 0,0471869535)-= 2,9467150806.

(

Л

1 + 2,4 • 0,00148342223

V J

2

1

2

8. Подставляем величину 5 кр в уравнение и находим новое значение температуры тг :

5 = Ор^-^Г 2е ^,

кр Л ЯТг2 3

р — плотность вещества кг/м ; k0 - константа скорости реакции, 1/с.

88054

6,55• 1011 • 655---0.0052е *'ЗЬТг = 2,9467150806

8,31 • Тг

Получаем тг = 569,9 К.

9. Используя это значение тг повторяем расчет параметров по пп. 1-8.

Т - Т 569 9 - 300

9.1. Тр = 1г 1 \ + Т0 = 569,9 300 ч + 300 = 372К ср 2(2Вг +1) 0 2 • (2 • 0,437 +1)

1770 Т

9.2. = 1,2 •Ю8 • е Тр

= 1,2 •Ю8 • е 372 = 1,39824• 101

ау

9.3. Лв = 6,98-10-3 + 6,41 •10-5Тср = 6,98• 10- + 6,41 •10-5 • 372 = 3,0825240-2

^ , (

9.4. Вг =

С • 4-^ Л + 4.Т3

3,08252 • 100,01

+

1 у • а Т0 (2Вг +1) И

4• 5,67• 10- 8 • 3003 )•

А

2Л

0,27 • 4

1,39824 •1010 • 0,013 • (569,9 - 300)

300 • (2 • 0,437 +1)

0,01

2 • 0,152

= 0,449

Е 88054

9.5. 60 =-=т(Тг-Т0) = — 2 • (569,9-300) = 8,8054921882

Ят

8,31 • 569,92

9.6. а = 1 + 2,28 • е-0'бу0 = 1 + 2,28^ е-0'65'8'805™ = 1,0074510935

97 5 = V^) У0 + 21п[2(а +

1

2 • 1,0074510935

0,449

V1 + 2 • 0,449J

8054921882+ 21п

2(1,007451093 5+д/1,007451093 5 (1,007451093 5-1))|2 = 2,9877263128

9.8. р = = 8,31'569,9 = 0,0537836896

Е

88054

сЯТГ 1050 • 8,31 • 569,92 9.9. у = =-Ч--— = 0,0019271791

ОЕ

1,67• 10' • 88054

9.10. 5кр = 5(1 + р)•

=3,2654349627

(

-2\

1 + 2,4у3

= 2,9877263128^ (1 + 0,0537836896)

(

2

1 + 2,4 • 0,00192717913

V J

9.11. 5 = г 2е " ятг

кр Л ЯТ2

88054

6,55 • 1011 • 655 • 88054 0.0052е 8,31Тг = 3,2654349627 8,31 • Тг

Находим новое значение температуры тг = 573,5 К.

10. Используя это значение тг повторяем расчет параметров по пп. 1 -8.

10.1. Тср = + Т0 = 5.73,5"300 . + 300 = 372К

ср 2(2Вг +1) 0 2 • (2 • 0,449 +1)

2

1770 Т

1770

10.2. Е = 1,2-108 • еТср = 1,2-108 • е 372 = 1,39824 • 10

10

ау

10.3. 1 = 6,98 • 10-3 + 6,41 • 105 Т = 6,98 • 10-3 + 6,41 • 10- • 372 = 3,08252^ 10

л-2

сР

10.4. Bi =

С ■ 4

Е h3 (Тг - Т0) ^

V ■ а

Т0 (2 Bi +1) h

+ 4а Т3

И_ 2^

= ( 0,27' = 0,449

4

4

1,39824 ■ 1010 ■ 0,013 ■ (573,5 - 300) 3,08252 • 10-

300 ■( 2 ■ 0,449 +1)

0,01

- +

4• 5,67• 10-8 • 3003 )•

0,01 2 • 0,152

10.5. ^0 =-Е,Т -Т) =

88054

RT,

8,31 • 573,52

(573,5 - 300) = 8,8112708596

10.6. а = 1 + 2,28 • е-0'65е° = 1 + 2,28-е-°'б5-8'811270859( = 1,0074231587

10.7. 5 =

1

Bi

2 • а V1 + 2Bi,

+ 21п[2(а + ^а(а -1))]}

0,449

ч 1 + 2 • 0,449

2 • 1,0074231587

•¡8,8112708596+ 21п[2(1,0074231587+ д/1,0074231587^ (1,0074231587-1))]}' = 2,990937445

8,31 • 573,5

10.8. Р =

Е ^Т2

10.9. у = г

88054

= 0,0541234356

1050 • 8,31 • 573,52

QE

10.10. 5кр = 5(1 + £)• = 3,2709864966

QpK

1,67 • 107 • 88054

( 2 Л

= 0,0019516036

1 + 2,4^3

(

= 2,990937445 • (1 + 0,0541234356)•

2

1 + 2,4 • 0,00195160363

V у

10.11. 5Кр = 0 Е 2 кр 1 RTr2

г 2е тг

6,55 • 1011 • 655 • 88054 0.0052е 8,31Тг = 3,2709864966 8,31 • Тг

Находим новое значение температуры тг = 573,526 К.

10. Так как предыдущее и последнее значения температуры отличаются

1 0/^

друг от друга менее чем на 1 С, за критическую температуру принимается результат последнего расчета.

На рис. 1 представлены результаты расчетов. Кривая 1 показывает зависимость температуры самовозгорания отложений ржаной муки от толщины слоя отложений ржаной муки на поверхности оборудования (например, электромотора), а на кривой 2 представлена та же зависимость, но для воздуховодов систем приточно-вытяжной вентиляции. Незначительное снижение температуры самовозгорания отложений в воздуховодах, скорее всего объясняется изменением тепломассобмена в условиях потока аэрозоля.

Как следует из данных, представленных на рис.1, по мере повышения температуры и увеличения толщины слоя пыли ржаной муки снижается значение температуры самовозгорания и при слое 0,08 м она близка к 200 оС.

Полученные расчетные характеристики сопоставлены с результатами наблюдений в течение полугода по скорости роста отложений растительного сы-

2

1

Е

рья в воздуховодах и на оборудовании на Воронежском мукомольном комбинате ОАО МК «Воронежский» в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации (высокая запыленность, повышенная температура, малодоступные места

Как показало обследование предприятия, уборка легко доступных мест (пол, стены, поверхности оборудования) осуществляется один раз в смену (один раз за 8 часов) и при нормальном режиме технологического процесса толщина слоя отложений не превышает 0,0005 м. Такая толщина отложений не вызывает опасений в отношении возникновения условий для их самовозгорания.

Наблюдения за ростом отложений в воздуховодах, а также в труднодоступных местах (поверхности воздуховодов, обращенных к потолку, площадки под оборудованием и др.) в течение полугода свидетельствуют о том, что их максимальная толщина достигает не более 0,001 м и, судя по результатам расчетов, также за такой период не представляет опасности.

Результаты представленных исследований могут быть использованы в качестве номограмм для прогнозирования условий самовозгорания отложений и установления кратности очистки оборудования, воздуховодов и местных отсосов высокодисперсных материалов органического происхождения.

Библиографический список

1. СП 7.13130.2009. «Отопление, вентиляция, кондиционирование».

2. Методика определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов. М., ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2004. 65 с.

Связь акмеологической адаптивности

и социальной фрустрированности личности спасателя

Бубнов А. Л., психолог-инспектор, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Рассматривается связь акмеологической адаптивности и социальной фру-стрированности спасателей поисковой службы спасения. Выделяются основные причины, вызывающие состояние фрустрированности личности спасателя.

Интерес психологов к труду и развитию человека в профессиональной сфере был и остается одной из главных доминант психологической науки. На-

криволинейных участков).

Рис. 1. Зависимость температуры самовозгорания

отложений ржаной муки от толщины слоя отложений