ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ НАЛИЧИИ ГОРЮЧЕЙ ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛИ Текст научной статьи по специальности «Математика»

Сонечкин В. М., Панасевич л. Т., хорватх Г. В. ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТь

технологического ПРОЦЕССА при наличии горючей древесной Пыли

В статье рассмотрена проблема пожаро-взрывобезопасности технологического процесса, в котором участвуют горючие пыли. Показано, что образование мелкодисперсной пыли и пы-левоздушной смеси - неизбежное явление в рассматриваемом технологическом процессе. Приведены общие рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности процесса.

Ключевые слова: пыль, пылевоздушная смесь, пожаровзрывобезопасность.

Sonechkin V., Panasevich L., Khorvatkh G.

THE FIRE-DANGER OF A TECHNOLOGY PROCESS UNDER THE CONDITION OF THE INFLAMMABLE DUST

The process of the fire-explosion safety for a technology process in which inflammable dust participates is considered in the article. It is shown that the generation of the fine-dispersion dust and dust-air mixture are inevitable phenomena for the technology process being considered. Some general recommendations are given to guaranty the fire-explosion safety of the process.

Keywords: dust, dust-air mixture, fire-explosion safety.

Принципы обеспечения пожаро-взрывобезопасности технологического процесса, в котором 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.

Необходимо учитывать, что выделение пожароопасной пыли и наполнение ею внутренних объёмов технологического оборудования происходит при нормальном режиме работы оборудования,

в системе аспирации при этом постоянно находится пылевоздушная смесь.

Особенностью процесса 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 пылевоздушная смесь: ёмкость оборудования и пространство, необходимое для обслуживания и управления процессом. При этом в объёме оборудования невозможно исключить образование пы-левоздушной смеси, можно только снизить концентрацию пыли за счёт активной аспирации.

В зоне обслуживания и управления технологическим процессом исключить образование пылевоздушной смеси взрывоопасной концентрации можно только путём предотвращения выхода пыли из объёма оборудования, то есть необходима надёжная герметизация оборудования. Однако некоторые машины и агрегаты приходится периодически открывать в процессе обслуживания. Кроме того, иногда невозможно герметизировать их в силу специфичности выполняемых операций, например, шлифования.

Количественная характеристика процесса, то есть постоянное увеличение концентрации пыли в воздухе, стабилизация процесса, уменьшение концентрации пыли до минимума при прекращении работы оборудования для всех случаев будет повторяться. Опыт эксплуатации

оборудования показал, что содержание пыли в рабочей зоне оборудования колеблется в широких пределах. Большой разброс показателей запылённости воздуха в различных зонах является результатом изменения скорости тур-булизованных потоков воздуха.

В объёме оборудования циркулируют воздушные потоки с различным содержанием пыли, причём в большинстве случаев концентрация пыли оказывается выше минимальных уровней воспламенения. Другой характерной особенностью процесса механической обработки древесных материалов является образование на всех технологических стадиях определённого количества отходов в виде стружки, мелких кусков и пыли.

Морфологические исследования показывают, что частицы древесной пыли существенно отличаются от сферических тел и представляют собой частицы неправильной формы с многочисленными ответвлениями, выступами и впадинами. Поэтому основной вопрос, который требует решения при организации процесса удаления отходов, - это вопрос о правильном и рациональном определении скорости воздуха для устойчивого движения отходов по системе аспирации. Скорость витания является основной характеристикой аэродинамической составляющей частицы материала. Однако определение скорости витания стружки, опилок и пыли экспериментальным путём встречает значительные затруднения. Частицы, входящие в состав отходов, отличаются очень большим разнообразием по своей форме и размерам.

Одним из важных этапов в определении уровня опасности пожаров и взрывов является расчёт вероятности их возникновения. Наиболее приемлемы для расчёта вероятности возникновения пожара или взрыва на объектах деревообрабатывающей промышленности

вероятностно-статистические методы, так как они учитывают случайный характер данных событий и позволяют оценить фактический уровень опасности технологического процесса, оборудования, помещения. 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.

Анализ условий, определяющих массу пыли, находящейся в помещении к моменту возникновения аварийной ситуации, показывает, что в них не учитывается аэродинамическое состояние среды в помещении, влияющее на процесс отложения пыли на различные поверхности. Оценка распределения попавшей в помещение пыли возможна как частный случай задачи о переносе пассивной примеси воздушным потоком. Обязательным для решения этой задачи является знание закона локальной эволюции, позволяющего установить прошлое и предсказать будущее состояние рассматриваемой динамической системы. Для этого необходимо классифицировать все возможные типы решений динамических систем.

Если динамические системы рассматривать дискретно по времени периодической траектории периода, то решение можно свести к оценке стационарных состояний при фиксированных значениях времени. В простейшем случае состояние динамической системы можно характеризовать переменными х1, х2 ... хп. Рассматривая значения х1, х2 ... хп как координаты точки х в л-мерном пространстве, можно описать соответствующие состояния динамической системы характеристиками этой точки х, которую на-

зывают «фазовой точкой», а пространство - «фазовым пространством» динамической системы. Векторное поле задаёт закон локальной по времени эволюции динамической системы.

Рассеивание пыли можно моделировать с помощью уравнения:

dS(x,t) _a2j^d2S(x,t)

dt

i=1

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) = (2алМ"2¡expi(-^\g(z)dz. (1)

Здесь g(z) - заданная функция пространственных координат, которая описывает распределение пыли в начальный момент времени t = 0, а R - радиус распространения пыли от её источника.

Рисунок 1. Блок-схема программы оценки угрозы взрыва в объёме оборудования:

1 - исходные данные для оценки возможности пылевого взрыва в оборудовании;

2 - сведения о появлении взрывоопасной пыли; 3 - сведения о герметичности оборудования;

4 - сведения о появлении воздушного пространства над слоем пыли;

5 - сведения о степени сыпучести пыли; 6 - сведения о выполнении условия 6 > 0,5

нижнего концентрационного предела распространения пламени (далее НКПР) Уап,

где 6 - масса пыли, Уап - объём оцениваемого аппарата;

7 - вывод об угрозе взрыва в оборудовании; 8 - вывод об угрозе пылевого взрыва в помещении;

9 - выполнение условия б > 0,5 НКПР Уап, где б - массовый поток пыли;

Уап - объёмный поток воздуха в оцениваемом аппарате;

10 - сведения о переходе всей пыли во взвешенное состояние;

11 - заключение об отсутствии опасности пылевого взрыва; А - есть опасность взрыва; В - нет опасности взрыва; С - аварийное завершение процесса (одно из трёх сообщений, которые выдаёт выходная информация)

Зависимость (1) показывает, что пыль рассеивается со временем так, что её концентрация убывает как гауссовская функ-

I 1

ция ехр^ —по мере того, как увеличивается время.

Предлагаемая модель позволяет определить количество пыли, которое может накапливаться в помещении за любой промежуток времени.

При длительной эксплуатации оборудования или при наличии операций загрузки и выгрузки избежать выхода мелкодисперсных частиц из оборудова-

ния в помещение не удаётся. Накапливающаяся в оборудовании пыль представляет собой большую опасность, так как в случае «хлопка» внутри технологического оборудования формируются волны сжатия, которые способны перевести отложившуюся в объёме оборудования пыль в состояние аэровзвеси.

В объёме оборудования циркулируют воздушные потоки с различным содержанием пыли, причём в большинстве случаев концентрация пылевоз-душной смеси оказывается выше минимального уровня воспламенения.

Предотвращение образования пыли, её полное удаление

Аппарат

ш

Оценка угрозы пылевого взрыва, воспламенения

Повышение НКПР

1

£

Выполнено?

I

Ликвидация источников зажигания *

1

Если угроза оста- 1 ётся, уменьшение количества источников зажигания

Выполнено? *

п

Если угроза остаётся, уменьшение массы пыли

I

Защитные мероприятия против возможных пылевых взрывов

1

Ограничение распространения взрыва

\

Изоляция оборудования

Уменьшение внутреннего объёма аппарата

Предотвращение ущерба от взрыва

Взрывозащищён-ное исполнение

Снижение давления взрыва

Выполнено?

Предотвращение выхода пыли из аппарата

I

I

Изменение конструкции аппарата или запрет эксплуатации

Если угроза остаётся, уменьшение массы пыли и источников зажигания

Выполнено?

ш

Оценка опасности помещения

Рисунок 2. Структурно-логическая схема противопожарной защиты оборудования от пылевого взрыва

Входной информацией для программы служат данные о наличии взрывоопасной пыли, герметичности оборудования, наличии свободного объёма над слоем пыли, сыпучести, массе и массовом потоке пыли, объёме оборудования, объёмном потоке воздуха в рассматриваемом объёме, возможности перехода пыли во взвешенное состояние, нижнем концентрационном пределе распространения пламени.

Разработку мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности процесса необходимо начинать с создания

схемы анализа процесса. Такой подход позволяет сделать минимальными затраты на создание систем предупреждения и защиты от пожаров и взрывов (см. рис. 2).

Предложенная схема позволяет оценить влияние технологических параметров процесса механической обработки древесных материалов на пожарную безопасность, угрозу появления источников зажигания, возможность взрыва пылевоздушной смеси, предложить защитные мероприятия против возможности пылевых взрывов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Корольченко А. Я. Пожаровзрывоопас-ность промышленной пыли. - М.: Химия, 1986.

2. Таубкин С. И, Таубкин И. С. Пожаро-и взрывоопасность пылевидных материалов и технологических процессов их переработки. -М.: Химия, 1976.

3. Сонечкин В. М. и др. Обеспечение по-жаровзрывобезопасности процесса механи-

ческой обработки древесных материалов // Вестник Академии ГПС МЧС России. - 2008. -№ 5. - С. 53-56.

4. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Рачка-ускас А. Факторы пожарной опасности процесса механической обработки древесных материалов // Вестник Академии ГПС МЧС России. - 2007. -№ 7. - С. 121-125.