Пождровзрывоопдсность помещения при наличии в нем горючей древесной пыли Текст научной статьи по специальности «Математика»

X 250 0 1 200 X ф 3 ^ 150 о: Ф I& 100 50 Вода пре £ сная мягк ¥ J ая 1 1 Топливо- изооктан+ИПС Изооктан 5 % ИПС 10 % ИПС

1 1 1 t i Г

1 1 \ \ ■ \ А \ А \

\ \ 4 • \ V V \

\ ■ \ ■s Т ~ рА(Лр + J)

\ \ ' \ 2Jp(1 + oVs)(J - JJ

\ Ч

*4 N А •- J. г.

L

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

Интенсивность подачи пены, кг/м2с

Рис. 1. Зависимости времени тушения от интенсивности подачи пены СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шароварников А. Ф. и др. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. - М.: Издательский дом «Калан», 2002. - 448 с.

2. Шароварников А. Ф. Контактное разрушение пен водно-органическими смесями. Горение и проблемы тушения пожаров: Материалы 6-й Всесоюз. науч.-практ. конф. - М.: ВНИИПО, 1979. - С. 32.

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

Р. Ф. Садыков

адъюнкт Академии ГПС МЧС России

Г. В. Хорватх

ведущий главный специалист Главного управления пожарной охраны г. Будапешта, Венгрия

V. Sonechkin, L. Panasevich, R. Sadykov, G. Horvath

ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ ПОМЕЩЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ В НЕМ ГОРЮЧЕЙ ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛИ

Рассматривается проблема пожаровзрывоопасности помещения с наличием в нем горючей древесной пыли. Показывается, что концентрация пыли в воздухе и возможность ее накопления в помещении зависят от аэродинамической характеристики работы системы аспирации, установленной в этом помещении.

Ключевые слова: древесная пыль, пылевоздушная смесь, пожаровзрывоопасность, пожаровзрыво-безопасность.

FIRE-EXPLOSION DANGER OF BUILDINGS UNDER CONDITION OF THE EXISTENCE OF AN INFLAMMABLE WOOD DUST WITHIN THE BUILDING

The problem of the fire-explosion danger is considered for buildings in which there is an inflammable dust. It is shown that the fir dust concentration as well as a possibility of the air dust accumulation depend from an aerodynamic characteristics of the aspiration system installed.

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

Характерной особенностью технологического процесса механической обработки листовых древесных материалов является образование во внутренних объемах оборудования, системе аспирации, пылеуловителях подвижной пылевоздушной смеси, концентрация которой меняется в зависимости от технологических параметров обработки и качества исходного материала. Образование мелкодисперсной пыли и пылевоздушной смеси - неизбежное явление в технологическом процессе механической обработки древесных материалов.

Когда в технологическом оборудовании появляется пылевоздушная смесь, то из-за неполной его герметизации пыль проникает в зону обслуживания в производственное помещение. При этом пылевые отходы под действием турбулентной диффузии и других факторов распределяются по всему объему производственного помещения, а твердая фаза пылевых отходов осаждается на выступах строительных конструкций, поверхностях оборудования, на полу, образуя слой легко взвихряемой пыли.

Накапливающаяся таким образом пыль представляет собой наибольшую опасность, так как при взрыве пылевоздушной смеси в объеме оборудования или в объеме помещения формируются волны сжатия, которые способны перевести отложившуюся пыль в состояние аэровзвеси. При этом, как правило, возникают повторные взрывы в объеме помещения, которые и приводят к наиболее значительным разрушениям.

Анализ развития пылевых взрывов в производственном помещении показывает, что они, как правило, протекают в два и более этапа. На первом этапе взрыв в технологическом оборудовании приводит к взвихрению большого количества пыли, осевшей ранее на строительных конструкциях, технологическом оборудовании и на полу. На втором этапе происходит взрыв образовавшегося пылевого облака.

Особенностью технологического процесса механической обработки твердых горючих материалов является то, что в производственном процессе всегда присутствуют горючее вещество и окислитель (атмосферный воздух) и в производственном помещении всегда имеются две зоны -емкость оборудования и пространство, необходимое для обслуживания и управления процессом,

- в которых может образоваться пылевоздушная смесь. 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 можно только путем предотвращения выхода пыли из объема оборудования. Поэтому разработку пожарно-профилактических мероприятий необходимо начинать с определения категории помещения по степени пожаровзрывоопасности.

При оценке категории помещения с наличием в нем оборудования, из которого, в случае аварии, возможен выход горючей пыли, необходимо знать характер распределения пыли в помещении.

Основной задачей при решении данной динамической системы является знание закона локальной эволюции, позволяющего установить прошлое и предсказать будущее состояние дисперсной системы.

Простейший вариант задачи тот, когда процесс осаждения пыли происходит в неограниченном пространстве, а характер рассеивания пыли от источника ее выхода определяется только горизонтальной диффузией, зависящей от неупорядоченных перемещений объемов воздуха. Тогда процесс рассеивания пыли можно моделировать с помощью уравнения:

dS(x,t) 2 Ъ д 2S(x,t) (1)

—-------— а Ъ—--------------------------------------- (|)

dxt dxt

где S (x,t) - концентрация пыли в момент tв точке ^поверхности пола; х= (хх) - декартовы координаты пола; а2 - коэффициент диффузии пыли в воздухе; t- время.

Общее решение этого уравнения имеет вид:

S(x,t) — (2aVnt)-2 f exp j^- ^x^t j-g(z)dz, (2)

где g (z ) - заданная функция пространственных координат, описывающая распределение пыли в начальный момент времени t = 0, R- радиус распространения пыли от ее источника.

Зависимость (2) показывает, что пыль рассеивается со временем так, что ее концентрация

убывает как гауссовская функция exp J —— L по мере роста времени.

]>* J

Задача усложняется, если имеются источники постоянного движения воздуха в помещении. Еще одно усложнение решения задачи по распределению пыли в помещении связано с учетом ограничения его объема. Для учета этого фактора достаточно задать условия на границах как условия ограничения диффундирующей и переносимой движущимся воздухом пыли.

Очевидно, что решение задачи в этом случае становится зависимым от формы помещения и места расположения источника пыли внутри него. Поэтому в каждом конкретном случае задачу нужно решать заново, используя численные методы. Но качественная картина рассеивания пыли и в этом случае вполне ясна - на общее гауссовское распределение пыли накладываются волны отражений диффундирующей от стенок пыли.

Таким образом, задача о предотвращении взвихрения древесной пыли в объеме оборудования является существенно нестационарной.

Для строгой ее формулировки надо, прежде всего, разработать математическую модель переноса воздушным потоком Vпассивной примеси Tr, взвешенной в воздухе, постепенно оседающей под действием силы тяжести и удаляемой устройством аспирации. Граничные условия должны включать в себя заданный источник древесной пыли, размещенный в пространстве внутри рабочего объема в соответствии с конкретным расположением в нем оборудования. Возможно, что этот источник является переменным по времени. Это имеет место, если технологический режим обработки древесины состоит из нескольких различных этапов, на каждом из которых продуцируется разное количество древесной пыли. Кроме того, в числе граничных условий нужно задать переменные по времени потоки воздуха внутрь (вовне) рабочего объема через проемы подачи изделия и выхода из оборудования.

В результате как исходная должна быть рассмотрена следующая система дифференциальных уравнений:

Г ЯУ(ху,г)

Яі

= -а(х, у, г)Ур(х,у, г) + д + ^(і, х, у, г),

^аХуА=а(х,у,г)М(х,у,

Я

у, г),

<

= -р(х,у,^-У(х,у,.

Яі

(3)

тху г) = -Тг(х, у, г)У • !/(х, у, г) + ^ (і, х, у, г) - (і, х, у),

ЯТг(х, у) Яі

= ^з(і, х, у),

V

Напомним, что

р(х, у, г)а(х, у, г) = ЯТ(і, х, у, г). ЯО(х, у, г)

Я

индивидуальная производная, характеризующая простран-

ственно-временные изменения характеристики О в окрестности точки с координатами х, у г. В качестве такой характеристики в (3) фигурирует, прежде всего, вектор скорости воздуха (О = У(х,у,г)), горизонтальные компоненты которого ниже будут обозначаться как и и V а вертикальная компонента - у Кроме того, в качестве такой характеристики в (3) фигурируют: давление (О = р(х,у,г)), удельный объем (О = а(х,у,г)) воздуха и удельное количество древесной пыли в единице объема воздуха (О = Тг(х,у,г)), а также количество пыли, отложившейся на полу рабочего объема (О = Тг(х,у)). Напомним также, что индивидуальная производная связана с локальными производными по времени и пространству (частными производными) соотношением

ЯО

Я!

дО

ді

и

дх ду

У

дг

Я = ср -су и Г(/, х, у, г) обозначают, соответственно, газовую постоянную и температуру воздуха. Последняя, в принципе, может меняться во времени (аргумент / ) и по пространству (аргументы х, у г ), но в рассматриваемой задаче температуру можно считать постоянной, так как никакого специального нагрева или охлаждения воздуха в рабочем объеме оборудования не производится. Конечно, в процессе обработки древесины выделяется некоторое количество тепла, но это тепловыделение более или менее постоянно во времени, а выделившееся тепло уносится из рабочего объема вместе с высасываемым воздухом равномерно во времени. Поэтому вполне допустимо считать температуру постоянной в любой точке рассматриваемого рабочего объема и в любой момент времени рабочего процесса обработки древесины;

д, /(/,х,у,г), //(/,х,у,г), //(/,х,у) представляют собой силу тяжести, внешнюю силу, воздействующую на рассматриваемый объем воздуха внутри рабочего объема оборудования, источник древесной пыли, активный во время обработки древесины, загруженной в рабочий объем для обработки, а также количество пыли, осевшей на пол рабочего объема. /, / и / являются функциями времени и пространственных координат.

Поскольку рабочий объем ограничен своими стенками, необходимо добавить к системе (3) граничные условия, которые определяют величины всех вышеперечисленных зависимых переменных (скорости, давления и удельного объема воздуха, а также концентрации древесной пыли)

на стенках объема, включая и проемы в этих стенках. Эти граничные условия зависят от устройства используемого оборудования и поэтому могут быть заданы различными способами.

Имея в виду эти граничные условия и учитывая вышеприведенные соотношения между индивидуальной и локальными производными, из системы (3) можно выделить уравнение в частных производных, описывающее перенос древесной пыли воздушным потоком, существующим внутри объема помещения:

атг{х,у,г) (х у *)дТг{х,у,1] , у .гтг(х,у,г)_

д! и(х,у,7) дх <'(х,у,7) ду

(4)

_Мх, у, *) _ д) ЁЖуЛ + Гга,х, у,*)

Конкретное определение того, как будет происходить взвихрение, требует численного интегрирования выписанной системы уравнений с заданием конкретного временного графика «входных» потоков как части функции /^, а также задания геометрии рабочего объема, расположения на его стенках всех проемов и взаиморасположения проемов и оборудования, служащего источником пыли.

В общем виде рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности производств, в которых присутствуют горючие пыли, могут быть сформулированы следующим образом:

_ предусмотреть регулярную очистку оборудования, трубопроводов и производственных помещений от накапливающейся пыли;

_ отсасывать пыль с мест ее выделения необходимо с помощью эффективно действующей вентиляции;

_ предусмотреть отдельную вытяжку для каждого вида пыли;

_ объединить системы вытяжки;

_ выполнять технологическое оборудование и трубопроводы пыленепроницаемыми, без собирающих пыль карманов;

_ оснащать технологическое оборудование и трубопроводы взрыворазрядными устройствами, выявлять возможные источники зажигания и принимать меры против их появления, для чего предусматривать заземление оборудования, максимальное увлажнение воздуха в производственных помещениях, устранение искр от удара и трения;

_ следует, в особых случаях, предусматривать герметизацию среды внутри оборудования или устройство систем взрывоподавления;

_ предусматривать в зданиях и помещениях легкосбрасываемые конструкции, площадь которых должна быть достаточной для стравливания избыточного давления, возникающего при взрыве пыли;

_ предусмотреть в зданиях и помещениях пути эвакуации для обслуживающего персонала на случай возникновения аварийной ситуации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Корольченко А. А. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли. - М.: Химия, 1986. - 216 с.

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

3. Сонечкин В. М., Галайда М. С., Хорватх А, Хоффманн И. Оценка пожаровзрывоопасности технологического процесса механической обработки древесных материалов // Вестник Академии ГПС МЧС России. - 2005. - № 3. - С. 18-25.

4. Сонечкин В. М., Зойоми Г., Хасин И М., Хорватх А. Обеспечение пожаровзрывобезопасности процесса механической обработки древесных материалов. // Вестник Академии ГПС МЧС России. -2006. - № 5. - С. 53-56.

5 Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т, Рачкаускас А. Факторы пожарной опасности процесса механической обработки древесных материалов. // Вестник Академии ГПС МЧС России. - 2007. - № 7. - С. 121125.

6 Сонечкин В. М., Татар А, Хорватх А. Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников. Науч.-практ. конф. 26-27 июня 2001 г. Доклады и выступления. - М.: Центр «Антистихия», 2002. - С. 255-259.

7. Хорватх А,, Сонечкин В. М Моделирование процесса пылеосаждения в производственных помещениях и их категорирование. // Материалы Междунар. форума «Технология безопасности». - М., 6-9 февраля 2001. - С. 199-200.

8. Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т, Рачкаускас А. Моделирование динамики удаления пылевых отходов из объема оборудования при механической обработке древесных материалов. // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. -2008. - № 1(9). - С. 82-87.

УДК 519.61:631/635

B. В. Пицык

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры высшей математики

Академии ГПС МЧС России

Л. В. Суховерхова

преподаватель кафедры высшей математики Академии ГПС МЧС России

Е. Г. Гамаюнов

преподаватель кафедры управления и экономики Академии ГПС МЧС России

C. М. Беляев

доцент кафедры высшей математики Академии ГПС МЧС России

V. Pytsik, L. Syhoverhova, E. Gamayunov, S. Belyaev

НЕСТАЦИОНАРНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ОБСЛУЖИВАЕМОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

В статье проведен сравнительный анализ двух решений задачи прогнозирования вероятности состояния восстанавливаемой системы мониторинга с параметрическими отказами: стационарного и нестационарного решения.

Ключевые слова: система мониторинга, вероятность состояния прибора, параметрический отказ.

A NONSTATIONARY FORECASTING OF STATE PROBABILITY OF EMERGENCY MONITORING SYSTEM

A graphic comparison of stationary and nonstationary solutions of forecasting problem of state probability of monitoring system with parametric faults is given.

Keywords: monitoring system, state probability of device, parametric fault.