Взрыв пыли
Взрыв пыли — это быстрое возгорание , мелких частиц взвешенных в воздухе в закрытом помещении. Взрывы пыли могут произойти там, где , в достаточно высоких концентрациях присутствует любой диспергированный порошкообразный горючий материал в атмосфере или другой окисляющей газообразной среде, например, чистом кислороде . В случаях, когда роль горючего материала играет топливо, взрыв называют топливно-воздушным взрывом.
Взрывы пыли представляют собой частую опасность на угольных шахтах , элеваторах и элеваторах , а также в других промышленных средах. Они также широко используются художниками по спецэффектам , режиссерами и пиротехниками , учитывая их эффектный внешний вид и способность безопасно храниться в определенных тщательно контролируемых условиях.
Термобарическое оружие использует этот принцип, быстро насыщая область легковоспламеняющимся материалом, а затем поджигая его, создавая взрывную силу. Это оружие является самым мощным из существующих неядерных вооружений. [ 1 ]
Терминология
[ редактировать ]Если быстрое возгорание происходит в замкнутом пространстве огромное избыточное давление , может возникнуть , вызывающее серьезные структурные повреждения и летящие обломки. Внезапное высвобождение энергии в результате « детонации » может вызвать ударную волну как на открытом воздухе, так и в замкнутом пространстве. Если пламя распространяется с дозвуковой скоростью, это явление иногда называют « дефлаграцией », хотя в более широком смысле оба явления называют « взрывами ».
Взрывы пыли можно разделить на «первичные» и «вторичные» по своей природе. Первичные взрывы пыли могут происходить внутри технологического оборудования или аналогичных кожухов и обычно контролируются путем сброса давления через специально построенные воздуховоды во внешнюю атмосферу. Вторичные взрывы пыли являются результатом накопления пыли внутри здания, которое нарушается и воспламеняется в результате первичного взрыва, что приводит к гораздо более опасному неконтролируемому взрыву, который может повлиять на всю конструкцию. Исторически сложилось так, что гибель людей от взрывов пыли в основном была результатом вторичных взрывов пыли. [ 2 ]
Требуемые условия
[ редактировать ]
Существует пять необходимых условий для взрыва пыли: [ 3 ]
- Горючая пыль
- Пыль рассеивается в воздухе в определенных пределах воспламеняемости.
- Имеется окислитель (обычно атмосферный кислород)
- Есть источник возгорания
- Территория ограничена – здание может быть ограждением.
Источники пыли
[ редактировать ]
Многие распространенные материалы, которые, как известно, горят, могут вызвать взрыв пыли, например, угольная пыль и опилки . Кроме того, в опасное облако пыли могут попасть и многие обычные органические материалы, такие как зерно , мука , крахмал , сахар , сухое молоко , какао , кофе и пыльца . Порошки металлов (таких как алюминий , магний и титан ) могут образовывать взрывоопасные суспензии в воздухе, если они мелко измельчены.
Гигантский взрыв мучной пыли разрушил мельницу в Миннесоте 2 мая 1878 года, в результате чего погибли 14 рабочих на мельнице Уошберн А и еще четверо в соседних зданиях. [ 4 ] Аналогичная проблема возникает на лесопилках и в других местах, занимающихся деревообработкой .
С появлением металлического порошка производства (АП) на основе в 2010-х годах аддитивного в промышленном масштабе растет потребность в дополнительной информации и опыте предотвращения взрывов пыли и пожаров из-за следов избыточного металлического порошка, иногда остающихся после лазерного спекания или другие методы слияния. [ 5 ] Например, при операциях механической обработки после сборки AM излишки порошка, высвободившиеся из пор в опорных конструкциях, могут подвергаться воздействию искр на границе раздела резания. [ 5 ] Прилагаются усилия не только по созданию этой базы знаний в отрасли, но и по обмену ею с местными пожарными службами, которые проводят периодические проверки пожарной безопасности предприятий в своих районах и которые могут рассчитывать на реагирование на сигналы тревоги в магазинах или на заводах, частью которых теперь является AM. производственного комплекса. [ 5 ]
бумаги, выделяющиеся во время обработки, особенно при прокатке, развертывании, каландровке/прорезке и резке листов, хотя и не являются строго пылью Известно, что частицы , также представляют опасность взрыва. В закрытых помещениях бумажных фабрик, подверженных таким опасностям, обычно поддерживается очень высокая влажность воздуха, чтобы снизить вероятность взрыва бумажной пыли в воздухе.
В со спецэффектами пиротехнике , порошок ликоподия. [ 2 ] и немолочные сливки [ 6 ] Это два распространенных способа создания безопасных и контролируемых последствий пожара.
Чтобы поддерживать быстрое горение, пыль должна состоять из очень мелких частиц с высоким соотношением площади поверхности к объему , что делает общую или совокупную площадь поверхности всех частиц очень большой по сравнению с пылью из более крупных частиц. Пыль определяется как порошки с частицами диаметром менее 500 микрометров, но более мелкая пыль представляет гораздо большую опасность, чем крупные частицы, в силу большей общей площади поверхности всех частиц.
Концентрация
[ редактировать ]Ниже определенного значения, нижнего предела взрываемости (НПВ), пыли недостаточно для поддержания горения со скоростью, необходимой для взрыва. [ 7 ] Безопасной считается концентрация горючих веществ на уровне 25 % от НПВ или ниже. [ 8 ] Аналогичным образом, если соотношение топлива и воздуха превышает верхний предел взрываемости (ВПВ), окислителя недостаточно для продолжения горения с необходимой скоростью.
Определить минимальную взрывоопасную концентрацию или максимальную взрывоопасную концентрацию пыли в воздухе сложно, и обращение к различным источникам может привести к совершенно разным результатам. Типичный диапазон взрыва в воздухе составляет несколько десятков грамм/м. 3 для минимального предела - до нескольких кг/м 3 за максимальный лимит. Например, НПВ для опилок составляет от 40 до 50 грамм/м. 3 . [ 9 ] Это зависит от многих факторов, в том числе от типа используемого материала.
окислитель
[ редактировать ]Обычно обычного атмосферного кислорода может быть достаточно для поддержания взрыва пыли, если также присутствуют другие необходимые условия. Особенно опасными считаются среды с высоким содержанием кислорода или чистым кислородом, а также сильные окисляющие газы, такие как хлор и фтор . Кроме того, суспензии частиц соединений с высоким окислительным потенциалом, таких как пероксиды , хлораты , нитраты , перхлораты и дихроматы , могут увеличить риск взрыва, если также присутствуют горючие материалы.
Источники возгорания
[ редактировать ]Существует множество источников возгорания, и открытое пламя не обязательно должно быть единственным: более половины взрывов пыли в Германии в 2005 году произошли из источников, не связанных с огнем. [ 7 ] К распространенным источникам возгорания относятся:
- электростатический разряд (например, неправильно установленная конвейерная лента , которая может действовать как генератор Ван де Граафа )
- трение
- электрическая дуга от машин или другого оборудования
- горячие поверхности (например, перегретые подшипники )
- огонь
- самовоспламенение
Однако при расследовании последствий взрыва часто бывает трудно определить точный источник возгорания. Когда источник не может быть найден, возгорание часто связывают со статическим электричеством . Статические заряды могут генерироваться внешними источниками или могут создаваться внутри за счет трения на поверхностях самих частиц, когда они сталкиваются или движутся мимо друг друга.
Механизм
[ редактировать ]Пыль имеет очень большую площадь поверхности по сравнению с ее массой. Поскольку горение может происходить только на поверхности твердого тела или жидкости, где оно может вступать в реакцию с кислородом, пыль становится гораздо более горючей, чем сыпучие материалы. Например, сфера из горючего материала массой 1 кг (2,2 фунта) плотностью 1 г/см. 3 будет около 12,4 сантиметра (4,9 дюйма) в диаметре и иметь площадь поверхности 0,048 квадратных метров (0,52 квадратных футов). Однако, если бы его разбить на сферические частицы пыли диаметром 50 мкм (приблизительно размер частиц муки ), площадь его поверхности составила бы 120 квадратных метров (1300 квадратных футов). Эта значительно увеличенная площадь поверхности позволяет материалу гореть намного быстрее, а чрезвычайно малая масса каждой частицы позволяет им загореться с гораздо меньшей энергией, чем основной материал, поскольку внутри материала нет потерь тепла из-за проводимости.
Когда эта смесь топлива и воздуха воспламеняется, особенно в замкнутом пространстве, таком как склад или силос, создается значительное увеличение давления, часто более чем достаточное для разрушения конструкции. Даже материалы, которые традиционно считаются негорючими (например, алюминий) или медленно горящими (например, дерево), при измельчении могут вызвать мощный взрыв и воспламениться даже от небольшой искры.
- Демонстрация взрыва пыли под открытым небом
-
Экспериментальная установка -
мелкого помола Мука рассыпается -
Облако муки воспламеняется -
Огненный шар быстро распространяется -
Интенсивному лучистому теплу здесь нечего воспламенить. -
Огненный шар и перегретые газы поднимаются вверх -
Последствия взрыва, на земле лежит несгоревшая мука.
Эффекты
[ редактировать ]Взрыв пыли может нанести серьезный ущерб конструкциям, оборудованию и персоналу из-за сильного избыточного давления или воздействия ударной волны. Летающие предметы и мусор могут нанести дополнительный ущерб. Интенсивное тепловое излучение огненного шара может воспламенить окружающую среду или вызвать серьезные ожоги кожи у незащищенных людей. В плотно закрытом помещении внезапное истощение кислорода может вызвать удушье . Если пыль состоит из углерода (например, в угольной шахте), неполное сгорание может привести к большого количества окиси углерода шахтеров ( остаточной влажности образованию ). Это может привести к большему количеству смертей, чем первоначальный взрыв, а также затруднить попытки спасения. [ 10 ] [ 11 ]
Защита и смягчение последствий
[ редактировать ]
В Европе и других странах было проведено множество исследований, чтобы понять, как контролировать эти опасности, но взрывы пыли все еще происходят. Альтернативы повышению безопасности процессов и предприятий зависят от отрасли.
В угольной промышленности взрыв метана может вызвать взрыв угольной пыли , которая затем может охватить весь карьер. В качестве меры предосторожности негорючую каменную пыль можно разбрасывать вдоль выработок или хранить в поддонах, свисающих с крыши, чтобы разбавить угольную пыль, поднятую ударной волной, до такой степени, чтобы она не могла гореть. Мины также можно опрыскивать водой, чтобы предотвратить воспламенение.
Некоторые отрасли промышленности исключают кислород из процессов образования пыли - мера предосторожности, известная как «инертизация». Обычно для этого используются азот , углекислый газ или аргон — негорючие газы, способные вытеснять кислород. Тот же метод также используется в больших резервуарах для хранения, где могут накапливаться легковоспламеняющиеся пары. Однако использование бескислородных газов сопряжено с риском удушья рабочих. Рабочие, которым необходимо освещение в закрытых помещениях, где высок риск взрыва пыли, часто используют лампы, предназначенные для подводных водолазов , поскольку у них нет риска образования открытой искры благодаря герметичной водонепроницаемой конструкции.
Хорошие методы ведения хозяйства, такие как устранение накопления отложений горючей пыли, которые могут быть нарушены и привести к вторичному взрыву, также помогают смягчить проблему.
Лучшие меры инженерного контроля можно найти в стандартах Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) по горючей пыли. [ 12 ] включать:
- Смачивание
- Снижение концентрации окислителя
- Удаление дефлаграции
- Сдерживание давления дефлаграции
- Подавление дефлаграции
- Удаление дефлаграции через пылеулавливающее и пламегасительное устройство.
Известные инциденты
[ редактировать ]Облака пыли являются распространенным источником взрывов, вызывая, по оценкам, 2000 взрывов ежегодно в Европе. [ 13 ] В таблице перечислены известные инциденты по всему миру.
| Событие | Дата | Расположение | Страна | Исходный материал | Погибшие | Травмы | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Взрыв на мукомольной мельнице Трейдстон | 9 июля 1872 г. | Глазго , Шотландия |  Великобритания |
зерновая пыль | 18 | 16 | Разрушил здание мельницы и повредил окружающие постройки, а также устроил пожар, в результате которого погибли другие люди. Расследование взрыва было опубликовано в Европе и Америке. |
| Катастрофа на Великой мельнице | 2 мая 1878 г. | Миннеаполис, Миннесота |  Соединенные Штаты |
зерновая пыль | 18 | Разрушена крупнейшая зерновая мельница в мире и сровнена с землей еще пять мельниц, что фактически сократило мукомольные мощности Миннеаполиса от одной трети до половины. Побудило заводы по всей стране установить более совершенные системы вентиляции для предотвращения накопления пыли. | |
| Катастрофа на мельнице и лифте в Хастеде | 24 июня 1913 г. | Буффало, Нью-Йорк |  Соединенные Штаты
|
зерновая пыль | 33 | 80 | В этот рабочий день во второй половине дня взрыв разрушил элеватор и мельничный комплекс. Машинист проезжавшего стрелочного перевода вылетел из кабины и погиб. Окна проезжавшего пассажирского поезда по Никел-Плейт-Роуд были разбиты, но пассажиры не пострадали. [ 14 ] [ 15 ] |
| Взрыв на заводе в Милуоки | 20 мая 1919 г. | Милуоки , Висконсин |  Соединенные Штаты
|
Комбикормовый завод | 3 | 4 | Взрыв ощущался на многие мили вокруг и полностью сровнял с землей принадлежащий компании завод. |
| Взрыв на крахмальном заводе Дугласа | 22 мая 1919 г. | Сидар-Рапидс, Айова | Соединенные Штаты
|
кукурузный крахмал | 43 | 30 | Взрыв ощущался на многие мили вокруг и полностью сровнял с землей принадлежащий компании завод. |
| Взрыв в Порт-Колборне | 9 августа 1919 г. | Порт-Колборн |  Канада
|
зерно | 10 | 16 | Взрыв также уничтожил пароход «Квебек» , стоявший возле элеватора. |
| Большой терминал зернового элеватора в Канзас-Сити | 13 сентября 1919 г. | Канзас-Сити, Миссури | Соединенные Штаты
|
14 | 10 | Возник в подвале лифта во время уборки и прошел через шахту лифта. | |
| Катастрофа на шахте Маунт Маллиган | 19 сентября 1921 г. | Маунт Маллиган, Квинсленд |  Австралия |
угольная пыль | 75 | Серия взрывов угольной пыли в шахте потрясла сплоченный поселок и была слышна на расстоянии до 30 километров (19 миль). | |
| Взрыв на шахте Бэньсиху | 26 апреля 1942 г. | Бэньси , Ляонин |  Маньчжоу-Го (ныне Китай) |
угольная пыль и газ | 1,549 | 34% шахтеров, работавших в тот день, погибли. Это крупнейшая в мире авария на угольной шахте. | |
| Взрыв и пожар в Пилсбери | 2 января 1972 г. | Буффало, Нью-Йорк | Соединенные Штаты
|
пшеничная мука | 3 | 8 | Взрыв в новогодние выходные на крупнейшем в то время мукомольном заводе в мире. Взрыв произошел в ряде 10-этажных бетонно-стальных бункеров для хранения муки длиной 500 футов. Ремонт занял год. [ 16 ] |
| Взрыв элеватора Westwego | 22 декабря 1977 г. | Весттего, Луизиана | Соединенные Штаты |
зерновая пыль | 36 | 13 | [ 17 ] |
| Взрыв элеватора в Галвестоне | 27 декабря 1977 г. | Галвестон , Техас | Соединенные Штаты |
зерновая пыль | 20 | [ 17 ] | |
| Взрыв на заводе Bird's Custard | 18 ноября 1981 г. | Банбери | Великобритания |
кукурузный крахмал | 9 | [ 13 ] [ 18 ] | |
| Взрыв на солодовенном заводе в Меце | 18 октября 1982 г. | Мец |  Франция |
ячменная пыль | 12 | 1 | [ 19 ] |
| Взрыв бункера №5 инженера Уайта | 13 марта 1985 г. | Инженер Уайт |  Аргентина |
зерновая пыль | 22 | [ 20 ] | |
| Взрыв на Харбинской текстильной фабрике | 17 марта 1987 г. | Харбин |  Китай |
льняная пыль | 58 | 177 | [ 21 ] |
| Sukhodilska–Skhidna coal mine accident | 9 июня 1992 г. | Суходольск |  Украина |
угольная пыль и рудничный газ | 63 | 37 | [ 22 ] [ 23 ] |
| Взрыв зерна Блайя | август 1997 г. | Блей | Франция |
зерновая пыль | 11 | 1 | В результате взрыва на зернохранилище Société d'Exploitation Maritime Blaaise погибли 11 человек в близлежащих офисах и один получил ранения. [ 13 ] |
| Устранить взрыв лифта | июнь 1998 г. | Уичито, Канзас | Соединенные Штаты |
зерновая пыль | 7 | 10 | На крупнейшем в то время элеваторе в мире произошли многочисленные взрывы. Системы сбора пыли не обслуживались должным образом. [ 24 ] |
| Взрыв West Pharmaceutical Services | 29 января 2003 г. | Кинстон, Северная Каролина | Соединенные Штаты |
полиэтиленовая пыль | 6 | 38 | |
| Имперский сахарный взрыв | 7 февраля 2008 г. | Порт-Вентворт, Джорджия | Соединенные Штаты |
сахарная пыль | 14 | 42 | [ 13 ] |
| Взрыв в Куньшане, 2014 г. | 2 августа 2014 г. | Куньшань | Китай |
металлический порошок | 146 | 114 | |
| Взрыв на побережье Формозы | 27 июня 2015 г. | Новый Тайбэй |  Тайвань |
цветной крахмальный порошок | 15 | 498 | Взрыв, когда цветной порошок, похожий на Холи, был выпущен на фестивале музыки и цвета под открытым небом на побережье Формозы . |
| Взрыв на мельнице по производству древесной муки в Босли | 17 июля 2015 г. | Босли , Чешир | Великобритания |
древесная мука | 4 | 4 | [ 25 ] [ 26 ] |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хардинг, Люк (11 сентября 2007 г.). «Россия представляет «отца всех бомб» » . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Проверено 19 января 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Экхофф, Рольф К. (1997). Взрывы пыли в перерабатывающей промышленности (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3270-4 .
- ^ «Информационный бюллетень OSHA: Предупреждение об опасности: взрывы горючей пыли» (PDF) . osha.gov . Архивировано из оригинала (PDF) 1 ноября 2020 г. Проверено 23 января 2018 г.
- ^ Натансон, Ирик. Взрыв на мельнице Уошберна в 1878 году . Архивировано из оригинала 8 апреля 2014 г. Проверено 8 апреля 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Симпсон, Тимоти В. (17 августа 2017 г.), «Взорвется ли моя деталь AM? Нет, если вы будете осторожны. Детали, изготовленные из металлического порошка, требуют дополнительных мер предосторожности» , Modern Machine Shop .
- ^ «Детонационные пленки - почему сливки для кофе?» . Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 года . Проверено 20 марта 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Защита от взрыва пыли» (PDF) . bartec.de . 2005. Архивировано из оригинала (PDF) 10 декабря 2006 г.
- ^ NFPA 69 8.3.1
- ^ «Концентрация взрыва пыли. Физический смысл и использование при оценке риска минимальной взрывоопасной концентрации порошка (МВС)» . Сайт PowderProcess.net .
- ^ Мюррей, Чарльз Эдвард Робертсон; Уилберфорс, Дэниел; Ричи, Дэвид (1903 г.), «Катастрофа на шахте горы Кембла 31 июля 1902 г. - Отчет Королевской комиссии вместе с протоколами доказательств и экспонатов» , Исторические и культурные коллекции - Публикации , Законодательное собрание Нового Южного Уэльса: xxxvi , получено 19 мая 2019 г.
- ^ Робертс, HCW (сентябрь 1952 г.), Отчет о причинах и обстоятельствах взрыва, произошедшего на шахте Исингтон, графство Дарем, 29 мая 1951 г. , Cmd 8646, Лондон: Канцелярия Ее Величества, стр. 9 , 39–40, ЛДЛ : 1842/5365
- ^ «Список кодексов и стандартов NFPA» . NFPA.org .
- ^ Jump up to: а б с д Хаут, Джулиан (28 февраля 2011 г.). «Прах к праху» . Проверено 2 июля 2015 г.
- ^ «Взрыв элеватора в Буффало, штат Нью-Йорк, июнь 1913 года | GenDisasters ... Генеалогия трагедий, катастроф, пожаров, наводнений, страница 1» . www.gendisasters.com . Проверено 28 февраля 2022 г.
- ^ Генри Х., Бакстер (1980). Зерновые элеваторы (PDF) . Буффало, штат Нью-Йорк: Историческое общество округа Буффало и Эри. п. 14.
- ^ «Один погиб, двое пропали в результате взрыва на крупнейшей в мире мукомольной мельнице Buffalo Rips» . Нью-Йорк Таймс . 3 января 1972 г. ISSN 0362-4331 . Проверено 28 февраля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б «Взрывные костюмы решены». День . Нью-Лондон, Коннектикут. 24 апреля 1980 г. с. 26.
- ^ «Взрыв пыли кукурузного крахмала в General Foods Ltd, Банбери, Оксфордшир, 18 ноября 1981 года». Великобритания: январь 1983 г. Информационная служба по охране труда и технике безопасности, Великобритания. ISBN 0-11-883673-0
- ^ Взрыв в силосе солодового завода (на французском языке)
- ^ «На эмоциональном мероприятии представили документальный фильм «Лифт 5 – 35 лет» » . Новое (на испанском языке). 13 марта 2020 г. . Проверено 17 ноября 2021 г.
- ^ «47 человек погибли, 179 получили ранения в результате взрыва на льняной фабрике на северо-востоке Китая» . Лос-Анджелес Таймс . 17 марта 1987 года . Проверено 2 июля 2015 г.
- ^ "Взрыв на шахте «Суходольская-Восточная»" . 25 March 2016.
- ^ "Самые масштабные аварии на шахтах за годы независимой Украины" . 2 March 2017.
- ^ Отчет OSHA о взрыве в Дебрюсе.
- ^ «Взрыв Босли: четверо пропали без вести в результате взрыва на лесной мукомольной мельнице» . Новости Би-би-си . 17 июля 2015 г. Проверено 2 декабря 2015 г.
- ^ Пиллинг, Ким (27 июля 2015 г.). «Взрыв мельницы в Босли-Вуд: среди обломков разрушенного взрывом здания обнаружено четвертое тело» . Зеркало онлайн . Проверено 2 декабря 2015 г.
- Бартон, Джон, изд. (2002). Предотвращение и защита от взрывов пыли: Практическое руководство . Институт инженеров-химиков. ISBN 0-85295-410-7 .
- Экхофф, Рольф К. (1997). Взрывы пыли в перерабатывающей промышленности (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3270-4 .
- Прайс, Дэвид Дж. (1921). «Катастрофический взрыв крахмальной пыли». Американский Миллер и Процессор . 49 (1–6). Национальные публикации Миллера.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Инциденты во Франции и США:
- Продукты для расследования взрывов горючей пыли от Совета по химической безопасности
- Институт политики в отношении горючей пыли-ATEX
- Тематические исследования OSHA по взрывам пыли
Защита технологических предприятий, зерноперерабатывающих предприятий и т.п. от риска взрывов пыли:
