Определены основные условия возбуждения и дальнейшего распространения взрыва производственной пыли на предприятиях по хранению и переработке зерна. Приводятся статистические данные и их анализ, определяющие место и причины воспламенения и локального взрыва на предприятиях такого профиля. Рассмотрены меры по предотвращению возникновения подобных ситуаций.
Хранение и переработка зерна сопровождаются выделением производственной пыли, которая образует с воздухом взрыво- и пожароопасную смеси. Пыль, находящаяся в воздухе помещений и внутри оборудования во взвешенном состоянии (аэровзвесь), взрывоопасна, а осевшая на строительные конструкции и оборудование (аэрогель) — пожароопасна. Основные условия возбуждения и дальнейшего распространения взрыва аэровзвеси следующие: наличие в воздухе взрывоопасной пыли; наличие источников тепла, способных воспламенить аэровзвесь; присутствие достаточного количества кислорода, расходуемого на полное сгорание аэровзвеси.
Взвешенная в воздухе пыль в концентрациях выше взрывоопасного (нижнего) предела является первой и основной причиной пылевых взрывов. Взрывоопасные концентрации могут образовываться в технологическом оборудовании, системах аспирации и пневмотранспорта, силосах и бункерах. При первичном взрыве ударная волна может поднять осевшую в помещении и на оборудовании пыль и вызвать повторные более мощные взрывы.
Взрывоопасность пыли зависит от содержания в ней органической и минеральной составляющих, дисперсности и влажности. При увеличении содержания минеральных примесей взрывоопасность пыли снижается: например, при зольности мельничной пыли 4 % нижний концентрационный предел взрываемости равен 15-20 г/м3, а при зольности 22 % уже 55 — 60 г/м3.
Наиболее взрывоопасна пыль с размерами частиц менее 70 мкм. Такая пыль обладает чрезвычайно большой удельной поверхностью, что повышает ее физико-химическую активность. Большое значение для воспламенения пыли имеет содержание в ней влаги. Такая пыль требует большого количества тепла для испарения влаги, находящейся в ее частицах, в результате чего снижается возможность воспламенения. Кроме того, образующийся пар мешает доступу необходимого для горения кислорода воздуха. Например, взрыв аэровзвеси из пшеничной муки возможен при влажности не более 18 %.
Кроме наличия аэровзвеси пыли определенной концентрации и содержания кислорода для возникновения пылевого взрыва необходим тепловой источник достаточной температуры и мощности. Минимальная энергия воспламенения аэровзвесей органических пылей зависит от многих факторов и составляет 10 — 100 мДж.
Взрывы пылевоздушных смесей начинаются с первичных "хлопков" и вспышек внутри оборудования и помещений. Ударные волны от взрывов в оборудовании и пламя при первичных хлопках встряхивают и воспламеняют находящуюся в помещении пыль, что приводит к повторным взрывам.
Анализ материалов о взрывах на предприятиях по хранению и переработке зерна Волгоградской области показал, что более половины (55 %) первичных взрывов наблюдается в помещениях, остальные произошли в транспортном или технологическом оборудовании. Причинами воспламенения и локального взрыва в рассмотренных случаях были: несовершенство и неисправность оборудования, а также нарушение правил его эксплуатации (33 %); применение открытого огня — сварочные работы (21 %); самовозгорание сырья и готовой продукции в результате нарушения норм хранения
(более 20 %) (табл. 1).
Таблица 1. Основные причины взрывов и пожаров на предприятиях по хранению и переработке зерна Волгоградской области
| Наименование предприятия | Место взрыва и пожара | Причина взрыва и пожара |
|---|---|---|
| Вязовский КХП | Зерносушилка | Нарушение технологии |
| Филоновский КХП | Силкорпус | Нарушение технологии |
| Зерносклад | Короткое замыкание электропроводки | |
| Быковский КХП | Нория | Завал нории |
| Павловский элеватор | Зерносклад | Короткое замыкание электропроводки |
| Камышинский элеватор | Зерносклад | Короткое замыкание электропроводки |
| Волгоградская реалбаза | Зерносклад | Короткое замыкание электропроводки |
| Волгоградский элеватор | Приемное устройство элеватора | Сварочные работы |
| Урюпинский элеватор | Зерносклады | Сварочные работы |
| Ярыжинский ХПП | Зерносклад | Сварочные работы |
| Арчединский элеватор (Липки) | Зерносклады | Грозовой разряд |
20 % от общего числа взрывов на предприятиях отрасли приходятся на мукомольные предприятия. Это означает, что происходит в среднем 3 взрыва на 100 предприятиях за 10 лет. Анализ имеющихся данных позволил выявить причины первичных взрывов и места их наиболее вероятного возникновения (табл. 2).
Известно, что основная масса мучной пыли под действием гравитационных сил оседает на поверхности пола и стен помещения и технологического оборудования. При неорганизованном воздухообмене в помещениях мельницы происходит свободное перетекание воздуха, поэтому накопление большого количества осевшей пыли в любой точке помещения может привести к образованию взрывоопасной смеси. Как показали результаты визуального обследования, наибольшее количество пыли выбивается от оборудования в зерноочистительном отделении и отделении бестарного хранения муки.
Таблица 2. Причины и место возникновения первичных взрывов на мукомольных предприятиях
| Причины возникновения первичных взрывов | Количество взрывов (в % от общего числа) | Места возникновения первичных взрывов | Количество взрывов (в % от общего числа) |
|---|---|---|---|
| Электросварочные, газосварочные и другие огневые работы | 20 | Силосы и бункеры | 45 |
| Загорание продукта в вальцевых станках | 13 | Система аспирации | 15 |
| Неисправность воздуходувных машин | 13 | Нории и транспортеры | 20 |
| Неисправность нории | 10 | Пневмотранспорт | 10 |
| Неисправность транспортеров и другого оборудования | 20 | Место не установлено | 10 |
| Причина не установлена | 24 |
С целью прогнозирования риска возникновения взрывопожароопасной ситуации на мельницах проводится оценка интенсивности оседания мучной пыли. Для этого авторами используется "Методика оценки мощности пылевыделения от технологического оборудования предприятий по переработке и хранению зерна и интенсивности пылеоседания на поверхности производственных помещений", утвержденная Управлением Нижневолжского округа Госгортехнадзора России.
Рассмотрим результаты, полученные на мельнице типа Рмм-3 в г. Астрахани производительностью 30 т/сутки. Особенностью такой мельницы является расположение всех единиц оборудования в едином объеме помещения на трех площадках, не разделенных жесткими перегородками. Поэтому интенсивность пылеоседания определялась для всего помещения в целом. Для проведения замеров площадь пола была разбита на 10 квадратов, в каждом из которых размещалась предварительно взвешенная ловушка. По разнице масс ловушек до и после опыта определялась масса уловленной пыли, а затем количество пыли, оседающей на поверхности в течение суток. Результаты замеров и расчетов приведены ниже:
| Объем помещения | 18 • 24 • 11 = 4752 м3 |
| Площадь поверхности стен | 18 • 24 • 11 + 18 • 24 • 11 = 924 м2 |
| Площадь пола | 18 • 24 = 432 м2 |
| Площадь двух площадок на уровне 3,5и7м | 6 • 13 • 2 = 156 м2 |
| Общая площадь | 924 + 432+ 156 = 1668 м2 |
| Масса взвихренной пыли для образования взрывоопасной концентрации пыле- воздушной смеси | 57024 г |
| Толщина слоя пыли при 50 % взвихривании аэрогеля и его плотности 100 кг/м3 | 57,024 • 2/100/1668 = 0,68 мм |
| Диаметр ловушки | 0,2 м |
| Площадь поверхности ловушки | 0,0314 м2 |
| Объем пыли в ловушке | 0,0314 • 0,00068 = 0,000021 м3 |
| Масса пыли в ловушке | 0,0021 кг |
Проведенные экспериментальные исследования показали, что в среднем за сутки на поверхности ловушек оседает 1,76 г мучной пыли, что на 16 % меньше количества (2,1 г), соответствующего созданию взрывооопасной концентрации. Ежедневная уборка пыли с поверхности пола и оборудования позволит снизить ее количество еще на 25 %.
В соответствии с действующим законодательством на каждом предприятии отрасли осуществляется система взрывопредупреждения и противопожарных мероприятий. Для снижения пылевыделения с целью обеспечения безопасной эксплуатации мукомольных предприятий необходимо запрещение возврата пыли, отобранной из зерна, обратно в поток (пыль необходимо собирать в бункера и отгружать с территории элеватора как отходы), контролировать интенсивность пылеоседания, обязательно регулярно инспектировать аспирационные установки.