Почему взрывается мука

Здравствуйте, уважаемые коллеги, дорогие друзья. Сегодня я начну нашу встречу со слов благодарности тем людям, которые задают мне различные вопросы и у меня на сайте ptm01.ru, и на портале «PRO ПБ». Спасибо большое за такую активность. Это действительно очень важно для человека, когда то, что он делает, люди полагают полезным. Это очень важно — быть нужным своим товарищам. Спасибо за то, что даете мне эту возможность поделиться мыслями, каким-то опытом, накопленной информацией, и поэтому очень вас прошу — пишите. Чем вопросов больше, тем лучше. Правда, учитывая, что сейчас вопросов этих поступает очень много, я начал собирать вопросы одной тематики с тем, чтобы готовить такие полные, обстоятельные ответы на разные вопросы по одной теме. И сегодняшний объединенный ответ я подготовил на многочисленные вопросы, всего поступило около 40, касающиеся механизма взрывов пыли: какие пыли взрываются и почему.

Реклама

Фабрика расчетов - приложения и сервисы для вычислений в сфере пожарной безопасности.

Сайт компании: https://fabras.ru/

Рекламодатель ООО "Центр ПБ" LdtCKQMc1

Действительно, пылевоздушные смеси взрываются, но тут очень важно определить, что же такое взрыв, с точки зрения пожарного специалиста. Подробно об этом вы можете узнать, если посмотрите отрывок из лекции профессора Абдурагимова Иосифа Микаэлевича, а я объясню кратко. Взрыв — это обычное дефлаграционное горение. Дефлаграционное, напомню, это по-простому означает развивающееся с дозвуковой скоростью. Так вот, это обычное горение, но протекающее быстро. Настолько быстро? За время меньше, чем одна секунда, что при этом процессе происходит резкое изменение термодинамических параметров пространства: температуры, объема и давления. И именно это мы воспринимаем как взрыв. И как вы заметили по видео, которые идут фоном, пылевоздушные смеси действительно взрываются. И чтобы понять, почему сахар-рафинад просто сгорит, а сахарная пыль именно взорвется, давайте рассмотрим определение такого термина, как «горючая пыль». В энциклопедии сайта ptm01.ru собраны разные определения термина «пыль». Из действующих нормативных документов определение пыли дает ГОСТ 12.1.041-83 «Пожаровзрывобезопасность горючих пылей». Здесь пыль определяется как горючая дисперсная система, состоящая из твердых частиц размером менее 850 микрон, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава. ГОСТ 12.1.044-89 утратил силу, в том нормативном документе, который его заменил, определение пыли больше не содержится. И в научной, и в учебной литературе имеются следующие определения пыли — это аэрозоль с частицами больше 10 в минус 3 степени сантиметра, об этом говорит Демидов Петр Георгиевич в книге «Основы горения веществ», изданной в 1951 году. Это дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы (с частицами размером менее 100 микрон). И, на мой взгляд, очень удачное определение в книге Александра Яковлевича Корольченко «Процессы горения и взрыва» 2007 года: пыли — это разновидность аэрозолей, дисперсных систем, состоящих из мелких частиц, взвешенных в воздухе. К пылям принято относить системы с размерами твердых частиц от 10 до 250 микрометров. Еще раз, пыль — это какая-то дисперсная система. Само слово «дисперсная» происходит от латинского слова dispersio, что означает рассеивание. То есть дисперсная система — это что-то рассеянное в какой-то среде, среде, которая называется дисперсионной. Таким образом, в пожарном деле пыль — это просто частицы твердого горючего вещества, частицы малых размеров (от 10 до 850 микрон), рассеянные в воздухе и образующие пылевоздушные облака. Вот, например, был у вас сахар-рафинад, вы его размазали в обычном блендере и получили в итоге мельчайшие частицы этого сахара, сахарную пудру — классический пример горючей пыли. Поэтому подчеркнем, что пыли — это не какие-то особые вещества, это те же самые твердые горючие вещества и материалы, ТГМ, как их называют во всех пожарных учебниках по теории горения, и не во взвешенном состоянии при горении они не дадут взрыва. Сахарная пыль, если она лежит в кучке и горит, будет принципиально гореть так же, как сахар-рафинад, по тем же самым механизмам, но стоит ее взвихрить, стоит образоваться пылевоздушной смеси — произойдет хороший такой взрыв. А чтобы понять почему, давайте вспомним, как протекает горение твердых горючих материалов. Вообще, горение — это прежде всего сложный процесс. Это классическое начало определения из большинства учебников. С 1971 года, с издания классического учебного пособия «Основы пожарной безопасности» под общей редакцией Тарасова-Агалакова Н. А., в определение процесса горения включается слово «сложный». И самые разные авторы акцентируют внимание на том, что это процесс сложный. А почему он сложный? Да потому что состоит из многих простых. И это, кстати, очень хороший способ запомнить определение термина «горение» именно как сложного физико-химического процесса. Прилагательное «сложный» происходит от глагола «сложить», то есть сложный процесс — это процесс, как бы соложенный, то есть состоящий из каких-то простых процессов, которые взяли да и сложили в один. И вот чтобы началось пламенное горение твердых горючих материалов, сложный процесс, необходимо, чтобы до условно-простого химического процесса, входящего в сложный, до реакции окисления, произошли условно-простые физические процессы: выделение летучих соединений и диффундирование, то есть смешивание с воздухом, причем в нужной для горения концентрации. И только после того, как такая смесь образуется, и возможна химическая реакция. А вот для выделения летучих соединений из твердых горючих веществ и материалов, необходимо, чтобы протекли те самые простые физические процессы, которые и складываются в сложный процесс горения. Например, должен произойти пиролиз — термическое разложение твердого горючего материала. Или плавление — переход в жидкое агрегатное состояние и испарение этой жидкости. Или сублимация — переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. Но в любом случае скорость протекания всех этих физических процессов предварительно, повторю: процессов, без которых невозможно горение, — зависит от площади поверхности твердого горючего вещества, которое или разлагается, или плавится, затем испаряется, или сублимирует.

---

Почему свеча "загорается" от дыма. Разоблачение популярного интернет-мифа

Блог Князева Павла Юрьевича

---

Рассмотрим пример. Горит кусок сахара-рафинада. Предположим, это кусок кубической формы со стороной 1 сантиметр. У кубика шесть граней, площадь каждой один квадратный сантиметр, площадь поверхности, соответственно, 6 сантиметров квадратных. Что произойдет при тепловом воздействии на этот кубик сахара со всех сторон? Начнется его плавление, испарение образовавшейся жидкости. Этот процесс плавления, если тепловое воздействие идет со всех сторон, происходит с поверхности 6 сантиметров квадратных. Аналогично, если мы возьмем такой же сантиметровый кубик из древесины. Будет происходить только не плавление и испарение, а термическое разложение — пиролиз. Но и в том, и в другом случае и плавление, и пиролиз идут с поверхности 6 сантиметров квадратных. И этот процесс протекает условно медленно именно из-за того, что площадь поверхности, с которой происходит выделение веществ, образующих горючие смеси, всего 6 сантиметров квадратных. Была бы площадь поверхности больше, и реакция горения протекала быстрее, так как больше летучих соединений выделялось бы и могло участвовать в реакции. И, соответственно, быстрее бы протекало горение, потому что этот процесс протекает в условиях прогрессивного самоускорения. То есть прямая зависимость скорости горения от площади поверхности горючего вещества, с которой выделяются летучие соединения. А что произойдет с поверхностью нашего кубика с гранью 1 сантиметр квадратный, если мы начнем превращать его в пыль? Разделим наш кубик двумя плоскостями на несколько частей, потому что образование пыли — это и есть деление какого-то крупного тела на более мелкие. Площадь поверхности этого кубика была 6 сантиметров квадратных. В результате мы получили 8 новых кубиков с длиной ребра 0,5 сантиметра, мы же разделили напополам. И площадь поверхности нового образовавшегося кубика — 1,5 сантиметра квадратных. Общая же площадь поверхности увеличилась в два раза. Если мы вновь разделим каждый кубик с площадью поверхности 1,5 сантиметра квадратных двумя плоскостями на 8 частей, то получится 64 кубика, у каждого из них будет площадь поверхности 0,375 сантиметров квадратных, потому что длина ребра будет четверть сантиметра. Общая площадь поверхности всех 64 кубиков будет 24 сантиметра квадратных. После всего двух делений площадь поверхности горючего вещества будет превышать первоначальную уже в 4 раза. Если мы доведем частицу вот таким вот делением до 150 микрометров, то площадь поверхности одной пылинки будет совершенно невелика, но, учитывая их количество, общая площадь поверхности этого же самого кубика, у которого была площадь поверхности 6 сантиметров, будет равна 384 сантиметрам квадратным. Неплохо, да? При доведении твердого горючего материала с площадью поверхности 6 сантиметров квадратных до состояния пыли, его площадь поверхности увеличилась в 64 раза. И на всю эту площадь будет следующим образом воздействовать тепловой поток: при горении горючее вещество, еще не вовлеченное в процесс, воспринимает тепловой поток в трех видах — это лучистый, конвективный и кондуктивный тепловые потоки. И лучше всего особенности горения пыли видны в сравнении с горением газа. Кондуктивные и конвективные тепловые потоки нагревают газ, газ вступает в реакцию и участвует в процессе горения, а вот лучистый тепловой поток как бы проходит сквозь газ, потому что газ прозрачный, потому что лучам не на что падать. Если же мы говорим о частице пыли, то и лучистая тепловая энергия, и конвективная, и кондуктивные тепловые потоки участвуют в нагреве этой частицы. И за счет этого значительно увеличивается температура внутри пылевоздушного облака, а значит, все большее и большее количество вещества вовлекается в процесс горения. И тепловой поток воздействует всеми возможными способами на каждую сторону каждой частицы пыли, очень быстро повышая температуру и изменяя термодинамические параметры системы, что и приводит в конечном итоге к росту избыточного давления взрыва. Вот поэтому так быстро и протекает реакция горения пыли. За счет того, что тепловой поток воздействует на колоссальную площадь поверхности горючих веществ, именно доведенных до состояния пыли, и за счет того, что лучистая тепловая энергия, выделяющаяся при горении, не проходит мимо, нагревает каждую частицу пыли, и эти частицы тоже вовлекаются в процесс горения. В результате резко повышается температура, увеличивается объем газа, и, как следствие, увеличивается и давление. И вот это изменение давления внутри помещения по сравнению с атмосферным давлением вне его и дает очень опасный фактор, разрушающий здания и губящий людей. Почему пожарным специалистам так важно знать механизм горения пыли? Потому что от этого зависят многие практические вопросы пожарной профилактики. На своем авторском курсе повышения квалификации «Определение категорий по пожарной и взрывопожарной опасности», базируясь именно на механизме горения пыли, я рассматриваю категорирование через понимание того, как ведет себя при горении пылевоздушная смесь. Мы со слушателями разбираем и темы работы в нападении, чтобы недобросовестный проектант не смог ввести в заблуждение инспектора, и также работаем в защите, чтобы не завысить искусственно категорию, если это не обусловлено физикой процесса. Это нужно, чтобы определять категорию не тупо по программе, а осознанно, с пониманием, на что нужно обратить внимание при определении, например, стехиометрической концентрации пыли в объеме пылевоздушного облака, с пониманием того, как определить критический размер частиц пылевоздушной смеси. Все эти практические вопросы профилактики базируются именно на том, что я объяснил сегодня. Надеюсь, это объяснение было понятным и полезным для авторов вопросов по данной тематике, вопросов, поступивших на портал «PRO ПБ». Если что-то осталось непонятным, прошу написать в комментариях. А я на этом попрощаюсь с вами, уважаемые коллеги, до новых встреч.

Данный материал отражает точку зрения автора. Мнение редакции портала «PRO ПБ» может не совпадать с позицией автора блога.

В разделе:

Читай также

Больше популярных статей

Выбор огнетушителя по модельному рангу пожара. Шаг за шагом

Автор блога Князев П.Ю. подробно разъясняет порядок и особенности выбора огнетушителей в зависимости от ранга модельного очага пожара.

читать полностью

Серия «Кошмарим с умом». Действуют ли новые нормы в старых зданиях

Автор блога Князев П.Ю. постарался максимально простым и доступным языком разъяснить проблемный вопрос относительно применения современных требований пожарной безопасности к старым зданиям.

читать полностью

Изменение класса функциональной пожарной опасности. Процедура

В данном материале автор блога Князев П.Ю. отвечает на очень непростой вопрос, связанный с подтверждением процедуры изменения класса функциональной пожарной опасности помещений, зданий и сооружений. При этом он, как обычно, аргументирует свое мнение исходя из четырех позиций: фактической пожарной опасности, требований законодательства, мнений МЧС и Минстроя, а также судебной практики.

читать полностью

S-2252 (А015)
1439