ПЫЛЕВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ

ПЫЛЕВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ — взрывчатая взвесь угольной пыли (см. ГОРЮЧАЯ ПЫЛЬ) в воздухе (ГОСТ Р 54776-2011) [1].

Взрывы пыли (пылевоздушных смесей — аэрозолей) представляют одну из основных опасностей химических производств. Взрывы пыли происходят в ограниченном пространстве — в помещениях зданий (ЗДАНИЕ), внутри различного оборудования, в штольнях шахт. Возможны взрывы (см. ВЗРЫВ) пыли в мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль); при работе с красителями, серой, сахаром, другими порошкообразными пищевыми продуктами; при производстве пластмасс, лекарственных препаратов; на установках дробления топлива (угольная пыль); в текстильном производстве.

По данным источников, из 1120 взрывов пылевоздушных смесей на производствах 540 произошли при работах с зерном, мукой, сахаром и другими пищевыми продуктами, 80 — с металлом, 63 — с угольной пылью на установках дробления топлива, 33 — с серой, 61 — в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Взрывы пыли в основном происходят по дефлаграционному механизму (взрывное горение (см. ГОРЕНИЕ)). Переход к детонации (см. ДЕТОНАЦИЯ) возможен в длинных штольнях шахт, на конвейерных линиях зернохранилищ большой протяженности из-за турбулизации пыли. Возникновение облаков аэрозолей из осевшей ранее пыли (аэрогеля), их воспламенение (см. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ) и взрыв возбуждаются слабым взрывом какой-либо газовоздушной смеси, например, взрывом метана в шахтах [2].

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ПЫЛЕВОЗДУШНОЙ СМЕСИ — процесс, при котором давление, измеренное в закрытом сосуде (например, сферический сосуд вместимостью 20 дм³) после воспламеняющего искрового разряда, возрастет не менее чем на 0,2 бар, или пламя (см. ПЛАМЯ), наблюдаемое в открытой трубке (например, трубка Хартмана), распространяется не менее чем на 6 см от искрового разряда (ГОСТ Р МЭК 61241-2-3-99).

Для обеспечения минимального риска из-за взрывчатых свойств вещества должны быть проведены испытания на взрываемость малого количества пыли на поверхности температурой (см. ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ) 400 °С или выше, находящейся на безопасном удалении от оператора, в соответствии с ГОСТ Р МЭК 61241-2-1.

Для определения минимальной энергии зажигания (см. ЗАЖИГАНИЕ) пылевоздушной смеси допускается использовать конструкции искрообразующих систем. С любой из этих конструкций возможно использование различных камер для воспламенения при условии, что распыление образца пыли оптимизировано и приняты необходимые меры безопасности с целью предотвращения побочных эффектов, возникающих в сравнительно больших сосудах от явлений электростатической разрядки в момент распыления. Данные явления вызывают дополнительную зарядку/разрядку конденсатора.

В случае отсоединения аккумулирующего конденсатора от электрода во время заряда, при расчете энергии искрового разряда, должно быть принято во внимание уменьшение напряжения, возникающее из-за увеличения электрической емкости при подключении конденсатора к электроду. При всех расчетах энергии необходимо учитывать полную электрическую емкость разрядной цепи и напряжение в момент разрядки [2].

ОПАСНОЕ КОЛИЧЕСТВО ПЫЛИ — общая масса пыли, накапливаемая в течение времени в помещении на высокорасположенных труднодоступных поверхностях и поверхностях, доступных для текущей пылеуборки, которая в случае взвихрения может образовать взрывоопасную пылевоздушную смесь, при воспламенении которой возникает расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. (ППБО 157-90) [3].

МИНИМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАЖИГАНИЯ (ГОРЮЧЕЙ ПЫЛЕВОЗДУШНОЙ СМЕСИ) — наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить самую чувствительную пылевоздушную смесь с устойчивым горением (ГОСТ Р МЭК 61241-2-3-99) [2].

Варианты термина из других источников

МИНИМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАЖИГАНИЯ — наименьшая энергия электрического разряда, способная воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом (ГОСТ 12.1.044-2018) [3].

Определение температуры самовоспламенения пылевоздушной смеси в печи с заданной температурой.

Подготовка образца пыли к испытанию

Образец пыли должен быть однородным и представительным для пыли, подлежащей испытанию. Пыль должна испытываться в состоянии, представляющем подлинные условия ее существования в производстве, для того, чтобы можно было оценить реально существующую опасность самовоспламенения.

Пыль, подлежащая испытанию, должна проходить через тканые металлические сетки или перфорированные пластины калиброванного фильтра с квадратными отверстиями номинальным размером 71 мкм по ISO 565. Если необходимо испытывать более грубую пыль, проходящую через сито с отверстиями номинальным размером до 500 мкм, то это должно быть указано в протоколе испытаний.

Любые изменения в свойствах пыли при подготовке образца, например, при просеивании, изменении температурных условий или влажности, должны быть отражены в протоколе испытаний.

Установка для испытаний и порядок подготовки к испытаниям

Нагреваемая кварцевая трубка расположена вертикально в печи и имеет открытый нижний конец. Верхний конец трубки соединяют через стеклянный переходник с держателем образца пыли. Пыль распыляют в печку сжатым воздухом из баллона (см. БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАЛВЕНИЯ), который открывается электромагнитным клапаном. Печь должна быть установлена на подставке, обеспечивающей возможность удобного наблюдения за открытым концом трубки.

Под трубкой помещено зеркало, позволяющее видеть внутреннее пространство трубки в печи.

Термопары должны периодически градуироваться так, чтобы погрешность измерения температуры до 300 °C не превышала ±3 %, а св. 300 °C — не превышала ±1 %.

После сборки установки для испытаний ее точность должна быть оценена путем сличения с результатами, полученными другими способами для какого-либо порошка, например, ликоподия.

Порядок проведения испытания:

Размещение установки.

Установка должна быть размещена в месте, защищенном от сквозняков, под колпаком для вытяжки дыма и испарений.

Определение температуры самовоспламенения пылевоздушной смеси в печи с заданной температурой.

В держатель образца пыли помещают примерно 0,1 г пыли. Устанавливают температуру печи 500 °C и давление в баллоне 10 кПа (0,1 бар). Распыляют пыль в печь. Если воспламенения не происходит, повторяют испытания со свежеприготовленным образцом пыли, повышая температуру ступенями по 50 °C до тех пор, пока не произойдет самовоспламенение или не будет достигнута температура в печи 1000 °C.

После самовоспламенения, изменяя массу пыли и давление распыляющего воздуха, добиваются наиболее интенсивного воспламенения. Затем, используя полученные массу и давление распыляющего воздуха, проводят дальнейшие испытания со снижением температуры ступенями по 20 °C до тех пор, пока пылевоздушная смесь не будет самовоспламеняться ни в одной из следующих друг за другом десяти попытках.

В случае если самовоспламенение пылевоздушной смеси происходит уже при 300 °C, то следует снижать температуру ступенями по 10 °C. Если самовоспламенения пылевоздушной смеси не происходит, то используют ту же процедуру. Изменяя массу пыли и давление распыляющего воздуха, проводят испытания при температуре более низкой чем та, при которой самовоспламенение еще происходило. При необходимости температуру снижают до тех пор, пока пылевоздушная смесь не будет самовоспламеняться ни в одной из следующих друг за другом десяти попытках.

Масса образца испытуемой пыли.

Масса образца пыли должна быть выбрана из следующего ряда с допуском ±5 %: 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30; 0,50; 1,0 г.

Давление распыляющего воздуха.

Значения давления воздуха в баллоне для распыления пыли должны быть выбраны из следующего ряда с допуском ±5 %: 2,0; 3,0; 5,0; 10; 20; 30; 50 кПа (0,02; 0,03; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30; 0,50 бар).

Критерий воспламенения пылевоздушной смеси

Считают, что воспламенение пылевоздушной смеси произошло, когда вспышка (см. ВСПЫШКА) пламени была видна под нижним концом трубки печи. Возможна задержка воспламенения во времени. Появление искр без пламени не следует считать воспламенением.

Температура самовоспламенения пылевоздушной смеси

За температуру самовоспламенения пылевоздушной смеси принимают наименьшую температуру печи, при которой произошло воспламенение при описанном выше порядке проведения испытаний, за вычетом 20 °C для температур печи св. 300 °C и 10 °C для температур печи ниже 300 °C.

Если пылевоздушная смесь не воспламеняется даже при температуре печи 1000 °C, то это должно быть отмечено в протоколе испытания.

Оформление протокола испытания

В протоколе испытания должны быть указаны: название, источник получения образца пыли и описание (если это не отражено в названии) испытанного материала, содержание влаги в образце, если оно было измерено, дата, порядковый номер испытания и результаты испытаний. В протоколе должно быть указано, что определение температуры самовоспламенения пылевоздушной смеси было проведено в соответствии с настоящим стандартом. Температура самовоспламенения пылевоздушной смеси должна быть определена в соответствии с п. 5 [4].

Литература

1. ГОСТ Р 54776-2011 Оборудование и средства по предупреждению и локализации взрывов пылевоздушных смесей в угольных шахтах опасных по газу и пыли. Общие технические требования. Требования безопасности и методы испытаний.

2. ГОСТ Р МЭК 61241-2-3-99 Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли. Часть 2. Методы испытаний. Раздел 3. Метод определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей.

3. ГОСТ 12.1.044-2018 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

4. ГОСТ IEC 61241-2-1-2011 Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли. Часть 2. Методы испытаний. Раздел 1. Методы определения температуры самовоспламенения горючей пыли.