Почему взрывается пыль?

Горит ли металлическая пыль? Опасаться ли вспышки на мельнице? Можно ли сахаром взорвать завод? Подобные вопросы кажутся смешными. Но тому, кто с подобным сталкивался, бывает, отнюдь, не до смеха.

• 23 января 2023 года на заводе компании ООО «Молирен» в подмосковном Рошале произошел взрыв. Возгорание алюминиевой пыли на площади 450 м² привело к обрушению кровли и части стен, пострадал человек. В ликвидации пожара принимало участие 20 единиц техники и 64 человека.
• 8 февраля 2008 года. Мощный взрыв на сахарном заводе в штате Джорджия (США) привел к его разрушению. Пострадали около ста человек, 40 из них были доставлены в госпиталь с серьезными ожогами. Катастрофа произошла из-за детонации сахарной пыли.
• 2 мая 1878 года в заполненном мучной пылью воздухе мельницы проскочила искра и произошел мощный взрыв. Здание было полностью разрушено. 18 рабочих погибли, еще четверо скончались в результате пожара. Взрывной волной разрушено еще и пять других мельниц. Инцидент позже назвали «Великая Мельничная Катастрофа».
• Да зачем так далеко ходить? Буквально недавно — в начале августа 2023 года — в портах Турции (Дериндж) и Франции (Ла-Рошель) произошли крупные пожары при погрузке зерна. Многие СМИ посчитали это диверсией. Но проблема, как всегда, кроется в мелочах — точнее, в пыли.

КАКИЕ ВИДЫ ПЫЛИ ГОРЮЧИ?

Горючесть зависит от многих факторов: размера частиц, их состава, концентрации. Большую опасность представляет пыль органических веществ — от сахара и муки до овощей и древесины. Пыль некоторых металлов может стать настоящей «бомбой». Среди них алюминий, цинк, магний, титан.

Оценить опасность производства можно, используя информацию о предельно допустимых концентрациях видов горючей пыли в воздухе и ее взрывоопасной концентрации:

Как видно из таблицы, объем пыли может быть довольно небольшим, но это не снижает вероятности аварии. При этом существует и высший предел — от 1000 г/м³: концентрация здесь настолько высока, что для взрыва не хватает кислорода. Но это не исключает горения.

ОТ ТРЕХ ДО ПЯТИ

Взрывоопасность пыли напрямую связана с площадью соприкосновения поверхности частиц с кислородом. Чем она больше, тем выше вероятность возгорания.

Взвесь пыли в воздухе — аэрозоль — образует облако с высокой концентрацией частиц. В замкнутых пространствах эта смесь очень опасна.

То есть, для взрыва, в принципе, может хватить и трех факторов. Но обычно в расчет принимают пять. Известная всем специалистам пентаграмма иллюстрирует механизм образования пылевого взрыва.

Разберем ее, так сказать, на пальцах одной руки, благо их тоже пять. В качестве примера возьмем зерновую пыль. Она образуется за счет трения зерен друг об друга на всех стадиях обработки и перевалки сырья. При этом сухие оболочки могут выступать детонатором, так как они способны накапливать электростатический заряд.

Наибольшее число (порядка половины) взрывов происходит в оборудовании — нориях, зерносушилках, дробилках, конвейерах. Порядка 40% катастроф обеспечивают ёмкости — силосы и бункеры. Самые разрушительные последствия, как показывает статистика, происходят на элеваторах.

Нижний порог взрывоопасной концентрации взвеси зерновой пыли — 40 г/м³. Чтобы оценить это число, скажем, что такого количества не хватит, чтобы покрыть одинарным слоем квадратный метр пола.

То есть, по нашей схеме:

• источник — зерновая пыль;
• окислитель — кислород;
• удержание облака происходит за счет замкнутого пространства оборудования, ёмкостей или внутреннего пространства элеватора;
• высокая концентрация пыли возникает при нарушении техники безопасности, когда методы очистки или не предусмотрены, или не имеют надлежащего качества;
• источником возгорания в нашем случае выступает электростатический разряд.

И в результате — взрыв.

Температура в эпицентре может достигать 3000 °C, а давление — 10 кг/см². Сравните: стеклянное окно вылетит уже при 0,07 кг/см², деревянная конструкция сломается при 0,14 кг/см², а стандартная железобетонная плита разрушится при 0,56 кг/см². Чему после этого удивляться, читая про катастрофические последствия мельничных взрывов.

НА ПЕРВЫЙ-ВТОРОЙ

Говоря о взрывах, стоит помнить, что это, как правило, не единичная ситуация. После него, как минимум, возникает возгорание. А как максимум, последующие взрывы. Пыль, обычно лежащая на полу и оборудовании, ударной волной поднимается вверх, становясь дополнительным горючим для второго, зачастую еще более сильного взрыва. Возникает цепная реакция со всё возрастающей интенсивностью.

Самый частый вариант взрыва на элеваторах — дефлаграция («быстрое сгорание»). Здесь скорость пламени сравнима с лесным пожаром. А вот при детонации огонь распространяется с огромной скоростью — около 1000 м/с.

СВИСТАТЬ ВСЕХ НАВЕРХ!

Производства, на которых велика вероятность пылевых взрывов, отнесены к опасным. Причем, мукомольные заводы стоят здесь буквально в одном ряду с химическими и горнодобывающими. Поэтому для них предусматриваются дополнительные меры по безопасности.

Так как основным источником является пыль, то большинство работ связаны именно с ее удалением.

По ГОСТу есть три уровня пылеудаления:

Хороший:

слои пыли или отсутствуют, или имеют незначительную толщину.

Достаточный:

слои пыли могут быть значительными, но недолговечными (меньше, чем в течение одной смены). Пыль удаляется еще до возникновения возможности ее воспламенения.

Недостаточный:

слои пыли значительные, присутствуют долго, более одной смены. В этом случае риск воспламенения и взрывов значительный.

Технологии очистки зависят от:

• степени пылевыделения от источника пыли;
• степени и скорости ее оседания;
• необходимости поддержания определённых условий (высоких температур, низкой влажности, высокого давления и прочих) на производстве.

Так же необходимо удалить все потенциальные источники воспламенения. При организации работ стоит выделить взрывоопасные зоны и факторы, усиливающие вероятность возгорания, и изолировать их.

Распространение пыли и возможной взрывной волны можно ограничить и с помощью физических препятствий в виде стен, навесов и т.д.

Для защиты людей и оборудования необходимо подключить фильтровытяжное оборудование, усиленное взрывозащитой. Кроме того, должны быть предусмотрены системы реагирования, обладающие возможностью гасить пламя и воздействовать на источник опасности.

Хорошим решением становятся промышленные фильтры во взрывозащищенном исполнении. Они используются для очистки воздуха и газовоздушных смесей от взрывоопасной пыли различного состава.

Фильтр должен иметь усиленный корпус, чтобы выдерживать высокое давление. В качестве взрывозащиты применяются разрывные мембраны и пламегасители. Такие установки можно использовать, как на открытом воздухе, так и в помещении. Благодаря модульной конструкции можно создать любую необходимую комбинацию под конкретные задачи.