Взрывы пыли является быстрым сгоранием мелких частиц , взвешенных в воздухе в закрытом месте. Взрывы пыли могут произойти, если любой диспергированный порошкообразный горючий материал присутствует в достаточно высоких концентрациях в атмосфере или другой окисляющей газовой среде, такой как чистый кислород . В случаях, когда топливо играет роль горючего материала, взрыв известен как взрыв топлива-воздуха.
Взрывы пыли - частая опасность в угольных шахтах , элеваторах и других промышленных средах. Они также часто используются художниками по спецэффектам , кинематографистами и пиротехниками , учитывая их впечатляющий внешний вид и способность безопасно содержаться 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 видов оружия. [1]
Терминология [ править ]
Если быстрое сгорание происходит в замкнутом пространстве , может возникать огромное избыточное давление , вызывающее серьезные структурные повреждения и разлетающиеся обломки. Внезапное высвобождение энергии от « детонации » может вызвать ударную волну либо на открытом воздухе, либо в замкнутом пространстве. Если пламя распространяется с дозвуковой скоростью, это явление иногда называют « дефлаграцией », хотя при более свободном использовании оба явления называют « взрывами ».
Взрывы пыли могут быть классифицированы как «первичные» или «вторичные» по своей природе. Взрывы первичной пыли могут происходить внутри технологического оборудования или аналогичных корпусов и обычно контролируются сбросом давления через специально построенные воздуховоды во внешнюю атмосферу. Вторичные взрывы пыли являются результатом скопления 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]
Требуются условия [ править ]
Для взрыва пыли необходимо пять условий: [3]
- Горючая пыль
- Пыль рассеивается в воздухе в достаточно высокой концентрации.
- Есть окислитель (обычно кислород воздуха)
- Есть источник возгорания
- Площадь ограничена - здание может быть ограждением.
Источники пыли [ править ]
Многие обычные материалы, которые, как известно, горят, могут вызвать взрыв пыли, например, уголь и опилки . Кроме того, многие обычные органические материалы, такие как зерно , мука , крахмал , сахар , сухое молоко , какао , кофе и пыльца, также могут быть рассеяны в опасное облако пыли . Порошки металлов (таких как алюминий , магний и титан ) могут образовывать взрывоопасные взвеси в воздухе, если они тонко измельчены.
Взрывоопасная пыль может возникать в результате таких действий, как транспортировка зерна, а силосы для зерна часто сносятся с применением силы. Добыча угля приводит к образованию угольной пыли , и на мукомольных заводах также образуется большое количество мучной пыли в результате помола. Гигантский взрыв мучной пыли разрушил мельницу в Миннесоте 2 мая 1878 года, убив 18 рабочих на мельнице Уошберн А и еще четыре в соседних зданиях. [4] Аналогичная проблема возникает на лесопилках и других предприятиях, занимающихся деревообработкой .
С появлением в 2010-х годах аддитивного производства (AM) на основе металлического порошка в промышленных масштабах растет потребность в дополнительной информации и опыте по предотвращению взрывов пыли и пожаров от следов избыточного металлического порошка, который иногда остается после лазерного спекания или другие методы сварки. [5] Например, при операциях механической обработки после сборки AM избыточный порошок, высвободившийся из пористости в опорных структурах, может подвергаться воздействию искр от режущей поверхности. [5]Предпринимаются усилия не только для создания этой базы знаний в отрасли, но и для передачи ее местным пожарным службам, которые проводят периодические проверки пожарной безопасности предприятий в своих районах и которые могут ожидать ответа на сигналы тревоги в магазинах или на заводах, где сейчас работает AM. производственного ассортимента. [5]
Хотя это не совсем пыль, частицы бумаги, выделяемые во время обработки, особенно при раскатывании, разворачивании, каландрировании / продольной резке и резке листов, также, как известно, представляют опасность взрыва. В закрытых помещениях бумажной фабрики, подверженных таким опасностям, обычно поддерживается очень высокая влажность воздуха, чтобы снизить вероятность взрыва бумажной пыли.
В специальных эффектов пиротехники , Lycopodium порошок , [2] и немолочные сливки [6] две общие средства производства безопасных, управляемых эффектов пожарных.
Чтобы поддерживать быстрое сгорание, пыль должна состоять из очень мелких частиц с высоким отношением 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, из-за большей общей площади поверхности всех частиц.
Концентрация [ править ]
Ниже определенного значения, нижнего предела взрываемости (НПВ), недостаточно пыли для поддержания горения с требуемой для взрыва скоростью. [7] Концентрация горючего на уровне 25% НПВ или ниже считается безопасной. [8] Аналогичным образом, если соотношение топлива к воздуху увеличивается выше верхнего предела взрываемости (ВПВ), окислителя недостаточно, чтобы горение продолжалось с необходимой скоростью.
Определить минимальную взрывоопасную концентрацию или максимальную взрывоопасную концентрацию пыли в воздухе сложно, и обращение к разным источникам может привести к совершенно разным результатам. Типичные пределы взрывоопасности в воздухе составляют от нескольких десятков граммов / м 3 для минимального предела до нескольких кг / м 3 для максимального предела. Например, нижний предел взрываемости опилок составляет от 40 до 50 г / м 3 . [9] Это зависит от многих факторов, включая тип используемого материала.
Окислитель [ править ]
Обычно нормального атмосферного кислорода может быть достаточно для поддержки взрыва пыли, если также присутствуют другие необходимые условия. Особо опасными считаются среды с высоким или чистым кислородом, а также сильные окисляющие газы, такие как хлор и фтор . Кроме того, суспензии в виде 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 [ править ]
Существует множество источников возгорания, и открытый огонь не обязательно должен быть единственным: более половины взрывов пыли в Германии в 2005 году произошли от источников, не являющихся пламенем. [7] Общие источники возгорания включают:
- 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 часто бывает трудно определить точный источник возгорания при расследовании после взрыва. Когда источник не может быть обнаружен, возгорание часто объясняется статическим электричеством . Статические заряды могут создаваться внешними источниками или могут создаваться внутренними за счет трения о поверхности самих частиц, когда они сталкиваются или движутся друг мимо друга.
Механизм [ править ]
Пыль имеет очень большую площадь поверхности по сравнению с их массой. Поскольку горение может происходить только на поверхности твердого вещества или жидкости, где оно может вступать в реакцию с кислородом, пыль становится гораздо более воспламеняемой, чем сыпучие материалы. Например, сфера горючего материала весом 1 кг (2,2 фунта) с плотностью 1 г / см 3 будет иметь диаметр около 12,4 см (4,9 дюйма) и площадь поверхности 0,048 квадратных метра (0,52 кв. Фута). . Однако если бы он был разбит на сферические частицы пыли диаметром 50 мкм (примерно размером с мукучастиц), он имел бы площадь поверхности 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 объемный материал, поскольку нет потерь тепла на проводимость внутри материала.
Когда эта смесь топлива и воздуха воспламеняется, особенно в замкнутом пространстве, таком как склад или силос, создается значительное повышение давления, часто более чем достаточное для сноса конструкции. Даже материалы, которые традиционно считаются негорючими (например, алюминий) или медленно горящими (например, дерево), при мелком измельчении могут вызвать мощный взрыв и воспламениться даже от небольшой искры.
- Демонстрация взрыва пыли на открытом воздухе
Экспериментальная установка
Мука мелкого помола дисперсная
Облако муки воспламеняется
Огненный шар быстро распространяется
Сильному лучистому теплу здесь нечего зажечь
Огненный шар и перегретые газы поднимаются
Последствия взрыва с несгоревшей мукой на земле
Эффекты [ править ]
Взрыв пыли может вызвать серьезные повреждения конструкций, оборудования и персонала из-за сильного избыточного давления или воздействия ударной волны. Летающие объекты и мусор могут вызвать дальнейшие повреждения. Сильное тепловое излучение огненного шара может воспламенить окружающую среду или вызвать серьезные ожоги кожи у незащищенных людей. В плотно замкнутом пространстве внезапное истощение кислорода может вызвать удушье . Если пыль основана на углероде (например, в угольной шахте), неполное сгорание может привести к образованию большого количества монооксида углерода (вторичное увлажнение шахтеров ). Это может привести к большему количеству смертей, чем исходный взрыв, а также затруднить попытки спасения. [10] [11]
Защита и смягчение [ править ]
В Европе и в других странах было проведено много исследований, чтобы понять, как контролировать эти опасности, но взрывы пыли все еще происходят. Альтернативы для повышения безопасности процессов и установок зависят от отрасли.
В угледобывающей промышленности взрыв метана может вызвать взрыв угольной пыли , которая затем может охватить всю шахту. В качестве меры предосторожности негорючая каменная пыль может быть разбросана вдоль проезжей части шахты или храниться в поддонах, свисающих с крыши, чтобы разбавить угольную пыль, поднятую ударной волной, до точки, при которой она не сможет гореть. Мины также можно опрыскивать водой для предотвращения воспламенения.
Некоторые отрасли промышленности исключают кислород из процессов пылеулавливания, эта мера предосторожности известна как «инертизация». Обычно при этом используют азот , диоксид углерода или аргон , которые являются негорючими газами, которые могут вытеснять кислород. Тот же метод используется и в больших резервуарах для хранения, где могут накапливаться легковоспламеняющиеся пары. Однако использование бескислородных газов создает опасность удушья рабочих. Рабочие, которым требуется освещение в закрытых помещениях, где существует высокий риск взрыва пыли, часто используют лампы, предназначенные для подводных ныряльщиков , поскольку они не имеют риска образования открытой искры из-за их герметичной водонепроницаемой конструкции.
Хорошие методы ведения домашнего хозяйства, такие как устранение скоплений горючей пыли, которые могут нарушиться и привести к вторичному взрыву, также помогают смягчить проблему.
Лучшие меры технического контроля, которые можно найти в Стандартах по горючей пыли Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) [12], включают:
- Смачивание
- Снижение концентрации окислителя
- Отвод дефлаграции
- Ограничение давления дефлаграции
- Подавление дефлаграции
- Удаление дефлаграции через пылеуловитель и пламегаситель
Известные инциденты [ править ]
Облака пыли являются обычным источником взрывов, вызывая около 2000 взрывов ежегодно в Европе. [13] В таблице перечислены известные происшествия во всем мире.
| Мероприятие | Дата | Место расположения | Страна | Исходный материал | Смертельные случаи | Травмы | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Взрыв мельницы Washburn "A" | 2 мая 1878 г. | Миннеаполис, Миннесота |  Соединенные Штаты | зерновая пыль | 22 | Разрушил крупнейшую в мире зерновую мельницу и сровнял с землей пять других мельниц, фактически снизив мощность помола Миннеаполиса от одной трети до половины. Призвал комбинаты по всей стране установить улучшенные системы вентиляции для предотвращения скопления пыли. | |
| Взрыв на заводе Milwaukee Works | 20 мая 1919 г. | Милуоки , Висконсин | Соединенные Штаты | Завод по измельчению кормов | 3 | 4 | Взрыв ощущался на многие мили вокруг и полностью сровнял с землей завод, принадлежащий компании. |
| Взрыв на заводе Douglas Starch Works | 22 мая 1919 г. | Сидар-Рапидс, Айова | Соединенные Штаты | кукурузный крахмал | 43 год | 30 | Взрыв ощущался на многие мили вокруг и полностью сровнял с землей завод, принадлежащий компании. |
| Взрыв в порту Колборн | 9 августа 1919 г. | Порт Колборн |  Канада | зерно | 10 | 16 | Взрыв также уничтожил пароход Quebec , который находился возле элеватора. |
| Большой терминал элеватора в Канзас-Сити | 13 сентября 1919 г. | Канзас-Сити, штат Миссури | Соединенные Штаты | 14 | 10 | Возникла в подвале лифта во время периода очистки и поднялась по шахте лифта. | |
| Катастрофа на шахте Маунт-Маллиган | 19 сентября 1921 г. | Гора Маллиган, Квинсленд |  Австралия | угольная пыль | 75 | Серия взрывов угольной пыли в шахте потрясла сплоченный поселок и была слышна на расстоянии 30 километров (19 миль). | |
| Взрыв угольной шахты Бэньсиху | 26 апреля 1942 г. | Бэньси , Ляонин |  Маньчжоу-Го (ныне Китай ) | угольная пыль и газ | 1,549 | 34% горняков, работавших в тот день, погибли. Это самая ужасная авария при добыче угля в мире. | |
| Взрыв элеватора Westwego | 22 декабря 1977 г. | Вествего, Луизиана | Соединенные Штаты | зерновая пыль | 36 | 13 | [14] |
| Взрыв элеватора Галвестон | 27 декабря 1977 г. | Галвестон , Техас | Соединенные Штаты | зерновая пыль | 20 | [14] | |
| Взрыв завода Bird's Custard | 18 ноября 1981 г. | Банбери |  объединенное Королевство | кукурузный крахмал | 9 | [13] [15] | |
| Взрыв солодового завода в Меце | 18 октября 1982 г. | Мец |  Франция | ячменная пыль | 12 | 1 | [16] |
| Взрыв на харбинской текстильной фабрике | 17 марта 1987 г. | Харбин | Китай | льняная пыль | 58 | 177 | [17] |
| Взрыв зерна Blaye | Август 1997 г. | Блей | Франция | зерновая пыль | 11 | 1 | В результате взрыва в зернохранилище Société d'Exploitation Maritime Blayaise 11 человек в соседних офисах погибли и один был ранен. [13] |
| 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] |
| 2014 Куньшанский взрыв | 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 красок на открытом воздухе на Formosa Fun Coast . |
| Взрыв на мельнице Bosley | 17 июля 2015 г. | Босли , Чешир | объединенное Королевство | древесная мука | 4 | 4 | [18] [19] |
См. Также [ править ]
- Соотношение воздух-топливо
- Термобарическое оружие
Ссылки [ править ]
- ^ Хардинг, Люк (2007-09-11). «Россия представляет« отца всех бомб » » . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Проверено 19 января 2019 .
- ^ a b Экхофф, Рольф К. (1997). Взрывы пыли в обрабатывающих отраслях промышленности (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3270-4 .
- ^ "Информационный бюллетень OSHA: Предупреждение об опасности: Взрывы горючей пыли" (PDF) . osha.gov . Проверено 23 января 2018 .
- ^ Натансон, Ирик. "Взрыв Washburn A Mill 1878 года" . MNopedia . Архивировано из оригинала на 2014-04-08 . Проверено 8 апреля 2014 .
- ^ a b c 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 фильмы - Почему сливки для кофе?" . Проверено 20 марта 2011 года .
- ^ a b «Взрывозащита от пыли» (PDF) . bartec.de . 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 10 декабря 2006 года.
- ^ NFPA 69 8.3.1
- ^ «Взрывоопасная концентрация пыли - Физическое значение и использование при оценке риска минимальной взрывоопасной концентрации порошка (MEC)» . PowderProcess.net .
- ^ Мюррей, Чарльз Эдвард Робертсон; Уилберфорс, Дэниел; Ричи, Дэвид (1903 г.), Катастрофа на шахте Маунт-Кембла, 31 июля 1902 г. - Отчет Королевской комиссии вместе с протоколами доказательств и экспонатов , Законодательное собрание Нового Южного Уэльса, стр. xxxvi , дата обращения 19 мая 2019.
- ↑ Roberts, HCW (сентябрь 1952 г.), Отчет о причинах и сопутствующих обстоятельствах взрыва, произошедшего на угольной шахте Исингтон, графство Дарем, 29 мая 1951 г. , Cmd 8646, London: Her Majesty's Stationery Office, стр. 9, 39-40, ЛВП : 1842/5365
- ^ «Список кодексов и стандартов NFPA» . NFPA.org .
- ^ a b c d Hought, Джулиан (28 февраля 2011 г.). «Прах к праху» . Проверено 2 июля 2015 .
- ^ a b "Взрывные костюмы улажены". День . Нью-Лондон, Коннектикут. 24 апреля 1980 г. с. 26.
- ^ "Взрыв пыли кукурузного крахмала в General Foods Ltd, Банбери, Оксфордшир - 18 ноября 1981". Великобритания: январь 1983 г. Служба информации по охране труда и технике безопасности, Великобритания. ISBN 0-11-883673-0
- ^ Взрыв данс ООН силос сГипе malterie (на французском языке)
- ^ «47 умирают, 179 ранены в результате взрыва на льняной фабрике в Северо-Восточном Китае» . Лос-Анджелес Таймс . 17 марта 1987 . Проверено 2 июля 2015 .
- ^ "Взрыв Босли: Четыре пропавших без вести во взрыве Wood Flour Mills" . BBC News . 17 июля 2015 года . Проверено 2 декабря 2015 .
- ^ Пиллинг, Ким (27 июля 2015). «Взрыв на мукомольной фабрике в Босли Вуд: четвертое тело найдено в обломках здания, выпотрошенного взрывом» . Зеркало онлайн . Проверено 2 декабря 2015 .
- Бартон, Джон, изд. (2002). Предотвращение и защита от взрыва пыли: Практическое руководство . Институт инженеров-химиков. ISBN 0-85295-410-7.
- Экхофф, Рольф К. (1997). Взрывы пыли в обрабатывающих отраслях промышленности (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3270-4.
- Прайс, Дэвид Дж. (1921). «Катастрофический взрыв крахмальной пыли». Американский Миллер и Процессор . Национальные публикации Миллера. 49 (1–6).
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме взрыва пыли . |
Инциденты во Франции и США:
- Продукты расследования взрыва горючей пыли от Совета по химической безопасности
- Институт политики в отношении горючей пыли - ATEX
- OSHA тематические исследования взрывов пыли
Защита технологического и зерноперерабатывающего производства от опасности взрыва пыли:
- Оборудование для мониторинга опасностей - выбор, установка и обслуживание
- Семинары по безопасности горючей пыли
- http://www.hse.gov.uk/pubns/books/hsg103.htm - рекомендации HSE (Великобритания) по безопасному обращению с горючей пылью.
