Взрыв пыли - Dust explosion
А взрыв пыли это быстрый горение мелких частиц, взвешенных в воздуха в закрытом помещении. Взрывы пыли могут произойти там, где любой дисперсный порошок горючий материал присутствует в достаточно высоких концентрациях в атмосфере или других окисляющий газообразная среда, например чистая кислород. В тех случаях, когда топливо играет роль горючего материала, взрыв называется взрывом. топливно-воздушный взрыв.
Взрывы пыли - частая опасность в угольные шахты, элеваторы, и других промышленных средах. Они также обычно используются спецэффекты художники, кинематографисты, и пиротехники, учитывая их впечатляющий внешний вид и способность безопасно содержаться в определенных тщательно контролируемых условиях.
Термобарическое оружие используйте этот принцип, быстро пропитывая область легковоспламеняющимся материалом, а затем поджигая его для создания взрывной силы. Это оружие является самым мощным из существующих неядерных видов оружия. [1]
Терминология
Если быстрое горение происходит в Замкнутое пространство, огромный избыточное давление могут накапливаться, вызывая серьезные структурные повреждения и разлетающиеся обломки. Внезапное высвобождение энергии из "детонация "может произвести ударная волна, либо на открытом воздухе, либо в замкнутом пространстве. Если распространение пламени при дозвуковой скорость, явление иногда называют "дефлаграция ", хотя более широкое использование называет оба явления"взрывы ".
Взрывы пыли могут быть классифицированы как «первичные» или «вторичные» по своей природе. Взрывы первичной пыли могут происходить внутри технологического оборудования или подобных корпусов и обычно контролируются сброс 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 в результате взрывов пыли в основном была результатом вторичных взрывов пыли.[2]
Требуемые условия
Для взрыва пыли необходимо пять условий:[3]
- Горючий пыль
- Пыль рассеивается в воздухе при достаточно высокой концентрация
- Существует окислитель (обычно атмосферный кислород)
- Есть источник возгорания
- Площадь ограничена - здание может быть ограждением
Источники пыли
Многие обычные материалы, которые, как известно, горят, могут вызвать взрыв пыли, например: уголь и опилки. Кроме того, многие обычные органические материалы также могут быть рассеяны в опасное облако пыли, например, зерно, порошок, крахмал, сахар, порошковое молоко, какао, кофе, и пыльца. Порошковые металлы (такие как алюминий, магний, и титан ) может образовывать в воздухе взрывоопасные взвеси, если они мелко разделены.
Взрывоопасная пыль может возникнуть при транспортировке зерна и зернохранилища часто подвергались насильственному сносу. Добыча угля приводит к угольная пыль, и мукомольные мельницы также есть большое количество мучной пыли в результате помола. Гигантский взрыв мучной пыли разрушил мельницу в Миннесоте 2 мая 1878 г., убив 18 рабочих на заводе. Washburn A Mill и еще четыре в соседних зданиях.[4] Аналогичная проблема возникает в лесопилки и другие места, посвященные деревообработка.
С появлением промышленного производства - масштаб металлический порошок -на основании производство добавок (AM) в 2010-х годах растет потребность в дополнительной информации и опыте по предотвращению взрывов пыли и пожаров из-за следов избыточного металлического порошка, иногда оставшегося после лазерной обработки. спекание или другие методы слияния.[5] Например, в механическая обработка При операциях после сборки AM избыточный порошок, высвобождающийся из пористости в опорных конструкциях, 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 и не совсем пыль, частицы бумаги, выделяемые во время обработки, особенно при раскатывании, разворачивании, каландрировании / продольной резке и резке листов, также представляют опасность взрыва. Закрытые участки бумажной фабрики, подверженные таким опасностям, обычно содержат очень высокая влажность воздуха для снижения вероятности взрыва бумажной пыли.
В спецэффекты пиротехника, ликоподий порошок[2] и немолочные сливки[6] являются двумя распространенными способами создания безопасных, контролируемых эффектов пожара.
Чтобы поддерживать быстрое горение, пыль должна состоять из очень мелких частиц с высоким отношение площади поверхности к объему, тем самым делая общую или объединенную площадь поверхности всех частиц очень большой по сравнению с пылью из более крупных частиц. Пыль определяется как порошки с частицами менее примерно 500 микрометров в диаметре, но более мелкая пыль будет представлять гораздо большую опасность, чем крупные частицы, в силу большей общей площади поверхности всех частиц.
Концентрация
Ниже определенного значения нижний предел взрываемости (НПВ), пыли недостаточно для поддержания горения со скоростью, необходимой для взрыва.[7] Концентрация горючего на уровне 25% НПВ или ниже считается безопасной.[8] Аналогично, если соотношение топлива и воздуха увеличивается выше верхний предел взрываемости (UEL), окислителя недостаточно для продолжения горения с необходимой скоростью.
Определить минимальную взрывоопасную концентрацию или максимальную взрывоопасную концентрацию пыли в воздухе сложно, и обращение к различным источникам может привести к совершенно разным результатам. Типичная дальность взрыва в воздухе составляет от нескольких десятков граммов / м.3 для минимального предела, до нескольких кг / м3 для максимального лимита. Например, НПВ для опилок составляет от 40 до 50 грамм / м3.3.[9] Это зависит от многих факторов, в том числе от типа используемого материала.
Окислитель
Обычно нормального атмосферного кислорода может быть достаточно для поддержания взрыва пыли, если также присутствуют другие необходимые условия. Особо опасными считаются среды с высоким содержанием кислорода или чистого кислорода, а также сильные окисляющие газы, такие как хлор и фтор. Кроме того, суспензии в виде частиц соединений с высоким окислительным потенциалом, такие как перекиси, хлораты, нитраты, перхлораты, и дихроматы, может увеличить риск взрыва, если также присутствуют горючие материалы.
Источники возгорания
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 установленный конвейерная лента, который может действовать как Генератор Ван де Граафа )
- трение
- электрическая дуга от машин или другого оборудования
- горячие поверхности (например, перегретые подшипники )
- Огонь
- самовоспламенение
Однако при расследовании после взрыва часто бывает сложно определить точный источник возгорания. Когда источник не удается найти, возгорание часто связывают с статичное электричество. Статические заряды могут создаваться внешними источниками или могут создаваться внутренними за счет трения на поверхности самих частиц, когда они сталкиваются или движутся друг мимо друга.
Механизм
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 горючей, чем сыпучие материалы. Например, сфера горючего материала весом 1 кг (2,2 фунта) плотностью 1 г / см3 будет около 12,4 сантиметра (4,9 дюйма) в диаметре и иметь площадь поверхности 0,048 квадратных метров (0,52 квадратных футов). Однако если бы он был разбит на сферические частицы пыли 50 мкм в диаметре (размером с порошок частиц), 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, так как 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
Тонкоизмельченный порошок рассредоточен
Облако муки воспламеняется
Огненный шар быстро распространяется
Интенсивный лучистое тепло здесь нечего зажигать
Огненный шар и перегретые газы поднимаются
Последствия взрыва с несгоревшей мукой на земле
Эффекты
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. Интенсивный лучистое тепло от огненного шара может вызвать возгорание окружающих или вызвать серьезные ожоги кожи у незащищенных лиц. В плотно замкнутом пространстве внезапное истощение кислорода может вызвать удушье. Если пыль основана на углероде (например, в угольной шахте), неполное сгорание может вызвать большое количество монооксид углерода (горняки после сырости ), который будет создан. Это может вызвать больше смертей, чем исходный взрыв, а также помешать попыткам спасения.[10][11]
Защита и смягчение последствий
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 добыча угля промышленность, взрыв метана может инициировать угольная пыль взрыв, который может охватить всю шахту. В качестве меры предосторожности негорючая каменная пыль может быть разбросана по проезжей части шахты или храниться в поддонах, свисающих с крыши, для разбавления угольной пыли, поднимаемой ударная волна до точки, где он не может гореть. Мины также можно опрыскивать водой для предотвращения возгорания.
Некоторые отрасли промышленности исключают кислород из процессов пылеулавливания, эта мера предосторожности известна как «инертизация». Обычно это использует азот, углекислый газ, или аргон, которые представляют собой негорючие газы, которые могут вытеснять кислород. Тот же метод используется и в больших резервуарах для хранения, где могут накапливаться легковоспламеняющиеся пары. Однако использование бескислородных газов сопряжено с риском удушье рабочих. Рабочие, которым требуется освещение в закрытых помещениях, где существует высокий риск взрыва пыли, часто используют лампы, предназначенные для подводные ныряльщики, так как они не имеют риска образования открытой искры из-за их герметичной водонепроницаемой конструкции.
Надлежащие методы ведения домашнего хозяйства, такие как устранение скоплений горючей пыли, которые могут нарушиться и привести к вторичному взрыву, также помогают смягчить проблему.
Лучшие меры инженерного контроля, которые можно найти в Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) Стандарты горючей пыли[12] включают:
- Смачивание
- Снижение концентрации окислителя
- Отвод дефлаграции
- Ограничение давления дефлаграции
- Подавление дефлаграции
- Удаление дефлаграции через пылеуловитель и пламегаситель
Известные инциденты
Облака пыли являются обычным источником взрывов, вызывая около 2000 взрывов ежегодно в Европе.[13] В таблице перечислены известные происшествия во всем мире.
| Мероприятие | Дата | Расположение | Страна | Исходный материал | Смертельные случаи | Травмы | Заметки |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Взрыв мельницы Washburn "A" | 2 мая 1878 г. | Миннеаполис, Миннесота |  Соединенные Штаты | зерно пыль | 22 | Разрушил крупнейшую в мире зерновую мельницу и сровнял с землей пять других мельниц, фактически снизив производительность 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 выровнял завод, принадлежащий компании. |
| Взрыв на заводе Douglas Starch Works | 22 мая 1919 г. | Сидар-Рапидс, Айова | Соединенные Штаты | кукурузный крахмал | 43 | 30 | Взрыв ощущался на многие мили вокруг и полностью выровнял завод, принадлежащий компании. |
| Взрыв в порту Колборн | 9 августа 1919 г. | Port Colborne |  Канада | зерно | 10 | 16 | Взрыв также уничтожил пароход Квебек, 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. | Benxi, Ляонин |  Маньчжоу-Го (сейчас же  Китай) | угольная пыль и газ | 1,549 | Погибли 34% работающих в тот день горняков. Это самая страшная авария при добыче угля в мире. | |
| Взрыв элеватора Westwego | 22 декабря 1977 г. | Westwego, 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 | лен 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 | полиэтилен пыль | 6 | 38 | |
| Имперский сахарный взрыв | 7 февраля 2008 г. | Порт Вентворт, Джорджия | Соединенные Штаты | сахар 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 Холи -подобный цветной порошок был выпущен на фестивале музыки и цвета на открытом воздухе в Fun Coast Формозы. |
| Взрыв на мельнице Bosley | 17 июля 2015 г. | Босли, Чешир | объединенное Королевство | древесная мука | 4 | 4 | [18][19] |
Смотрите также
использованная литература
- ^ Хардинг, Люк (11 сентября 2007 г.). «Россия представляет« отца всех бомб »'". Хранитель. ISSN 0261-3077. Получено 2019-01-19.
- ^ а б 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. Получено 2018-01-23.
- ^ Натансон, Ирик. "Взрыв на Уошберне-Милл 1878 г.". MNopedia. Архивировано из оригинал на 2014-04-08. Получено 2014-04-08.
- ^ а б c Симпсон, Тимоти В. (2017-08-17), «Взорвется ли моя деталь AM? Нет, если вы будете осторожны. Детали, сделанные из металлического порошка, требуют дополнительных мер предосторожности», Современный механический цех.
- ^ "Detonation Films - почему сливки для кофе?". Получено 20 марта, 2011.
- ^ а б «Взрывозащита от пыли» (PDF). bartec.de. 2005. Архивировано с оригинал (PDF) 10 декабря 2006 г.
- ^ NFPA 69 8.3.1
- ^ «Взрывная 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), Катастрофа на шахте Кембла 31 июля 1902 года - отчет Королевской комиссии вместе с протоколами доказательств и экспонатов, Законодательное собрание Нового Южного Уэльса, стр. xxxvi, получено 19 мая 2019
- ^ Робертс, HC W (сентябрь 1952 г.), Отчет о причинах и сопутствующих обстоятельствах взрыва, произошедшего на угольной шахте Исингтон, графство Дарем, 29 мая 1951 года., Cmd 8646, Лондон: Канцелярия Ее Величества, стр. 9, 39–40, HDL:1842/5365
- ^ «Список кодексов и стандартов NFPA». NFPA.org.
- ^ а б c d Мысль, Джулиан (28 февраля 2011 г.). "Прах к праху". Получено 2015-07-02.
- ^ а б «Взрывные костюмы исчерпаны». День. Нью-Лондон, Коннектикут. 24 апреля 1980 г. с. 26.
- ^ "Взрыв пыли кукурузного крахмала в General Foods Ltd, Банбери, Оксфордшир - 18 ноября 1981 г.". Великобритания: январь 1983 г. Служба информации по охране труда и технике безопасности, Великобритания. ISBN 0-11-883673-0
- ^ Explosion dans un silo d'une malterie(На французском)
- ^ «47 умирают, 179 ранены в результате взрыва на льняной фабрике в Северо-Восточном Китае». Лос-Анджелес Таймс. 17 марта 1987 г.. Получено 2015-07-02.
- ^ «Взрыв Босли: четыре пропали без вести при взрыве Wood Flour Mills». Новости BBC. 17 июля 2015 г.. Получено 2015-12-02.
- ^ Пиллинг, Ким (27 июля 2015 г.). «Взрыв на мукомольной фабрике в Босли Вуд: четвертое тело найдено в обломках здания, выпотрошенного взрывом». Зеркало онлайн. Получено 2015-12-02.
- Бартон, Джон, изд. (2002). Предотвращение взрыва пыли и защита: Практическое руководство. Институт инженеров-химиков. ISBN 0-85295-410-7.
- Экхофф, Рольф К. (1997). Взрывы пыли в обрабатывающих производствах (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
Инциденты во Франции и США:
- Продукты исследования взрыва горючей пыли от Совет 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.
