Особенности горения и взрыва в аппаратуре, объеме производственного помещения

В химической промышленности наибольшую опасность представляют взрывы парогазовых смесей горючих веществ с окислителями как в замкнутых объемах, так и вне их.

Горючие смеси газов (паров) с воздухом (окислителем) образуются в ограниченных объемах технологической аппаратуры в помещениях промышленных зданий и воспламеняются от внешних источников зажигания.

Производственные помещения, как правило, загромождены оборудованием, коммуникациями, перегородками и т.д., являющимися препятствиями, способствующими турбулизации потоков горючих смесей, многократному отражению ударных волн и их усилению. Скорости нарастания давления в этих случаях достигают высоких значений, при которых сброс давления через специально предусмотренные ослабляющие элементы, окна и двери уже невозможен, что приводит к разрушению крыши и стен здания.

Разрушающая способность взрывных газов существенно зависитот формы и геометрических размеров замкнутых объемов помещений, аппаратуры, трубопроводов и т.д. Взрывы в помещениях кубической формы с близкими значениями длины, ширины и высоты можно считать подобными горению сферических облаков с распространением пламени от центра или края.

Длительное время считалось, что взрывные эффекты возникают при звуковых или близко к звуковым скоростям распространения и что в незамкнутом пространстве не может быть достигнуто необходимое для взрыва ускорение. С того времени зарегистрировано огромное число взрывов паровых облаков в незамкнутом пространстве (ВПОНП), включая крупные катастрофы. ВПОНП часто происходят при разрушениях цистерн со сжиженными газами при авариях па транспорте.

ВПОНП чрезвычайно разрушительны, поэтому многие исследователи пришли к выводу о сопоставимости их разрушающей способности со взрывами мощных конденсированных ВВ. При этом по характеру разрушений зданий, сооружений, поваленным и деформированным конструкциям всегда можно определить эпицентр взрыва. Однако при этом наблюдается большой разрыв в уровнях разрушения. Например, вблизи прочных, но сильно разрушенных строений могут оказаться легко поврежденные здания.

В реальных промышленных условиях ежегодно тысячами исчисляют локальные взрывы(«хлопки») парогазовых выбросов из технологических систем, сопровождающиеся сильным звуковым эффектом. При этом также создается избыточное давление, которое в определенных условиях может оказывать разрушающее действие.

Наибольший разрушающий эффект имеют локальные взрывы веществ, характеризующиеся высокими скоростями распространения пламени при сравнительно небольшой массе горючего вещества.

Механизм горения аэрозолей

Пыль- дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы.В большинстве случаев дисперсионной средой является воздух. Такая система называетсяаэрозоль или аэровзвесьи представляет большую опасность, поскольку способна не только гореть, но и взрываться.Особенность пыли- ее сильноразвитая поверхность, определяющая адсорбционную способность пыли, склонность к электризации, в значительной степени - ее химическую активность.

Удельная поверхность пыли зависит от ее дисперсности, т.е. размеров частиц. Пыль, полученная в технологических процессах (дроблении, шлифовке различных твердых продуктов, ссыпке, транспортировании), содержит частицы различных размеров.

Дисперсность пылизависит от ряда факторов: влажности сырья в воздухе, скорости движения воздуха и др.Дисперсность аэровзвесей влияет на ее пожарную опасность. Чем больше дисперсность аэровзвеси, тем сильнее развита ее поверхность, выше химическая активность, ниже температура самовоспламенения и шире температурили интервал, в котором возможен взрыв.

Химическая активность пыли определяется ее способностью вступать в реакции, в том числе, реакции окисления и горения.Химическая активность пыли определяетсясоставом вещества и строением молекул и зависит от дисперсности. Химическая реакция между веществом (пылью) и газообразным окислителем протекает на поверхности твердого вещества. Скорость ее зависит от размера поверхности соприкосновения реагирующих веществ, а поскольку с увеличением дисперсности увеличивается удельная поверхность, то химическая активность возрастает.

Повышенную адсорбционную способность имеют пылевые частицы пористой структуры. Адсорбция воздуха способствует окислительным процессам, протекающим на поверхности твердых частиц при повышенных температурах, и ускоряет подготовку пыли к горению. Таким образом, адсорбционная способность пыли повышает ее пожарную опасность.

Твердые частицы пыли в процессе размола, транспортировании по пылепроводам способны электризоваться. Частицы пыли могут заряжаться в результате ударов и трения, а также вследствие адсорбции ионов из газовой среды. Потенциал зарядов при электризации пыли во время движения зависит от дисперсности, скорости движения смеси, влажности атмосферы и др.

Горение аэровзвесей подчиняется законам горения газовых смесей, но протекает более медленно и неполно. Скорость распространения пламени зависит от концентрации и дисперсности частиц, содержания в пыли летучих веществ и золы.

При воспламенении (взрыве) аэровзвеси в замкнутом объеме значительно повышается давление (в 4-6 раз) по следующим причинам:

• образование газообразных продуктов сгорания, объем которых превышает объем сгоревших твердых частиц;

• нагревание газообразных продуктов сгорания до высоких температур.