Кагегория помещения с пылью

Несмотря на то, что математический аппарат СП 12.13130.2009, который предназначен для определения категории пожарной опасности помещения с пылью, достаточно прост, определение ряда параметров вызывает определённые трудности.

Давайте рассмотрим всё по порядку. Для начала следует отметить, что помещения с пылью могут относиться к категории Б по взрывопожарной или к категории В1-В4 по взрывопожарной опасности.

Прежде чем переходить к расчёту на принадлежность помещения к одной из категорий В по пожарной опасности, необходимо расчётным путем обосновать, относится ли помещение, где возможно образование аэровзвеси, к категории Б по взрывопожарной опасности.

Основные расчётные формулы содержатся в разделе А.3 Приложения А СП 12.13130.2009.

В соответствии с формулой А.17 свода правил расчётную массу пыли, взвешенной в помещении в результате аварийной ситуации, следует брать минимальной из двух величин:

- суммы масс взвихрившейся пыли и пыли, вышедшей из аппаратов в результате аварии;

- массы пыли, содержащейся в пылевоздушном облаке, способной при появлении источника зажигания сгореть.

Здесь следует отметить, что не вся пыль способна гореть, т.е. коэффициент участия горючей пыли во взрыве, ≤0,5, что подтверждается формулой А.16 свода правил.

Коэффициент участия взвешенной пыли в горении зависит от фракционного состава пыли, а именно параметром, который называется критический размер частиц.

Для большинства органических пылей (древесная пыль, пластмассы, мука и др.) значение критического размера составляет порядка 200-250 мкм.

Пыль, состоящая из частиц более крупного размера, в горении участвовать не будет, за исключением случаев, когда она сжигается в специальных очагах (топках). Когда определяется категория помещения с пылью, как правило имеем дело либо с полностью мелкодисперсной пылью, размер частиц которой менее критического (например, сахарная пудра), либо с пылью, в состав которой входят частицы различного размера, как больше так и меньше критического. К такой пыли относится древесная пыль, зерновая пыль и др.

Фракционный состав пыли определяется экспериментально путем просеивания через системы специальных сит, которые носят название «фракционатор». В справочной литературе такие данные найти вряд ли возможно, хотя для ряда промышленных пылей (порошков) данные о фракционном составе можно запросить у производителя.

При отсутствии данных принимается, что все частицы пыли имеют размер менее критического, т. е. способны распространять горение. Масса пыли, которая способна выйти из аппарата в результате аварийной ситуации, определяется особенностями технологического процесса.

Масса взвихрившейся пыли – та часть отложившейся пыли, которая может перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации.

При отсутствии экспериментальных данных принимается, что 90% массы отложившейся (накопленной) пыли способно перейти в аэровзвесь. Пыль, которая выделяется в небольших количествах в производственном помещении в нормальном режиме работы, оседает на ограждающих конструкциях (стены, пол, потолок), на поверхности оборудования (корпуса технологических аппаратов, транспортные линии и др.), на полу под оборудованием.

На проектируемом производстве определяется периодичность пылеуборок: текущих и генеральных. По СП 12 принимается, что вся пыль, которая оседает на труднодоступных для уборки местах, накапливается там в период между генеральными пылеуборками. Пыль, которая оседает на доступных для уборки местах, накапливается там в период между текущими пылеуборками. Оценка доли пыли, оседающей на той или иной поверхности (доступной или труднодоступной), возможна лишь экспериментальным путем или методами моделирования.

Оценка эффективности пылеулавливания проектируемых производств, как правило, также невозможна, поэтому условно принимается, что вся пыль, выделяющаяся от оборудования в помещение, оседает внутри помещения.

Различным является и количество пыли, оседающей на различных участках поверхности, расположенных в помещении. Пыль, которая выделяется в нормальном режиме, витает в воздухе и за счёт силы тяжести постепенно оседает на различных поверхностях.

При этом, ожидается, что наибольшее количество пыли оседает на более низких уровнях помещения, при условии, что источник пыли (оборудование) также расположено на нижнем уровне. Очевидно, что горизонтальные поверхности могут накапливать пыль практически в неограниченных количествах, на вертикальных поверхностях оседает ограниченное количество пыли, зависящее от вида поверхности.

Для деревообрабатывающих производст, количество пыли, которое оседает на стенах следующее: окрашенные металлические перегородки – 7-10 г/м², кирпичные стены – 40 г/м², бетонные стены – 30 г/м². Скорее всего, приведенные данные можно использовать и для других производств.

Теперь обратимся к формуле для вычисления количества пыли в зависимости от объёма пылевоздушного облака. Следует отметить, что какие-либо аналитические выражения, по которым можно вычислить объём пылевоздушного облака, в отечественной литературе отсутствуют.

В зарубежной пожарно-технической литературе такие данные пока тоже не удалось найти, наверное, потому что в США и в Европе такой подход не применяется (имеется ввиду расчёт категорий). Поэтому на практике приходится объём облака пыли каким-либо образом оценивать.

Например, можно условно принять за характерную форму облака конус с высотой от пола до источника пыли и основанием с радиусом, превышающим данную высоту в несколько раз. Хотя насколько данное допущение верно, поскольку экспериментальные данные в распоряжении отсутствуют.

Экспериментально объём пылевоздушного облака можно оценить с помощью фото- и видеосъёмки. Если у кого-либо из читателей подобные данные имеются, просьба не пожалеть и поделиться. Как отмечено ранее, не вся пыль, находящаяся в облаке, может при появлении источника зажигания сгореть.

Помимо критического размера, определяющим параметром является также стехиометрическая концентрация пыли.

Стехиометрическая концентрация пыли – такая концентрация пыли, при которой происходит её полное сгорание с учётом количества кислорода, находящегося в единице объёма воздуха.

Стехиометрическая концентрация пыли расчётным путем может быть определена лишь для веществ и материалов, для которых известен химический состав. К ним можно отнести большинство полимерных материалов (полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), различные лекарственные препараты, порошки металлов и сплавов.

Для других материалов, например для растительных (древесная и зерновая пыль, чай и др.) и пищевых материалов (мука, сухое молоко, какао и др.), стехиометрическую концентрацию нужно определять либо экспериментально, либо искать химический состав соответствующего материала, из которого состоит пыль.

Определение стехиометрической концентрации сводится к решению следующих последовательных задач:

1. Находится химический состав пыли.

2. Записывается химическое уравнение реакции полного сгорания пыли.

3. Определяется масса кислорода, необходимого для полного сгорания 1 кг пыли.

4. Определяется масса кислорода, содержащаяся в 1 м³ воздуха, с учётом расчётной температуры

5. Определяется масса пыли, которая может полностью сгореть в массе кислорода, содержащейся в 1 м³ воздуха. Полученное значение и есть стехиометрическая концентрация пыли в пылевоздушном облаке.

Определение категории помещения с пылью не учитывает такой показатель пожарной опасности, как нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР). Как правило, концентрация пыли в пылевоздушном облаке при аварийных ситуациях превышает НКПР.

Ну и напоследок пара очень интересных видео о взрывах на производствах с пылью. Даже без знания английского и так всё доходчиво и интересно показано.