CC BY
27
Зависимость расчетного избыточного давления взрыва
от теплоты сгорания пыли
Буякевич А. Л., Вашкевич И. В., Колтунчик А. В.,
Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь, г. Гомель
Статистика пожаров и взрывов на взрывопожароопасных объектах в Европе и в мире в целом, свидетельствует об актуальности проблемы обеспечения пожарной безопасности таких объектов. К взрывопожароопасным объектам относятся объекты, где в технологическом процессе обращаются горючие пыли. Взрывы пыли связаны с большими материальными и финансовыми потерями и человеческими травмами и жертвами. На территории Республики Беларусь наиболее ярким примером является пожар с несколькими каскадными взрывами, произошедший в 2010 году на фабрике ДСП Холдинговая компания ЗАО «Пинскдрев», где общий материальный ущерб составил 3949319997 рублей и было потерянно 14 человеческих жизней [2]. Следовательно, к таким объектам также необходимо уделять особое внимание по обеспечению их пожарной безопасности. Пожарная безопасность объектов обеспечивается приведением их в такое состояние, при котором исключается возможность возникновения пожара, либо обеспечивается защита людей и материальных ценностей от пожара [1].
На территории Республики Беларусь расположено более 100 крупных промышленных предприятий, где в технологическом процессе обращаются или являются сопровождающим продуктом горючие пыли. Пыли - диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм [3]. Горючая пыль - дисперсная система, состоящая из твердых частиц размером менее 850 мкм, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава [4]
Для принятия соответствующего комплекса мер по обеспечению пожарной безопасности необходимо правильно установить категорию помещения с наличием горючей пыли по взрывопожарной (категория Б) и пожарной (категория В1-В4) опасности. Основным критерием для отнесения помещения к взрыво-пожароопасной или пожароопасной категории является расчетное избыточное давление взрыва [5]:
— при избыточном расчетном давлении взрыва более 5 кПа помещение относится к взрывопожароопасной категории Б;
— при избыточном расчетном давлении взрыва не превышающем 5 кПа помещение относится к пожароопасной категории В1-В4.
В соответствии с [5] расчетное давление взрыва определяется по формуле:
mH Рп Z 1
(1)
ДР= — ^ о-
УсврвСрТо кн
где т - масса пыли, участвующей во взрыве, кг; Нт - теплота сгорания, Дж/кг;
Р0 - начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); Vсв -
-5
свободный объем помещения, м ; рВ - плотность воздуха до взрыва при
-5
начальной температуре Т0, кг/м ; Ср - теплоемкость воздуха, Дж/кг-К (допускается принимать равной 1010 Дж/кг-К); Т0 - начальная температура воздуха, К; кН - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатич-ность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3; 2 - коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве.
В ходе оказания услуг предприятиям и организациям по определению категории по взрывопожарной и пожарной опасности помещений была установлена некорректность применения формулы (1). Некорректность ее применения заключается в отсутствии прямой зависимости величины расчетного избыточного давления взрыва от низшей теплоты сгорания.
Так, если принять, что параметры:
— начальное давление;
— свободный объем помещения;
— плотность воздуха до взрыва;
— теплоемкость воздуха;
— начальная температура воздуха;
— коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве
не изменяются, т. е. применяются для одного помещения но для разных пылей. То эти параметры можно представить в виде постоянной величины (например, постоянная «а»), а низшая теплота сгорания пыли представляется в виде переменной «х» (т. к. разные вещества - пыли характеризуются разной теплотой сгорания). Следовательно, формулу (1) можно представить в виде:
АР = а - х (2)
где а - постоянная величина, характеризующая неизменные параметры помещения, воздуха в помещении и коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве; х - переменная характеризующая низшую теплоту сгорания, которая изменяется в зависимости от обращающейся пыли.
Формула (2) определяет прямо пропорциональную зависимость величины расчетного избыточного давления взрыва от низшей теплоты сгорания пыли. Анализ литературы [6, 7, 8] показал, что величина максимального давления взрыва не зависит напрямую от теплоты сгорания пыли. Данное утверждение представлено показателями пожарной опасности (максимальное давление взрыва и теплота сгорания пыли) в таблице.
Таблица
Отдельные показатели пожарной опасности пыли
Наименование горючего вещества Н-г, МДж/кг Ртах, кПа
Алюминий 31,087 1300
Молоко сухое 19,86 900
9,10 — Антрахион 12,78 840
у-Амино-Р-фенил бутановой кислоты гидрохлорид 17,5 760
Анилид салициловой кислоты 15,43 760
Полистирол 40,7 690
Крахмал 16,80 670
Бензантрон 15,97 670
Антримид 1,4,5 - триантрахинонил-1-аминоантрахион 47,7 640
Бензойная кислота 8,35 640
Полиэтилен 46,59 630
Ацетанилид, К-фенилфцеламид К-фцетиланилин, антифебрин 11,8 620
Канифоль 30,4 600
Полипропилен 44 590
Антрацен 15,06 580
2-Аминофенол 9,04 570
Сахар свекловичный 25,56 565
Сера 9.205 560
Мука пшеничная 16,8 520
Ацетилсалициловая кислота, аспирин 21,0 520
Аценафтен, 1,8-этиленнафталин 14,38 480
2-Ацетиламинобензайная кислота 11,9 480
Нафталин 11,5 440
Сенная пыль 16,7 440
а-Аминофенилуксусная кислота 11,7 440
п-К-Ацетоаминофенол 11,67 440
о-Бензоилбензойная кислота, бензофенон-о-карбоновая кислота 14,74 400
п-Амино-ю-цианоцетофенон 10,98 330
Бензамид, амид бензайной кислоты 9,38 280
Для наглядности данное утверждение (по сведениям таблицы) так же представлено в виде графика зависимости показателей пожарной опасности (максимальное давление взрыва от теплоты сгорания пыли) на рисунке.
Анализ показателей пожарной опасности отдельных видов пыли указывает на то, что при равных значениях максимального давления взрыва теплоты сгорания пылей отличаются и значительно. Так, например, теплота сгорания ант-римид 1,4,5 - триантрахинонил-1-аминоантрахион (при Ртах=640 кПа) составляет 47,7 МДж/кг, а теплота сгорания пыли бензойной кислоты - 8,35 МДж/кг, при этом развивает максимальное давление Ртах=640 кПа.
1400 1200 1000 G 800 ий S 600 S Он 400 200 0
•п л ч э Í- С аН л « я [j, 3 1 K
~~ i. jo с = с Ч Y ■п D «з л ч ю \ N ч 1 Ч 1 а D Ч 1 л ч п 1 о (М ¡0 н ч 1Д 3-э ■п ж о 3 ñ 4 ) 3 э D л л N Л J1 XI D Ч ч N Ю -t ч л, ч л, -ч S ч -н -ч ч -ч x¡ Jl э -ч ¡0 •п
Рис. Зависимость показателей пожарной опасности (максимальное давление взрыва от теплоты сгорания пыли)
Следовательно, для уточнения формулы (1), необходимо провести исследования по определению дополнительных параметров, влияющих на расчетное максимальное давление взрыва.
Библиографический список
1. О пожарной безопасности: Закон Респ. Беларусь от 15.06.1993 года № 2403-XII: с изм. и доп. принятыми Законами: от 03.05.1996 года № 21, от 13.11.1997 года № 87-З, от 11.01.2002 года № 89-З, от 18.11.2004 года № 338-3, от 29.06.2006 года № 137-3, от 20.07.2006 года № 162-3, от 14.06.2007 года № 239-3, от 31.12.2009 года № 114-3, от 30.11.2010 года № 196-3. Национальный Интернет-портал Республики Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. - Минск, 2005. - Режим доступа: http://www. pravo. by. -Дата доступа: 05.12.2013.
2. Буякевич, А. Л. Проблемы определения категории по взрывопожарной и пожарной опасности помещений, связанных с обращением пыли / А. Л. Буякевич [и др.] // Чрезвычайные ситуации: образование и наука. - 2012. -Том 7, - № 2. - с. 69-75.
3. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения: ГОСТ 12.1.044-89. - Переизд. с изм. № 1. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2006. - 99 с.
4. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования: ГОСТ 12.1.041-83. - Переизд. с изм. № 2. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 1990. - 14 с.
5. Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности: ТКП 474-2013 (02300). - Введ. 15.04.2013. -
Минск: НИИ ПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь, 2013. - 53 с.
6. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справ. изд.: в 2 кн. / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. - М: ПожНаука, 2004. - 1 кн. - 713с.
7. Земский, Г. Т. Теплота сгорания химических элементов, простых неорганических соединений и сплавов: статья / Г. Т. Земский, В. А. Зуйков.// Пожарная безопасность.: ФГУ ВНИИПО МЧС России. -2012. - № 4. - с.48-60.
8. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справ. изд.: в 2 кн. / А. Н. Баратов, А. Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук - М., Химия, 1990. - 496 с.
