Один из опасных факторов на промышленном производстве — горючая пыль, которая создаёт потенциально пожаровзрывоопасную среду. Люди могут недооценивать её опасность до тех пор, пока она не приведёт к взрыву с человеческими жертвами и разрушениями.

Разбираем, что такое горючая пыль, и как защитить промышленное оборудование, персонал от её негативного действия. Рассмотрим параметры её взрывоопасности.

Что такое горючая пыль

Международный стандарт IEC 60079-10-2:2015 разделяет три термина:

• Горючая пыль (ГП) — твёрдые частицы с номинальным размером 500 мкм и меньше. В сочетании с воздухом при атмосферном давлении и нормальной температуре они могут образовать взрывоопасную смесь. Примеры: рисовая и пшеничная мука, специи, аскорбиновая кислота, алюминий.
• Горючие летучие частицы и волокна (ГЛЧ) с такими же свойствами, как и горючая пыль, но размером более 500 мкм. Примеры: хлопок и хлопковая целлюлоза, пакля, вискоза. ГЛЧ тоже относится к «пыли».
• Взрывоопасная пылевая среда — смесь ГП и (или) ГЛЧ с воздухом при атмосферных условиях, в которой после воспламенения распространяется самоподдерживающееся пламя.

Проблематика пожарной опасности горючей пыли на производстве

Сама по себе пыль — неизбежный побочный эффект различных технологических процессов. Она образуется при обработке и транспортировке древесины, металлов или растительного сырья; производстве лекарственных препаратов из порошковых ингредиентов. Пылевоздушные смеси способны взрываться.

Примеры потенциально взрывоопасных продуктов:

• крахмал;
• хлопок;
• сахар;
• мука;
• сухое молоко;
• чеснок;
• кукуруза;
• древесный уголь;
• лактоза;
• аскорбиновая кислота;
• алюминий;
• цинк;
• сажа;
• полипропилен.

Пыль становится опасной, если образует облако с концентрацией горючих частиц, достаточной для создания взрывоопасной среды. Эта проблема особенно актуальна для замкнутых пространств.

Слои ГП опасны без создания облака при контакте с нагретой поверхностью или источником тепла. Они могут самовоспламениться и привести к возгоранию на оборудовании.

Условия возникновения взрыва горючей пыли

Пыль всегда создаёт опасность. Если в замкнутом пространстве встретятся взрывоопасная среда (смесь ГП или ГЛЧ с окисляющими газами) и источник инициирования (пламя, электроразряд, искра), то произойдёт взрыв. Процесс представлен на рисунке.

Пылевоздушная смесь взрывается при выполнении нескольких условий:

• ее концентрация попала во взрывоопасный диапазон, например, при включении оборудования после долгого перерыва образовалось облако;
• есть достаточно кислорода или другого окислителя;
• она вступила в контакт с источником возгорания.

Часто происходят первичный и вторичный взрывы. Начальный возникает от небольшого количества горючего порошка или волокон и вытесняет в пространство другие твёрдые частицы. Те, в свою очередь, вступают в контакт с окислителем и пламенем, вызывая второй взрыв — более разрушительный и мощный. Процесс происходит быстро, поэтому последовательность не всегда заметна.

Параметры взрывоопасности горючей пыли

Горючесть пыли показывает вероятность воспламенения, но не вероятность взрыва. Вероятность взрыва зависит от технологии производства конкретного продукта.

Выбор защиты от взрыва пыли зависит от параметров её взрывоопасности. А те, в свою очередь, определяются несколькими характеристиками, в том числе дисперсностью и концентрацией. Их связь определяет пожаровзрывоопасность горючей пыли.

Дисперсность — это степень измельчения продукта. Чем меньше частицы, тем больше суммарная поверхность вещества. В свою очередь, это влияет на химическую и физическую активность пыли, её рассеивание в воздухе. Мелкие частицы быстрее вступают в реакцию с окислителями и хуже осаждаются на поверхность.

Концентрация — отношение массы порошка к объёму воздуха (г/м3). С этим параметром связана температура воспламенения. Для каждого вида ГП есть свой взрывоопасный диапазон концентрации, с верхней и нижней границей.

Чем меньше частицы горючего вещества, тем меньшее их содержание способно привести к взрыву. Ещё есть зависимость от формы ГП. Сферические частицы окисляются медленнее, чем неправильные.

Взрывоопасность ГП зависит:

• от дисперсности;
• формы частиц;
• влажности ГП;
• диапазона взрывоопасной концентрации;
• от содержания веществ, препятствующих воспламенению.

Нет готовых справочников по взрывоопасности порошков на конкретном производстве, потому она зависит от нескольких условий. Чтобы узнать риски, нужны профессиональные лабораторные тесты. При испытаниях в АТЕКСЦЕНТР образцы ГП воспламеняются и взрываются в контролируемых условиях. Весь процесс измеряется и анализируется.

Горючая пыль: расчет взрывоопасности

Чтобы знать риски отдельного производства, проводят две процедуры:

1. Испытания пыли;
2. Аудит взрывобезопасности помещений и оборудования.

Испытания ГП в лаборатории помогут определить класс взрывоопасности образуемой на производстве пыли. От него будет зависеть выбор системы взрывозащиты оборудования. Подбор системы взрывозащиты без выполнения испытания ГП возможен на основании доступных справочных данных, но в случае большого объема потребности в защите от взрыва пыли, выбор системы взрывозащиты будет неточным. Это как подбирать лечение у врача без обследования.

Специалисты, чтобы определить параметры пожарной опасности горючей пыли, измеряют и рассчитывают следующие ключевые показатели:

1. НКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени по аэровзвеси. Показывает минимальную концентрацию пылевоздушной смеси для горения;
2. ВКПР — верхний концентрационный предел распространения пламени по аэровзвеси. Чем шире диапазон НКПР и ВКПР, тем взрывоопаснее пылевоздушная смесь;
3. Pmax — максимальное давление при взрыве;
4. (dP/dt)max — максимальная скорость нарастания давления взрыва;
5. Kst — индекс тяжести взрыва при горении (индекс взрывоопасности).

Классификация опасности горючей пыли

Класс	Значение Kst, бар*м/с	Сила взрыва	Примеры веществ
St0	0	Нет	Сварочная пыль
St1	0–200	Слабый	Сухое молоко; сахар; цинк
St2	200–300	Сильный	Целлюлоза, ПМА
St3	от 300	Очень сильный	Титановые, магниевые порошки

 

Чтобы определить Kst и Pmax, нужен «контролируемый взрыв». Безопасно это можно сделать только в лабораторных условиях. Мы это делаем у наших партнёров — ведущих европейских институтов по взрывоопасности.

Аудит помогает выявить и обозначить места на производстве, где есть скопления ГП; уточнить объём и характер образования пылевоздушной смеси — постоянный или временный. Такие зоны классифицируют по степени опасности. Это нужно, чтобы определить участки установки взрывозащиты.

Аудит лучше поручать экспертным организациям, например, АТЕКСЦЕНТР. Скопления пыли не всегда можно найти визуально, ведь они могут быть и внутри оборудования. Поэтому аудит проводят специалисты по взрывозащите совместно с техническим персоналом заказчика, ответственным за конкретный технологический процесс.

Действия при наличии горючей пыли

Владелец технологического процесса должен разработать и выполнять меры по защите людей и оборудования от пожаро взрывоопасности горючих пылей:

• не допускать, по возможности, образования слоёв и скоплений продукта;
• удалить источники воспламенения;
• выдать персоналу, при необходимости, огнестойкую одежду;
• установить системы взрывозащиты там, где нельзя избавиться от ГП полностью.

Компания АТЕКСЦЕНТР предлагает полный комплекс услуг по защите производства от взрывов. Мы сделаем для вас испытания ГП, проведём аудит, разработаем мероприятия по защите, при необходимости — предложим решение и поставим нужное оборудование. Наш экспертный центр — официальный партнёр ведущего европейского производителя систем взрывозащиты RSBP spol. s r.o.

Вы можете заказать проект по защите от взрыва пылевоздушных смесей «под ключ» или отдельные работы на нашем сайте.