Өрт жарылыс қауіпсіздігінде шаңдардың және ауа шаң қосындыларының көрсеткіштері

1.4.2 Өрт жарылыс қауіпсіздігінде шаңдардың және ауа шаң қосындыларының көрсеткіштері

Өрт жарылыс қауіпсіздігінде шаңдар жанғыш заттар материалдарының топтарымен анықталады, ол шаң құрамына жататындар, тұтану температурасы, жану температурасы, өзінше қызу температурасы, күйзеліс температурасы, өзінен жану температурасы болады.

Өрт жарылыс қауіпсіздігіне Шаң әуе қосындыларына көрсеткіштеріне жалынның таратылу жылдамдылығы, тұтанудың төменгі және жоғарғы концентрационды шектілігі, жанудың минимальды энергиясы, жарылыстың максимальды қысымы және оның өсу жылдамдылығы жатады.

Жанғыштық. Заттар жанғыштығы бойынша, демек олардан тұратын шаңдар жанбайтын, қиын жанатын және жанатын болып бөлінеді.

Жанбайтын заттар ол ауада жану қабілеттілігі жоқ заттар жатады. Іс-жүзінде 900 ⁰С температурада жанбайтын және жалынды заттармен байланыста энергия бөлмейтін заттар жанбайтын топқа жатқызылады

Қиын жанатын заттар қатарына, ол тұтанғыш көздердің әрекетінен жануы мүмкін, бірақ өз бетінше жануы мүмкін емес заттар жатқызылады. Жанғыш заттар деп- ол өз бетінше жануы мүмкін немесе тұтанғыш көздерден жанып кетуі мүмкін және ол тұтанғышты алып тастаса да ол өзінше таралып жану процесі өршіп дамып кетеді.

Бастапқы, аралық және соңғы өнімдерінің үлкен бөлігі кәсіпорында мақтаны сақтау және өңдеу бойынша, сонымен қатар осы кәсіпорында пайда болатын өндірістік шаңдар жанғыш заттар болып есептеледі.

Тұтану температурасы – бұл майдаланған заттардың ең төменгі температурасы, онда жоғарғы қабатынжа пар және газдар пайда болады, олар ауада тұтану көздерден жану қасиеттері болады. Сонымен қатар газ жіне пардың бөліну жылдамдылыңы заттардың жану процесін ұстап тұру жеткіліксіз болады. Қатты заттар үшін жану температурасын тек мына жағдайда ғана анықтайды, заттардың балқу температурасы 300⁰С төмен болса ғана.

Жалындау температурасы- бұл заттардың температурасы, мұнда жоғарғы қабатында жылу бөліну процесі жүріп жатыр, яғни олар пар-, түтін-, газ тәріздес жанғыш заттарды жылдамдықпен бөледі, олардың жалындауынан кейін тұрақты түрде жануын қамтамасыз етеді.

Тәжірибе мәліметтері бойынша, кәсіпорында өндірістік шаңдар және майдадисперсті өнімдер дәндерді сақтау және өңдеу бойынша жану температуралары аэрогель жағдайында- 200...400 ⁰С, аэровзвесьтер жағдайында - 300…800 ⁰С болады.

Ғимараттың бастапқы, аралық және соңғы өнімдерінде Знание температуры жалындау температурасы кәсіпорынның өндірістік процесінде өрт жарылыс қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін қажет.

Өзінше қызу температурасы – ең төменгі температура, мұнда заттардың химиялық немесе микробиологиялық жылуды бөлу процесі пайда болады, ал белгіл жағдайларда өзінен жануға да ұшырайды.

Өзінше қызу температурасы тәжірибеде технологиялық, транспорттық және аспириционды жабдықтардың жоғарғы қабатты қызу температурасының шектілігінің мөлшері маңызды болады, сонымен қатар электржабдықтардың міндетті түрде температурасы қадағаланады. Олар заттардың жоғарғы қабаттағы қызу температураларымен тұрақты және ұзақ байланыс жағдайларда қауіпсіз жағдайларды қамтамасыз ету үшін қажет.

Бұл температуралық көрсеткішті білу майдадисперсиялық өнімдерді сақтау және қайта өңдеуде қауіпсіздік шараларын қамтамасыз ету үшін және шикізаттың, өндірістік шаң және өнімдердің өзінен өзі жанып кетпеу үшін білуі қажет.

Бықсу температурасы - заттың ең төменгі температурасы, мұнда қзінше қфызу температурасы бірден жоғарлайды және алаусыз жану пайда болады. Бықсу температурасының іс-жүзіндегі маңызының бірі қыздырылған қабатпен қысқа мерзімді байланыс болғаннын өзі қауіпті болады. Өзінше жану температурасы – заттардың ең төменгі температурасы, мұнда өзінше қызу жылдамдылығы бірден жоғарлайды және жалынды от пайда болады.

Өзінше жанудың төменгі температурасы органикалық майдадисперсиялық материалдар дың көпшілігі үшін аэрогельдің жағдайы 200...800 ⁰ С құрайды. Сонымен қатар олар үшін аэровзвеси температурасы өзінен жануда 200…500 ⁰С жоғары құрайды.

Шаң әуе қосындыларының өзінен жануының концентрационды шектілігі – бұл шаңдардың концентрациясының үлкен және аз болуы болады, ол жағдайларды жану тұрақты болуы мүмкін.

Жанудың минимальды энергиясы – бұл электрлік разрядында ұшқынның аз энергиясы, жануы жеңіл болады. Аэровзвестің көпшілігі үшін органикалық шаңдарда минимальды энергияның жануы 10…100 мДж. құрайды. Бұл көрсеткіш шаңауа қосындыларының сыртқы тұтану көздерінен жанып кету қабілетін бағалауға мүмкіндік береді.

Жарылыстың максимальды қысымы – барыншы қысым, ол аэроөлшемнің жабық көлемде бастапқы қысымы 100кПа дефлаграционды (жарылыс) жануында пайда болады. Органикалық шаңдардың аэроөлшем үшін жарылыстың максимальды қысымы әдетте 1000 кПа асспайды.

Қысымның өсу жылдамдылығы шаңауа қосындыларының дефлаграционды жану процесінің динамикасын сипаттайды және олардың жану жағдайының қасиетіне қарай кеңінінен өзгеруіне байланысты болады.

Өрт жарылыс қауіпсіздігінде жанғыш шаңдар және майдадисперсиялық материалдарды шартты түрде төрт класса бөледі;

I – жарылыс қауіптілігі жоғары, жануда концентрационды шектілігі

15 г/м³ төмен;

II – жарылысқа қауіпті концентрационды шектілігі төмен диапозон аралығы 15 және 65 г/м³;

III – от жарылыс қауіптілігі жоғары концентрациясы төмен жану шектілігі 65 г/м³ жоғары және аэрогель жағдайында жану температурасы 250 ⁰С төмен.

IV – өртке қауіпті концентрациясы төмен жану шектілігі 65 г/м³ жоғары және аэрогель жағдайында жану температурасы 250 ⁰С жоғары.

1.4.3 Шаң әуе қосындыларының тұтануы, жануы және жарылуы

Шаң әуе қосындыларының тұтануы, жануы және жарылуы күрделі кешенділігін көрсетеді. Сонымен қатар ол физико-химиялық процесстермен өзара байланысын көрсетеді.

Жалындап тұтану деп тұтанып жанудың пайда болу процесін айтамыз.

Жану – бұл ауада жанғыш бөліктердің қышқылданып химиялық реакциясын айтамыз. Ол жылу бөліп, жалын пайда болады және газ тәріздес жану өнімдерін құрайды. Сонымен қатар оттың жайылу жылдамдылығы дыбыс жылдамдылығынан аспайды. Егерде шаңауа қосындыларының жануында тығыздалған газдар қаралса, механикалық жұмысты жасауға қабілеттері артады, онда бұл жануды жарылыс немесе дефлаграционды жану деп атайды.

Шаң жарылысы – бұл жарылыс (дефлаграционды) жанудың бақыланбайтын процесі болады.

Шаң әуе қосындаларының газ тәріздестерден жану ерекшеліктернің айырмашылықтары, бұл жанғыш және қышқылдану арасындағы өзара әрекеттері тек жоғарғы химиялық белсенді фазалар жүйесінің бөлімдерінде жүзеге асырылады. Сонымен қатар бастапқы заттардың соңғы өнімге айналу жылдамдылығы тек химиялық процестермен анықталмайды, сонымен қатар масса айырбастау процестерімен де анықталады. Ол диффузия, конвекция, жылу өткізгіш және сәулелендіру нәтижелерінде пайда болады.

Жылылулық теориясына сәйкес Шаң әуе қосындыларының тұтану және жану процестері келесідей негізгі этаптардан жасалады. Тұтану көздеріне жақын орналасқан шаң бөліктері, газдану (жылудың ыдырауы) температурасына дейін қызады. Сонымен қатар бұл температурада жоғарғы қабатта газ тәріздесжәне бу тәріздес өнімдер бөлінеді, арнайы бөліктерден бу-газ ауаларында бұлттарды құрайды, олар белгілі концентрация және температура жағдайларында тұтанып жанып кетеді.

Осындай Шаң әуе қосындыларының тұтану және жануы тек сәйкес концентрация диопозонда ғана болуы мүмкін. Қазіргі уақытта тұтану процесінің есептеулері инженерлік әдістерге ғылыми негізделген, Шаң әуе қосындыларының жану және жарылу әдістері қазірге өңделмеген.

Шаң жарылысының негізгі параметрлері —максимальды қысым, оның өсу жылдамдылығы, оттың таратылу жылдамдылығы және жарылыс өнімдерінің температурасы – шаңның физико- химиялық сипатына және оның жану жағдайына байланысты болады.

Шаң әуе қосындаларының жарылыс қауіпсізділігі жанғыш заттардың концентрациясына байланысты болады. Егерде оны концентрациясы жанудың шектілігіне сәйкес төмен немесе жоғары болса, онда тұтану көздерінде де өзінше таратылудың тұрақты жану процесінде шаң бұлттары пайда болмайды. Бірінші жағдайда жалын байланыс зонасынан жану көздеріне Шаң әуе қосындыларының барлық көлемі бойынша таратылуы мүмкін емес, ол арнайы бөліктер арасында қашықтықтардың үлкен болуынан болады. Екінші жағдайда- Шаң әуе қосындысының жанбауы онда кислородтың жетіспеуінен болады, ол қышқылдану процесін жылдамдатып және оны бір қалыпты ұстап тұруға қажет.

Концентрация барысында, жанғыш және қышқылдану стехиометрикалық қатынасына сәйкес, Шаң әуе қосындыларының жануы жабық көлемде қысымы максимальды көлемде көтеріледі. Жартылай жабық көлемде қысымның көлемі ашық орындарының көлеміне байланысты, ол арқылы газ тәріздес өнімдер шығып отырады.

Осы және басқа да жағдайларда қысым қалыпты көлемнен асып кетуі мүмкін, конструкцияның қаттылығын анықтайтындар, бункердің, аппараттардың, ғимарат пен жабдықтардың құлауына алып келеді, олардың көлемінде шаң жарылысы болды.

Шаң әуе қосындыларының жануында бос (шексіз) көлемде немесе басқа жағдайда жалпы көлемнің кішкене бөлігін қамтиды, себебі газ тәріздес өнімдердің жануы барлық жақтарға кеңінен жайылады.

Шаң әуе қосындыларының жабық немесе жартылай жабық созылмалы көлемдерде (тунельдерде, галереяларда, немесе трубаларда) жануында от жалының таратылу жылдамдылығы дауысталып келуі мүмкін, сонымен қатар бірден қысымы көтеріліп және қатты соққының толқыны пайда болады. Іс-жүзінде детонационды белгілі жағдайларда Шаң әуе қосындыларының дефлаграционды жануына өту туралы тәжірибелі мәліметтер бар, бұл прцесте бастапқы өнімдер реакцияланады да соңында ортада дауыстық жылдамдықпен кеңінен таратылады, олар кейбір кезде секундына бірнеше мыңдаған метрлерге жетеді.

Қатты фаза аэрозолында заттардың химиялық құрамы, жану процесіне қатысатын, жанудың жылулығын анықтайтын, температура құрамы және өнімдердің жану көлемі, тұтанудың концентрационды шектілігі, жарылыстың максимальды қысымы және оның жылдамдығының өсуі (басқа да тең жағдайларда).

Шаңдардың дисперсті құрамынан оның химиялық белсенділігіне байланысты болады. Себебі қышқылдану процесінің интенсивтілігінің маңыздылық дірежесінің жоғарғы бөлік үлесінің көлемін анықтайды. Шаң бөліктері майда болған сайын, Шаң әуе қосындысы газ ауа кинетикасы бойынша жанудың реакциясы жүреді. Бөліктер көлемі кішірейіумен жану қауіпсіздігі өседі. Нәтижесінде Шаң әуе қосындыларында тұтанудың энергиясы төмендейді және жану жүйесінің облысы үлкееді. Осындай қосындының жануында қысымның жылдамдылығыі, газ тәріздес өнімдердің температурасы жоғарлайды, бқліктердегі фракциясы ірілеу Шаң әуе қосындыларының жануына қарағанда, олардың жануы толық болады.

Шаң ылғалдылығы Шаң әуе қосындысының жануын төмендетеді және шаң жарылысының энергетикалық сипатын төмендейді. Жану көздерінің жылу энергиясының бөлігі суды буландыруға жұмсалады, ол жанудың минимальды энергиясын жоғарлатады.

Ылғал шаңның жануында жылудың жартысы суды буландыруға жұмсалады, ол болса өнімдердің жану температурасын, жарылыстың барынша қысымын және оның өсу жылдамдылығые төмендетеді. Белгілі әр шаң түрлері үшін Шаң әуе қосындылары жарылысқа қауіпсіз болады.

Шаң ылғалдылығының жоғарлауы арнайы бөліктерде электризациялау жағдайын нашарлатады, шаң бұлттарында электросатистикалық зарядтардың жинақталу мүмкіндігін төмендетеді.

Шаңда инертті қосулардың (жанбайтын бөліктер) болуы, мысалы, кремнийдің екіқышықылы, жану процесінің энергетикалық параметрлерін төмендетеді, тұтанудың концентрационды облысын қысды, жанудың жылдамдылығын және газ тәріздес өнімдердің температурасын төмендетеді, тұтану қосындыларының минимальды энергиясын жоғарлатады.

Шаң жарылысының пайда болу динамикасы және дамуы тұтану көздеріне байланысты болады. Тұтану көздерінің күштілігі және температурасы, жоғардағы байланыс көлемдері және Шаң әуе қосындыларының тұтанумын байланысының ұзақтылығы белсенді орталықтардың санын анықтайды, сонымен қатар жану реакцияларының тізбектілігінің дамуына сәйкес интенсивтілігін қамтамасыз етеді.

Тұтану көздерінің және оның жоғарыда жану ауданының, күштіліктің жоғарлауы жанудың төменгі концентрационды шектілігін төмендетеді. Ол шаң бұлттарының барлық көлемі бойынша жанудың жылдамдылығын өсуін қамтамасыз етіп, шаң жарылысының индукционды кезеңін қысқартады.

Тұтану көздерінің орналасқан жері, оның пішіні немесе типтері Шаң әуе қосындыларының жануының жоғарғы фронтында геометриялық параметрлері анықталады және көлем бойынша жалынның таратылу көрсетіліп, шаң жарылыс динамикасының дамуына әсер етеді.

Шаң әуе қосындыларының газтермодинамикалық сипаты басқа да тең жағдайларда жанудың алдында жүйелі жағдайларын және шаңның жану процесінің ағымын анықтайтын болады. Мысалға, шаңауа өосындыларының турбулизациясы жарылыс қысымының жылдамдылығын арттырады, толықтай жануды жоғарлатады, газ пішінді өнімдер жарырылысының қысымын және температурасын барынша арттырады. Шаң әуе қосындылардың қозғалыс жылдамдылығының өсуі тұтану көздеріне қатысты оның жануының қажетті энергиясын үлкейтеді.

Тұйықталған көлемде диапозон көрсеткіштері 1-ден 1000м³ дейін шаң жарылыс динамикасын зерттеулерде, жарылыс қысымының өсу жылдамдылығы көлем бойынша ұлғайғанда кубик заңдары бойынша азайтылады:
, (1)
мұнда - үлкен көлемде V_max жарылыс қысым жылдамдылығының өсуі;
- кіші көлемде V_min жарылыс қысым жылдамдылығының өсуі.

Шаң әуе қосындыларының жану барысында аз көлемде жарылыстың максимальды қысымы жылуды жоғалту үлесінің деңгейі жоғары болғандықтан төмен болуы мүмкін. Сонымен қатар үлкен көлемге қарағанда жану толықтай болмайды. Шаң әуе қосындыларының интенсивті қозғалысының мүмкінділігі үлкен көлемде оның толықтай жануын және сәйкесінше жылу бөлінуін анықтайды.

Шаң әуе қосындыларының тұтану, жану және жарылыста белгілі ерекшеліктерінің іс-шараларын, яғни жарылысты ескерту және өндіріс жабдықтарын жарылыстан қорғау және мақтаны өңдеу бойынша кәсіпорынды жарақтандыру шараларын өңдеу барысында көрсеткіштердің ерекшеліктерін меңгеру қажет.

Берілген өндірісте келесідей заттар мен материалдар айналыста жүреді:

Маөта, жанғыш талшықты жеңіл тұтанатын зат, тұтану көздерінен (ұшқын, темекі шоғы) ұзақ уақыты шоқтану қасиеті бар. Сонымен қатар ол газ пішінді өнімдердің жануын жұтып, жану температурасы Т_жану= 210 ^ОС, өзінен жану температурасы Т_{өзіненжану} = 407 ^ОС, мақта шаңының дисперстілігі 100-315 мкм және ылғалдылығы 0,1-8,6 % концентрациясы 44-90 г/м³ барысында шаң әуе қосындыларының жарылысқа қауіптілігін жасауы мүкін, шаңның 395 г/м³ концентрация барысында жарылыстың максимальды қысымы 630 кПа болады. Мақта қышқыл және қышқылдану әрекеттерінің барысында өзінің өзі жануға икемділігі бар. Жылу жағдайында өзінен жануы (2)
Мақта дәндері, жанғыш зат, өзінен өзі жануға бейім болып келеді. Үлгінің дисперстілігі 60-70 мкм, аэроөлшемнің өзінен жану температурасы 470 ⁰С , төменгі концентрацияның жану шектілігі 55 г/м₃, жарылыстың максималды қысымы 630 кПа, энергия жануының миним. 80 мДж.

Таралып майдаланған мақта, жанғыш заттар, өзінен өзі жануға икемді. Үлгінің дисперстілігі 44 мкм өзінен жану температурасы аэроөлшемде 560 ^ОС, ал тұтанып шоқтану температурасы 350 ^ОС, төменгі концентрация шектілігі 100 г/м³ .(нижн. конц. предел. расп. пл. 100 г/м³)

Қорытынды: Төртінші бөлімде шаң қасиеттерінің сипаты және олардың салмақты жағдайға өту қасиеттері қарастырылған. Шаңның негізгі физико-химиялық сипаты – химиялық және дисперсті құрам, бөлікті пішін, үлестің тығыздылығы, көлемнің тығыздылығы жылу өткізгіштік, ылғалдылық, электрлі, қимылды, жабыспақ, адсорбционды қабілеттілігі, өрт жарылысының көрсеткіштері жатады. Химиялық құрамы. Шаң жаратылысының түрлері бойынша. Дисперсті құрам. Бөліктердің жоғарғы үлесі. Шынайы тығыздылығы. Көлем тығыздылығы. Ылғалдылық. Электр өткіәзгіштік. Өрт жарылыс қауіпінде шаңдардың және шаң әуе қосындыларының көрсеткіштері: өрт жарылыс қауіптілігі, жанғыштық, тұтану температурасы, жалындау, шаң әуе қосындыларының жануы мен жарылуы.