Забезпечення пожежо- та вибухобезпеки

Виробництва комбікормів

Виробництво комбікормів пов'язане з переміщенням сипучих матеріалів, їх подрібненням, стиранням, просіюванням, змішуван­ням та ін. Все це приводить до утворення у великих кількостях виробничого пилу з органічних горючих речовин. На всіх етапах технології можливе виникнення пожежовибухонебезпечних пило- повітряних сумішей, які при попаданні в них іскри вибухають.

Під час експлуатації транспортного і технологічного обладнан­ня, приймання сировини і відвантаження готової продукції необхід­но забезпечити своєчасне прибирання розсипів і пилу. Зменшенню викидів пилу сприяє також досконалість технології виробництва комбікормів. Чим менше застосовують транспортних механізмів, послідовних технологічних операцій, тим менше виділяється пилу.

Для локалізації викидів пилу застосовують аспіраційні сис­теми. Розрізняють декілька видів систем знепилення: розгалу­жені мережі, локальні мережі і точкові фільтри.

За своєю природою пожежа і вибух мають один і той же неконтрольований процес окиснення різних горючих речовин з виділенням теплової енергії. При пиловому вибуху процес зго­рання речовини протікає стрімко, виникає надлишковий тиск, який спричиняє руйнування перешкод. Локальне нагрівання може привести до загорання горючого матеріалу і до виникнення по­жежі, а при відповідних умовах – до вибуху.

Відповідно до теплової теорії займання і горіння пилоповітряної суміші відбувається за наступними етапами. Частинки пилу, які знаходяться у безпосередній близькості від джерела займання, нагріваються до температури газифікації (теплового розкладан­ня). При цій температурі з поверхневих шарів починають виділятися газоподібні і пароподібні продукти, утворюючи навколо окре­мих частинок паро-газоповітряні оболонки, які при відповідних концентраційних і температурних умовах займаються. Вибухонебезпека пилоповітряної суміші залежить від концентрації в ній горючої речовини. Якщо її концентрація нижча, або вища відпо­відної межі займання, то навіть за наявності джерела займання стійкий процес самопоширюваного горіння не виникає.

Відомі наступні дрібнодисперсні горючі матеріали:

І – найбільш вибухонебезпечні, з нижньою концентрацій­ною межею

займання менше 15 г/м³;

ІІ – вибухонебезпечні, з нижньою концентраційною межею займання від 15

до 65 г/м³;

ІІІ – найбільш пожежонебезпечні, з нижньою концентрацій­ною межею

займання понад 65 г/м³ і температурою займання в стані аерогелю нижче 250 °С;

ІV – пожежонебезпечні, з нижньою концентраційною ме­жею займання понад

65 г/м³ і температурою займання в стані аерогелю вище 250 °С.

Діапазон характеристик дрібнодисперсних матеріалів комбі­кормових виробництв більш широкий, значна їх частина відно­ситься за пожежовибухонебезпекою до І і II класів пилу (найбільш вибухонебезпечні), тому на комбікормових заводах запроваджу­ють системи запобігання виникненню і розвитку пожежовибухонебезпечних ситуацій.

Першою умовою успішного функціонування такої системи є дотримання обслуговуючим персоналом правил техніки безпеки, охорони праці, правил внутрішнього розпорядку і безпечної екс­плуатації будь-якого обладнання у виробничих приміщеннях. Другою умовою є створення безпечних умов зберігання сирови­ни, при яких виникнення осередків самозаймання сировини стає неможливим. Третьою умовою є забезпечення високоефективної роботи систем знепилення. Четверта умова – врахування пожежовибухонебезпеки виробництва на стадіях проектування та експлуатації комбікормових заводів.

Для ілюстрації важливості виконання всіх умов пожежовибухобезпеки доцільно розглянути випадок вибуху на комбікор­мовому заводі потужністю 400 тонн/добу, який описали Я.Ва­сильєв і Л.Семенов (1983).

У складі силосного типу комбікормового заводу під час ви­робничої зміни виконували роботи по очищенню приміщення від розсипів продуктів. При цьому пилоподібні і зернові продукти скидали лопатами в люки порожніх і напівпорожніх силосів. В момент вибуху в складі приймали зерно з елеватора. При огляді місця аварії слідів відкритого джерела полум'я або осередку жев­ріння в споруді складу виявлено не було. Вибух стався при ски­данні пилоподібних і зернових продуктів в люки силосів.

В результаті вибуху були частково зруйновані бокові стінки і перекриття двох силосів, було зруйновано технологічне, транс­портне та інше обладнання. В момент вибуху в ряду силосів один силос був порожнім і один був заповненим на третину. Інші силоси були заповнені повністю. Перший вибух стався в порож­ньому силосі. При цьому процес вибуху розвивався порівняно повільно, супроводжувався наростаючим гулом і викидом у надсилосний поверх спочатку холодного повітря, яке витіснялося продуктами горіння, що розширювалися в об'ємі, потім гарячих газів. Вибух аерозавису розпочався в нижній частині порожньо­го силоса в місці його найбільшої концентрації при скиданні в силос продукту і протягом декількох секунд розповсюдився по всьому силосу. В процес горіння захоплювалися також відкла­дення пилу на стінках силоса.

По мірі розвитку вибуху тиск в силосі наростав, зростала також швидкість продуктів горіння, які виходили через заванта­жувальний люк у надсилосний поверх. Тиск в порожньому си­лосі не досяг руйнівного значення в результаті скидання частини продуктів горіння у надсилосний поверх. При виході з порожнього силоса у надсилосний поверх утворений струмінь повітря і високотемпературних продуктів горіння підняли пил, накопичений на окремих частинах обладнання та елементах будівельних кон­струкцій. Утворилась пилоповітряна суміш вибухонебезпечної кон­центрації, яка була запалена полум'ям, що вийшло з люка по­рожнього силоса. В результаті стався вибух у всьому об'ємі надсилосного поверху складу.

Високотемпературні продукти горіння, які утворилися при другому вибухові, з зони підвищеного тиску (надсилосного повер­ху) через відкриті люки силосів зі шротами пройшли всередину силосів, що призвело до утворення аерозавису пилу з відкладень на стінках силосів і наступних вибухів у цих силосах. Сформована при вибуху ударна хвиля і фронт полум'я поширилися у підсилосний поверх. В повітря піднялися відкладення пилу з обладнання і будівельних конструкцій і стався п'ятий вибух у всьому об'ємі підсилосного поверху. Це призвело до руйнування конструкції де­кількох силосів і продукти горіння потужним струменем вирвали­ся у надсилосний поверх, перемішалися з сумішшю газів і пилу від попереднього вибуху і стався шостий, найбільш потужний вибух, який призвів до руйнування всього надсилосного поверху.

Таким чином, наведений опис підтверджує багатоступене­вий характер пилових вибухів, які можуть набувати надзвичай­ної руйнівної сили. Безпосередньою причиною серії описаних вибухів було займання пилоповітряної суміші вибухонебезпечної концентрації, що утворилася при скиданні в порожній силос пилоподібних продуктів, а джерелом займання став осередок са­мозаймання продукту. Виявилося, що за два тижні до аварії в порожній силос завантажили соєвий шрот з підвищеним вмістом вологи (12,5%), хоча відповідно до діючих правил завантажен­ня соєвого шроту в силоси допускається з вмістом вологи від 8,5 до 10%. Температура в нижніх шарах продукту за 20 і за 7 днів до вибуху відповідно становила +17 і +34°С, що вже свідчило про початок процесу самозігрівання.

За 14 днів до вибуху шрот з силоса використали при вироб­ництві комбікормів, залишок в силосі становив всього 100...150 кг. При випусканні продукту осередок самозаймання відкрився, що призвело до інтенсифікації процесу.

Приблизно за 300 с до вибуху лаборант ВТЛ з майстром огляда­ли вміст силосів і з цією метою відкривали засувки розвантажуваль­них конусів. Таким чином, безпосередньо перед вибухом, при відкриванні засувки виникла тяга повітря через силос, яка і призвела до інтенсифікації осередку самозаймання.

Рис. 10.2 Схема розвитку вибуху пило повітряної суміші в силосі з норією

 

З наведеного аналізу пилового вибуху видно, що він відбу­вається поетапно. З метою упередження розповсюдження енергії вибуху і локалізації вибуху на ранній стадії його розвитку окрім систем знепилювання на вибухонебезпечних видах обладнання встановлюють вибухорозрядники. Відведення енергії першого ви­буху поза межі виробничих приміщень дозволяє уникнути по­дальшого розповсюдження вибуху. Вибухорозрядниками осна­щують молоткові дробарки, норії, фільтри і циклони, а також по можливості силоси, бункери і змішувачі. Правилами будівницт­ва і експлуатації будівель комбікормових заводів передбачено встановлення вікон у вигляді конструкцій, які легко скидаються назовні споруди під час розповсюдження енергії вибуху.

Велику роль у профілактиці вибухів на комбікормових заво­дах відіграють проектні рішення. Так, наприклад, встановлення норії таким чином, що частина норійних труб проходить через силос, створює небезпеку високого рівня (рис. 10.2.), оскільки виникнення першого вибуху в башмаку норії може при­вести до вторинного вибуху із-за руйнації частини норійної труби, яка проходить че­рез силос і виходу повітря­них мас і гарячих газів у пилоподібний продукт, розмі­щений в силосі. Тому норійні труби ні в якому разі не по­винні проходити через бун­кери або силоси.

З'єднання групи силосів перепускними вікнами (рис. 10.3.) також являє собою загрозу розповсюдження вибуху в інші силоси при його виникненні в одному з них.

Рис. 10.3 Схема розвитку вибуху пило повітряної суміші в силосах при обрушенні тліючого склепіння: 1,2 – послідовність вибухів.

 

На сучасних комбікормових заводах вже не застосовують ме­талеві ковші в норіях. Замість них використовують ковші, виго­товлені з полімерних матеріалів. Адже торкання металевого ков­ша норійної труби може викликати появу іскри і за вибухонебез­печної пилоконцентрації може статися вибух. Крім того, стінки силосів і бункерів також рекомендується покривати спеціальними полімерними матеріалами, які володіють антиадгезійними власти­востями, що сприяє покращенню умов вивантаження сировини з силосів і суттєво зменшує кількість залишкового пилу на їх стінках.

Крім знепилення та дотримання вимог будівництва і експлуата­ції споруд слід значну увагу приділяти магнітному захисту всіх продуктів, що дозволяє гарантовано вилучати металомагнітні доміш­ки, які часто стають причиною появи іскри.