Обеспечения пожарной безопасности

При соударении или трении твердых тел одно о другое от них отрываются частицы, которые нагреваются вследствие превращения части кинетической энергии в тепловую и протекания экзотермической реакции окисления. Такие частицы по способу возникновения называются
искрами удара и трения, или фрикционными искрами. Они относятся к низкокалорийным источникам тепла и могут служить потенциально возможными источниками зажигания газо-, паро- и пылевоздушных смесей, а также могут вызывать появление очагов тления при попадании на отложения пыли или волокон.

Экспериментально установлено, что максимальная температура фрикционных искр ограничена температурой плавления более легкоплавкого материала трущейся или соударяющейся пары (при условии, что эти материалы не способны взаимодействовать друг с другом с экзотермическим эффектом).

Почти все металлы (за исключением благородных) взаимодействуют с кислородом воздуха, причем скорость их окисления растет с ростом температуры. При определенной температуре, когда количество тепла, полученного частицей в момент удара и выделившегося вследствие окисления, превысит количество тепла, отводимого в окружающую среду, самоускорение реакции окисления приведет к самовоспламенению металлической частицы. Температура самовоспламенения частичек стали, например, тем ниже, чем меньше их размеры. Таким образом:

- углеродистые стали, образующие при ударе или трении мелкодисперсные частицы, более склонны к искрообразованию;

- размеры окисленных частиц обычно не превышают 0,5 мм;

- крупные стальные частицы (с размером более 0,5 мм) способны «взрываться», т. е. распадаться на большое количество мелких частиц, температура которых превышает температуру исходной частицы (способностью «взрываться» обладают также частицы титана);

- при соударении или трении со сталью металлов, имеющих более низкую температуру плавления, искрообразование затрудняется.

Параметры фрикционных искр, образующихся при соударении конструкционных сталей (обыкновенного качества или качественных) можно оценить расчетом. Температура искр достигает температуры плавления сталей, т. е. примерно 1550 ^оС. Количество отдаваемого тепла искрой q_и при ее охлаждении от начальной температуры t_н = 1550 ^оС до конечной температуры, равной температуре самовоспламенения горючей среды t_св , можно оценить по формуле

q_и (w_и) = V_и ρ_и с_tи (t_н – t_св) , (6.8)

где V_и = = = 6,543·10^–11 м³ – объем искры (диаметр искры d_и принят, согласно экспериментальным данным, равным 0,5·10^–3 м); ρ_и = 7900 кг/м³ – плотность стали; с_tи = 0,6 кДж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость стали.

При 100 ^оС t_св 700 ^оС (данный диапазон температур самовоспламенения охватывает практически любые горючие газы и пары) значения величин q_и составляют всего 0,26–0,45 Дж.

Длительность существования искр, найденная из условий нестационарного теплообмена, исчисляется долями секунды (не превышает 0,45 с).

Сопоставление расчетных параметров искр с показателями пожаро-взрывоопасности горючих веществ и материалов показывает, что фрикционные искры способны воспламенять не все горючие смеси. Определить воспламеняющую способность искр, образующихся в различных средах при соударениях твердых тел, можно лишь экспериментально. При этом установлено следующее:

- с увеличением энергии соударения воспламеняющая способность фрикционных искр возрастает, бόльшую опасность представляет удар скользящий, чем прямой;

- минимальная температура искры, необходимая для воспламенения, должна быть тем выше, чем меньше ее размеры;

- концентрационные пределы распространения пламени горючих веществ при их зажигании фрикционными искрами у́же, чем при зажигании тех же веществ электрическими искрами;

- бедные горючие смеси зажигаются искрами удара легче, чем
богатые;

- при многократных соударениях твердых тел (например, лопастей вентилятора о корпус) горючие смеси могут зажигаться не только искрами, но и нагревшимися при трении поверхностями, но при значительно более высоких температурах, чем их температуры самовоспламенения;

- трение цветных металлов (медь, латунь, бронза и др.) также приводит к нагреву поверхностей и воспламенению горючих смесей;

- трение пластмасс на основе термореактивных смол друг с другом или металлами приводит к образованию искр (отколовшихся горящих частичек пластмасс), приводящих к зажиганию горючих смесей;

- соударение алюминия, магния и их сплавов о ржавую стальную поверхность приводит к образованию частиц термита – смесей, состоящих из алюминия (магния) и окиси железа (например, 2Al + Fe₂O₃), сгорающих при температуре около 3500 ^оС;

- при ударах и трении углеродистых сталей о марганцевые стали температура образующихся искр возрастает, а о легированные кремнием, хромом и молибденом стали – падает;

- большую опасность представляют искры, образующиеся при ударах и трении титана и его сплавов;

- искры, образующиеся при трении стальных деталей о корундовые и шлифовальные круги, имеют температуру выше 3000 ^оС и зажигают аэрозоли титана, циркония, магния, алюминия, цинка, серы, но большинство органических аэрозолей не воспламеняют.

В условиях производства фрикционные искры образуются в основном в следующих случаях:

- при попадании в оборудование вместе с перерабатываемыми веществами и материалами инородных примесей, способных образовывать искры удара и трения (камней, кусков металла и пр.);

- при ударах подвижных частей машин о неподвижные части;

- при выполнении ремонтных работ, в том числе с использованием инструмента ударного действия.

Для предотвращения образования искр удара и трения при попадании в оборудование вместе с перерабатываемыми веществами и материалами инородных примесей применяют следующие основные способы и технические решения или их комбинации:

1. Очищают обрабатываемые или перерабатываемые вещества и материалы от инородных примесей путем их просеивания или с помощью гравитационных, инерционных или магнитных улавливателей.

Грохоты, сепараторы и улавливатели устанавливаются в начале технологических линий, перед подачей продуктов в машины на обработку или переработку. Они в большинстве случаев защищают машины и от механических повреждений, вследствие которых также могут образоваться искры удара и трения.

Особенно трудно очищать волокнистые материалы, так как твердые примеси запутываются в волокнах. На рис. 6.3 приведена схема устройства для очистки хлопка-сырца от камней и других твердых примесей перед подачей его по системе пневмотранспорта в машины. В системе пневмотранспорта есть участок, который имеет плавный изгиб радиусом R. На выходе из изогнутого участка монтируется бункер 2. Участок трубопровода до бункера и сам бункер изготовляют из искробезопасного материала или футеруют изнутри резиной. Попавшие в систему пневмотранспорта камни в изогнутом участке трубопровода под действием центробежной силы отбрасываются к его стенке и движутся вдоль нее до того места, где изгиб трубопровода меняется (точка а). В этом месте камни отрываются от стенки и, продолжая под действием силы инерции прямолинейное движение, попадают в бункер, в котором имеются резиновые отбойники 3. При ударах об эластичные перегородки камни теряют скорость и падают на дно бункера. Хлопок как малоинерционная среда с потоком воздуха выносится из изогнутого участка трубопровода и направляется на дальнейшую переработку.

	Рис. 6.3. Схема инерционного камнеулавливателя: 1 – трубопровод; 2 – бункер; 3 – отбойники; 4 – разгрузочный люк

Для улавливания примесей металла из зерна в мукомольном производстве и на комбикормовых заводах применяют магнитные сепараторы. Схема электромагнитного сепаратора с вращающимся барабаном показана на рис. 6.4. В корпусе 1 сепаратора имеется вращающийся барабан 5, изготовленный из диамагнитного материала, внутри которого расположен неподвижно прикрепленный к корпусу электромагнит 2, полюса которого ориентированы таким образом, как показано на рисунке. С помощью винта 4 можно изменять зазор между шибером и барабаном, т. е. регулировать расход зерна. Зерно, поступающее в сепаратор по трубопроводу 3, проходит через зазор между шибером и барабаном, ссыпается вниз и через патрубок 6 выводится из сепаратора. Находящиеся в зерне стальные примеси под действием электромагнитного поля притягиваются к стенке барабана, перемещаются вместе с ним в зону, где действие поля ослабевает, отрываются от барабана и ссыпаются в патрубок 7 для отвода уловленных примесей.

2. Применяют искробезопасные конструкционные материалы для изготовления оборудования.

3. Защищают рабочие поверхности оборудования искробезопасными футеровками.

4. Очищают оборудование и помещения от отложений пыли и волокон.

5. Для предотвращения образования в горючей среде искр удара и трения при ударах подвижных частей машин о неподвижные части применяют следующие основные способы и технические решения или их комбинации.

6. Применяют искробезопасные конструкционные материалы для изготовления оборудования или отдельных узлов, при работе которых могут образоваться искры удара и трения (например, лопастей или корпусов вентиляторов, мешалок смесителей и тому подобного оборудования).

7. Защищают рабочие поверхности оборудования искробезопасными футеровками.

8. Производят статическую и динамическую балансировку движущихся частей оборудования (в неподвижном состоянии и на холостом ходу).

9. Контролируют вибрацию, сотрясения и удары в процессе эксплуатации оборудования и производят его остановку для устранения появившихся неполадок.

10. Используют искробезопасные материалы для изготовления пола и обслуживающих площадок в производственных помещениях, в которых обращаются водород, ацетилен, этилен, окись углерода, сероуглерод, нитроклетчатка и подобные им легковоспламеняющиеся или нестойкие вещества.

11. Увлажняют полы в помещениях, в которых обращается нитроклетчатка и подобные ей легковоспламеняющиеся вещества.

12. Используют искробезопасные материалы для изготовления колес и бамперов внутрицехового транспорта.

13. Очищают оборудование и помещения от отложений пыли и
волокон.

Для предотвращения образования в горючей среде источников зажигания при выполнении ремонтных работ (в том числе с использованием инструмента ударного действия) применяют следующие основные способы и технические решения или их комбинации:

1. Используют во взрывопожароопасных производствах и в зонах возможного образования горючих смесей искробезопасный слесарный инструмент, имеющий сертификат безопасности для работ в конкретных взрывоопасных средах.

Примечание. Омедненный, луженый, оцинкованный и тому подобный инструмент не может считаться искробезопасным, так как тонкое защитное покрытие быстро истирается; обильная смазка инструмента тавотом или густым мыльным раствором для предотвращения образования искр ничем не обоснована; кроме того, возрастает опасность выскальзывания инструмента из рук.

2. Проводят аварийные работы в специальных укрытиях, с гарантированным подпором чистого воздуха.

3. Устраивают воздушный душ в месте проведения аварийных работ.

4. Устраивают защитные экраны.

5. Используют охлаждающие жидкости для отвода тепла из зоны резания (от режущего инструмента и материала оборудования).