Развитие технологий предотвращения самовозгорания различных материалов в ходе тепловой обработки
|
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Состояние вопроса в области самовозгорания твердых дисперсных
материалов 10
1.1 Причины и условия самовозгорания 10
1.2 Физические свойства дисперсных материалов и условия процесса
самовозгорания 13
1.3 Понятие "горячей точки" объема твердого дисперсного материала 15
1.4 Общие положения теории теплового самовозгорания 18
1.4.1 Элементарная модель теплового взрыва 19
1.4.2 Стационарная теория теплового взрыва 21
1.4.3 Временная характеристика теплового самовозгорания 27
1.5 Определение критических условий теплового самовозгорания 30
1.5.1 Экспериментальные методы определения
критических условий 31
1.5.2 Расчетно - аналитические методы 33
1.5.3 Методы ускоренных испытаний 36
1.6 Оценка опасности самовозгорания дисперсных материалов 37
1.7 Выводы по главе и постановка задачи 40
2 Экспериментальные исследования процесса тления возникающего в
«горячей точке» при самовозгорании дисперсного материала 42
2.1 Общие положения 42
2.2 Экспериментальная установка с искусственной
"горячей точкой" 44
2.3 Экспериментальное исследование температуры тления в "горячей
точке" 50
2.3.1 Обработка экспериментальных данных 53
2.3.2 Влияние на температуру тления различных факторов 58
2.3 Определение граничной для двух стадий процесса самовозгорания
температуры 63
2.4 Выводы по главе 66
3 Метод вероятностной оценки опасности самовозгорания твердых
дисперсных материалов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
1 Состояние вопроса в области самовозгорания твердых дисперсных
материалов 10
1.1 Причины и условия самовозгорания 10
1.2 Физические свойства дисперсных материалов и условия процесса
самовозгорания 13
1.3 Понятие "горячей точки" объема твердого дисперсного материала 15
1.4 Общие положения теории теплового самовозгорания 18
1.4.1 Элементарная модель теплового взрыва 19
1.4.2 Стационарная теория теплового взрыва 21
1.4.3 Временная характеристика теплового самовозгорания 27
1.5 Определение критических условий теплового самовозгорания 30
1.5.1 Экспериментальные методы определения
критических условий 31
1.5.2 Расчетно - аналитические методы 33
1.5.3 Методы ускоренных испытаний 36
1.6 Оценка опасности самовозгорания дисперсных материалов 37
1.7 Выводы по главе и постановка задачи 40
2 Экспериментальные исследования процесса тления возникающего в
«горячей точке» при самовозгорании дисперсного материала 42
2.1 Общие положения 42
2.2 Экспериментальная установка с искусственной
"горячей точкой" 44
2.3 Экспериментальное исследование температуры тления в "горячей
точке" 50
2.3.1 Обработка экспериментальных данных 53
2.3.2 Влияние на температуру тления различных факторов 58
2.3 Определение граничной для двух стадий процесса самовозгорания
температуры 63
2.4 Выводы по главе 66
3 Метод вероятностной оценки опасности самовозгорания твердых
дисперсных материалов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
Из всех процессов, связанных с переработкой порошкообразных материалов, наиболее опасными в отношении самовозгорания являются сушка, измельчение, транспортировка и хранение [1-3], Опасность возникновения пожаров от самовозгорания обусловлена тем, что ведение этих процессов связано с повышением температуры перерабатываемого материала, которое при недостаточном теплоотводе способно вызвать самонагревание, как правило, заканчивающееся самовозгоранием [1,3,4,9].
За 1990-2002 гг. в промышленных и сельскохозяйственных производственных помещениях происходило ежегодно 15-20 тысяч пожаров, 3-6 % которых начинались в технологической аппаратуре (450-1200 пожаров в год). Часть этих пожаров вполне могла возникнуть при самовозгорании отложений веществ и материалов внутри технологического оборудования. Вне зданий пожары в результате самовозгорания могли развиваться на участках хранения материалов (200-1500 пожаров в год), в караванах торфа (от 10 до 54 пожаров в год или в среднем 27 пожаров ежегодно), на торфополях (от 1 до 46 пожаров в год за 1990-2002 гг. или в среднем 13 пожаров ежегодно). В 2001 г. причиной 659 пожаров, а в 2002 г. - 791 пожара названа присутствовавшая на объектах сельхозпродукция. [5]
С 1995г. статистикой учитываются пожары, произошедшие непосредственно по причине самовозгорания. По этим данным подобных пожаров в 1995-2006 гг. происходило 1-2 тысячи за год. Количество пожаров из-за самовозгорания веществ и материалов на городских объектах и в сельской местности приблизительно сопоставимо. В результате этих пожаров ежегодно гибнет от 5 до 12 человек. От 42 до 127 пожаров в результате самовозгорания происходит ежегодно на транспорте. В рассматриваемый период самовозгорание становилось причиной 1,38 крупного пожара (с существенным материальным ущербом) в среднем за год. В стране также происходит от 18 до 37 тысяч лесных пожаров каждый год, некоторые из них могли развиваться из-за сезонного самовозгорания торфяных отложений. [6]
В хозяйствующих субъектах сельскохозяйственного сектора экономики отмечены случаи самовозгорания травяной муки, комбикормов, шрота и других видов продукции находящейся в дисперсном состоянии [7]. С аналогичной проблемой сталкиваются на сельскохозяйственных предприятиях в ФРГ. За десять лет зарегистрированы 533 случая загораний и пожаров, вызванных самовозгоранием, при этом нанесен значительный ущерб готовой продукции и строениям [8].
На предприятиях торфодобывающей промышленности ежегодно около 60 % пожаров возникает от самовозгорания, что приводит к уничтожению значительных запасов торфа [9].
Существенный ущерб наносят пожары, вызванные самовозгоранием и в других отраслях экономики Российской Федерации. На предприятиях по
хранению и переработке зерна доля пожаров и взрывов пыли по этой причине составила 20 - 25 % [10].
Приведенные статистические данные свидетельствуют о том, что проблема предупреждения пожаров, произошедших от самовозгорания твердых дисперсных материалов, в настоящее время остается актуальной.
Опасность самовозгорания дисперсных материалов оценивается следующими показателями: температурой самонагревания, температурой тления и условиями теплового самовозгорания [11].
При решении вопросов пожаро- и взрывобезопасности технологического оборудования, в последнее время успешно применяются методы, основанные на теории вероятностей. Эти методы позволяют разработать оптимальные мероприятия по снижению опасности возникновения пожара от самовозгорания, уменьшить затраты при реализации защитных мероприятий [1].
Основной целью диссертационной работы является разработка метода вероятностно-статистической оценки опасности самовозгорания дисперсных материалов, подвергаемых тепловому воздействию.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Метод вероятностно-статистической оценки опасности самовозгорания дисперсных материалов в процессе их тепловой обработки.
2. Результаты экспериментальных исследований процесса тления, возникающего в «горячей точке» при самовозгорании дисперсного материала».
3. Материалы диссертационной работы докладывались на 2 конференциях и опубликованы в 1 печатной работе.
За 1990-2002 гг. в промышленных и сельскохозяйственных производственных помещениях происходило ежегодно 15-20 тысяч пожаров, 3-6 % которых начинались в технологической аппаратуре (450-1200 пожаров в год). Часть этих пожаров вполне могла возникнуть при самовозгорании отложений веществ и материалов внутри технологического оборудования. Вне зданий пожары в результате самовозгорания могли развиваться на участках хранения материалов (200-1500 пожаров в год), в караванах торфа (от 10 до 54 пожаров в год или в среднем 27 пожаров ежегодно), на торфополях (от 1 до 46 пожаров в год за 1990-2002 гг. или в среднем 13 пожаров ежегодно). В 2001 г. причиной 659 пожаров, а в 2002 г. - 791 пожара названа присутствовавшая на объектах сельхозпродукция. [5]
С 1995г. статистикой учитываются пожары, произошедшие непосредственно по причине самовозгорания. По этим данным подобных пожаров в 1995-2006 гг. происходило 1-2 тысячи за год. Количество пожаров из-за самовозгорания веществ и материалов на городских объектах и в сельской местности приблизительно сопоставимо. В результате этих пожаров ежегодно гибнет от 5 до 12 человек. От 42 до 127 пожаров в результате самовозгорания происходит ежегодно на транспорте. В рассматриваемый период самовозгорание становилось причиной 1,38 крупного пожара (с существенным материальным ущербом) в среднем за год. В стране также происходит от 18 до 37 тысяч лесных пожаров каждый год, некоторые из них могли развиваться из-за сезонного самовозгорания торфяных отложений. [6]
В хозяйствующих субъектах сельскохозяйственного сектора экономики отмечены случаи самовозгорания травяной муки, комбикормов, шрота и других видов продукции находящейся в дисперсном состоянии [7]. С аналогичной проблемой сталкиваются на сельскохозяйственных предприятиях в ФРГ. За десять лет зарегистрированы 533 случая загораний и пожаров, вызванных самовозгоранием, при этом нанесен значительный ущерб готовой продукции и строениям [8].
На предприятиях торфодобывающей промышленности ежегодно около 60 % пожаров возникает от самовозгорания, что приводит к уничтожению значительных запасов торфа [9].
Существенный ущерб наносят пожары, вызванные самовозгоранием и в других отраслях экономики Российской Федерации. На предприятиях по
хранению и переработке зерна доля пожаров и взрывов пыли по этой причине составила 20 - 25 % [10].
Приведенные статистические данные свидетельствуют о том, что проблема предупреждения пожаров, произошедших от самовозгорания твердых дисперсных материалов, в настоящее время остается актуальной.
Опасность самовозгорания дисперсных материалов оценивается следующими показателями: температурой самонагревания, температурой тления и условиями теплового самовозгорания [11].
При решении вопросов пожаро- и взрывобезопасности технологического оборудования, в последнее время успешно применяются методы, основанные на теории вероятностей. Эти методы позволяют разработать оптимальные мероприятия по снижению опасности возникновения пожара от самовозгорания, уменьшить затраты при реализации защитных мероприятий [1].
Основной целью диссертационной работы является разработка метода вероятностно-статистической оценки опасности самовозгорания дисперсных материалов, подвергаемых тепловому воздействию.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Метод вероятностно-статистической оценки опасности самовозгорания дисперсных материалов в процессе их тепловой обработки.
2. Результаты экспериментальных исследований процесса тления, возникающего в «горячей точке» при самовозгорании дисперсного материала».
3. Материалы диссертационной работы докладывались на 2 конференциях и опубликованы в 1 печатной работе.
Экспериментальные исследования показали, что максимальный саморазогрев в "горячей точке" объема дисперсного материала и время его достижения экспоненциально зависят от температуры окружающей среды, размеров и геометрической формы объема, занимаемого исследуемым материалом. Для экспериментов был выбран органический дисперсный материал - травяная мука. Этот материал наиболее подходящий и наиболее полно и наглядно отражающий механизм процессов самонагревания и самовозгорания. Материал не токсичен при возникновении горения и выделении продуктов горения. Представленный материал наиболее часто подвержен самовозгоранию, как и другие органические материалы (зерно, хлопок, шрот, торф и др.).
Экспериментально установлено, что температура тления дисперсного материала одинаковой физической структуры (дисперсности, плотности, влажности и т.д.) является величиной постоянной и не зависит от величины объема данного материала.
Разработан метод оценки опасности самовозгорания твердых дисперсных материалов, подвергающихся термической обработке. В основу метода положен вероятностно-статистический подход. Он позволяет при оценке опасности учитывать влияние условий окружающей среды и свойств дисперсного материала на появление в его объеме очагов самовозгорания. Этот метод может применяться при декларировании пожарной безопасности различных объектов, на которых хранятся, образуются или производятся твердые дисперсные материалы.
Экспериментально установлено, что температура тления дисперсного материала одинаковой физической структуры (дисперсности, плотности, влажности и т.д.) является величиной постоянной и не зависит от величины объема данного материала.
Разработан метод оценки опасности самовозгорания твердых дисперсных материалов, подвергающихся термической обработке. В основу метода положен вероятностно-статистический подход. Он позволяет при оценке опасности учитывать влияние условий окружающей среды и свойств дисперсного материала на появление в его объеме очагов самовозгорания. Этот метод может применяться при декларировании пожарной безопасности различных объектов, на которых хранятся, образуются или производятся твердые дисперсные материалы.