О расчетном определении вероятности возникновения пожара (взрыва) на наружных отделительных установках систем пневмотранспорта

Системы пневмотранспорта широко используются в промышленности для быстрой транспортировки сыпучих материалов (зерно, цемент, мука, песок, опилки и т.д.) потоком воздуха на значительные расстояния или высоты в пределах предприятия. Стандартная система пневмотранспорта включает питатель, воздуховодную машину (вентилятор, компрессор и т.д.), систему пневмопроводов, разгрузитель и приемник. В случае транспортировки твердых горючих материалов системы пневмотранспорта обладают взрывопожароопасностью. Наиболее уязвимыми с этой точки зрения являются их конечные узлы – разгрузитель и приемник, где прекращается линейное перемещение материала, возникают условия для образования горючей среды, появления источников зажигания, возникновения и развития пожара (взрыва). Данные узлы обычно объединяются в наружные отделительные установки, которые выполняют функцию выделения сыпучего материала из общего пневмопотока.

Вместе с тем, взрывопожарная опасность наружных отделительных установок систем пневмотранспорта изучена недостаточно: в нормативной и научной литературе для них отсутствуют справочные данные о вероятности (частоте) возникновения пожара или взрыва

Целью исследования является решение обозначенной проблемы путем адаптации для наружных отделительных установок систем пневмотранспорта общего метода определения вероятности возникновения пожара (взрыва) в пожаровзрывоопасном объекте, приведенного в приложении 3 к ГОСТ 12.1.004-91

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1) провести анализ параметров наружной отделительной установки;

2) провести анализ пожароопасных свойств перемещаемых материалов;    

3) провести адаптацию метода определения вероятности возникновения пожара (взрыва) в пожаровзрывоопасном объекте

4) определить расчетное значение вероятности возникновения пожара (взрыва) в наружной отделительной установке.

Объектом исследования является наружная отделительная установка, входящая в состав системы пневмотранспорта деревообрабатывающего предприятия ООО «Мамаев», расположенного в г. Усть-Илимске Иркутской области, в промзоне Усть-Илимского лесопромышленного комплекса. Указанная система пневмотранспорта является низконапорной (с вентиляторами), всасывающей (разряжение до 500 Па), открытой (воздух засасывается из атмосферы и выпускается наружу). Скорость перемещения среды составляет 12–14 м/с. Работа системы пневмотранспорта осуществляется непрерывно (8760 ч в течение года).

На предприятии осуществляется распил древесного (соснового) сырья. Засасывание опилок в систему пневмотранспорта производится непосредственно от лесопильных станков, после чего опилки транспортируются по пневмопроводам к наружным отделительным установкам. Шлифовальные операции на предприятии не предусмотрены, поэтому выработка мелкодисперсной древесной пыли отсутствует. По этой причине в системе не образуются пылевоздушные смеси, а значит, возникновение взрыва исключается, но возникновение пожара является возможным. Кроме того, при движении по пневмопроводам опилки, ударяясь друг о друга и об элементы пневмопроводов, частично измельчаются с образованием микростружки (до 35%

Наружная отделительная установка (рис. 1) включает в себя батарею из трех разгрузителей (циклонных уловителей внутренним объемом по 6 м³ каждый) и объединяющий их приемник (накопительный бункер с внутренними размерами 10х5 м, высотой 6 м).

Рисунок 1 - Общий вид рассматриваемой наружной отделительной установки

DOI:10.60797/IRJ.2024.143.51.1

Применяемые в качестве разгрузителей циклонные уловители представляют собой цилиндрические резервуары с конусом в нижней части. Принцип очистки – инерционный и состоит в использовании центробежной силы, которая вытесняет частицы из общего потока воздуха в пристеночную область, откуда под действием гравитации они осаждаются в конусную часть уловителя и перемещаются в бункер

[8]

.

Источниками зажигания в наружной отделительной установке могут быть искры статического электричества, фрикционные искры (от попавших в систему металлических и минеральных тел), нагрев опилок от соударения между собой и оборудованием, самовозгорание аэрогеля, искры электродвигателей вентиляторов, искры коротких замыканий электропроводки, перегрев подшипников вентиляторов и приводных ремней.

В рассматриваемой системе пневмотранспорта перемещаются частицы древесины в виде сосновых опилок и сосновой микростружки. Пожароопасные свойства данных материалов описаны в справочной и научной литературе. Сосновые опилки имеют размер 0,1–2,5 мм, начинают тлеть при 295 ºС, самовоспламеняются при 399 ºС

Сосновая микростружка представляет собой частицы размером менее 71 мкм

Общий подход к определению вероятности возникновения пожара (взрыва) на пожаровзрывоопасном объекте изложен в приложении 3 к ГОСТ 12.1.004-91

(1)

где Qиз – вероятность появления источника зажигания, в год; 

Qгс – условная вероятность появления горючей среды в месте появления источника зажигания.

Как было указано, в качестве источников зажигания в наружной отделительной установке могут выступать разряды статического электричества, искры удара и трения, теплота от соударений опилок, самовозгорание отложений, искры электродвигателей, короткие замыкания, перегрев приводных ремней. Вероятность появления данных источников зажигания оценить затруднительно из-за отсутствия соответствующих статистических данных. При отсутствии статистических данных вероятность появления источника зажигания допускается (согласно п. 3.4 приложения 3 ГОСТ 12.1.004-91

(2)

где t – время работы наружной отделительной установки в течение 1 года, ч; 

tиз – среднее время работы наружной отделительной установки до появления источника зажигания, ч.

Среднее время работы (ч) до появления источника зажигания согласно п. 3.4 приложения 3 ГОСТ 12.1.004-91

(3)

где W – минимальная энергия зажигания горючей среды, Дж.

Отметим, что формулы (2) и (3) основываются на использовании минимальной энергии зажигания – наименьшей энергии электрического разряда, способной воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом (определение из ГОСТ 12.1.044-89

Также отметим, что для возникновения пожара (взрыва) горючая среда и источник зажигания должны появиться в одно и то же время. В рассматриваемом случае появление источника зажигания и горючей среды будет совпадать по времени, поскольку производство на предприятии осуществляется непрерывно (горючая среда в циклонных уловителях присутствует постоянно). Кроме того, горючая среда и источник зажигания должны появиться в одном и том же месте. В рассматриваемом случае образование горючей среды в циклонном уловителе происходит постоянно, поскольку древесная микростружка здесь прекращает линейное движение и движется по круговой траектории внутри корпуса уловителя. Таким образом, появление источника зажигания в циклонном уловителе приведет к тому, что источник зажигания и горючая среда будут присутствовать в одно и то же время, одном и том же месте. Условную вероятность Qгс появления горючей среды в месте появления источника зажигания можно считать равной 1, а вероятность Qиз появления источника зажигания должна рассчитываться по формулам (2) и (3).

Расчет вероятности возникновения пожара (взрыва) в наружной отделительной установке системы пневмотранспорта проводится в следующей последовательности:

1) определяется среднее время работы наружной отделительной установки до появления источника зажигания;

2) определяется вероятность появления источника зажигания и горючей среды;

3) определяется вероятность возникновения пожара (взрыва).

В процессе проведения расчетов было получено, что среднее время работы наружной отделительной установки до появления источника зажигания, определяемое по формуле (3), зависит от минимальной энергии зажигания сосновых микростружек (W = 4,84 Дж

(4)

Также было получено, что вероятность появления источника зажигания, определяемая по формуле (2), зависит от рассчитанной выше величины tиз, времени работы наружной отделительной установки в течение года (t = 8760 ч) и составляет:

(5)

Условная вероятность появления горючей среды в месте появления источника зажигания в рассматриваемом случае равна Qгс = 1. Следовательно, вероятность возникновения пожара (взрыва) на наружной отделительной установке по формуле (1) составляет:

(6)

Таким образом, для рассматриваемой наружной отделительной установки системы пневмотранспорта было определено расчетное значение вероятности возникновения пожара (взрыва). Для других типов отделительных установок вероятность пожара (взрыва) может отличаться в зависимости от свойств перемещаемого в системе пневмотранспорта сыпучего материала и режима работы отделительной установки.

В заключении необходимо отметить, что научная значимость полученных результатов состоит в адаптации общего подхода к определению вероятности возникновения пожара (взрыва) на пожаровзрывоопасном объекте к конкретному типу технологических аппаратов, а также в получении новых данных о вероятности возникновении пожара (взрыва) на наружных отделительных установках систем пневмотранспорта. Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что данные результаты могут использоваться при определении расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, в которых применяются системы пневмотранспорта, то есть могут быть полезны при декларировании и аудите пожарной безопасности производственных объектов, категорировании соответствующих наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности, а также при разработке дополнительных противопожарных мероприятий.