On calculation of probability of fire (explosion) occurrence at external separating installations of pneumatic conveying systems

Research article
DOI:
https://doi.org/10.60797/IRJ.2024.143.51
Issue: № 5 (143), 2024
Suggested:
19.03.2024
Accepted:
16.04.2024
Published:
17.05.2024
138
1
XML
PDF

Abstract

Nowadays, there are no reference data in the normative and scientific literature on the probability of fire (explosion) occurrence at external separating installations of pneumatic conveying systems, which are designed to separate transported bulk materials from the transporting gas. As a result of the lack of reference data, it is difficult to calculate the value of fire risk – one of the main procedures to ensure fire safety of the production facility. The article examines the method of calculating the probability of fire (explosion) on the example of the external separation unit of the pneumatic conveying system of sawdust, located at the existing wood processing enterprise.

1. Введение

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

. В результате затрудняется проведение одной из основных процедур обеспечения пожарной безопасности производственного объекта – расчета величины пожарного риска, которая осуществляется в соответствии с Федеральным законом
, в порядке, утвержденном Постановлением Правительства РФ
, по алгоритмам методики
. Кроме того, для данных наружных установок должны определяться категории по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с Федеральным законом
, по алгоритмам методики
, что также основывается на расчете пожарного риска. Таким образом, отсутствие справочных данных о вероятности возникновения пожара (взрыва) на наружных отделительных установках систем пневмотранспорта представляет серьезную проблему при оценке пожарной опасности производственного объекта в целом. Решение же данной проблемы имеет научное и практическое значение.

2. Цель и задачи исследования

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

для наружных отделительных установок;

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

3. Параметры наружной отделительной установки

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%

). Данная микростружка способна возгораться от малокалорийных источников зажигания, что повышает пожарную опасность рассматриваемой отделительной установки.

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).

Общий вид рассматриваемой наружной отделительной установки

Рисунок 1 - Общий вид рассматриваемой наружной отделительной установки

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
.

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

, коэффициент теплопроводности составляет 0,07–0,093 Вт.м-1.К-1, плотность равна от 150 до 250 кг.м-3, теплоемкость составляет 1720 Дж.кг-1.К-1, коэффициент теплоотдачи равен 6 Вт м-2.К-1
.

Сосновая микростружка представляет собой частицы размером менее 71 мкм

и являются более опасным горючим материалом, чем сосновые опилки. Сосновая микростружка имеет температуру воспламенения 240–250 °С, температуру самовоспламенения 225 °С
, минимальную энергию зажигания 4,84 Дж
, то есть могут образовывать аэрозоль, способный воспламеняться от электрических разрядов.

4. Методы исследования

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

. В результате адаптации данного подхода к рассматриваемой наружной отделительной установке системы пневмотранспорта, получено, что вероятность возникновения пожара (взрыва) в течение года будет определяться по формуле:

img
(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

) вычислять по формуле:

img
(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

допускается определять по формуле:

img
(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

). Это означает, что использование данных формул возможно при рассмотрении газо-, паро- или пылевоздушных сред. Использование их для взвешенной в воздухе сосновой микростружки (аэрозоля) также будет корректным, поскольку данный материал способен возгораться от малокалорийных источников зажигания (для него имеется справочное значение минимальной энергии зажигания, равное 4,84 Дж
).

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).

5. Результаты и обсуждение

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

) и составляет:

img
(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:

img
(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:

img
(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.

6. Заключение

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.

Article metrics

Views:138
Downloads:1
Views
Total:
Views:138