1.7.5 Основні властивості пилу. Пожежо-, вибухонебезпечність пилу.

Основні терміни та поняття: пил, пил-аерозоль, пил-аерогель, температура самозаймання, дисперсність, електролізація, тління.

Тобто, з таблиці очевидно, що небезпека вибуху зростає зі зменшенням дисперсності матеріалу.

Пил з повітрям утворює пилоповітряні суміші. Пилоповітряні суміші - суміші з повітрям подрібнених до розмірів частинок до 850 мкм твердих горючих речовин. Процес горіння пилу, в цілому, подібний до процесу горіння твердих речовин. Але наявність великої питомої поверхні (відношення площі поверхні пилинок до їх маси) пилинок, яка контактує з окисником (повітрям), і здатність до швидкого їх прогріву по всій масі під дією джерела запалювання, роблять пил більш небезпечним з точки зору пожежної безпеки, ніж тверді речовини, з яких він створений.

Тверді речовини, подрібнені до часток розміром 100 мікрон і менше можуть перебувати в двох станах. Перший – вони підвішені в повітрі, утворюючи з останнім грубодисперсну систему. Другий – тверді частинки осіли на поверхню: підлогу, шафу, землю, обладнання та ін. Тому, пил – це дисперсна система, яка складається із газоподібного дисперсійного середовища (повітря) і твердої дисперсної фази.

Вибухонебезпечність пилу характеризується величиною концентраційної межі поширення полум’я. Найнижча концентрація пилу в повітрі (в г/м3 або кг/м3 ), при якій суміш здатна спалахувати від стороннього джерела запалення з послідуючим поширенням полум’я на весь об’єм суміші, називається нижньою концентраційною межею поширення полум’я.

Весь пил поділляють на чотири класи: І і ІІ класи - це вибухонебезпечний, а ІІІ і IV класи – це пожежонебезпечний пил.

І клас – найбільш вибухонебезпечний пил НКМПП якого до 15 г/м3 (пил сірки, цукру, каніфолі, магнію, алюмінію, сухого молока, титану).

ІІ клас - вибухонебезпечний пил НКМПП якого знаходиться в межах 15 - 65 г/м3  (пил кави, чаю, муки, вугілля).

ІІІ клас – це найбільш пожежонебезпечний пил НКМПП > 65 г/м3, а температура самозаймання до 250 0С (пил тютюну, цинку, вугілля).

IV клас – це пожежонебезпечний пил НКМПП > 65 г/м3, а температура самозаймання > 250 0С (деревний пил, вугільний високозольний пил).

Пил, що перебуває у стані осаду називається аерогелем (пил-гель), а пил, що висить у повітрі – аерозоль. Аерогелі та аерозолі – гетерогенні суміші пилу з повітрям. У придатних умовах аерозоль (наприклад, під дією вітру, вибуху і т. ін.) може переходити в аерогель, а аерогель в аерозоль. Аерозолі подібні з аерогелями тим, що обидві ці системи є гетерогенні, дисперсні системи з однаковою твердою фазою і поведінка яких залежить від фізико-хімічних властивостей твердої фази.

З газоповітряними сумішами аерозолі подібні тим, що горіння їх протікає у вигляді вибуху, тому аерозолі, як газоповітряні суміші, характеризуються однотипними параметрами. Горіння аерогелів протікає по аналогії горіння твердих речовин. Для аерогелю найважливішою рисою є саме перехід в аерозоль, так як аерозолі у поведінці більш пожежо - вибухонебезпечні, ніж аерогель.

Властивості пилу: дисперсність, хімічна активність, адсорбційна здатність та схильність до електризації.

Дисперсність – це ступінь подрібненості часток пилу. Із підвищенням ступеня дисперсності (із зменшенням розмірів частинок) збільшується хімічна активність пилу, схильність до електризації, знижується температура самоспалахування і величина нижньої концентрації межі поширення полум’я.

Хімічна активність – це здатність пилу вступати в реакцію з іншими речовинами, у тому числі в реакції окислення та горіння. Із збільшенням дисперсності зростає хімічна активність пилу, тобто різні особливості горіння. Так, можна порівняти горіння кам’яного вугілля, металів в звичайному стані та в стані пилу.

Адсорбційна здатність – це здатність пилу поглинати гази та рідини поверхнею. Наприклад, 50см3 сажі може поглинути 950см3 повітря. Є два види адсорбції: фізична і хімічна. За механізмом поглинання фізична і хімічна адсорбція супроводжується виділенням тепла. Тому, пил в стані гелю може самонагріватися і самозайматися. Відомі випадки самозаймання сажі при зберіганні її в бункерах і мішках, які складені у штабелі. Адсорбовані пари і гази можуть або підвищувати стійкість пилу до окислення і горіння, або, навпаки, збільшувати можливість окислення, пришвидшувати підготовку пилу до горіння.

Електризація – здатність пилу набувати заряди статичної електрики. Пил під час руху може утворювати статичні заряди, які можуть слугувати джерелом запалювання. Для запобігання необхідно зволожувати повітря.

Пил-аерозоль характеризується такими показниками пожежної небезпеки:

• • Дисперсність;

  • Температура спалахування;

  • Досягнення НКМПП.

Спалахування і поширення полум’я по аерозолю відбувається тільки у тому випадку, коли його концентрація перебуває в діапазоні концентраційних меж спалахування, між нижньою та верхньою межами поширення полум’я.

Найнижча концентрація пилу в повітрі (в г/м3 або кг/м3 ), при якій суміш здатна спалахувати від стороннього джерела запалення з послідуючим поширенням полум’я на весь об’єм суміші, називається нижньою концентраційною межею поширення полум’я.

Пил-аерогель характеризується такими показниками пожежної небезпеки:

• • Температурою спалахування – це найнижча температура, при якій пил окислюється з виділення горючих газів, які запалюються від ДЗ; Температура спалахування може змінюватися залежно від ступеня дисперсності, вологості, концентрації кисню в повітрі.

  • Температура тління – це найнижча температура, при якій на окремих ділянках відбувається тління.

  • Температура самоспалахування – це найнижча температура нагріву пилу, при якій різко прискорюється екзотермічний процес, що приводить до полум’яного горіння.

  • Температура самозаймання. Багато аерогелів проявляють властивості до самовільного розігріву. Самодовільний розігрів аерогелю можливий при досягненні ним температури самонагрівання під дією зовнішнього джерела тепла внаслідок фізичних і біологічних теплових процесів (процесів адсорбції, життєдіяльності мікроорганізмів і т.д.),. Тривалість самонагрівання аерогелю може бути різною і залежить від швидкості тепловиділення і тепловіддачі і від температури самонагрівання. Чим нижча температура самонагрівання аерогелю, тим більша небезпека самозаймання такого пилу.

Локалізації вибухів пилоповітряних сумішей.

Для локалізації вибухів пилоповітряних сумішей рекомендується застосовувати:

у вентиляційних системах — гравійні фільтри та перекривальні клапани;

в електроустаткуванні — щілинний захист;

у приміщеннях — регулярне вологе прибирання. Для цього використовують фільтри для видалення пилу з повітря. Повітря проходить через фільтр, а пил залишається в ньому. Для забезпечення необхідної пожежної безпеки необхідно систематично видаляти цей пил з фільтра. Пристрої для відведення пилу необхідно періодично перевіряти, щоб гарантувати їх безперебійну роботу. Також необхідно видаляти пил з виступів, стін, де він часто осідає, чи з'являється внаслідок аварії. Потрібно виключити максимальну накопиченість пилу на електроустаткувані. Пил який є пожежонебезпечним, і є його велика конгцентація потрібно видаляти різними методами.

Для локалізації вибухів використовують вологу, яку містить пил, перешкоджає спалахуванню і поширенню полум'я. Пояснення криється у тому, що в процесі нагрівання частинок аерозолю деяка кількість тепла витрачається на випаровування води. Чим вологіший пил, тим вища НКМПП. Також експериментальні дослідження показують, що при збільшені вологості повітря зменшується інтенсивність вибуху торф’яного, кам’яновугільного пилу. Вміст вологи пилу неоднаково впливає на вибуховість пилу різного походження.

Домішки негорючих парів та газів теж знижують вибухонебезпечність аерозолю, в основному тим, що знижують концентрацію кисню в суміші. Наприклад, при концентрації кисню в суміші, нижчій 16%, торф'яний пил вже не займається.