Шаң-ауа қоспаларының жарылуы
1. Шаң-ауа қоспаларының жарылуы
2. Шаңның классификациясы және физикалық-химиялық сипаттамасы.
3. Шаң-ауа қоспаларының жарылуының есептелген параметрлері
Шаң – материалдарды ұнтақтау немесе ұнтақтау, сусымалы материалдарды аршу және жылжытумен байланысты барлық технологиялық процестердің ілеспе құрамдас бөлігі. Бұл жағдайда пайда болған шаң-ауа қоспасы жоғары өрт және жарылыс қаупін тудырады.
Шаң – заттың суспензияланған (аэрозольдер) немесе тұндырылған (аэрогельдер) ұсақталған бөлшектері. Шаңды аэрозольдердің дисперсия диапазоны 1 нм-ден 1 см-ге дейінгі диапазонды құрайды, үлкен бөлшектер ауырлық күшінің әсерінен тез шөгеді, ал кішігірім уақыт өте қысқа болады
дербес өмір сүру, үлкен формацияларға қоныстану.
Шаң тәріздес материал - бұл жасау технологиялық процестің мақсаты болып табылатын ұсақ бөлінген бөлшектердің жиынтығы. Мұндай материалдарға ұн, қант ұнтағы және т.б. Шығу тегі бойынша шаң:
- табиғи шығу тегі - эрозия нәтижесінде түзілген
топырақ, тау жыныстары бұзылғанда немесе органикалық шаң бөлшектері (тозаң, өсімдік споралары) ауаға енген кезде;
- өнеркәсіптік – өндіріс процесінде тікелей пайда болады, әрбір өндіріс түрі тек өзіне ғана тән шаң түріне сәйкес келеді.
Бастапқы материалға байланысты шаң келесіге бөлінеді:
- органикалық – өсімдік (ұн, қант, темекі және т.б.) және жануар (жүн, сүйек) текті;
- бейорганикалық – материалдар мен жыныстарды ұнтақтау кезінде түзіледі. Мұндай шаң өз кезегінде минералды (кварц, цемент, т.б.) және металға (болат, мыс, алюминий, т.б.) бөлінеді.
Ұсақталған бөлшектердің мөлшеріне қарай шаң болуы мүмкін
монодисперсті (үлшемдері ұқсас бөлшектерден тұрады) және полидисперсті – оған әртүрлі мөлшердегі бөлшектер кіреді. Шаңдардың барлығы дерлік полидисперсті болып табылады.
Дисперстілік – шаң бөлшектерінің өлшемдік таралуын сипаттайтын сипаттама. Заттың қасиеттері оны ұсақтау кезінде айтарлықтай өзгереді, өйткені оның жалпы беті бірнеше есе артады, бұл оның ұлғаюына әкеледі:
- химиялық белсенділік - қалыпты жағдайда атмосфералық оттегімен әрекеттеспейтін, ұсақталған кезде тотығу реакцияларына белсенді қатысатын заттар;
- физикалық белсенділік - ұсақталған заттар бастапқы материалға қарағанда бірнеше есе жылдам ериді.
Шаңның дисперсиясы оның суспензиялану қабілетін де анықтайды: ұсақ шаң өте баяу тұнады, ал ультра жұқа шаң шексіз ілініп қалуы мүмкін.
Аэрозольдердің дисперстілігі орташа диаметрмен сипатталады d50 – аэрозоль массасын екі тең бөлікке бөлетін бөлшектердің өлшемі: d50-ден кіші және үлкен бөлшектердің массалары әрқайсысының жалпы шаң массасының 50% құрайды.
Дисперсиялық сипаттамалары бойынша шаң тәрізді материалдар
бес топқа бөлінеді:
- I – өте дөрекі шаң (көмір), бөлшектердің орташа диаметрі d50 150 мкм жоғары;
- II – дөрекі шаң (ұсақ құм), медиана диаметрі
бөлшектер d50 = 40...150 мкм;
- III – орташа дисперстік шаң (цемент), бөлшектердің орташа диаметрі d50= 10…40 мкм;
- IV – ұсақ шаң (аспалы атмосфералық шаң),
бөлшектердің орташа диаметрі d50 = 1…10 мкм;
- V – ультра жұқа шаң, орташа бөлшектер диаметрі d50 1 микроннан аз.
Шаң адам денсаулығына кері әсерін тигізбейді, ол механикалық (шырышты қабықтың зақымдануы) және химиялық (улағыш) әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, шаң организмге бактериялар мен микробтардың, сондай-ақ ыдырауы ішкі дозасын құрайтын қысқа мерзімді радиоактивті изотоптар үшін тасымалдаушы орта ретінде әрекет етеді.
адамға әсер ету. Ең үлкен зиян диаметрі 10 мкм-ден аз шаң бөлшектері жоғарғы тыныс жолдары мен өкпеге еніп, өкпе тіндерін зақымдайды және тыныс алу мүшелерінің ауруларын тудырады [10, 11].
Шаңның коагуляциясы – әртүрлі физикалық факторлардың әсерінен ауада ілінген шаң бөлшектерінің уақыт өте келе ұлғаю процесі.
Шаңның шағын фракциялары коагуляцияға ең сезімтал. Бұл құбылыстың негізінде жатқан физикалық процестерге байланысты коагуляция жүреді:
- табиғи – броундық қозғалыс пен тартылыс күштерінің әсерінен пайда болады;
- жасанды – сыртқы әсерлерден туындаған, мысалы
шаңды ауа ортасының ионизациясы немесе электрленуі.
Шаң-ауа қоспаларының жарылуларының жартысына жуығы астық, ұн және қантпен жұмыс істеу кезінде болады; сәл аз 10% - металл шаңының жарылыстары үшін, тағы шамамен 5% - көмір шаңының жарылыстары үшін.
Шаң жарылысы шаңның жанғыш бөлігі ауадағы оттегімен лезде қосылып, көп мөлшерде жылу және газ тәріздес өнімдерді бөліп, қыздырғанда кеңейіп, жарылыс толқынын түзетін кезде пайда болады. Шаң жарылысының күші мен қарқындылығы шаң концентрациясына және оның дисперсиясына байланысты. Ұсақ шаңда көбірек болады
төмен өздігінен тұтану температурасы және ауаның төменгі және жоғарғы концентрациясы шектері арасындағы кеңірек диапазон жыртылғыштық. Төмен концентрацияларда шаң бөлшектерінің арасындағы қашықтық үлкен және жалынның бөлшектен бөлшекке ауысуы болмайды, сондықтан жарылыс бүкіл көлемге таралмайды. Көп мөлшердегі шаң да алдын алады
жарылыстың таралуы, өйткені бұл жағдайда қоспада тым аз оттегі бар.
Шаң жарылысының қозуы бір мезгілде ғана мүмкін
келесі шарттар орындалады:
- ауадағы шаңның концентрациясы төменгі және жоғарғы концентрация шегі арасында болса;
- жеткілікті қуаттың тұтану көзі бар. Көпшілігі
жалпы тұтану көздері - соққылар мен үйкелістен ұшқындар, статикалық электр разрядтары, технологиялық жабдықтың ыстық беттері;
- қамтамасыз ету үшін оттегінің (ауаның) концентрациясы жеткілікті
шаң-газ қоспасының жану процесі.
Жарылғыш шаң түзуге қабілетті заттардың тізбесі өте ұзақ және оның құрамында ұсақталмаған күйде қауіпсіз заттар бар. Шаңның жарылыс қауіптілік деңгейі, ең алдымен, жарылыстың шоғырлану шегімен сипатталады.
NKPV жарылыс концентрациясының төменгі шегі, г/м3 - бұл жарылыс пайда болуы және қоспа арқылы оның пайда болған жерінен кез келген қашықтыққа таралуы мүмкін ауадағы шаңның ең аз мөлшері.
VKPV жарылғыштығының концентрациясының жоғарғы шегі, г/м3 - бұл жарылыс қоспа арқылы оның пайда болған жерінен кез келген қашықтыққа таралуы мүмкін ауадағы шаңның максималды мөлшері.
Бұдан басқа, шаң-газ қоспаларының жарылыс қауіптілігінің маңызды сипаттамаларына энергияның бөлінуінің көлемдік тығыздығы, жарылыс кезіндегі максималды қысым, жарылыс кезінде қысымның жоғарылау жылдамдығы, шаң-ауа қоспасындағы оттегінің рұқсат етілген шекті мөлшері жатады. ,
онда шаң тұтанбайды.
Шаң-ауа қоспасының максималды қысымы жарылыс болған жағдайлармен де анықталады:
- бос көлемдегі жарылыс кезінде қысым аздап артады, өйткені жарылыстың газ тәрізді өнімдері барлық бағытта еркін шашыра алады;
- толығымен жабық көлемде ауа суспензиясының жарылуы қысымның максималды мүмкін болатын жоғарылауымен бірге жүреді;
- жартылай жабық көлемде жарылыс кезінде қысымның жоғарылауының шамасы соққы толқындары көлемнен шыға алатын саңылаулардың жалпы ауданына байланысты.
Сыртқы факторлардың жиынтығына байланысты шаң-ауа қоспасының жарылуы келесі кезеңдердің бірінде болуы мүмкін:
- жарқыл - қысымды арттырмай жүретін реакция және
сығылған газдардың түзілуі;
- мақта - жоғары температуралы газ тәріздес өнімдердің түзілуі кезінде қысымның шамалы жоғарылауымен шектелген көлемде қоспаның жарылуы, бірақ деструктивті және травматикалық салдарларсыз және
көрші аймақтарға таралу;
- жергілікті жарылыс - қысымның рұқсат етілген мәннен жоғары көтерілуі өндірістік үй-жайлардың жергілікті аймағына тән;
- дамыған шаң жарылысы – бөлектің бұзылуына әкеледі жабдық, құрылым немесе ғимарат конвертінің бөлігі.
Шаң-ауа қоспаларының жарылуының бұл режимдері бір кезеңде аяқталуы мүмкін немесе әртүрлі комбинацияларда бір режимнен екіншісіне дәйекті түрде жылжып, әртүрлі салдарлармен, соның ішінде апаттармен бірге шаң-ауа жарылыстарын тудыруы мүмкін. Жергілікті жарылыстың дамығанға ауысуы арасындағы байланыстың болуы да ықпал етеді
технологиялық жабдықтар мен жеке үй-жайлар (вентиляциялық каналдар, көлік жолдары мен коммуникациялар).