Výbuch prachu - Dust explosion

Laboratorní ukázka s vypalováním lykopodný prášek

A výbuch prachu je rychlý spalování jemných částic suspendovaných v vzduch na uzavřeném místě. V případě rozptýleného prášku může dojít k výbuchu prachu hořlavý materiál je přítomen v dostatečně vysokých koncentracích v atmosféře nebo jiných oxidující plynné médium, například čisté kyslík. V případech, kdy palivo hraje roli hořlavého materiálu, je výbuch známý jako a výbuch paliva a vzduchu.

Výbuchy prachu jsou častým nebezpečím uhelné doly, obilné výtahy a další průmyslová prostředí. Jsou také běžně používány zvláštní efekty umělci, filmaři, a pyrotechnici, vzhledem k jejich velkolepému vzhledu a schopnosti být bezpečně zadrženi za určitých pečlivě kontrolovaných podmínek.

Termobarické zbraně využijte tento princip rychlým nasycením oblasti snadno hořlavým materiálem a jejím zapálením k vytvoření výbušné síly. Tyto zbraně jsou nejsilnějšími nejadernými zbraněmi, jaké existují. [1]

Terminologie

Pokud dojde k rychlému spalování v a omezený prostor, enormní přetlaky se mohou hromadit a způsobit velké poškození konstrukce a odletující úlomky. Náhlé uvolnění energie z „detonace "může produkovat a rázová vlna, buď pod širým nebem, nebo ve stísněném prostoru. Pokud je šíření plamene na podzvukový rychlost, tento jev se někdy nazývá „deflagration „i když volnější použití volá oba jevy“exploze ".

Výbuchy prachu lze klasifikovat jako „primární“ nebo „sekundární“. Primární exploze prachu mohou nastat uvnitř procesního zařízení nebo podobných krytů a jsou obecně řízeny snížení tlaku prostřednictvím účelového vedení do vnější atmosféry. Sekundární exploze prachu jsou výsledkem narušení a zapálení primárního výbuchu v hromadění prachu uvnitř budovy, což vede k mnohem nebezpečnější nekontrolované explozi, která může ovlivnit celou konstrukci. Historicky byla úmrtí při výbuchu prachu do značné míry výsledkem sekundárních výbuchů prachu.[2]

Požadované podmínky

Diagram ukazující pět požadavků na výbuch prachu

Existuje pět nezbytných podmínek pro výbuch prachu:[3]

  • Hořlavina prach
  • Prach je rozptýlen ve vzduchu na dostatečně vysoké úrovni koncentrace
  • Tady je oxidant (obvykle atmosférický kyslík)
  • Existuje zdroj zapálení
  • Oblast je omezená - budova může být uzavřená

Zdroje prachu

1878 stereograf vykreslování Velká mlýnská katastrofa
Důlní katastrofa Mount Mulligan v Austrálie 1921. Tyto kabelové bubny byly vyfukovány 50 stop (15 m) od základů po a uhelný prach exploze.
Následky výbuchu roku 2008 v Imperiální cukr v Port Wentworth, Gruzie, USA

Mnoho běžných materiálů, o nichž je známo, že hoří, může způsobit explozi prachu, například uhlí a piliny. Kromě toho lze mnoho jinak pozemských organických materiálů také rozptýlit do nebezpečného oblaku prachu, jako je např obilí, mouka, škrob, cukr, sušené mléko, kakao, káva, a pyl. Práškové kovy (jako hliník, hořčík, a titan ) mohou na vzduchu vytvářet výbušné suspenze, pokud jsou jemně rozděleny.

Výbušný prach může vznikat při činnostech, jako je přeprava obilí a obilná sila byly často násilně zničeny. Těžba uhlí vede k uhelný prach, a mlýny na mouku rovněž mají velké množství moučného prachu v důsledku mletí. 2. května 1878 gigantická exploze moučného prachu zničila mlýn v Minnesotě a zabila 18 pracovníků Washburn Mill a další čtyři v přilehlých budovách.[4] Podobný problém nastává v pily a další místa věnovaná zpracování dřeva.

Od nástupu průmyslové výroby - v měřítku kovový prášek -na základě aditivní výroba (AM) v 2010s, tam je rostoucí potřeba více informací a zkušeností s prevencí výbuchů prachu a požárů ze stop přebytečného kovového prášku, který někdy zbyl po laseru slinování nebo jiné metody fúze.[5] Například v obrábění operace po proudu od konstrukce AM mohou být přebytečný prášek uvolněný z pórovitosti v nosných strukturách vystaven jiskrám z řezného rozhraní.[5] Probíhá úsilí nejen o vybudování této znalostní báze v tomto odvětví, ale také o její sdílení s místními hasičskými sbory, kteří provádějí pravidelné protipožární kontroly podniků v jejich okresech a kteří mohou očekávat, že budou odpovídat na poplachy v obchodech nebo závodech, kde je nyní AM součástí výrobního mixu.[5]

I když to není přísně prach, je známo, že částice papíru emitované během zpracování - zejména válcování, odvíjení, kalandrování / řezání a řezání archů - představují nebezpečí výbuchu. Uzavřené oblasti papírny, které jsou vystaveny těmto nebezpečím, se běžně udržují velmi vysoká vlhkost vzduchu snížit pravděpodobnost výbuchu papírového prachu ve vzduchu.

v zvláštní efekty pyrotechnika, lykopodný prášek[2] a nemléčná smetana[6] jsou dva běžné způsoby vytváření bezpečných a kontrolovaných účinků požáru.

Aby se podpořilo rychlé spalování, musí prach sestávat z velmi malých částic s vysokým obsahem poměr povrchu k objemu, čímž je kolektivní nebo kombinovaný povrch všech částic velmi velký ve srovnání s prachem větších částic. Prach je definován jako prášky s částicemi o průměru menším než asi 500 mikrometrů, ale jemnější prach bude představovat mnohem větší riziko než hrubé částice díky většímu celkovému povrchu všech částic.

Koncentrace

Pod určitou hodnotou je dolní mez výbušnosti (LEL), není dostatek prachu, který by podporoval spalování rychlostí potřebnou pro výbuch.[7] Hořlavá koncentrace na nebo pod 25% LEL je považována za bezpečnou.[8] Podobně, pokud poměr paliva a vzduchu zvyšuje nad horní mez výbušnosti (UEL), není dostatek oxidantu, který by umožňoval pokračování spalování potřebnou rychlostí.

Stanovení minimální výbušné koncentrace nebo maximální výbušné koncentrace prachu ve vzduchu je obtížné a konzultace s různými zdroji může vést k zcela odlišným výsledkům. Typické výbušné rozsahy ve vzduchu jsou od několika desítek gramů / m3 pro minimální limit na několik kg / m3 pro maximální limit. Například bylo stanoveno, že hodnota LEL pro piliny je mezi 40 a 50 gramy / m3.[9] Závisí to na mnoha faktorech, včetně typu použitého materiálu.

Oxidant

Normální atmosférický kyslík může obvykle stačit na podporu výbuchu prachu, pokud jsou přítomny i další nezbytné podmínky. Prostředí s vysokým obsahem kyslíku nebo čistého kyslíku jsou považována za zvláště nebezpečná, stejně jako silné oxidační plyny, jako jsou chlór a fluor. Také částicové suspenze sloučenin s vysokým oxidačním potenciálem, jako je např peroxidy, chlorečnany, dusičnany, chloristany, a dichromany, může zvýšit riziko výbuchu, jsou-li přítomny také hořlavé materiály.

Zdroje vznícení

Existuje mnoho zdrojů vznícení a otevřený plamen nemusí být jediný: více než polovina výbuchů prachu v Německu v roce 2005 pocházela ze zdrojů jiných než plamen.[7] Mezi běžné zdroje vznícení patří:

Při vyšetřování po výbuchu je však často obtížné určit přesný zdroj vznícení. Pokud nelze najít zdroj, bude často přičítáno zapálení statická elektřina. Statické náboje mohou být generovány vnějšími zdroji nebo mohou být vnitřně generovány třením o povrchy samotných částic při srážce nebo pohybu kolem sebe.

Mechanismus

Prach má ve srovnání s hmotností velmi velkou plochu. Vzhledem k tomu, že hoření může nastat pouze na povrchu pevné látky nebo kapaliny, kde může reagovat s kyslíkem, způsobuje to, že prach je mnohem hořlavější než sypké materiály. Například 1 kilogramová koule hořlavého materiálu o hustotě 1 g / cm3 bude mít průměr asi 12,4 cm (4,9 palce) a bude mít povrch 0,048 metrů čtverečních (0,52 čtverečních stop). Pokud by však byl rozdělen na sférické prachové částice 50 µm v průměru (o velikosti mouka částice), měla by povrch 120 metrů čtverečních (1300 čtverečních stop). Tato značně zvětšená povrchová plocha umožňuje materiálu hořet mnohem rychleji a extrémně malá hmotnost každé částice jim umožňuje vznítit se mnohem méně energie než sypký materiál, protože v materiálu nedochází ke ztrátám tepla vedením.

Když se tato směs paliva a vzduchu zapálí, zejména v omezeném prostoru, jako je sklad nebo silo, dojde k výraznému zvýšení tlaku, často více než dostatečnému k demolici konstrukce. Dokonce i materiály, které jsou tradičně považovány za nehořlavé (například hliník) nebo pomalé hoření (například dřevo), mohou při jemném rozdělení způsobit silnou explozi a mohou být zapáleny i malou jiskrou.

  • Ukázka výbuchu prachu pod širým nebem

  • Experimentální nastavení

  • Jemně mletý mouka je rozptýlen

  • Mrak mouky je zapálen

  • Ohnivá koule se rychle šíří

  • Intenzivní sálavé teplo zde nemá co zapálit

  • Ohnivá koule a přehřáté plyny stoupají

  • Následky výbuchu, s nespálenou moukou na zemi

Účinky

Výbuch prachu může způsobit vážné poškození konstrukcí, vybavení a personálu násilným přetlakem nebo účinky rázové vlny. Létající předměty a úlomky mohou způsobit další škody. Intenzivní sálavé teplo ohnivá koule může zapálit okolí nebo způsobit vážné škody popáleniny kůže u nechráněných osob. V těsně uzavřeném prostoru může způsobit náhlé vyčerpání kyslíku udušení. Pokud je prach na bázi uhlíku (například v uhelném dole), může nedokonalé spalování způsobit velké množství kysličník uhelnatý (horníci po vlhku ), které mají být vytvořeny. To může způsobit více úmrtí než původní exploze a také zabránit pokusům o záchranu.[10][11]

Ochrana a zmírňování

Tento americký plakát během první světové války varoval před výbuchy obilného prachu

V Evropě i jinde bylo provedeno mnoho výzkumů s cílem pochopit, jak tato nebezpečí ovládat, ale stále dochází k výbuchům prachu. Alternativy pro zvýšení bezpečnosti procesů a rostlin závisí na průmyslovém odvětví.

V těžba uhlí průmysl, a výbuch metanu může zahájit a uhelný prach výbuch, který pak může pohltit celou důlní jámu. Jako preventivní opatření může být nehořlavý kamenný prach rozptýlen po důlních vozovkách nebo uložen v zásobnících visících ze střechy, aby se zředil uhelný prach rozvířený o rázová vlna do bodu, kdy nemůže hořet. Doly mohou být také postříkány vodou, aby se zabránilo vznícení.

Některá průmyslová odvětví vylučují kyslík z procesů zvyšování prachu, což je opatření známé jako „inertizace“. Obvykle se to používá dusík, oxid uhličitý nebo argon, což jsou nehořlavé plyny, které mohou vytlačovat kyslík. Stejná metoda se používá také ve velkých skladovacích nádržích, kde se mohou hromadit hořlavé páry. Použití plynů bez kyslíku však přináší riziko udušení dělníků. Pracovníci, kteří potřebují osvětlení v uzavřených prostorech, kde je vysoké riziko výbuchu prachu, často používají světelné zdroje určené pro podvodní potápěči, protože díky utěsněnému vodotěsnému designu nehrozí riziko vzniku otevřené jiskry.

Ke zmírnění problému přispívají i dobré postupy v domácnosti, jako je vyloučení hromadění hořlavých prachových usazenin, které by mohly být narušeny a vést k sekundární explozi.

Nejlepší technická kontrolní opatření, která lze najít v dokumentu národní asociace požární ochrany (NFPA) Normy pro hořlavý prach[12] zahrnout:

  • Smáčení
  • Snížení koncentrace oxidantu
  • Odvzdušnění deflagrací
  • Omezování tlaku deflagrací
  • Potlačení deflagrace
  • Odvzdušnění deflagrace zařízením na zadržování prachu a zachycování plamene

Pozoruhodné události

Mraky prachu jsou běžným zdrojem výbuchů, které v Evropě způsobují odhadem 2 000 výbuchů ročně.[13] Tabulka uvádí významné události po celém světě.

událostdatumUmístěníZeměZdrojový materiálÚmrtíZraněníPoznámky
Washburnova „A“ exploze mlýna2. května 1878Minneapolis, Minnesota Spojené státyobilí prach22Zničil největší mlýn na obilí na světě a vyrovnal dalších pět mlýnů, čímž účinně snížil kapacitu mletí Minneapolisu o jednu třetinu na polovinu. Mlýny po celé zemi vyzvaly k instalaci lepších ventilačních systémů, aby se zabránilo hromadění prachu.
Výbuch Milwaukee Works20. května 1919Milwaukee, Wisconsin Spojené státyZařízení na mletí krmiva34Výbuch byl cítit na míle daleko a zcela vyrovnal závod ve vlastnictví společnosti.
Douglas Starch Works exploze22. května 1919Cedar Rapids, Iowa Spojené státykukuřičný škrob4330Výbuch byl cítit na míle daleko a zcela vyrovnal závod ve vlastnictví společnosti.
Výbuch v Port Colborne9. srpna 1919Port Colborne Kanadaobilí1016Výbuch také zničil parník Quebec, který byl poblíž výtahu na obilí
Velký koncový výtah na obilí v Kansas City13. září 1919Kansas City, Missouri Spojené státy1410Vznikl v suterénu výtahu během období čištění a cestoval nahoru výtahovou šachtou
Důlní katastrofa Mount Mulligan19. září 1921Mount Mulligan, Queensland Austrálieuhelný prach75Série výbuchů uhelného prachu v dole otřásla uzavřeným městem a bylo slyšet až 30 kilometrů odtud.
Výbuch dolu Benxihu26.dubna 1942Benxi, Liaoning Manchukuo (Nyní  Čína)uhelný prach a plyn1,54934% horníků pracujících v ten den bylo zabito. Toto je nejhorší nehoda těžby uhlí na světě.
Výbuch obilí Westwego22. prosince 1977Westwego, Louisiana Spojené státyobilný prach3613[14]
Výbuch obilí Galveston27. prosince 1977Galveston, Texas Spojené státyobilný prach20[14]
Exploze továrny Bird's Custard18. listopadu 1981Banbury Spojené královstvíkukuřičný škrob9[13][15]
Výbuch v mettském sladu18. října 1982Metz Francieječmenný prach121[16]
Exploze textilní továrny Harbin17. března 1987Harbin Čínalen prach58177[17]
Výbuch zrna BlayeSrpna 1997Blaye Francieobilný prach111Výbuch ve skladišti obilí v Société d’Exploitation Maritime Blayaise zabil 11 lidí v okolních kancelářích a jednoho zranil.[13]
Exploze společnosti West Pharmaceutical Services29. ledna 2003Kinston, Severní Karolína Spojené státypolyethylen prach638
Imperial výbuch cukru7. února 2008Port Wentworth, Gruzie Spojené státycukr prach1442[13]
2014 výbuch Kunshan2. srpna 2014Kunshan Čínakovový prášek146114
Formosa Fun Coast exploze27. června 2015Nový Tchaj-pej Tchaj-wanbarevný práškový škrob15498Výbuch, když Holi -jako barevný prášek byl propuštěn na venkovním hudebním a barevném festivalu v Zábavní pobřeží Formosa.
Exploze mlýna na dřevěnou mouku Bosley17. července 2015Bosley, Cheshire Spojené královstvídřevěná mouka44[18][19]

Viz také

Reference

  1. ^ Harding, Luke (11.9.2007). „Rusko odhaluje otce všech bomb'". Opatrovník. ISSN  0261-3077. Citováno 2019-01-19.
  2. ^ A b Eckhoff, Rolf K. (1997). Dust Explosions in the Process Industries (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  0-7506-3270-4.
  3. ^ „Informační list OSHA: Varování o nebezpečí: exploze hořlavého prachu“ (PDF). osha.gov. Citováno 2018-01-23.
  4. ^ Nathanson, Iric. „The 1878 Washburn A Mill Explosion“. MNopedia. Archivovány od originál dne 8. 4. 2014. Citováno 2014-04-08.
  5. ^ A b C Simpson, Timothy W. (2017-08-17), „Exploduje moje část AM? Ne, pokud jste opatrní. Díly vyrobené z kovového prášku vyžadují zvláštní opatření.“, Moderní dílna.
  6. ^ „Detonation Films - Why Coffee Creamer?“. Citováno 20. března 2011.
  7. ^ A b "Ochrana proti výbuchu prachu" (PDF). bartec.de. 2005. Archivovány od originál (PDF) dne 10. 12. 2006.
  8. ^ NFPA 69 8.3.1
  9. ^ „Koncentrace výbuchu prachu - Fyzikální význam a použití při hodnocení rizika minimální výbušné koncentrace prášku (MEC)“. PowderProcess.net.
  10. ^ Murray, Charles Edward Robertson; Wilberforce, Daniel; Ritchie, David (1903), Mount Kembla Důlní katastrofa 31. července 1902 - Zpráva Královské komise, spolu se zápisy o důkazech a exponáty, Zákonodárné shromáždění Nového Jižního Walesu, s. xxxvi, vyvoláno 19. května 2019
  11. ^ Roberts, H C W (září 1952), Zpráva o příčinách a okolnostech exploze, ke které došlo v Easington Colliery v hrabství Durham 29. května 1951.„Cmd 8646, London: Her Majesty's Stationery Office, s. 9, 39–40, hdl:1842/5365
  12. ^ „Seznam kódů a norem NFPA“. NFPA.org.
  13. ^ A b C d Hought, Julian (28. února 2011). "Prach na prach". Citováno 2015-07-02.
  14. ^ A b "Explozní obleky se usadily". Den. New London, Connecticut. 24. dubna 1980. s. 26.
  15. ^ „Exploze prachu z kukuřičného škrobu v General Foods Ltd, Banbury, Oxfordshire - 18. listopadu 1981“. Velká Británie: leden 1983. Informační služba o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci ve Velké Británii. ISBN  0-11-883673-0
  16. ^ Explosion dans un silo d'une malterie(francouzsky)
  17. ^ „47 zemřelo, 179 bylo zraněno při výbuchu v továrně na prádlo v severovýchodní Číně“. Los Angeles Times. 17. března 1987. Citováno 2015-07-02.
  18. ^ „Bosleyova exploze: Čtyři nezvěstní při výbuchu Wood Flour Mills“. BBC novinky. 17. července 2015. Citováno 2015-12-02.
  19. ^ Pilling, Kim (27. července 2015). „Exploze mlýnku na mouku ze dřeva Bosley: Čtvrté tělo nalezeno v troskách budovy vykuchané výbuchem“. Zrcadlo online. Citováno 2015-12-02.

externí odkazy

Incidenty ve Francii a USA:

Ochrana zpracovatelských zařízení a zařízení na manipulaci s obilím před rizikem výbuchů s nebezpečím prachu: