§ 5.2. Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности — производственные источники зажигания

Для производственных целей широко используют открытый огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При производстве ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогрева замерзших труб, костры для прогрева грунта или сжигания отходов. Температура пламени, а также количество выделяющегося при этом тепла достаточны для воспламенения почти всех горючих веществ. Поэтому главная защита от данных источников зажигания — изоляция от возможного соприкосновения с ними горючих паров и газов (при авариях и повреждениях соседних аппаратов).

При проектировании технологических установок «огневые» аппараты следует изолировать, размещая их в закрытых помещениях, обособленно от других аппаратов. На открытых площадках между «огневыми» аппаратами и пожаровзрывоопасными установками (например, открытыми этажерками) целесообразно размещать закрытые здания, которые будут выполнять роль защитных преград.

Аппараты огневого действия размещают на площадках с соблюдением разрывов, величина которых в зависимости от характера и режима работы смежных аппаратов и сооружений регламентируется нормативными актами.

Особенности пожарной опасности и инженерно-технические мероприятия противопожарной защиты огневых печей как наиболее типичных и широко распространенных аппаратов огневого действия детально рассмотрены в главе 12 данного учебника.

К аппаратам огневого действия следует отнести факельные установки для сжигания газовых выбросов. Недочеты в проектировании и устройстве факельных установок могут привести к тепловому воздействию факела пламени на расположенные вблизи здания, сооружения и аппараты с горючими газами и жидкостями, а также к загазованию территории при внезапном потухании пламени. Следует отметить, что факелы общезаводские или общецеховые менее опасны, чем факелы, расположенные непосредственно на аппаратах, так как имеют большую высоту вертикального ствола и размещены на значительном расстоянии (60... 100 м и более) от взрыво- и пожароопасных зданий и сооружений.

Факельная установка (рис. 5.3) состоит из системы подводящих трубопроводов, предохранительных устройств (огнепреградителей) и факельной горелки. Конструкция горелки должна обеспечивать непрерывность сжигания подаваемого газа путем устройства легко зажигаемого и защищенного от ветра «маяка» (постоянно горящей горелки).

Рис. 5.3. Факел для сжигания газов: / — линия подачи водяного пара; 2— линия поджигания дежурной горелки;

3 — линия подачи газа к дежурной горелке; 4 — горелка; 5 — ствол факела; 6 — огнепреградитель; 7 — сепаратор;

8 — линия, подводящая газ на сжигание

Поджигание газовой смеси в дежурной горелке производят с помощью так называемого бегущего пламени (предварительно подготовленная горючая смесь воспламеняется электрозапалом, и пламя, перемещаясь вверх, поджигает газ горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.

Следует отметить, что побочные продукты и отходы производства выгоднее не сжигать на факельных установках, а утилизировать.

Источники открытого огня — факелы — нередко используют для разогрева застывшего продукта в трубах, для освещения при осмотре аппаратов в темноте, например при замере уровня жидкостей, при разведении костров на территории объекта с ЛВЖ и ГЖ и т. п. Источником открытого огня является и зажженная спичка. Вот характерный пример. На заводе химического волокна капролактам размещался штабелями в полиэтиленовых мешках, которые, в свою очередь, находились в джутовых мешках (в настоящее время перед поступлением смолы на склад джутовую упаковку снимают). Поздно вечером ученик аппаратчика, разрезая мешок, уронил нож и, чтобы найти его, зажег спичку. От пламени спички воспламенился джутовый мешок. Огонь быстро распространился по штабелю. Возник пожар.

Воспламенение многих веществ возможно от таких «малокалорийных» источников зажигания, как тлеющий окурок сигареты или 'Папиросы. Факты и исследования показали, что тлеющие сигарета и папироса имеют температуру 350...400° С и длительность тления 12 мин и более. Контакт горящего окурка с твердым и волокнистым веществом или пылью вызывает появление очага тления, который при достаточном доступе воздуха и при условиях, способствующих аккумуляции выделяющегося тепла, вызывает пламенное горение вещества. Так, тлеющая папироса или сигарета при наличии оптимальных условий вызывает воспламенение стружек и древесины через 1...1.5 и 2...3 ч соответственно (пламя появляется при температуре 450...500° С); бумажных отходов, сена и соломы —. через 0,25...1 ч (в зависимости от их плотности); хлопчатобумажных тканей — через 0,5... 1 ч (в зависимости от объемного веса ткани).

В цехах, складах и на территории пожаровзрывоопасных объектов курение разрешается только в специально оборудованных местах.

Для отогрева замерзших труб вместо факелов следует использовать горячую воду, водяной пар или индукционные грелки. Твердые отложения в трубопроводах распаривают и очищают скребками, а при необходимости выжигания трубы демонтируют и осуществляют этот процесс на местах постоянного производства огневых работ или на специально выделенных площадках вне цеха. Выжигание твердых и жидких горючих отложений в воздуховодах без их демонтажа может быть допущено только в исключительных случаях с разрешения госпожнадзора и под непосредственным наблюдением ответственных работников цеха.

К производственным источникам зажигания, как было сказано выше, следует отнести высоконагретые продукты горения — газо- образные продукты горения, образующиеся при горении твердых, жидких и газообразных веществ, имеющих высокую температуру (800...1200° С и выше). При такой температуре топочных газов наружная поверхность стенок аппаратов может быть нагрета вы­ше температуры самовоспламенения образующихся в производст­ве веществ. Особенно это относится к металлическим выхлопным трубам топок и двигателей внутреннего сгорания

Значительную пожарную опасность представляет выход горючих газов через неисправности кладки топок, дымовых каналов и при повреждении выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания. Поэтому при эксплуатации топок и двигателей внутреннего сгорания нужно следить за состоянием кладки дымовых каналов и боровов, не допускать неплотностей и прогара выхлопных труб,а также загрязнения их поверхности горючей пылью или наличия вблизи нагретых поверхностей каких-либо горючих веществ.

Высоконагретые поверхности металлических труб защищают обычно теплоизоляцией с защитными кожухами. Предельно допустимая температура поверхности труб (кожухов) не должна превышать 80% температуры самовоспламенения обращающихся в производстве горючих веществ.

Нередко продукты горения используют в качестве теплоносителя при сушке древесины, щепы, волокнистых; и сыпучих органических материалов. Пожарная безопасность таких устройств рассматривается в главе 15 данного учебника.

Производственным источником зажигания являются искры, возникающие при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые образуются в результате неполного сгорания или механического уноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно высока, но запас тепловой энергии невелик, так как мала масса искры. Искра способна воспламенить только вещества, достаточно подготовленные к горению, а к таким веществам относятся газо- и паровоздушные смеси (особенно при концентрациях, близких к стехиометрическим), осевшая пыль, волокнистые материалы.

Топки «искрят» из-за конструктивных недостатков; из-за использования не того сорта топлива, на которое печь рассчитана; из-за усиленной шуровки и дутья; из-за неполного сгорания топлива (при недостаточной подаче воздуха или чрезмерной подаче топлива); из-за недостаточного распыления жидкого топлива, а также из-за нарушения сроков очистки печей.

Искры и нагар при работе дизельных и карбюраторных двигателей образуются при неправильной регулировке системы подачи топлива и электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при длительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.

Устранение причин искрообразования — это поддержание топок и двигателей в хорошем техническом состоянии, соблюдение установленных режимов сжигания топлива, использование только того вида топлива, на которое рассчитаны топка или двигатель, своевременная их очистка, а также устройство дымовых труб такой высоты, чтобы искры догорали и гасли, не выходя из трубы.

Для улавливания и гашения искр используются искроуловители и искрогасители: осадительные камеры, инерционные камеры и циклоны, турбиновихревые уловители, электрофильтры, а также устройства с использованием водяных завес, охлаждения и разбавления газов водяными парами и т. п. Наиболее распространенную группу представляют искроуловители с использованием сил тяжести и инерции (в том числе центробежных сил). Такими искроуловителями оборудуют дымогазовые сушилки, тракторы, комбайны, автомобили, тепловозы и другие аппараты, механизмы и устройства с использованием двигателей внутреннего сгорания и топок.

В искроосадительных камерах используется принцип осаждения искр под действием силы тяжести (рис. 5.4). При малой скорости движения газа в камере подъемная сила потока, воздействующая на искры, оказывается меньше силы тяжести, и искра оседает (см. § 1.4). Такой искроуловитель громоздок и недостаточно эффективен. Поэтому в чистом виде искроосадительные камеры применяют редко. Но принцип, положенный в основу их работы, используют во многих искрогасителях.

Рис. 5.4. Искроуловитель с ис­пользованием силы тяжести: / — искроосадительная камера; 2 — выхлопная труба

Рис. 5.5. Искроуловитель инерционного действия: / — корпус печи; 2 — топка; 3— искроосадительная камера; 4 — очистное отверстие

В искроуловителях инерционного действия на пути движения газового потока устанавливают отражательные устройства в виде сеток, перегородок, козырьков, жалюзи и т. п. Газовый поток, встречая препятствие, изменяет направление движения, а искры, двигаясь по инерции, ударяются о препятствие, дробятся, теряют скорость, оседают или догорают. Эффективность улавливания искр такими приборами возрастает с увеличением массы искр и скорости их движения.

Простейший искроуловитель инерционного действия показан на рис. 5.5. Следует отметить, что сетчатые искроуловители малоэффективны: отверстия сеток быстро забиваются, сетки прогорают. Более эффективным является инерционный искроуловитель жалюзийного типа (рис. 5.6), который улавливает 90...95% всех искр.

В центробежные искроуловители поток газа вводится тангенциально, благодаря чему приобретает вращательное винтообразное движение. Под воздействием центробежной силы искры отбрасываются к стенке, дробятся, истираются и догорают. Такие искроуловители называют циклонами (рис. 5.7).

Искроуловители-электрофильтры применяют для улавливания искр из газового потока силами электрического притяжения. Установка (рис. 5.8) состоит из источника постоянного тока высокого напряжения (40...75 кВ) А и электрофильтра Б, основными элементами которого являются коронирующие (отрицательно заряженные) и осадительные (положительно заряженные) электроды. Между электродами возникает коронный разряд (или корона), проходя через который газ ионизируется, а искры, сталкиваясь с ионами, приобретают в основном отрицательный заряд, притягиваются к осадительным электродам и осаждаются на них.

Рис. 5.6. Инерционный искроуловитель жалюзийного типа: 1 — линия подачи уловленных искр в циклон;

2 — линия очищенных от искр газов; 3 — жалюзийный искроуловитель; 4 — конические кольца рабочей камеры; 5 — газопровод; 6 — линия возврата газа в жалюзийную камеру; 7— циклон для очистки газа от искр

Рис. 5.7. Циклонный искроуловитель

Рис. 5.8. Схема электрофильтра: А — машинное отделение; Б — фильтр; / — питающая сеть; 2 — регулятор напряжения; 3 — трансформатор; 4 — выпрямитель; 5 — проходной изолятор; 6 — выход очищенного газа; 7— коронирующий электрод; 8 — осадительный электрод; 9 — ввод газа с искрами; 10—бункер

Постепенно на осадительном электроде образуется толстый слой (шуба) отрицательно заряженных отложений частиц пыли и искр, экранирующих его. Поэтому периодически электрофильтр отключается от источника тока, электроды встряхиваются, и осевшие частицы падают в бункер. Степень очистки в электрофильтрах очень высока, так как частицы любых размеров приобретают заряд и при достаточной продолжительности очистки оседают на электроде. Использование электрофильтров во взрывоопасных производствах нежелательно, так как их применение связано с появлением мощных источников зажигания электрической природы (электрические разряды, дуга, короткое замыкание и т. п.) Для более тщательной очистки продуктов горения от искр на пути их движения устанавливают последовательно несколько ступеней искроулавливания, В отличие от искроуловителя, искрогаситель не предотвращает выделения искр в атмосферу, а лишь исключает их пожарную опасность. С помощью искрогасителя уменьшаются температура искр, их размер, теплосодержание.

Большое распространение для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания получили турбинно-вихревые искрогасители центробежного действия (рис. 5.9). Проходя через подвижное лопастное колесо (турбину), поток газа приобретает вращательное движение, за счет чего искры отбрасываются к корпусу, где они истираются и догорают.

Возможны комбинированные защитные устройства с улавливанием и гашением искр, например искрогаситель с водяной завесой.

Следует отметить, что вопросы улавливания и гашения искр при работе топок и двигателей исследованы недостаточно. Нет методик, позволяющих еще на стадии проектирования топки и двигателя определять реальную опасность их «искровыделения». Поиск типа и конструкций искроуловителей и искрогасителей ведется, как правило, эмпирически, поэтому необходима дальнейшая разработка теоретических основ их расчета и конструирования.