Содержание к диссертации
Введение
Глава I Современное состояние практики и теории самовозгорания каменных углей и полукоксов
1.1 Анализ состояния пожарной безопасности при хранении малометаморфизированных каменных углей и полукоксов 10
1.2 Каменные угли и полукоксы как предмет исследования 14
1.3 Теоретические основы процесса самовозгорания угля 20
1.4 Методы исследования процесса самовозгорания углеродных дисперсных материалов 26
Глава 2 Исследование процесса самовозгорания углеродистых материалов на основе кузнецких каменных углей
2.1 Описание метода калориметрирования и экспериментальной установки.. 37
2.2 Объекты исследований. Отбор, маркировка и хранение проб 41
2.3 Методика определения эффективных кинетических параметров процесса самовозгорания
2.3.1 Определение коэффициентов охлаждения 43
2.3.2 Определение величин разогрева 45
2.3.3 Обработка результатов измерений 46
2.4 Исследование влияния различных факторов на склонность углеродных материалов к самовозгоранию 52
2.4.1 Исследование влияния структурности 55
2.4.2 Изучение влияния фракционного состава 57
2.4.3 Исследование влияния технологических добавок
2.5 Оценка погрешности результатов экспериментальных исследований 60
2.6 Выводы з
Глава 3 Прогнозирование и профилактика самовозгорания каменных углей при хранении на фгуп «завод полукоксования»
3.1 Определение критических условий самовозгорания 66
3.2 Составление компенсационного уравнения для прогнозирования условий самовозгорания углеродных материалов в технологическом процессе 68
3.3 Методика экспрессного определения кинетических параметров для каменных углей, в условиях производства
3.3.1 Общие указания 77
3.3.2 Определение кинетических параметров 78
3.4 Определение критических параметров хранения каменного угля в штабеле 79
3.5 Разработка номограмм безопасности 80
3.6 Выводы 82
Глава 4 Разработка технических решений по снижению пожарной опасности хранения каменных углей и полукоксов на фгуп «завод полукоксования» (г.Ленинск-Кузнецкий)
4.1 Разработка технических рекомендаций по снижению пожарной опасности хранения каменных углей и полукоксов 83
4.2 Разработка бункерного устройства для условий безопасного хранения углеродных дисперсных материалов склонных к самовозгоранию 85
4.3 Выводы 90
Заключение 93
Список литературы
- Теоретические основы процесса самовозгорания угля
- Определение величин разогрева
- Составление компенсационного уравнения для прогнозирования условий самовозгорания углеродных материалов в технологическом процессе
- Разработка бункерного устройства для условий безопасного хранения углеродных дисперсных материалов склонных к самовозгоранию
Введение к работе
Актуальность работы
Настоящая работа выполнена в связи с тем, что при хранении, производстве, транспортировке как каменного угля, так и полукоксов происходят загорания, причины которых до конца не изучены.
В настоящее время меры пожарной безопасности, являющиеся составной частью охраны труда и техники безопасности, приобретают большое значение. Поэтому наряду с разработкой новых и совершенствованием существующих технологий необходимо одновременно решать вопросы обеспечения пожарной безопасности производств.
Самовозгорание углеродных материалов, в частности природных углей и полукоксов, причиняет значительный ущерб народному хозяйству. Для успешной борьбы с ним необходимо знать условия, при которых возможно самовозгорание, и закономерности, характеризующие этот процесс. При этом следует отметить, что если самовозгорание каменных углей достаточно изучено, то процессам самовозгорания полукоксов практически не уделялось должного внимания, несмотря на их повышенную химическую активность. Это затрудняет разработку эффективных методов повышения уровня пожаробезопасное существующих производств.
Актуальность решения проблемы по предотвращению самовозгораний полукокса обусловлена не только тем, что после ликвидации горения он становится непригодным, но и тем, что при загораниях его возможны взрывы отложений пыли, технологических газов большой разрушительной силы. Кроме того, тушение горящего полукокса сопряжено со значительными затратами, связанными с простоем оборудования, привлечением сил и средств пожарной охраны для тушения возникшего пожара.
Анализ регистрируемых вызовов пожарной части, обслуживающей ФГУП «Завод полукоксования», г. Ленинск-Кузнецкий, показал, что в общей сложности за период с 1990 по 2003 год, возникло около 95 загораний, в том
РОС. 1!АЦИи*Л.«КНЛЯ
ииолногькл
числе 23 % от этого числа приходится на саморазогрев и загорания в бункерах готовой продукции, 14 % - в открытых складах хранения. Таким образом, доля пожаров на объектах хранения каменного угля и полукоксов составляет почти половину всех зарегистрированных загораний.
Следует отметить, что при хранении в штабеле все кузнецкие каменные угли относятся к группе, наиболее склонной к самовозгоранию.
Имеющиеся в литературе данные не позволяют в полной мере установить причину повышенной склонности к самовозгоранию каменных углей после их высокотемпературной обработки, условия самонагревания и самовозгорания полукокса, а также влияние технологических добавок на его реакционную активность.
Цель работы - разработка мероприятий по снижению эндогенной пожароопасное малометаморфизированного каменного угля и полукокса при хранении.
Идея работы заключается в установлении кинетических параметров процессов окисления угля и полукоксов для определения условий пожаробезопасного хранения и разработки мероприятий по предотвращению их самовозгорания при хранении.
Задачи исследования:
-
Провести комплекс лабораторных исследований для определения кинетических параметров, характеризующих процесс самовозгорания каменных углей и полукоксов Кузнецкого бассейна.
-
Разработать технологическое устройство (бункер) для накопления и временного хранения углеродных дисперсных материалов, склонных к самовозгоранию.
-
Разработать метод экспрессного определения кинетических параметров поступающих на переработку каменных углей для текущего контроля за условиями их пожаробезопасного хранения.
4 Разработать научно обоснованные меры противопожарной защиты по повышению пожарной безопасности каменных углей и полукоксов при хранении.
Методы исследований
Для решения поставленных задач в работе были использованы современные физико-химические методы исследований, такие как:
лабораторные исследования процесса самовозгорания каменных углей и полукоксов методом калориметрирования;
микрофотографирование;
сорбционный метод водопоглощения;
исследование в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях;
- метод математической статистики при обработке и анализе экспери
ментальных данных.
Научные положения, представляемые к защите:
-
Полукоксование кузнецких каменных углей марки Д при температуре 550-750 С (в инертной атмосфере) не снижает склонности исходного материала к самовозгоранию вследствие образования при полукоксовании химически активной реакционной поверхности и высокой остаточной технологической температуры полукокса.
-
Обработка полукокса в пульпе, содержащей водный раствор крахмала и углекислого бария, увеличивает его химическую активность.
-
Торможение процесса самовозгорания нагретого полукокса в бункере временного хранения осуществляется путем подачи воздуха пожаробезопасной скорости фильтрации (V> 0,01 м-с).
-
Определение кинетических параметров и критических условий самовозгорания малометаморфизированного каменного угля в производственных условиях достигается экспресс-методом на основе компенсационной зависимости кинетических параметров самовозгорания.
Достоверность научных положений подтверждается:
использованием апробированных методов и приборов контроля при проведении лабораторных исследований;
значительным объемом проведенных экспериментов (более 450);
согласованием полученных экспериментальных данных с современными представлениями о природе и механизме самовозгораний углеродных дисперсных материалов;
удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и производственных исследований (погрешность не превышает 10 % при доверительной вероятности 0,95).
Научная новизна работы:
- установлено, что высокотемпературная обработка (550-750 С) кузнец
ких каменных углей марки Д в среде инертных газов не снижает склонности к
самовозгоранию;
впервые установлена взаимосвязь между обработкой полукоксов углекислым барием и крахмалом и увеличением его химической активности;
установлено, что эффективная энергия активации полукоксов находится в тех же пределах, что и для каменного угля марки Д, но предэкспонент адиабатической скорости самовозгорания снижается на порядок;
разработан принцип торможения развития процесса самовозгорания в бункере нагретого полукокса путем подачи воздуха пожаробезопасной скорости фильтрации;
обоснован и разработан экспресс-метод определения эффективных кинетических параметров кузнецких каменных углей, предусматривающий использование компенсационной зависимости.
Личный вклад автора
- проведение лабораторных исследований и обработка эксперименталь
ного материала;
- установление влияния ряда факторов на самовозгорание углеродных
материалов;
определение критических параметров обращающихся в производственном цикле углеродных материалов;
разработка технических решений, направленных на снижение пожарной опасности хранения каменных углей и полукоксов.
Практическая значимость работы
1 Разработано специальное бункерное устройство для накопления и вре
менного хранения углеродных материалов, склонных к самовозгоранию.
2 Для текущего анализа и контроля за параметрами хранения каменного
угля разработан экспресс-метод определения кинетических параметров реак
ции окисления.
3 Разработаны и используются рекомендации по хранению каменных
углей и полукоксов на ФГУП «Завод полукоксования», г. Ленинск-Кузнецкий.
Реализация работы
Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов выполненных исследований на ФГУП «Завод полукоксования», г. Ленинск-Кузнецкий согласно акту внедрения составит 525 тыс. рублей в год.
Апробация работы
Основные положения диссертации, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы деятельности ОВД и государственной противопожарной службы» (г. Иркутск, 2000 г.)., Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Новый взгляд на проблемы безопасности в XXI веке» (г. Иркутск, 2001г.), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы деятельности правоохранительных органов и государственной противопожарной службы» (г. Иркутск, 2001-2002 гг.), заседаниях кафедры профилактических дисциплин Восточно-Сибирского института МВД России (1999-2003 гг.), семинаре НЦ ВостНИИ (г.Кемерово, 2002 г.), Техническом совете УК «Кузбассуголь» (г.Кемерово, 2002 г.).
Публикации
Результаты диссертационных исследований опубликованы в пяти научных работах (четыре статьи и патент РФ на полезную модель). Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из ПО наименований, трех приложений. Содержит 103 страницы, включая 26 рисунков и 6 таблиц.
Во введении дано обоснование актуальности работы, определена ее цель, отмечены научная новизна и практическая значимость, приведены результаты реализации работы в промышленности.
В первой главе приведены данные теоретических исследований состояния проблемы пожарной опасности при хранении каменного угля и полукоксов. При исследованиях по данному разделу использовались труды таких исследователей, как ААСкочинский, В.С.Веселовский, В.И.Саранчук, Я.С.Киселев, АИ.Ксенофонтова, В.М.Маевская, И.М.Печук, Г.Г.Соболев, Л.П.Белавенцев, В.Г.Игишев, В.В.Егошин, АС.Голик, В.И.Лагутин и др.
Вторая глава включает описание экспериментальной установки, методику проведения эксперимента, полученные результаты, оценку влияния различных факторов на склонность к самовозгоранию, а также оценку ошибок измерений.
В третьей главе предметом исследования стала разработка экспресс-метода оценки реакционной способности материала и определение по критическим параметрам условий пожаробезопасного хранения.
Четвертая глава посвящена разработке технических рекомендаций по снижению пожарной опасности хранения каменных углей и полукоксов, а также устройства для безопасного хранения дисперсных материалов, склонных к самовозгоранию.
Теоретические основы процесса самовозгорания угля
В молекулярной структуре элементарных единиц органического вещества каменных углей прочность связей атомов неодинакова. Центральная часть -конденсированное ароматическое ядро, содержащее энергетически прочные связи (С-Саром), является термически устойчивым [13, 27, 48]. Периферийные
ГРУППЫ (раСПОЛОЖеНЫ В ПОрЯДКе СНИЖеНИЯ ЭНерГИИ СВЯЗИ) Саром-Н, СалИф-Н, Саром-Салиф Салиф-О, С-Салиф ИМЄЮТ ЗНаЧИТЄЛЬНО Меньшую ТЄрМИЧЄСКуЮ УСТОЙЧИВОСТЬ.
Установлено [77, 99], что первой ступенью пиролиза является молекулярная реакция расщепления жесткой пространственной структуры органического вещества петрографических составляющих угля. Термическое расщепление больших молекул происходит по слабым связям с образованием свободных радикалов, дающих начало реакционным цепям. Вслед за расщеплением проходят реакции синтеза уплотнения (конденсации). Поликонденсацию, в результате которой образуются высокомолекулярные вещества при нагревании угля, иногда рассматривают как бимолекулярную реакцию.
Для каждого уровня температуры деструкция угля характеризуется двумя противоположными реакциями: расщепления и образования новых высокомолекулярных соединений. В результате расщепления возникают ароматические и алифатические соединения с более низким молекулярным весом, образующие жидкую и парогазовую фазы; одновременно в соединениях нелетучего остатка возникают свободные валентности и новые, более реакционно-способные группы. Путем их поликонденсации и полимеризации достигается синтез новых высокомолекулярных соединений, устойчивых при данной температуре. При этом наряду с твердым высокомолекулярным продуктом допол 18 нительно образуется некоторое количество жидких низкомолекулярных и газообразных соединений.
Таким образом, при нагревании углей в результате протекающих реакций распада и конденсации их органическая масса претерпевает сложные превращения с образованием новых газообразных, жидких и твердых продуктов. Последовательность превращений органической массы угля в процессе медленного нагрева характеризуется отдельными стадиями. Термическая деструкция начинается с отрыва боковых цепей макромолекул по месту наименее прочных связей и сопровождается образованием низкомолекулярных газообразных и парообразных продуктов (Н20, С02 и др.).
Процесс формирования угольной массы заканчивается при образовании полукоксовой структуры. К этому моменту исчезает жидкая фаза, твердый остаток становится жестким и приобретает свойства упруго-хрупкого тела. Температура, при которой уголь полностью утрачивает способность образовывать жидкую фазу, лежит в пределах 525-575 С [48], то есть на 80-100 С выше начала затвердевания пластической массы. По данным исследований отдельных стадий термического превращения углей уплотнение и развитие полукоксовой структуры происходит постепенно и завершается в пределах 500-600 С. Выше этих температур протекают дальнейшие термохимические превращения, происходящие в твердой фазе, соответствующие переходу полукоксовой структуры в коксовую.
До момента затвердевания пластической угольной массы происходит интенсивный процесс ее разложения и выделения более половины всех летучих веществ.
Для определения пожароопасных аспектов при хранении и переработке, как каменных углей, так и полукоксов следует учесть следующие моменты.
1 Поставляемый уголь хранится в виде плоского штабеля, на который в комплексе оказывают влияние сезонные перепады температур, солнечная ра диация, атмосферные осадки, движение воздушных потоков и др.
2 При дроблении, рассеве и транспортировании измельченного угля повышается реакционная способность свежеобразованной поверхности материала. Эти процессы сопровождаются такими физическими явлениями [29, 44, 80-82, 87], как: изменение удельной поверхности, образование новых активных поверхностей, появление интенсивных электрических полей, выделение (образование) летучих продуктов, пыли.
Угольная пыль, находящаяся внутри производственного оборудования и производственных помещений, как в осевшем состоянии, так и во взвешенном представляет собой большую опасность и относится к категории взрывоопасной пыли. Изучение технологического процесса позволяет сделать вывод, что угольная пыль может оседать не только внутри молотковых мельниц, пересыпных узлов, но и на поверхности конструктивных элементов зданий, а также бункерных и конвейерных галереях, технологического оборудования и других труднодоступных для очистки местах.
3 Емкости для временного хранения полукокса являются наиболее пожароопасными технологическими аппаратами. Необходимо отметить, что в бункер попадает полукокс после процесса карбонизации при температуре 550-750 С, значительную часть энергии он теряет в процессе его охлаждения до 70С при прохождении через водяной гидрозатвор и рассеве по фракциям.
Разработка мероприятий, препятствующих появлению очага теплового самовозгорания, определяется сравнением трех параметров: объема перерабатываемого вещества с критическим объемом, определяемым в лабораторных условиях; температуры перерабатываемого вещества с критической температурой; времени пребывания вещества при повышенной температуре с периодом индукции самовозгорания. Процесс будет считаться безопасным, если температура перерабатываемого вещества не будет превышать 90% температуры самонагревания [3, 64, 72, 109], а его параметры в регламентном режиме работы оборудования не будут превышать допустимых параметров пожарной опасности перерабатываемого вещества.
Определение величин разогрева
Экспериментальная установка, используемая при методе калориметрирования для исследования критических условий самовозгорания твердых дисперсных материалов, состоит из термостата, реакционных сосудов, регулирующих и регистрирующих приборов [37].
Термостат специальной конструкции (рисунок 2.1), изготовленный в лабораторных мастерских для изучения скоростей окисления дисперсных органических веществ и материалов, позволяет: - вносить испытываемый образец через постоянно открытый загрузочный люк, практически не нарушая температурного режима в термостате (т.е. без открывания двери, крышек и т.п.); - поддерживать температуру в реакционном объеме с точностью ± 0,5К за счет применения более совершенной системы регулирования, рационально 38 го размещения основного и дополнительного нагревателей, устройства температурного компенсатора и перемешивания воздуха; - исключить возможность нарушения температурного режима в реакционном объеме, обусловленного тепловыделением внутри реагирующего угля при саморазогревах, за счет устройства теплоемкой насадки и перемешивания среды в термостате; - поддерживать в реакционной камере практически одинаковую концентрацию кислорода за счет свободного поступления воздуха через специальные отверстия и перемешивания его вентилятором.
Термостат имеет овальный корпус с одним углом предпочтительно равным 60 град. На крышке термостата находится люк для внесения корзиночек, свободного поступления внутрь реакционного объема кислорода воздуха и отвода из нее продуктов реакция. Кроме того, есть дополнительно три небольших отверстия для установки: термопары терморегулятора или контактного термометра, контрольного термометра и «холодного» спая дифференциальной термопары. Термостат снабжен вентилятором с чётырехлопастной крыльчаткой, приводимой во вращение электродвигателем. Перегородка предназначена для улучшения циркуляции термостатируемого воздуха.
Симметрично отверстию люка, в виде вертикально стоящего цилиндра диаметром 0,12 м, пространство в корпусе свободно. Это реакционная камера термостата. Ее окружает термический компенсатор, выполненный из медных или латунных стержней, трубок, сетки или из проволоки. Вокруг компенсатора, на расстоянии 0,02 - 0,05 м от боковой стенки, пространство свободно для циркуляции воздуха внутри термостата.
Термостат обогревается с помощью двух электронагревателей. Основной нагреватель мощностью 1,5 кВт в керамических бусах равномерно уложен по наружным поверхностям корпуса. Второй (регулирующий) нагреватель мощностью 0,5 кВт в виде открытой спирали, уложенной в пазах керамического основания или закрепленной на керамических изоляторах, размещен за перегородкой и обдувается крыльчаткой вентилятора. За нагревателем, на расстоянии 0,03 - 0,04 м размещается спай термопары терморегулятора (задатчи-ка). Пространство между корпусом и кожухом заполнено асбестовой крошкой. Зазор между их стенками, в том числе и торцевыми, 0,05м. Верхние крышки кожуха и корпуса съемные и крепятся винтами. Рабочее напряжение, подводимое к основному нагревателю, регулируют автотрансформатором типа ЛАТР-1М и измеряют вольтметром. Регулирующий нагреватель подключается к сети через электронный потенциометр типа КВП1-503И (задатчик) с пределами измерений 273-573 К. Реакционные сосуды (корзиночки), без крышек, цилиндрической формы, изготовленны из латунной сетки № 0,2 - 0,4. При подборе размеров навесок экспериментально было показано, что металлическая сетчатая корзиночка как сосуд, в который помещается исследуемый уголь, влияет на критические условия самовозгорания при размерах менее 0,01 м [34, 38].
При проведении экспериментов использовали по две - три одинаковые корзиночки, позволяющие в одной из них проводить опыт, а другие готовить к экспериментам. Корзиночки d = h = 0,03м приняты оптимальными [37, 38]: при меньших размерах снижается точность получаемых экспериментальных результатов, при больших - увеличивается время проведения экспериментов и возрастает расход исследуемого вещества. Дополнительно при исследованиях применяли корзиночки d = h = 0,015 м.
Термопары изготовлены из термопарного кабеля КТМС (ХК) с диаметром термоэлектродов 0,001 - 0,003м. Показания термопар дополнительно контролировали ртутными термометрами. Участки термоэлектродов, длиной 0,25 - 0,3 м, примыкающие к спаям, пропущены внутри керамических трубок, а остальная часть - в полихлорвиниловые трубки. Концы термопар на длину, равную половине высоты корзиночек, выступают за пределы трубок. Керамическая трубка, в которой проходит термопара, одновременно выполняла роль держателя, на котором смонтировано приспособление для крепления корзиночек и установки спая термопары в центре навески угля, а также для фиксации корзиночки внутри реакционной камеры термостата.
Для уменьшения погрешности измерений использовали дифференциальные термопары. При проведении экспериментов «горячий» спай помещали в центр анализируемой навески угля, а «холодный» - в реакционную камеру термостата.
Составление компенсационного уравнения для прогнозирования условий самовозгорания углеродных материалов в технологическом процессе
Графики Аррениуса группируются в реакционные серии Sj ;S2 , S3. Каждая реакционная серия описывается компенсационным уравнением с постоянными параметрами Тс и Рс. Параметры Е и С в реакционной серии переменны.
Точки пересечения графиков Аррениуса объединяются в единую систему прямолинейным графиком, описывающимся уравнением 1пРс=1пС- YRTC (3-6) В этой реакционной системе координатами являются параметры Е и С , а параметры Тс и Рс переменны. Из значений кинетических параметров, определенных данным методом Е; и lnQ вычитали =22 кДж/моль и In С = 2,303. С полученными значениями провели регрессионный анализ, чтобы составить уравнение прямой вида у = а х. После математической обработки при доверительной вероятности а = 0,95 для каменных углей получено уравнение Е = Ё + (2,828 ± 0,П) In С. (3.7) Температура компенсации Тс при этом составила 340,2 К. Значения температуры компенсации, вычисленные по компенсационному и изопараметрическому уравнению, практически совпадают.
В таблице 3.2 приведены результаты расчета адиабатической скорости самонагревания по уравнению (1.12) для каменного угля марки Д при температурах Т=293 К Тс; Тс=339,8 К и Т=450 К Тс. Из данных таблицы видны две температурные области: ниже и выше температуры компенсации. В первой (низкотемпературной) области более высокую скорость самонагревания имеют те образцы угля, процесс самовозгорания которых характеризуется меньшими значениями энергии активации. Во второй температурой области, при температурах выше температуры компенсации, наоборот, скорость самонагревания выше у образцов, процесс самовозгорания которого характеризуется большим значением Е (рисунок 3.1). Отсюда следует, что повышенной пожарной опасностью при хранении обладает уголь, процесс самовозгорания которого характеризуется меньшими значениями кинетических параметров.
Обнаруженная закономерность в соотношении между кинетическими параметрами имеет большое значение для прогноза и профилактики пожарной опасности хранения как каменных углей, так и полукоксов и позволяет, используя компенсационное уравнение, в дальнейшем определять пожаробезопасные условия хранения, находить критические параметры (критическую температуру самовозгорания, критический размер штабеля, инкубационный период) хранения и переработки.
Как было показано выше, основными параметрами, характеризующими склонность как каменных углей, так и продуктов их переработки являются эффективная энергия активации реакции окисления Е и предэкспонент адиабатической скорости самонагревания С. Методы определения этих параметров в лабораторных условиях, используемые в данной работе, являются доступ 77 ными и надежными. Однако для условий производства они являются сравнительно трудоемкими. Для практики необходимы методы, позволяющие быстро и качественно, с достаточной точностью определять кинетические параметры, с помощью которых оценивать реакционную способность углеродных материалов для принятия необходимых мер противопожарной защиты, используя оборудование, имеющееся в настоящее время в лабораториях предприятий. Такой метод был разработан и внедрен на ФГУП «Завод полукоксования», г. Ленинск-Кузнецкий.
Самовозгорание каменных углей протекает по тепловому механизму (раздел 2.4). Компенсационное уравнение и найденное значение температуры компенсации позволяют с достаточной для практики точностью определять параметры Е и С.
На основе лабораторных исследований для длиннопламенных каменных углей Кузнецкого бассейна получено: температура компенсации Тс равна 339 К (66 С), адиабатическая скорость самонагревания при температуре компенсации 1пРс = -5,49. Следует отметить, что при температуре компенсации скорость самонагревания постоянна и не зависит от численных значений кинетических параметров.
Набор проб для определения кинетических параметров проводится с помощью бура или лопаты из слоя залежи угля. Масса пробы должна быть не менее 0,5 кг. Каждую пробу нумеруют. В качестве тары применяют полиэтиленовые мешки. При упаковке воздух из свободного пространства удаляется выдавливанием.
Значения кинетических параметров определяются для каждой пробы. Время хранения проб до начала проведения анализов не должно превышать 3 сут при температурах 18-22 С и 7 сут при
Разработка бункерного устройства для условий безопасного хранения углеродных дисперсных материалов склонных к самовозгоранию
В практике хранения, транспортировки и переработки сыпучих веществ и материалов самовозгорание относится к одному из распространенных явлений. Особенностью самовозгорания является то, что оно для своего появления и развития не требует внешнего импульса, инициирующего горение, а возникает за счет реакции гетерогенного окисления в больших объемах продукта при относительно низких температурах окружающей среды. Из-за низкой теплопроводности массы мелкодисперсного продукта происходит накопление тепла в его объеме, нарастают температура, скорость химической реакции окисления и, в конечном счете, материал воспламеняется.
Практический интерес к процессам теплового самовозгорания обусловлен принципиальной возможностью предварительного вычисления безопасных условий переработки и хранения дисперсных материалов, при которых исключается самопроизвольное возникновение горения.
В последние годы были проведены обширные работы по поиску методов профилактики самовозгорания различных материалов в процессе их хранения, однако до стадии создания надежных работоспособных образцов защищенного оборудования они, как правило, не были доведены.
До настоящего времени опасность самовозгорания является острой проблемой при временном хранении в бункерах таких материалов, как уголь, полукокс, дисперсное растительное сырье и др., а промышленность не выпускает бункеров для этих материалов, оборудованные системами профилактики по-жаро- и взрывоопасное.
Авторами разработано бункерное устройство (рисунок 4.1) для сбора и временного хранения сыпучих материалов, склонных к самовозгоранию[61], содержащее корпус с загрузочным и разгрузочным люками и приспособление для обрушения сводов, включающее размещенные по периметру и высоте корпуса воздухопроницаемые трубы, соединенные через вентиль с источником сжатого воздуха. Бункерное устройство относится к области сбора и хранения материалов, а именно к конструкциям бункеров, и может быть использовано при создании емкостей для накопления и временного хранения материалов, склонных к самовозгоранию, например угля, полукокса и т.д.
Отличием предложенного бункерного устройства от имеющихся является то, что оно дополнительно снабжено источником холодного воздуха, подсоединенным к воздухопроницаемым трубам параллельно источнику сжатого воздуха, а крышка корпуса снабжена отверстиями для выпуска воздуха.
Предложенная конструкция бункера для сыпучих материалов позволяет подавать в него холодный воздух для охлаждения аккумулированной массы до пожаробезопасных параметров, исключающих ее самовозгорание, что повышает пожаро- и взрывобезопасность устройства, а также значительно расширяет область применения.
Принцип работы бункерного устройства заключается в следующем. После загрузки в бункер через люк 2 горячего материала, склонного к самовозгоранию, например полукокса, необходимо понизить его температуру до пожаробезопасной величины. С этой целью от источника холодного воздуха 11 при открытом вентиле 9 и закрытом вентиле 8 по патрубку 7 подают холодный воздух с расчетной температурой и заданным расходом. Воздух поступает в перфорированные трубы 5 внутри бункера и через отверстия в них выходит в находящийся в бункере материал. Для поддержания давления воздуха внутри труб их концы закрывают заглушками. В процессе фильтрации воздуха через материал в направлении к отверстиям 12 в крышке 3 происходит теплообмен между холодным воздухом и горячим материалом, в результате чего происходит его охлаждение.
После снижения температуры материала до пожаробезопасных значений переходят на дежурный режим, т.е. подачу холодного воздуха осуществляют только при повышении температуры, что контролируется соответствующими приборами. При выгрузке материала из бункера в случае его «зависания» при закрытом вентиле 9 открывают вентиль 8 и в трубы 5 по патрубку 6 подают сжатый воздух, который выходит через отверстия в трубах и разрушает образовавшиеся своды. Материал выгружают через разгрузочный люк 4.
Пример расчета времени охлаждения материала.
В бункере емкостью 140 м3 находится полукокс при температуре 40 С. Средняя фракция имеет диаметр 0,05 м. Средняя просветность (по Слихтеру) п = 0,0921, а среднее значение площади эффективного канала фильтрации при площади бункера 28 м составляет 8Эф =28-0,0921 « 2,6 м .
Для создания пожаробезопасной скорости фильтрации V 0,01 м-с" не-обходимо подавать в бункер не менее 0,01-2,6 = 0,026 м -с , или 1,56 м -мин" воздуха. Для исключения образования застойных зон с пожароопасными скоростями фильтрации необходимо принять коэффициент безопасности по воздуху не менее 2, т.е. расход воздуха должен быть не менее 3,2 м3-мин 1. Для расчета охлаждения материала до пожаробезопасной температуры (+ 15 С) составляют уравнение теплового баланса.
