А3.1. Горючие и взрывчатые свойства пылевых смесей.

Большую опасность в отношении горения, взрыва и разрушений представляет пыль, находящаяся в воздухе. В соответствии с ранее сказанным в дальнейшем будет подразумеваться пыль в состоянии аэрозоля.

Химическая реакция между газом и твердым веществом протекает на поверхности последнего. Скорость такой реакции зависит от величины поверхности соприкосновения реагирующих веществ. В зависимости от величины линейной скорости распространения реакции в том или ином объеме различают горение (скорость не более 10 м/с), дефлаграцию (скорость не превышает скорости звука) и взрыв (скорость равна или больше скорости звука). Особенность горения состоит в том, что условия, необходимые для быстрого протекания реакции, созданы ею самой. Эти условия заключаются либо в высокой температуре, либо в высокой концентрации активных продуктов, ускоряющих (катализирующих) реакцию. Для воспламенения пыли необходимы два условия: достаточное количество кислорода и нагрев частиц горючих веществ до определенной температуры.

Различают два режима протекания реакции: диффузионный (скорость реакции определяется молекулярной или турбулентной диффузией исходных компонентов) и кинетической (скорость процесса горения определяется скоростью протекания химической реакции). Определение режима протекания реакции обязательно при решении задачи взрывчатости пыли. С учетом фазового состояния горючего вещества и окислителя различают 3 вида горения:

- горение газообразных горючих (система газ-газ) – гомогенное горение; - горение твердых и жидких горючих (система твердое тело – газ или жидкость – газ) – гетерогенное горение; - горение взрывчатых веществ (конденсированная система).

На взрывчатость угольной, серной, сульфидной и др. пыли влияет ее химический состав; дисперсность (сила взрыва достигает максимума чаще всего при крупности (диаметре) пылинок менее 10^-5 – 10^{-6 м; влажность пыли: чем она больше, тем ниже вероятность взрыва, который при некоторых значениях влажности становится невозможным. Роль влаги двояка: во-первых, она способствует коагуляции мелких частиц в более крупные, во-вторых, происходит уменьшение теплового баланса.}

Существенное влияние на степень взрывчатости пыли оказывает состав атмосферы, в которой происходит взрыв. Наличие в ней органических частиц, катализаторов и т.п. способствует как взрывчатости, так и мощности взрыва.

Согласно тепловой теории взрыв пыли можно представить следующим образом. За счет тепла источника воспламенения пылинки нагреваются и при этом выделяются взрывчатые продукты нагрева, образующие вокруг пылинок газовую оболочку. Как только концентрация газов в этой оболочке достигнет взрывоопасных значений, происходит ее воспламенение. Тепловой импульс от горящих частиц за счет излучения и теплопроводности передается к негорящим, которые воспламеняются и являются источником воспламенения для следующих. При этом происходит увеличение температуры за счет того, что выделяющееся при реакции окисления тепло не успевает отводиться в окружающую среду. Это вызывает ускорение течения реакции и создает условия для развития быстрого лавинообразного процесса горения, т.е. взрыва.

В бывшем СССР традиционно в течение многих лет (десятилетия) взрывчатость пыли изучалась в курсах вентиляции (аэрологии), а пыль как профессиональная вредность – в курсах охраны труда. Такое разделение не являлось результатом анализа методических особенностей преподавания названных курсов. Считая его ошибочным, рассчитываем на ликвидацию разделения в будущем, но пока рекомендуем студентам при изучении этих вопросов обращаться к уже называвшемуся в главе 3 учебнику К.З. Ушакова [3].