Особенности категорирования по взрывопожароопасности производственных помещений деревообрабатывающих производств

УДК 614.841

Р. Ф. Гимранова, Ф. М. Гимранов ОСОБЕННОСТИ КАТЕГОРИРОВАНИЯ ПО ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНОСТИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

Ключевые слова: древесная пыль, взрыв, давление взрыва, категория помещения, безопасность.

Анализирована методика категорирования по взрыво- и пожарной опасности помещения деревообрабатывающего производства. Даны рекомендации по определению исходных параметров для расчета давления взрыва древесной пыли в помещении. Результаты работы позволяют выбрать наиболее эффективные методы улучшения производственной безопасности.

Key words: wood dust, explosion, pressure of explosion, category ofproduction area, safety.

The method of classification production areas of woodworking industry by explosion and fire risk was analyzed. Recommendations of initial parameters definition for calculation pressure of wood dust explosion in production area were given. Results of work render possible to select the most effective methods of improving a production safety.

Многие технологические процессы на деревообрабатывающих производствах, например, механическая обработка, пневмотранспорт, измельчение, сушка и другие, сопровождаются выделением древесной пыли в объем производственного помещения. Даже при исправной, безаварийной работе оборудования не удается избежать выделения пыли. Помимо отрицательного воздействия на состояния здоровья работающих, древесная пылевоздушная смесь представляет значительную опасность с точки зрения возможности возникновения взрыва и (или) горения пыли в объеме помещения [1, 2]. При этом опасны как пылевые облака, так и отложения пылей на строительных конструкциях и технологическом оборудовании.

Горение пылевых отложении обычно протекает медленно. Однако, после перехода через некоторые критический предел, горение отложений может перейти в быстрое горение и даже с «хлопком», которое приводит к взвихрению отложений на строительных конструкциях и технологических коммуникациях. Образующиеся облака пыли большого объема при сгорании приводят к возникновению ударных волн, разрушающих конструкции здания. Начальным импульсом, переводящим осевшую пыль во взвешенное состояние, могут быть любые явления, приводящие к повышенной подвижности воздуха.

На показатели взрыво- и пожароопасности горючих пылей влияют множество факторов: дисперсный состав, форма поверхности частиц, влагосодержание, химический состав пыли, начальные температуры и давление, электризуемость и другие. В [2] представлены данные о влиянии на основной показатель горючести пыли - нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПРП)- перечисленных выше факторов. Например, взрывоопасность облаков пыли преимущественно возрастает (НКПРП убывает) при уменьшении размера частиц; с увеличением влагосодержания частиц НКПРП повышается и при влагосодержании 20-25 % (масс.) аэрозоли становятся вообще не взрывоопасными; с ростом начальной температуры аэрозоля НКПРП монотонно снижается вплоть до температур, при которых происходит самовоспламенение аэрозоля и т.д.

Решение проблемы обеспечения производственной безопасности объектов, в которых образуются пылевоздушные смеси, основывается на знании особенностей образования и горения пылей и количественной оценки последствий вероятных взрывов и пожаров. В свою очередь, результаты количественной оценки опасности используются для категорирования помещений по взрывопожарной и пожарной опасности [3, 4] и при создании эффективных, экономически оправданных методов и способов предупреждения пылевых взрывов и пожаров

и обеспечения защиты работников и промышленных объектов от последствий взрывов и пожаров. Следует отметить, что для деревообрабатывающей промышленности характерным является постоянное обновление ассортимента выпускаемой продукции, что приводит к замене (переналадке) станочного парка и применяемого оборудования. Поэтому специалистам-производственникам приходится в процессе модернизации производства оценивать соответствие категории помещения требованиям действующих нормативов по пожарной безопасности, что вызывает во многих случаях большие трудности из-за недостаточной отработанности методики категорирования применительно к деревообрабатывающим производствам. Кроме этого, согласно положениям Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [5], цехи (участки) механической обработки древесины, мебельных и строительных деталей (ДВП, ДСП и фанера) по признаку обращения опасного вещества - взрывоопасной пыли - надлежит идентифицировать в качестве опасного производственного объекта (ОПО). В случае отнесения деревообрабатывающих цехов (участков) к ОПО, государственный надзор за соблюдением требований безопасности на этих участках должен осуществлять Ростехнадзор. Идентификация деревообрабатывающих производств в качестве ОПО также может быть проведена с использованием количественной оценки опасности взрыва пылевоздушной смеси по методике, изложенной в СП 12.13130.2009 [4].

Учитывая вышеизложенное, в качестве примера рассмотрим процедуру категорирования производственного помещения условного деревообрабатывающего цеха.

Допустим, что цех по производству мебели изготавливает до 42 комплектов изделий в месяц (за 21 рабочих дней) при восьмичасовом односменном режиме работы. Для обработки исходных заготовок применяются следующие станки: круглопильный марки ЦПА-40, ленточнопильный ЛС-40-01, фуговальный СФ6-1, шипорезный ШПК-40, сверлильный СВА-2М, шлифовальный ШлПС-5П. Все станки размещены в помещении размером 30*9*6 м. Известно, что для изготовления одного комплекта мебели непосредственная

продолжительность использования станков или чистое время обработки деталей (принимается по технологической документации) составляет: станка типа ЦПА-40 - 0,1 часа; станков ЛС-40-

01, СФ-1, ШПК-40, СВА-2М - по 0,2 часа; станка ШлПС-5П - 0,3 часа.

Все станки оснащены местными вытяжными системами вентиляции (аспирационными системами). При отсутствии других данных эффективность пылеулавливания таких систем можно принять равной 95 %, т.е. 5 % образующейся пыли выделяется в объем производственного помещения. Долю горючей древесной пыли (Кг) в общей массе выделяющейся пыли можно принять равной 0.95, размеры частиц пыли принимаются менее 100 мкм, а влажность менее 20 % (масс.). Максимальный выход пыли при использовании различных деревообрабатывающих станков можно принять по экспериментальным данным, полученным в процессе аттестации рабочих по условиям труда, или же использовать данные литературных источников [6].

С целью ограничения накопления пыли на поверхности оборудования и на конструкциях помещения производится ежесменная текущая уборка и генеральная уборка в труднодоступных местах периодичностью 1 раз в месяц. Уборка помещений от пыли выполняется промышленными пылесосами. Полы в помещении неровные, имеются трещины. Площадь труднодоступных и доступных для уборки пыли поверхностей определяется фактическими замерами, а в данном примере принимается соответственно 10 % и 90 % от общей площади, на которой может отлагаться пыль.

Категорирование производственных помещений по взрывопожарной опасности базируется на расчете избыточного давления взрыва (АР) пылевоздушной смеси [4]:

Л1-1 т • Нт • рп • 2 _ /1Ч

ДР =-----------------------, кПа,

V-. • р. • с • Тп • К.

па па р П I

где т - расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли, кг; Нт - удельная теплота сгорания горючего вещества, кДж/кг (величина справочная, для некоторых древесных материалов имеются данные в [7]); 2 - коэффициент участия горючего во взрыве (для пыли допускается принимать 2 = 0,5); Vс в - свободный объем помещения (допускается принимать

теплоемкость воздуха, равная 1,01 кДж/кг-К; Тп-начальная температура воздуха в помещении (допускается принимать равной 293 К); К - коэффициент неадиабатичности процесса горения (допускается принимать равным 3).

Для расчета величины АР по формуле (1) некоторую сложность представляет определение значения т-массы взвешенной (взвихрившейся) в помещении пыли. Для определения т вычисляется прежде всего количество пыли М, образующейся в процессе изготовления мебели за 1 час:

где N - количество комплектов мебели, изготавливаемых за рабочую смену продолжительностью Т = 8 часов, шт.; р] - плотность ]-го древесного материала (определяется из справочной литературы); ^ - тип (марка) деревообрабатывающего станка; 0Пг

максимальный выход пылевых отходов в процессе работы ьго станка, м3/ч; т[-продолжительность работы ьго станка при обработке ]-го материала, ч.;

В рассматриваемом примере значения Оп1 были приняты по данным [6] и составляют для станка ЦПА-40-0,0115 м/ч; для ЛС-40-01-0,029 м3/ч; для СФ 6-1-0,03 м3/ч; для ШПК-40-0,007 м3/ч; для СВА-2М-0,00312 м3/ч; для ШлПС-5П-0,0052 м3/ч.

Для упрощения вычислительного процесса принимаем, что мебель изготавливается только из сосны, т.е. ] = 1. Плотность сосны при влажности 12 % составляет 500 кг/м3 (для

3 3 3

сравнения: плотность березы 670 кг/м , дуба - 690 кг/м , плиты ДВП - не более 800 кг/м ). Подставив в (2) числовые значения параметров, получим, что М=2,079 кг.

Масса взвихрившейся пыли т определяется по формуле [4]:

где Квз - доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации (допускается принимать равной 0,9); Кг - доля горючей древесной пыли в общей массе выделившейся пыли (Кг принимается равной 0,95); Ку -коэффициент эффективности пылеуборки, который для варианта механизированной уборки неровного пола равен 0,7 [4]; т-|, т2 - соответственно, масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях за период между генеральными уборками, и масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в период между текущими уборками, кг.

В свою очередь расчет значений т1, т2 может быть выполнен по формуле:

где Т1 - длительность выделения пыли в период времени между генеральными уборками (по исходным данным 11=21-8=168 часов); Т2 - длительность выделения пыли между текущими пылеуборками (Т2 =8 часов); а - доля выделившейся в помещение пыли, которая удаляется вытяжными вентиляционными системами; Р1, Р2 - доли выделяющейся пыли, оседающей на труднодоступных и доступных местах для уборки поверхностей (в данном случае р1 = 0,1, р2 = 0,9).

При заданных условиях из [4] получим, что за период между генеральными уборками на труднодоступных местах осядет М1 = 1,746 кг пыли, а в доступных для уборки местах М2 =

0,748 кг. По формуле (3) рассчитывается масса взвихрившейся пыли (М = 3,046 кг). Исходя из предположения, что вся масса взвихрившейся пыли может воспламениться (пессимистический

33

80% геометрического объема), м ; рв - плотность воздуха при температуре Тп, кг/м ; Ср -

т| = М• Т| • (1 -а)•Р,, [ = 1; 2, кг.

вариант расчета), по формуле (1) вычисляется избыточное давление взрыва пылевоздушной смеси в объеме помещения, предварительно определив по литературным данным величину удельной теплоты сгорания газового вещества (например, для сосны Нт = 18730 кДж/кг, [7]). Расчеты показали, что ДР = 2,087 кПа. Так как ДР меньше 5 кПа рассматриваемое помещение мебельного цеха не может быть отнесено по взрывопожароопасности к категории Б. Следующим этапом должна быть проверка принадлежности помещения к категории В1-В4 -пожароопасной с расчетом максимального значения удельной пожарной нагрузки на выделенном участке [4].

Необходимо отметить, если производственное помещение не относится к категории взрывопожароопасной Б, то производственный участок, размещенный в данном помещении не может быть идентифицирован в качестве ОПО (при отсутствии других идентификационных признаков) и требования промышленной безопасности, принятые в Федеральном законе ФЗ-116 [5] и в других нормативных документах на него не распространяются.

Кроме этого, рассмотренная методика категорирования производственных помещений позволяет специалистам-производственникам выбирать экономические оправданные организационные и технические мероприятия, направленные на улучшение условий труда на рабочих местах, на снижение уровня взрывной и пожарной опасности. Например, ответить на вопрос, насколько эффективно увеличение частоты генеральных уборок помещения или наиболее целесообразна первоочередная модернизация аспирационной системы очистки пыли какого станка и т. д.

Таким образом, на базе методики, принятой техническим регламентом [4] разработана подробная процедура количественной оценки идентификационных признаков взрывоопасности деревообрабатывающих производств, позволяющая специалистам-производственникам реализовать наиболее целесообразные методы улучшения производственной безопасности.

Литература

1. Бесчастнов, М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение./ М.В. Бесчастнов - М.; Химия, 1991.- 432 с.

2. Корольченко, А.Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли./ А.Я. Корольченко - М.; Химия, 1986.- 216 с.

3. Федеральный закон от 22.07.2008- ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»// Собр. законодательства. Рос. Федерации.- 2008.- №30.-Ст.3579.

4. Свод правил СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности». В кн. Декларирование пожарной безопасности и оценка пожарного риска: Сборник документов. Серия 19. Выпуск 2: В44.4.3. Нормативные документы по пожарной безопасности. Своды правил/ Колл. авт. - ЗАО НТЦ ПБЭ, 2010.- 452 с.

5. Федеральный закон от 21.07.1997 г. №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов// Собр. Законодательства Рос. Федерации.-1997.- №30.- Ст.3588.

6. Ларионов, В.А. Регулирование системы аспирации в деревообрабатывающей промышленности. / В.А. Ларионов, В.П. Созинов - М.; Лесная промышленность, 1989.- 240 с.

7. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства из тушения: Справ. изд.: в 2 кн.; кн.1/ А.Н.Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н.Кривчук и др.- М.: Химия, 1990.-496 с.

© Р. Ф. Гимранова - студ. КГТУ, Ф. М. Гимранов - д-р техн. наук, проф. каф. промышленной

безопасности КГТУ, expert-92@mail.ru.