Самовозгорание–наиболее распространенная причина пожаров и взрывов при тепловой сушке.
Пожары и взрывы, вызванные самовозгоранием при сушке, описаны в работах А.Я.Корольченко, М.Г.Годжелло, С.И.Таубкина, М.Г.Булынко и Е.Е.Петровского, С.А.Бережного и В.К.Рыжова, Л.В.Новиковой и других авторов. Они известны автору лекции из практики. Имеются также некоторые сведения о пожарах и взрывах в сушильных установках, происшедших на зарубежных предприятиях.
Рассмотрим некоторые из них.
В ночь на 1-е октября 1923г. на заводе сухого молока в США произошел взрыв, в результате которого было полностью разрушено здание завода и погиб механик завода. Около 11час.30 мин. ночи дежурный механик заметил в сушильной камере горение молочного порошка на конической части сушильной камеры. Он убрал часть молочного порошка со стенок камеры. Затем выключил дутьевой вентилятор и включил встряхивающий механизм рукавных фильтров. Дежурный сторож, наблюдавший за действиями механика, заметил, что после встряхивания фильтров огонь как бы начал потухать, а затем произошел взрыв. Здание было полностью разрушено. Сторожа отбросило на крышу соседнего здания, откуда он по водосточной трубе сполз вниз в пожарную бочку с водой. Остался жив, отделавшись легкой контузией и ушибами. Американская комиссия, расследовавшая причину катастрофы, пришла к выводу о необходимости изучения закономерностей самовозгорания сухого молока и других материалов, так как причина самовозгорания установлена не была из-за отсутствия научных данных.
В 1962 год на Горьковском молочном комбинате в Омской области произошел крупный пожар, вызванный самовозгоранием сухого молока в сушильной камере распылительной сушилки.
Особенно неблагополучной сложилась обстановка с пожарами и взрывами при освоении производства сухих детских молочных продуктов на сушильном оборудовании, поставленном нашей стране французской фирмой «Сифаль». За два с половиной года (с 1971 до 1974 г.) на четырех комбинатах (Истринском, Гагаринском, Хорольском и Волковыском) произошло 6 пожаров, 5 из которых сопровождались взрывами и пожарами.
Очень большое количество загораний и пожаров имело место во второй половине 60-х и в 70-х годах прошлого столетия на установках по производству травяной и хвойной витаминной муки, обусловленных также тепловой сушкой. Свыше 100 загораний в год происходило в сушильных установках шпона, поставленных Братскому лесо-промышленному комплексу финской фирмой “Рауте”. Большое количество загораний происходило в окрасочно-сушильных камерах на комбайновых и тракторных заводах, в том числе на Кировском заводе(Санкт-Петербург), на венгерском оборудовании. Имели место частые загорания в сушильных агрегатах по производству рыбной муки.
Все эти факты послужили основанием для разработки теории самовозгорания, новых методов экспериментального исследования и совершенствования моделей, описывающих условия зажигания.
К настоящему времени мы вышли на передовые позиции по этим вопросам в мире, что позволяет успешно бороться с пожарами и взрывами при производстве различных сухих дисперсных материалов.
Результаты наших исследований описаны в многочитсленных научных публикациях, в учебниках для технологических вузов.
Для того, чтобы перейти к анализу пожаровзрывоопасности процессов сушки, необходимо рассмотреть основные типы сушильных установок.
Считаю необходимым отметить, что информацию, которую Вы получите на лекциии и на практических занятиях, не сможете получить в таком обобщенном виде нигде в другом каком-либо месте. Это обусловлено тем, что вопросы пожаровзрывоопасности для любой фирмы представляют коммерческую тайну. Ни одна фирма не заинтересована в том, чтобы информация о пожарах была разглашена.
Как уже было отмечено, сушка является энергоемкой и дорогостоящей технологией. Поэтому вопросы по снижению затрат на сушку и по ускорению процессов сушки всегда находились в центре внимания производственников и разработчиков процессов и аппаратов тепловой сушки. К настоящему времени определились три основных направления по интенсификации и снижению энергетических затрат:
-повышение температуры сушильного агента:
- снижение температуры отработавшего сушильного агента.
- увеличение площади контакта высушиваемого материала с сушильным агентом.
Влияние этих способов интенсификации на пожаровзрывоопасность процессов сушки различное. Наибольшую опасность представляет температурная интенсификация. В свое время разработчики сушильной техники при поддержке пожарного специалиста М.Г.Годжелло предложили при производстве сухих пищевых продуктов температуру сушильного агента ограничить так называемой «инициальной температурой загораемости», а группа научных сотрудников ВНИИПО – «температурой тления». Эти ограничения затормозили научно-технический прогресс в области сушки, но не уменьшили, а даже увеличили пожаровзрывоопасность. Эти ограничения были сняты разработкой теории самовозгорания, усовершенствование теории зажигания и разработка новых методов определения условий возникновения горения. Конечный результат наших предложений таков: технико- экономические показатели существенно возросли при одновременном резком сокращением пожаров и взрывов. Теория и практика показали, что прямой зависимости горючести в сушильных установках от температуры сушильного агента нет. Пожары и взрывы возникают в основном из-за побочных факторов. Для предупреждения пожаров надо знать условия возникновения загораний и принимать своевременные меры по устранению этих условий.
Покажем это на некоторых конкретных примерах.
Примеры возникновения пожаров в сушильных установках (5 мин)
К концу доперестроечного периода при производстве сухих высококачественных молочных продуктов, быстрорастворимых кофе и какао, порошкообразных биопродуктов наибольшее распространение получили прямоточные распылительные сушилки с дисковым распылением. Технология получения сухих молочных продуктов по такой схеме состоит в следующем. Из натурального молока сначала выпаривают влагу на выпарных установках до концентрации сухих веществ 45 – 50 %. Затем оставшуюся влагу выпаривают на распылительных сушилках до 2-3-х процентного содержания в конечном продукте.
Сгущенное молоко в подогретом виде подают на распылительный диск, вращающийся, как правило, с частотой 12 тысяч оборотов в минуту. В результате сгущенный полупродукт распыливается до туманообразного состояния. К основанию факела распыла подают воздух, нагретый в паровых калориферах до температур 170 – 190 0С. При контакте сушильного агента с распыленной сгущенкой происходит интенсивное испарение влаги и температура сушильного агента очень быстро снижается с 170 – 190 оС до 100 – 80 градусов. При дальнейшем продвижении молочного порошка в потоке паровоздушной среды в сушильной установке температура образовавшегося порошка изменяется не существенно. Отработавший сушильный агент выводится из сушильной камеры с температурой 80 – 85 градусов. Затем в циклонах или рукавных фильтрах молочный порошок отделяют от отработавшего воздуха и очищенный воздух выбрасывают в атмосферу. Молочный порошок охлаждают, иногда подвергают дополнительной обработке (например, чтобы придать ему быстрорастворимые свойства) и затем расфасовывают. При этом затаривание готового порошка часто проводят в среде азота.
Как видно из изложения, молочный порошок с момента его образования до упаковки имеет температуру и контактирует с воздухом, имеющим температуру ниже 100 градусов. При такой температуре казалось бы нет условий для возникновения горения ни только в режиме зажигания, но и в режиме самовозгорания. И тем не менее, ‘как это было отмечено выше, пожары и взрывы в распылительных сушилках происходят довольно часто. Поэтому наша задача состоит в том, чтобы разобраться в этом.
Как мы уже неоднократно рассматривали, загорания, ведущие к горению и взрыву, могут возникать в двух режимах: в режиме самовозгорания и в режиме зажигания. Независимо от режима, загорания возникают только при определенных условиях, когда скорость тепловыделения в наиболее нагретом элементе становится больше скорости теплоотдачи. Осевшие порошки представляют собой рыхлую структуру, в которой окислительные процессы протекают в кинетическом режиме, а сами порошки обладают низкой теплопроводностью. Эти два свойства создают благоприятные условия для для возникновения загораний. При самозагорании пищевых и кормовых продуктов процесс самонагревания сопровождается их термическим разложением с выделением паров и газов, в смеси с воздухом, образующих взрывоопасные смеси.
По склонности к самовозгоранию сухие молочные продукты наиболее активные из всех кормовых и пищевых продуктов. Близкими свойствами обладает сухая техническая кровь животных и кероген – экстракт органических веществ, извлекаемый из угольных сланцев. Температура компенсации у сухого молока около 190 ОС. Более активно самовозгорается торф и менее активно - травяная мука, а за мукой следуют целлюлозные материалы (опилки, хлопок, целлюлоза, затем измельченные злаки и бобовые культуры). С точки зрения опасности самовозгорания сухие молочные продукты обладают еще одним отрицательным свойством – повышенной адгезией.
При взрыве аэровзвеси сухих молочных продуктов развивается давление до 900 кПа.
Из результатов исследования пожаров и взрывов при производстве сухих молочных продуктов вытекают следующие основные причины их возникновения.
Отложения на потолке сушильной башни образуются вследствие возникновения так называемого вентиляционного эффекта, возникающего при вращении распылительного диска. Эти отложения находятся в зоне высоких температур и вызывают пригарание сухого порошка, засоряющего готовый продукт. При достижении критической толщины (2 cм) порошок в отложении самовозгорается.
Отложению порошка на потолке башни способствуют конструктивные недостатки воздухораспределительного устройства. В монографии Н.Н.Липатова и В.Д.Харитонова «Сухое молоко», описана конструкция воздухораспределительного устройства, разработанного в Сибирском филиале ВНИМИ, позволяющего без засорения вырабатываемого порошка подгоревшим и без самовозгорания подавать в сушильную установку воздух с температурой до 250 оС.
2. Отложения, опасные для самовозгорания, возможны на вертикальных стенках сушильной камеры с максимальной толщиной в горизонтальной плоскости распылительного диска.
Эти отложения образуются по двум причинам: из-за плохого распыла сгущенки распылительным диском и если сгущенку подали на распыл при непрогретой сушилке. Поэтому, чтобы избежать этих отложений, надо при пуске сначала на распылительный диск подавать вместо сгущенки воду, пока температура воздуха на выходе из сушилки не достигнет 100-120 ОС. Только после этого можно на диск подавать сгущенку.
Отложения на боковых стенках могут самовозгореться в том случае, если прекратится подача сгущенки на распыл, а нагретый сушильный агент будет продолжать поступать в сушильную камеру. Поэтому, если на вертикальных стенках образовались отложения, то сушильную установку надлежит остановить, тщательно очистить и смыть водой остатки отложений со стенок. До последующей подачи сгущенки на распылительный диск, должна быть выявлена и устранена причина образования отложений на вертикальных стенках башни и прогрета сушилка.
3. Наибольшая толщина отложений образуется в нижней части башни на её коническоё части или на плоском днище, если корпус башни внизу не имеет конического сужения. Образованию этих отложений способствуют:
-повышенная влажность порошка, выходящего из башни;
-неисправность пневмотранспорта для вывода порошка из сушильной башни;
неисправность механического устройства («дворника») для выгрузки порошка, оседающего на дне башни;
-большие скопления порошка в инстантайзере (аппарат для придания сухим пылевидным продуктам быстрорастворимых свойств) ;
-непредвиденный занос порошка в воздухораспределительное устройство для подачи нагретого до достаточно высокой температуры теплоносителя (воздуха), подаваемого в сушильную башню;
-попадание порошка внутрь самодельных светильников, предназначенных для освещения внутреннего объёма инстантайзера или башни;
-отложения порошка на греющих поверхностях паровых калориферов.
Имели место также случаи самовозгорания сухого порошка на греющих поверхностях паровых калориферов. Это возможно при неисправной работе масляных фильтров, установленных на воздухозаборных патрубках для очистки воздуха, нагреваемого в паровых калориферах, а также при возникновении обратного тока запыленного воздуха при чистке оборудования сушильной установки, особенно инстантайзера.
