Взрывоопасность металлической пыли – как избежать аварии на производстве?

Металлы, измельченные до состояния частиц менее 50—100 мк, способны воспламеняться и взрываться даже при температуре окружающей среды ниже 20°С. Это связано с экзотермическими реакциями при процессах окисления.
Мелкодисперсные металлические частицы быстрее вступают в реакцию с тем же кислородом и выделяют значительное количество тепла, которое может привести к взрыву.

Немного статистики

Взрывы металлической пыли происходят ежегодно. Только в России за последние полгода в СМИ попала информация, как минимум, о двух таких происшествиях.

Взрывы металлической пыли практически всегда сопровождаются пострадавшими и погибшими. Это связано с большой силой взрывной волны и разлетом горящих расплавленных частиц.
Примеры происшествий из-за взрывов металлической пыли:

• Aвгуст 2014 года — Взрыв алюминиевой пыли на заводе автозапчастей в Куншане, провинция Цзянсу, Китай. Погибло 75 человек, из которых 25 скончались в больнице. По словам очевидцев, горящая пыль прилипала к одежде и коже, вызывая тяжелые ожоги. Пострадало 185 человек. Причина: нарушение техники безопасности при полировке алюминиевых дисков.
• Декабрь 2021 года — Взрыв алюминиевой пыли на аэрокосмическом объекте AIDC в районе Ситунь города Тайчжун, Тайвань. Один человек погиб, еще шесть получили ранения различной степени тяжести.
• Октябрь 2022 года — Взрыв из-за воспламенения алюминиевой пыли на заводе радиаторов «Форте Пром ГмбХ» в Волгограде, Россия. Один человек погиб, еще трое получили ожоги разной степени тяжести. Причиной назвали сбой в ПО станка, который привел к нарушениям в работе оборудования.
• Январь 2023 года — Вспышка алюминиевой пыли и пожар на заводе ООО «Молирен» в Рошале в Московской области, Россия. Пострадало два человека. Пожар затронул 200 кв. м.
• Март 2023 года — Пожар на заводе производителя алюминиевых дисков Dicastal North America в Гринвилле, штат Мичиган, США. Пострадал один работник — он получил тяжелые ожоги. Пожар возник возле доменной печи по переплавке алюминия и магния для колес.

Расследование аварий показывает, что основными причинами взрывов металлической пыли часто бывают:

• несоблюдение техники безопасности при металлообработке;
• недостаточная квалификация персонала;
• неправильная организация работ;
• нарушения в работе оборудования, в том числе из-за несоблюдения правил его обслуживания, сроков ремонта и замены.

Металлическая пыль взрыво- и пожароопасна. Это следует помнить всем владельцам и работникам предприятий, где она может присутствовать: заводов, горно-обогатительных комбинатов, пунктов по переработке отходов лома и цветных металлов.

В чем опасность металлической пыли

Для понимания рисков нужно знать такой параметр, как «нижний концентрационный порог воспламенения / взрываемости» (НКПВ). Он показывает, при достижении какого минимального содержания горючей пыли в воздухе происходит взрыв или возгорание.

На НКПВ влияют вид вещества и дисперсность. Чем мельче частицы, тем меньше пыли нужно для возникновения взрыва. Мелкодисперсные частицы быстрее окисляются с выделением большого количества тепла и детонацией. Стоит учитывать, что некоторым видам металлов для окисления не нужен кислород. Они могут воспламеняться и в реакции с азотом, углекислым газом.

НКПВ органических пылей обычно известны и есть в общедоступных справочниках. По металлической пыли таких исследований меньше, а по мелкодисперсным пылям о них знают только «узкие» специалисты.

Для примера возьмем алюминиевую пудру. Ее НКПВ в государственном стандарте указан как 40 г / м3. Все, что имеет нижний порог ниже 65 г / м3, относится к взрывоопасным веществам, при этом ниже 15 г / м3 — к первому классу опасности. НКПВ мелкодисперсной алюминиевой пудры с размером частиц менее 63 мкм может составлять уже 15 г / м3. Такие данные испытаний приведены в базе GESTIS-DUST-EX.

Алюминиевая пудра в взвеси с воздухом, то есть в виде аэрозоля, взрывоопасна. В виде аэрогеля, то есть в осевшем виде, она пожароопасна. При контакте с источником возгорания алюминиевые аэрозоли взрываются. При этом ударная волна поднимает аэрогели в воздух, создавая «топливо» для новых взрывов. Все это занимает несколько секунд, вызывая разрушительные последствия.

Причины образования металлической пыли

Источником запыления служат различные технологические процессы металлообработки:

• резка;
• зачистка;
• токарная обработка;
• шлифовка;
• сверление и др.

Поскольку металлическая пыль вредна для здоровья людей, обязательно предусматривают аспирацию еще при проектировании металлургического завода. Установки для пылеудаления бывают стационарные, мобильные, картриджные.

Компактные пылеуловители можно размещать вблизи рабочих мест с токарными, фрезерными, абразивно-шлифовальными станками. Стационарная аспирация при строительстве алюминиевого завода рассчитывается индивидуально, с учетом количества источников запыления и видов пыли.

Если пылеулавливатели вовремя не обслуживать, то они тоже становятся источником опасности. Концентрация пыли в фильтрах и циклонах аспирационных установок может достичь взрывоопасных пределов, и тогда последует взрыв.

Полностью исключить аварии на предприятиях металлообработки нельзя, но можно принимать меры по взрывопредупреждению и взрывозащите.

Взрывозащита при строительстве и эксплуатации алюминиевого завода

В европейских директивах и законодательстве стран СНГ металлообработка отнесена к опасным производствам. Владельцы таких объектов должны выполнять мероприятия по предупреждению аварий, локализации и ликвидации их последствий. Как правило, к ним относятся:

1. В технологических пространствах и газоходах, в которых возможны неконтролируемые процессы, приводящие к взрыву, должны быть установлены взрывные предохранительные клапаны.
2. В помещениях производства алюминиевого порошка должна исключаться возможность искрообразования. Полы в указанных помещениях должны быть выполнены из материалов, исключающих искрение.
3. Весь инструмент и тара, используемые при работе с алюминиевым порошком, должны быть изготовлены из материалов, исключающих искрообразование.
4. Во избежание окисления, самовозгорания и взрыва алюминиевого порошка не допускается наличие влаги и сырости в местах его производства и хранения.
5. Уборка пыли с полов и оборудования в помещениях бункеров, конвейерных галерей и отделения упаковки должна производиться ежесменно, а со стен, потолков и металлоконструкций - один раз в неделю.

Меры безопасности разрабатываются индивидуально для конкретных условий эксплуатации:

• взрывозащита при проектировании алюминиевого завода;
• модернизация оборудования и установка устройств взрывозащиты для действующего предприятия.

Эксперты определяют параметры взрывопожаропасности конкретной металлической пыли, классифицируют взрывоопасные зоны, чтобы подобрать класс защиты соответствующего оборудования. Иногда для этого требуется «контролируемый взрыв», провести который можно только в условиях специальной лаборатории. За решением этих задач вы можете обратиться к специалистам ATEXCENTER.KZ.