книги из ГПНТБ / Осипов, С. Н. Взрывчатые свойства и нейтрализация паро-газо-пылевых смесей

оказался КС1 [90]. Однако предпочтение было отдано NaHC03 как более дешевому продукту, которого для подавления взрывов угольной пыли с относительным содержанием 170—350 г/м3 потребовалось 8— 10 кг на 1м2, а для смеси 3% метана и 170—350 г/м3 угольной пыли потребовалось 23 кг на 1 м2 штольни.

Для подавления взрыва пыли пласта Нельсон при относительном содержании ее 400 г/м3 в автоклаве вместимостью 0,25 м3 потребовались следующие

0,604 кг. Фреон CF2ClBr оказался менее эффективным по сравнению с порошкообразными составами.

Испытания подавления взрывов с помощью авто­ матических заслонов в штольнях диаметром 1,4 и 2,5 м при использовании в качестве флегматизатора одно- и двузамещенного фосфорнокислого аммония показали их высокую эффективность. Так, для воздушной смеси 3% метана и 25Q г/м3 угольной пыли при скорости рас­ пространения взрыва около 200 м/с потребовалось на

1 м2 8 кг (NH4)H2P 0 4 и 5 кг (NH)2H P 04. Для пыле­ воздушной смеси при содержании на 1 м3 угольной пы­ ли 125—500 г при такой же скорости распространения взрыва потребовалось на 1 м2 5 кг (NH4)H2P 0 4 и 3,2 кг

(NH4)2H P04.

Ф. М. Гельфандом [14] исследовано подавление взрывов пылей пластов й[2 и Ai3 (Карагандинский бас­ сейн) с размером частиц не более 80 мкм. В качестве ингибитора использовались соли KJ и NaJ со средним размером частиц около 50 мкм в концентрации 5— 15 г на 1 м3. Во всех опытах концентрация угольной пыли составляла 600 г на 1 м3. Испытания проводились в

трубе, воспламенение пыле-воздушной смеси в кото­ рой осуществлялось падающей ударной волной. При этом возникало два режима горения: быстрое горение, двигавшееся непосредственно за фронтом отраженной волны со скоростью 400—500 м/с, при числе Маха Ms = = 3,8, и медленное горение, распространявшееся с некоторым запозданием за фронтом отраженной волны с первоначальной скоростью, равной 1—2 м/с, и по­ следующим ускорением до 20—60 м/с, при числе Айаха Ms = 3 ... 3,3. При введении в зону реакции на 1 м3 5— 10 г KJ или NaJ при медленном горении пыле­ воздушной смеси величина зоны горения уменьшалась в 2—4 раза, а продолжительность горения — в 2— 10 раз. Для зоны быстрого горения эффективность вве­ дения таких концентраций флегматизаторов была не­ большой.

Как указывают О. М. Тодес и другие [28], при га­ шении пламени угольной пыли и горючих сланцев фреоном-114В2 наблюдается резкое (в 5 раз и более) уменьшение его эффективности с увеличением диспер­ сии горючих.

Наиболее обширные исследования подавления взрывов угольной пыли и ее смеси с метаном были проведены М. С. Клепиковой (МакНИИ). Исследова­ ния проводились в приборе ПВП-2, взрывная камера которого представляет цилиндр объемом 4,7 дм3. Для взрывания угольной пыли использовалась реакция алюминия с двуокисью бария, дающая температуру около 2000° С, а для пыле-газовой смеси — искровой разряд с температурой 1100° С. Для экспериментов применялась пыль, приготовленная из угля пласта ш3 с выходом 30% летучих веществ и содержанием 3% золы.

Предварительно были качественно оценены флегматизирующие свойства 30 различных составов, из которых было 11 смесей. В результате были определе­ ны следующие необходимые добавки флегматизаторов

172

каждый из этих флегматизаторов в отдельности. Было отобрано 6 характерных флегматизаторов, которые затем испытывались на приборе ПВП-2 (табл. 24). Различие в эффективности этих флегматизаторов про­ явилось еще более резко.

В результате испытаний была установлена линей­ ность зависимости необходимого минимального содер­ жания флегматизирующей добавки от концентрации взрывчатой угольной пыли в воздухе. Порядок эффек­ тивности флегматизаторов для пыле-воздушных смесей оказался иным по сравнению с порядком эффектив­ ности для метано-воздушных смесей. Если для метано­ воздушных стехиометрических смесей наиболее эф­ фективными порошкообразными флегматизаторамн были (NH4)2H P04, NH4Br и KJ, то для пыле-воздуш-

ных смесей наилучшими оказались NH4Br, (NH4)2H P 04 и NH4C1. Бромистый и йодистый калий были значи­ тельно слабее.

М. С. Клепиковой был проведен комплекс исследо­ ваний по изучению флегматизации (табл. 25) для слу­ чая пыле-метано-воздушной смеси (9,5% по объему метана). Наиболее эффективным флегматизатором для подавления взрывов пыле-метано-воздушных смесей стехиометрического (по метану) состава оказался йо­ дистый калий. Для подавления взрыва смеси 320 г угольной пыли на 1 м3 и 9,5% метана понадобилось столько же йодистого калия, сколько его нужно было для такой же чистой метано-воздушной смеси. Это, ве­ роятно, объясняется тем, что при дистилляции (возгон­ ке) угольной пыли выделяется значительное количе­ ство метана, а это выводит общую смесь из стехиомет­ рического соотношения, в результате чего нейтрали­ зация такой смеси флегматизатором облегчается. Од­ нако для подавления взрыва только угольной пыли необходимо вдвое больше йодистого калия, что, веро­ ятно, связано с каким-то взаимодействием порошка йодистого калия с угольной пылыо непосредственно,

174

добавка этих веществ в газо-воздушные смеси резко возрастает.

Для выбора наиболее эффективного и удобного по­ рошкообразного флегматизатора М. С. Клепикова сравнила их действие в условиях угольных шахт (табл. 26). В результате оказалось, что наибо-

Таблица 23

Сравнение эффективности нейтрализации взрывчатых свойств угольной пыли, метана и их смеси порошковыми флегматизаторами

М и н и м а л ь н а я к о н ц е н т р а ц и я ф л е г ­ м а т и з а т о р а , г/м 3, д л я н е й т р а л и з а ­

лее эффективными флегматизаторами следует считать (NH4)2H P04 и KJ. Для подавления взрывов угольной пыли или метана отдельно весьма эффективен ЫН4Вг, который возгоняется при температуре 342° С. Для предупреждения взрывов KJ требуется в два раза больше, чем (NH4)2HP04. Поэтому для условий по­ давления взрывов в горных выработках угольных шахт рекомендован (NH4)2H P 04. Высокая эффективность (NH4)H2P 0 4 объясняется как низкой температурой начала диссоциации, так и большим количеством

176

образующихся ионов аммония. При диссоциации (НЫ^НгРО.) поглощается значительное количество тепла, что способствует нейтрализации взрывчатых

свойств среды.

Приведенные результаты исследований нейтрали­ зации пыле-газовых взрывчатых свойств угольных пы­ лен и их смесей с метаном характерны для большин­ ства пылей органических веществ. Безусловно, для каждого вида взрывчатой пыли может оказаться наи­ более эффективным другой флегматизатор, но он бу­ дет каким-то соединением аммония, брома или йода. Поэтому в случае необходимости подбора наиболее эффективного и удобного флегматизатора для конкрет­ ных условий предупреждения и подавления взрывов пыле-воздушных или пыле-газо-воздушных смесей необходимо произвести серию испытаний наиболее эффективных флегматизаторов.

§ 8. В Л И Я Н И Е Н Е К О Т О Р Ы Х Ф Л Е ГМ А Т И ЗА Т О РО В НА У М Е Н Ь Ш Е Н И Е Н О РМ А Л ЬН О Й СКО РО СТИ РА С П РО С Т РА Н ЕН И Я П Л А М ЕН И

Большой практический интерес представляет влия­ ние флегматизаторов не только на полное подавление реакции горения и взрыва, соответствующее нулевой нормальной скорости распространения пламени (и0= = 0), но и на снижение этой скорости, что дает воз­ можность управления различными процессами.

Приведенные Р. Фридманом [88] и другими авто­ рами результаты исследований, а также обзоры лите­ ратуры позволяют подобно уравнению (117) или (120) составить уравнения для корреляционного анализа влияния молекулярного состава горючего и флегмати­ затора на относительное уменьшение нормальной ско­ рости распространения пламени vl : v0, где — ско­ рость распространения пламени при воздействии опре­ деленной концентрации Ф флегматизатора.

177

С учетом возможных различий во влиянии флегматизаторов в качестве уравнений множественной корре­ ляции были выбраны следующие:

—■— Ь Ь^Ф2 -j- Ь2Ф = Gq"Ь + йгСг + я3Нг —)-<з-4Ог-)—

где Ь\, Ь2, ао, а\, ..., а12— константы уравнения; осталь­ ные обозначения подобны обозначениям, принятым в уравнении (117).

В результате корреляционного анализа 74 смесей горючих и флегматизаторов (табл. 27) с помощью ЭВМ установлено, что введение в уравнение членов a3Hr и ац^ф не имеет смысла, так как для исследован­ ных горючих (предельные углеводороды) Нг =2С г +2, а флегматизатор с йодом встречается всего один раз,

циент множественной корреляции оказался равным 0,7

178

Таблица 27

Влияние различных флегматизаторов на изменение нормальной скорости распространения пламени

179

Продолжение табл. 27

случае коэффициент множественной корреляции ока­ зался равным 0,71 при критерии Фишера Т7 = 8,39.

Полученные результаты показывают наличие до­ статочно сильной связи между параметрами. Суммар­ ная доля участия учтенных факторов составила при­ мерно 50%.

В заключение необходимо отметить, что примене­ ние флегматнзаторов следует считать в качестве одно­ го из наиболее перспективных направлений для пред­ отвращения, подавления и локализации взрывов паро­ газовых и пыле-газовых систем.

Глава IV

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ, ПОДАВЛЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВОВ ПАРОГАЗОВЫХ II ПЫЛЕ-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

Из устройств, защищающих различное техноло­ гическое оборудование от резкого повышения давле­ ния паро-газовых систем, до 1942 г. известны были только предохранительные мембраны и клапаны. Во время войны на многих самолетах применялась систе­ ма подавления взрывов бензобаков при попадании в них зажигательных снарядов, разработанная в Англин [48]. После войны эту систему успешно применяли

180