Взрывоопасность производств и взрывозащита

8  Взрывоопасность производств и взрывозащита

Потенциальная опасность взрывов в металлургических цехах существует постоянно и только благодаря надежным преду­предительным мероприятиям взрывы здесь — редкое явление.

Причинами взрыва могут быть нарушения нормальной экс­плуатации оборудования, работающего под давлением; воспла­менение газов, паров и пыли, образующихся при проведении металлургических процессов; контакт воды с расплавленным металлом и шлаком.

Причиной взрыва, например, парового котла может явиться нарушение целости стенок его из-за низкого качества металла, чрезмерного давления пара, понижения уровня воды в котле (что приведет к перегреву стенок котла) и т. д. При разрыве стенки котла про­исходит мгновенное испарение находившейся в нем под давле­нием нагретой воды и образование громадного количества пара, расширяющегося с большой силой.

В работающих под давлением сосудах, воздушно-компрес­сорных установках и воздухопроводах могут образоваться взры­воопасные смеси паров масла и воздуха. На внутренней поверх­ности воздухопроводов может образоваться окисная пленка масла. Образование перекисных соединений грозит взрывом при нагреве до 60°С, ударе или сотрясении. Поэтому для смазки употребляют незагрязненные масла с температурой вспышки не ниже 240° С. Все сосуды компрессорных установок часто про­дувают, периодически очищают воздухосборники от масла и наслоений. Воздух тщательно отфильтровывают от масла. Тем­пература сжатого воздуха должна быть не выше 140°С. Во вся­ком случае разница между температурой сжатого воздуха и температурой вспышки масла не должна быть меньше 75°С.

Вопросы безопасности работы указанного оборудования рассматриваются  в соответствующих специальных  курсах.

В различных газовых устройствах металлургических цехов в результате подсоса воздуха могут образоваться взрывоопасные смеси. Причинами подсоса воздуха являются недостатки конст­рукции  (сравнительно редко),    нарушения    при   эксплуатации металлургических печей, газопроводов и других устройств, в осо­бенности при ремонтах и неполадках. Взрывоопасные смеси могут образоваться также из-за неполного сгорания топлива. Кроме того, взрывоопасная смесь может образоваться и вне газовых устройств в результате просачивания газа в окружаю­щее пространство и образования «мешков».

Воспламенение взрывоопасной смеси может произойти от от­крытого огня, электрической искры, трения, заряда статическо­го электричества, нагрева или сжатия смеси.

8.1 Взрывоопасность газов, паров, пыли

Рекомендуемые материалы

Взрыв — внезапное изменение физического или химического состояния вещества, сопровождающееся крайне быстрым выде­лением энергии, которое приводит к разогреву, движению и сжатию продуктов взрыва и окружающей воздушной (газовой) среды, возникновению интенсивного скачка давления и разру­шениям.

В окружающей среде образуется и распространяется особо­го рода возмущение — ударная волна.

При взрыве газовых и пыле-воздушных смесей выделяется химическая энергия, происходит крайне быстрое химическое пре­вращение с выделением тепла и образованием нагретых сжатых газов.

Наиболее общее свойство горения — возможность при изве­стных условиях прогрессивного самоускорения химического превращения — воспламенения, связанного с накоплением в реа­гирующей системе тепла или активных продуктов цепной ре­акции.

Для начала горения необходим тот или иной начальный энергетический импульс, чаще всего нагрев горючего. Различа­ют два способа воспламенения: самовоспламенение и вынуж­денное воспламенение, или зажигание. Самовоспламенение про­исходит при нагревании всего объема смеси или стенок заклю­чающего ее сосуда до температуры самовоспламенения, при которой выделяющееся количество тепла больше, чем рассеи­вающееся в окружающую среду. Вынужденное воспламенение происходит в результате зажигания смеси в одной точке каким-либо высокотемпературным источником тепла — пламенем, на­каленным телом, электрической искрой и т. д. Из-за большей, чем при самовоспламенении, теплоотдачи температура источни­ка зажигания должна быть больше, чем температура самовос­пламенения.

Воспламенение смесей горючих газов или паров с воздухом или кислородом может быть достигнуто путем подогрева смеси, также путем местного ее зажигания (например, электриче­ской искрой).

При подогреве химическая реакция протекает одновременно во всем объеме заключенной в сосуде смеси. При местном за­жигании в точке зажигания возникает пламя, распространяю­щееся по исходной смеси.

Пламя представляет собой тонкий слой, отделяющий еще не реагировавшую исходную смесь от продуктов реакции, в которых химическая энергия перешла в тепловую.

Причиной распространения пламени является передача теп­лоты от продуктов горения несгоревшей смеси.

В результате выделения теплоты реакции и теплопроводно­сти возникает определенное распределение температур в газовой смеси (рис. 8.1). 

Рисунок 8.2 - Распределение температур в горящей газовой смеси

    

Зона горения начинается при температуре воспламенения (Т_в), близкой к температуре горения смеси (Т_г). В зоне между температурами Т_в и Т_о (начальной температурой исходной смеси) происходит медленный прогрев.

Скорость распространения пламени при горении всегда, и притом во много раз, меньше скорости звука. Это объясняется тем, что скорость передачи энергии в газе путем теплопровод­ности невелика по сравнению со скоростью распространения в нем упругих колебаний.

Концентрация реагирующего вещества во франте пламени меняется не только вследствие протекания самой реакции, но и в результате диффузии.

Равномерное распространение пламени с постоянной скоро­стью осуществляется лишь при зажигании газовой смеси у от­крытого конца трубы. При горении в закрытых трубах пламя распространяется с непрерывно возрастающей скоростью.

В результате расширения продуктов горения позади фронта пламени впереди него в исходной смеси возникают волны сжа­тия, которые, подобно поршню, приводят газ в движение. Каждая последующая волна сжатия, распространяясь в более плот­ной среде, догоняет предыдущую, и в результате наложения та­ких элементарных волн постепенно возникает достаточно крутой перепад давления, характерный для ударной волны. По мере распространения пламени интенсивность ударной волны возрастает, а вместе с ней возрастает и скорость движения газа (до сотен м/сек), в то время как в условиях нормального горе­ния скорость распространения пламени относительно неподвиж­ной смеси не превышает 10 м/сек даже в самых быстро горя­щих смесях.

Таким образом, пламя распространяется в сжатом и движу­щемся газе, благодаря чему оно ускоряется. По мере ускорения распространения пламени растет и амплитуда ударной волны, обусловливая последующее его ускорение, и т. д. Когда интен­сивность ударной волны достигнет некоторого критического значения, происходит детонация.

Детонация — распространение горения с равномерной, впол­не определенной для каждой горючей смеси, сверхзвуковой ско­ростью порядка 1000—3500 м/сек. При нормальном горении скорость распространения пламени определяется процессами теплопроводности и диффузии; для газов эта скорость не пре­вышает нескольких метров в секунду. При детонации химическое превращение возбуждается ударной волной, которая при своем распространении сжимает и нагревает вещество.

Большая скорость химического превращения, сопровождаю­щегося выделением тепла и образованием продуктов горения, приводит к тому, что при детонации в газовых смесях развива­ются высокие давления, достигающие 5 • 10⁵ н/м².

При горении в газо-воздушной смеси создается определенное распределение давлений   (рис.  8.2).

По мере увеличения скорости распространения пламени уменьшается различие между ней и скоростью движения удар­ной волны и, наконец при скорости, равной скорости детона­ции, они совпадут.

Рисунок  8.3 - Распределение давления в горящей газовой смеси                                          

Когда давление на фронте ударной волны достигает своего критического значения, при котором скорость волны станет рав­ной скорости детонации, происходит самовоспламенение сжатого газа.

При движении сжатого газа впереди фронта пламени при­легающие к стенке трубы слои газа тормозятся, соответственно ускоряется движение газа в центре трубы, в результате чего возникает турбулизация газа. Распределение скорости по се­чению становится неравномерным, что приводит к перестройке профиля фронта пламени и увеличению поверхности горения; пропорционально этому увеличивается количество вещества, сгорающего в единицу времени;  возрастание скорости сгорания в свою очередь вызывает увеличение скорости движения газа и т. д.

В большинстве случаев причиной возникновения взрыва яв­ляется разогрев смеси, но при известных условиях медленная реакция может самоускориться не вследствие разогрева, а в ре­зультате накопления в системе активных промежуточных про­дуктов реакции, создающих благоприятные условия для разви­тия и разветвления цепей. В этом случае разогрев смеси не при­чина, а следствие взрыва.

Давление при взрыве газо-воздушных смесей определяется по формуле

где   Т_о и Т_взр — начальная температура  смеси и    температура взрыва, °К;

Р_о и Р_взр — начальное и взрывное давление смеси, н/м²;

М — число молекул продуктов горения;

N — число молекул исходной смеси.

Тонкоизмельченные частицы твердого вещества благодаря развитой поверхности обладают значительной химической актив­ностью, адсорбируют газы, электризуются, и в результате этого многие вещества, которые с трудом горят, в виде пыли легко взрываются.

Давление, возникающее при взрыве пыли вследствие быст­рого образования газообразных веществ и расширения воздуха, может оказаться весьма значительным. Так, при взрыве 1г мел­кодисперсной сахарной пыли, распределенной в 4 л воздуха, благодаря теплоте реакции, способной нагреть продукты реак­ции до 4300° С, в постоянном объеме создается давление в 1,5 раза больше, чем при взрыве того же объема смеси метана с воздухом.

Так как горение пыли протекает медленнее, чем горение га­зов, зона горения оказывается несколько более широкой.

Скорость распространения пламени в аэрозоле зависит от величины пылинок; с увеличением крупности пылинок уменьша­ется скорость распространения пламени, а при определенной крупности пламя распространяться не может.

При горении прогрев горючей жидкости на большую глуби­ну в случае наличия в жидкости или на дне резервуара воды вызывает парообразование 'и связанное с ним повышение дав­ления, которое приведет к вскипанию и выбрасыванию горящей жидкости из резервуара.

8.2 Пределы взрываемости

Не всякая смесь горючего газа с воздухом является взрыво­опасной.

Если газо-воздушные смеси различного процентного состава поместить в сосуд, имеющий источник зажигания и    внутри,    и снаружи (на выходе газа из сосу­да), то возможны следующие три случая (рис. 8.4):

Рисунок 8.4 – Концентрационные пределы взрываемости

1) смесь не воспламеняется    ни от внутреннего  запальника,    ни    от наружного   (вернее, вблизи    от за­пальника может идти процесс горения, но   он не распространяется   в объем;    при удалении    запальника горение прекращается);

2) смесь воспламеняется и внутри сосуда, и на выходе из него;

3) смесь воспламеняется только на выходе из сосуда.

Таким образом, в сосуде воспламеняются только такие смеси, в которых концентрация горючего газа находится в определенных пределах.

Это происходит потому, что горючие газы, способные образовывать с воздухом (или кислородом) взрывоопасные смеси, имеют определенные пределы взрываемости, характеризующие минимальную и максимальную концентрацию газа в смеси, вне которых данная газо-воздушная смесь не является взрывоопасной. Эти (нижний и верхний) пределы взрываемости образуют диапазон взрываемости, различный для различных смесей.

Ниже приводятся пределы взрываемости и температуры воспламенения различных газов.

Пределы взрываемости смесей нескольких горючих газов с воздухом могут быть определены экспериментально или вычис­лены по формулам:

где П_н и П_в – нижний и верхний пределы взрываемости смеси газов с воздухом, %;

С₁, С₂, и С₃ – процентное содержание газа в смеси;

П₁,П₂ и П₃ – нижние пределы, %;

П₁¹, П₂¹, П₃¹ – верхние пределы взрываемости каждого из составляющих смеси газов с воздухом, %.

Колошниковый, коксовый, генераторный, природный газы, используемые в металлургических процессах, представляют сме­си горючих и инертных газов. Их пределы взрываемости могут быть вычислены по приведенным выше формулам, но вместо от­дельных горючих газов основой для подсчета служит группиров­ка данной смеси на пары: инертный газ + горючий. Для каждой такой пары определяется суммарный состав, а пределы взрыва­емости определяются из диаграмм по отношению инертного газа к горючему в данной паре.

Пределы взрываемости изменяются в зависимости от ряда факторов: мощности источника воспламенения, примеси инерт­ных газов, начальной температуры газовой смеси, давления смеси и др..

При одной и той же температуре источника воспламенения пределы взрываемости тем шире, чем больше поверхность ис­точника.

Примесь инертных газов изменяет    пределы    взрываемости.

С повышением начальной температуры смеси пределы взры­ваемости расширяются.

Изменение начального давления в смесях влияет на пределы взрываемости по-разному. Так, для смесей водорода с воздухом пределы взрываемости не изменяются при давлении до 1,25-10⁶ н/м², в то время как для смеси окиси углерода с воздухом пределы взрываемости резко изменяются: при давлении 2 • 10⁶ н/м² эти смеси невзрывоопасны.

Скорость распространения пламени при прочих равных усло­виях изменяется в зависимости от состава смеси, примеси инертных газов и их теплоемкости, температуры смеси    и    ее предварительного подогрева, формы сосуда и др. При горении взрывчатых газовых смесей в трубах скорость распространения пламени возрастает с увеличением диаметра (но до некоторого предельного значения); при уменьшении диаметра трубы   скорость распространения пламени уменьшается  при определен­ном (для данной смеси) критическом диаметре пламя распрост­раняться не может вследствие увеличения тепловых потерь на единицу объема газа (из-за увеличения отношения теплоотдающей поверхности трубы к заключенному в ней объему газа).

Механизм распространения пламени в пыле-воздушных сме­сях подобен механизму этого явления в газо-воздушных смесях.

Так же, как и газы, смеси горючих пылей с воздухом имеют верхний и нижний пределы взрываемости.

Пределы взрываемости пыле-воздушных смесей также не­сколько изменяются в зависимости: от дисперсности (расширя­ющей диапазон взрываемости), содержания летучих (увеличи­вающих взрывоопасность), зольности (снижающей взрывоопасность), окружающих условий и характера источника воспламе­нения.

Центральный научно-исследовательский институт пожарной обороны (ЦНИИПО) разработал следующую классификацию пылей:

А. Взрывоопасные пыли

1-й класс, наиболее взрывоопасные — с нижним пределом взрываемости до 15 г/м³ (включительно);

2-й класс, взрывоопасные—с нижним пределом взрываемо­сти от 15 до 65 г/м³.

Б. Пожароопасные пыли (с нижним пределом взрываемости более 65 г/м³)

3-й класс, наиболее пожароопасные — с температурой вос­пламенения до 250°С;

4-й класс, пожароопасные — с температурой воспламенения более 250° С.

Жидкости могут воспламеняться при наличии над поверхно­стью определенного состава смеси их паров с воздухом.

Так же как газы и пыли, пары горючих жидкостей образуют с воздухом взрывоопасные смеси с нижним и верхним предела­ми взрываемости.

Важной характеристикой является температура вспышки паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости — опре­деленная стандартным методом, самая низкая температура этой жидкости, при которой посторонний источник зажигания вызывает вспышку ее паров, насыщающих пространство, но не   со­провождающуюся воспламенением самой жидкости.

Другой характеристикой взрывоопасной смеси газов или па­ров легковоспламеняющейся или горючей жидкости с воздухом является температура самовоспламенения — определенная стан­дартным методом, самая низкая температура, до которой долж­на быть равномерно нагрета указанная смесь для того, чтобы она воспламенилась без внесения в нее постороннего источника зажигания.

При достижении определенной температуры нагрева жидко­сти вспышка не произойдет, если концентрация паров слишком мала (ниже нижнего предела взрываемое™) или слишком вы­сока (выше верхнего предела); произойдет кратковременная вспышка (в течение нескольких секунд), если концентрация па­ров в смеси достигла нижнего предела взрываемости; произой­дет вспышка и затем воспламенение смеси, если концентра­ция паров над жидкостью превышает нижний предел взрывае­мости.

Особенно опасны те жидкости, у которых температуры вспышки и воспламенения близки.

В зависимости от температуры вспышки жидкости делятся на два класса:

1) легковоспламеняющиеся — с температурой вспышки до 45°С (бензин,  керосин, ацетон, бензол и др.);

2) го­рючие—с температурой вспышки выше 45°С (мазут, минераль­ные и растительные масла и др.).

Решающее значение для определения степени огне- и взрыво­опасное™ жидкости имеет упругость пара. Воспламенение (в условиях равновесия) не может произойти, если упругость на­сыщенного пара жидкости выше парциального давления, соответствующего верхнему концентрационному пределу воспламе­нения, или ниже парциального давления, соответствующего нижнему концентрационному пределу. Воспламенение возмож­но, если это условие не соблюдено.

8.3 Предотвращение образования взрывоопасных смесей

Рассмотрение причин взрывов газов, пыли, паров, жидкостей показывает, что для их предупреждения необходимо, во-первых, предотвратить образование взрывоопасных смесей; во-вторых, не допустить воспламенения этих смесей, т. е. исключить воз­можность воздействия источников энергии на взрывоопасные смеси, если они образуются; кроме того, нужно принять меры к локализации взрыва при его возникновении.

Для предотвращения образования взрывоопасных смесей необходимо: исключить возможность засоса воздуха в устрой­ства, в которых находится газ; предотвратить возникновение прорывов и скоплений газа; контролировать сжигание топлива.

Предотвращение засосов воздуха достигается герметизаци­ей газовых устройств. Надежность герметизации обеспечивается соответствующим устройством оборудования, систематическим наблюдением за его состоянием и немедленным устранением на­рушений герметичности.

Газопроводы сооружают из стальных труб. В целях герме­тичности все соединения на газопроводах и других газовых уст­ройствах делают сварными. Резьбовые и фланцевые соединения допускаются только в местах установки обслуживающих уст­ройств (контрольно-измерительных приборов, отключающих устройств и др.).

Перекрывающие устройства для отключения газа и регули­ровки его подачи должны быть надежными и обеспечивать воз­можность быстрого и безопасного управления.

Опыт показывает, что предохранительные клапаны небезо­пасны, так как могут быть источником просачивания газа и не всегда срабатывают при взрывах.

Надземные газопроводы укладывают на опорах и эстакадах из несгораемых материалов с достаточным запасом прочности, на определенной высоте.

Засос воздуха в газопроводы может произойти не только вследствие нарушений герметичности, но и в результате непра­вильной эксплуатации газопроизводящих или газопотребляю­щих агрегатов или при их ремонте.

Сеть газопроводов должна всегда находиться под небольшим положительным давлением. Для каждого потребителя газа так­же устанавливают определенное минимальное положительное давление (не ниже 490 н/м²); при падении давления ниже мини­мального потребитель отключается от сети.

Для надежности отключения газопроводной сети устанавли­вают автоматические приборы.

На газопроводах, подводящих газ к различным аппаратам, устанавливают регуляторы давления.

Герметизация предотвращает прорыв газа из газовых уст­ройств наружу, вследствие чего могла бы вне этих устройств образоваться взрывоопасная смесь. Кроме того, необходимо принимать меры против образования скоплений газа («меш­ков») в случае его просачивания наружу; поэтому все прост­ранство вокруг газопроводов следует хорошо проветривать. Га­зопроводы прокладывают открыто, в местах, удобных для об­служивания.

Помещения, в которых находятся газовые устройства и газо­проводы, оборудуют вытяжной вентиляцией.

Свечи для продувки газовых устройств должны содержаться в исправности. Нельзя соединять в одну общую свечу свечи от разных газопроводов.

Контроль сжигания газа необходим не только по производ­ственным соображениям, но и в целях безопасности. Перерыв а поступлении воздуха в горелку или падение давления воздуха ниже определенного предела может вызвать неполное сгора­ние газа и образование взрывоопасных смесей.

Для предотвращения образования взрывоопасных смесей при погасании пламени горелок используют различные устройства, автоматически выключающие подачу горючего.

При газоопасных работах предварительно разрабатывают четкий порядок проведения подготовительных и основных работ, обеспечивают надежное отключение ремонтируемых объектов от общей сети.

После остановки газовых агрегатов в целях создания благоприятных условий для проведения работ производят продувку воздухом.

По окончании ремонта агрегата производят продувку его га­зом через свечи для того, чтобы устранить возможность образо­вания взрывчатых смесей.

Топка перед пуском хорошо разогревается: газ, который должен быть горячим и сухим, пускается «на огонь» постепенно через последнюю (по ходу газа) горелку, причем скорость выхода горючей смеси должна быть больше, чем скорость горения. При неудаче зажигания вся операция повторяется заново, начиная с продувки.

Предотвращение образования взрывоопасных паро-воздушных смесей достигается мерами, снижающими упругость пара над жидкостью ниже нижнего предела взрываемости или созда­нием над жидкостью инертной среды. Жидкости могут хра­ниться под какими-либо другими инертными и более легкими жидкостями или газами, под паро-воздушной смесью из паров хранимого вещества (с концентрацией выше верхнего предела взрываемости) или под плавучими крышами, не оставляющими над жидкостью воздушного пространства, где могли бы образо­ваться паро-воздушные смеси.

Радикальным средством для предотвращения образования пыле-воздушных смесей является увлажнение при проведении процессов, связанных с образованием пыли.

Другой мерой является поддержание концентрации пыли в соответствующих агрегатах ниже нижнего предела или выше верхнего предела взрываемости.

8.4 Предотвращение воспламенения взрывоопасных смесей и локализация взрыва

Предотвращение воспламенения взрывоопасных смесей сво­дится к защите от воздействия источников энергии. В этих целях вблизи всех газовых устройств не (разрешается применять откры­тый огонь, проводить сварочные работы, курить и т. п. Все газо­проводы прокладывают на определенном расстоянии от мест выпуска расплавленного металла и шлака железнодорожных путей воздушных электрических сетей, пешеходных путей. В случае отклонения от указанного принимают меры против возможных прожогов или разрушения стенок газопроводов.

Электрические лампы могут явиться причиной взрывов, если температура нагрева их колб превосходит температуру воспла­менения оседающей на них пыли.

Необходимо исключить появление искр, так как температура искры может оказаться выше температуры воспламенения дан­ной смеси. Искры трения стали о карборунд и о сталь поджига­ют воздушные смеси Н₂, СО, С₂Н₂, CS₂. Трение алюминия о ржа­вое железо в результате реакции Ре₂Оз + Аl приводит к образо­ванию искр, энергия которых достаточна для поджигания газо­вых смесей.

Чтобы не допустить искрообразования при ремонтных рабо­тах, применяют рабочий инструмент из материалов, не дающих искр при ударе (омедненная сталь, бериллиевая бронза и др.), или инструмент смазывают тавотом. Принимают меры против попадания металлических   предметов в дробильные устройства.

Электрические устройства во взрывоопасных помещениях устанавливают в специальной взрывозащищенной арматуре, на­пример электрические двигатели помещают в специальном про­дуваемом воздухом кожухе. При этом осуществляется блоки­ровка для запрещения включения двигателей до начала работы вентилятора и 1выключения при падении давления воздуха в ко­жухе ниже безопасного предела.

Защита от статического электричества достигается прежде
всего мерами, предотвращающими его возникновение. К числу
этих мер относится повышение электрической проводимости пу­тем замены соответствующих деталей (например, кожаных
ременных передач) или добавлением проводящих веществ (на­
пример, смазывание ремней специальными проводящими соста­вами или вплетение в них металлических нитей), или добавле­нием специальных присадок (например, 0,05%-ного раствора магниевой соли, олеиновой кислоты, уксусной кислоты, желез­ных опилок). При возможном возникновении статических зарядов все га­зопроводы, пылепроводы и другие подобные устройства за­земляют.

Полезно повышение электрической емкости защищаемых агрегатов посредством электрического присоединения их к ме­таллической ограде, металлической полосе и т. п.

Легковоспламеняющиеся жидкости в большинстве являются хорошими диэлектриками. Электризация жидкости происходит при движении ее внутри труб и сосудов со скоростью более 3,5 м/сек, при фильтровании, при распылении и свободном паде­нии, в особенности,    если в струю попадают пузырьки воздуха.

Для локализации взрыва предусматривают специальные устройства в производственных агрегатах. Вместе с тем для ло­кализации взрыва необходимы меры против распространения огня, предусматриваемые противопожарной техникой.

В целях локализации взрыва используют специально уста­навливаемые слабые звенья в конструкциях агрегатов — предо­хранительные клапаны и мембраны (пластины). Разрывные мембраны из фольги (цветного металла, пластмассы или друго­го материала) устанавливают, например, на стенке дробилки, если в ней образуется взрывоопасная пыль. При повышении давления в агрегате сверх того, на которое рассчитана мембра­на, она разрывается. Чтобы после разрыва мембраны не про­изошел подсос воздуха, устанавливают крышку, которая автома­тически закрывается после разрыва мембраны.

8.5 Предупреждение взрывов жидкого металла и шлака

Взрывы металла и шлака происходят как внутри печей, так и вне их — при выпуске металла и шлака.

При соприкосновении жидкого шлака или металла с водой происходит образование пара. Если образующиеся пары не имеют свободного выхода, может произойти выплескивание, разлетание расплавленной жидкой массы.

Выпуск металла из печи в желоб, набитый сырым песком, или поливка распыленными струями воды на разливочной маши­не взрыва не вызывает, так как при этом водяные пары имеют свободный выход. Однако если компактная струя воды под силь­ным давлением проникнет под верхний слой металла (или за­стывшую корку над расплавленным шлаком), произойдет выплеск расплавленного металла (шлака). Точно так же при погружении большого количества металла в воду происходит взрыв, так как масса окружающей воды оказывает сопротивле­ние расширению образующегося пара.

Образующиеся в результате нагрева воды теплотой расплав­ленного металла водяные пары не имеют выхода в том случае, когда вода попадает внутрь массы или под слой расплавленного металла (шлака). При погружении в металл мокрого холодного лома или ложки, обмазанной свежей глиной, происходит резкий выплеск металла. Такой же выплеск произойдет, если жидкий металл вылить на сырой металлический пол.

Если влага попадает под струю расплавленного металла, на­пример при заливке ковша, взрыв происходит не сразу по со­прикосновении струи металла с влагой, а с запозданием, когда ковш заполнится на значительную часть своего объема, что утяжеляет последствия аварии. Объясняется это тем, что, ока­завшись под металлом и отнимая тепло от ближайших слоев металла, вода замораживает их; под коркой застывшего металла идет процесс испарения влаги, а затем, возможно, и разложе­ние ее с образованием гремучей смеси. Малое количество воды может вызвать сильный взрыв.

Аналогичное явление происходит и при взаимодействии во­ды с расплавленным шлаком. Если на поверхности шлака при его охлаждении налита вода в количестве большем, чем может сразу испариться, то вода через трещины в поверхности шлака проникнет внутрь массы его, к еще не успевшей охладиться, раскаленной сердцевине, и в результате возникающих при этом реакций, происходит выплеск жидкого шлака и выброс верхней шлаковой корки.

Такое же явление произойдет, если на поверхность шлака, залитую водой или недостаточно сухую, залить огненно-жидкий шлак.

При наличии влажного мусора на дне шлаковозного ковша первые же порции вылитого в ковш шлака образуют шлаковую корку, под которой происходит парообразование. Так как шла­ковая корка плохо проводит тепло, то парообразование и пере­грев образующегося пара происходят сравнительно медленно. Под воздействием образовавшихся под коркой паров и газов и под давлением массы шлака шлаковая корка прорывается, тепло жидкой массы передается пару, происходит сильное рас­ширение его объема, вызывающее выплескивание содержимого ковша с большой силой.

Обязательными требованиями безопасности являются пред­отвращение попадания воды в ковши для шлака и металла, а также тщательная просушка их перед заполнением металлом или шлаком.

Причиной взрывов в печах может явиться повреждение охла­дительной системы. При попадании воды в печь и соприкосно­вении ее с жидким металлом происходит мгновенное и сильное парообразование и взрыв.

Для своевременного обнаружения возможности аварии уста­навливают надежный контроль  за  состоянием  холодильников.

Возможны также взрывы и вследствие попадания в печи влаги при загрузке сырой или смерзшейся руды, полых предме­тов с водой или снегом, а также вследствие нарушения равно­весия между закисью железа и углеродом или между металлом и шлаком и др.

8.6 Безопасность при использовании кислорода

Кислородопроводы должны отвечать определенным требова­ниям в отношении прочности, герметичности, защиты от повреж­дений и нагрева, окраски. Устройства для ввода кислорода в печи механизируются. Необходимо обеспечить безопасность ре­гулирования подачи кислорода и установить двустороннюю связь между  рабочими    площадками и кислородной станцией.

Так как повышение содержания кислорода в воздухе усили­вает пожарную опасность, необходим контроль воздуха на со­держание кислорода и ацетилена, смеси которого с кислородом особенно взрывоопасны.

Наибольшее загрязнение воздуха ацетиленом дает коксохи­мическое производство (в коксовом газе ацетилена 400— 600 см³/м³); в мартеновских цехах ацетилен попадает в атмо­сферу с продуктами неполного сгорания коксового газа; в элек­трометаллургических цехах ацетилен выделяется из белых и карбидных шлаков; в доменном газе ацетилена нет.

При использовании кислорода (и обогащенного кислородом воздуха) на одежде могут задерживаться пузырьки кислорода, что опасно при загрязнении спецодежды (особенно маслами). Следует не допускать загрязнения одежды и периодически об­дувать ее воздухом   (у воздушного душа).

При использовании кислородных баллонов (так же, как и любых других баллонов со сжатыми газами) необходимы меры безопасности.

Причиной взрыва газового баллона может явиться его на­грев, вызывающий повышение давления внутри баллона сверх допустимого, удар, образование взрывоопасных смесей, засоре­ние горловины баллона.

Безопасность эксплуатации баллонов достигается преду­преждением повышения давления в нем сверх установленного, поддержанием    герметичности   и предотвращением    засорения.

Баллоны изготовляют из бесшовных стальных труб углеро­дистой стали с нормальной мелкозернистой структурой без внутренних   напряжений.    Каждый баллон имеет на горловине отверстие с конической резьбой, запорный вентиль, колпак для закрывания горловины, редуктор для перепуска давления, башмак для установки в вертикальном положении.

Механическая прочность, (размеры баллонов и толщина сте­нок их гостированы.

На каждом баллоне ставят клеймо завода-изготовителя и специальный знак.

Люди также интересуются этой лекцией: 3. Прикладные системы и технологии.

Для различения баллоны имеют соответствующую окраску и четкую надпись (название газа).

Перед наполнением баллоны тщательно продувают; промы­вают, осматривают снаружи и внутри. Внутренний осмотр про­изводят с помощью лампы с зеркальцем, вводимым внутрь бал­лона.

В целях предохранения от ударов перевозку баллонов произ­водят на тележках, а переноску — на    специальных    носилках.

В цехе следует хранить (ib вертикальном положении) только минимально необходимое число баллонов.

Перед использованием баллона необходимо проверить его исправность, наличие клейма, отсутствие загрязненности.

Использование баллона допускается до остаточного давления 1,5-10⁵ н/м².