Проектные и инженерные решения по обеспечению пожарной безопасности при производстве древесных плит. Часть 1

Факторы пожарной опасности и классификация объектов по пожаровзрывоопасности

Часть 2. Противопожарные мероприятия на промышленных объектах
Часть 3. Противопожарные средства
Часть 4. Автоматические установки пожаротушения
Часть 5. Инженерные решения технологического оборудования

Производство древесных плит относится к наиболее пожароопасным производствам по обработке древесины. Это связано с высокой степенью горючести используемых материалов и создаваемых изделий, а также с применением технологических и вспомогательных операций, протекающих при высокой температуре. Одной из предпосылок возникновения пожаров и взрывов является образование в ходе технологического процесса сухих древесных частиц (стружек или волокна) и древесной пыли. Для оценки степени опасности технологического процесса необходимо в первую очередь располагать данными, характеризующими пожаровзрывоопасные свойства пыли.

С точки зрения пожарной и взрывопожарной опасности сухая древесная пыль - это горючая дисперсионная система, состоящая из газообразной среды и находящейся в ней твердой дисперсионной фазы в виде частиц размером менее 850 мкм во взвешенном (аэрозоль) или осевшем (аэрогель) состоянии, способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава. Образование, выделение и оседание древесной пыли возможно в таком объеме, которого достаточно для создания взрывоопасных концентраций как внутри оборудования, так и в помещениях.

Горючая пыль любого происхождения характеризуется рядом стандартизированных показателей пожаровзрывоопасности, которые в зависимости от вида пыли имеют определенные значения, установленные для частиц размером менее 100 мкм и влажностью не более 5% (мас.). Однако конкретные числовые значения есть не у всех характеристик древесной пыли в виде аэрозоля и аэрогеля. Общим для аэрогеля и аэрозоля является показатель минимальной энергии зажигания, значение которого не превышает 20 мДж. Аэрозоль характеризуется показателем максимального давления взрыва, составляющего 500-770 кПа. Давление зависит от таких характеристик, как дисперсность, влажность, концентрация, и незначительно от объема камеры взрывания, а такой показатель, как скорость нарастания давления при взрыве, составляющий около 17 000 кПа/с, зависит от объема камеры взрывания и в меньшей степени от характеристик аэрозоля. Минимальное взрывоопасное содержание кислорода в газовой среде (МВСК) аэрозоля, равное 17% по объему, и нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), находящийся в диапазоне 32,5-57,5 г/м³, также зависят от характеристик аэрозоля. Нижний концентрационный предел распространения пламени является показателем, по которому классифицируют горючую пыль на предмет взрывоопасности. При нижнем концентрационном пределе распространения пламени 65 г/м³ и менее горючую пыль считают взрывоопасной.

Аэрогель древесной пыли характеризуется показателем температуры самовоспламенения, равной 385-395^оС. Реакционная способность пыли к воспламенению обратно пропорциональна размеру частиц и при равной их массе зависит от суммарного размера поверхности. Горючие свойства древесной пыли почти не изменяются до влажности 12-18%. Увеличение влажности пыли более 18% резко снижает ее горючесть. Древесная пыль может воспламеняться от кратковременного воздействия малокалорийного источника воспламенения и устойчиво гореть.

Пыль, образующаяся в производственном помещении, частично оседает на труднодоступных строительных конструкциях, воздуховодах, трубопроводах и светильниках и с течением времени накапливается там в значительных количествах. При определенных условиях осевшая пыль может перейти во взвешенное состояние и образовать взрывоопасную концентрацию аэрозоли в большом объеме помещения. При наличии источника воспламенения и его контакте с взрыво­опасной пылевоздушной смесью возникает взрыв большой разрушительной силы. Не менее опасно возникновение так называемых вторичных взрывов, образующихся в результате взвихрения пыли от воздействия ударной волны первичного (локального) взрыва пылевоздушной смеси.

Используемые в современных технологических процессах исходные химические материалы в виде водных растворов негорючи и взрывобезопасны. Однако уротропин, водный раствор которого в ряде случаев является компонентом связующего, при хранении в сухом виде на складе химикатов пожароопасен. В процессе производства из исходных материалов и создаваемых изделий выделяются пожаровзрывоопасные вещества, такие как формальдегид и аммиак, но в производственных помещениях их концентрация не опасна и не приводит к возникновению пожара. В то же время в результате аварий, а также при ремонте и очистке емкостей, в которых хранят смолу и аммиачную воду, возможно накопление формальдегида и аммиака во взрывоопасных концентрациях.

Пожарная безопасность технологических процессов изготовления древесных плит складывается из ряда факторов. Отметим основные. Минеральные и металлические включения, имеющиеся в сырье, при его измельчении и дальнейшей переработке могут явиться источником возникновения искр и возгорания. В производственной практике известны случаи возникновения хлопков и локальных взрывов в циклонах и пневмотранспорте, когда древесная масса подавалась без необходимой степени очистки от инородных включений.

Наиболее пожароопасной в производстве древесных плит является операция сушки измельченной древесины. В большей степени это касается сушки древесной стружки при изготовлении ДСП, где на входе в сушильный барабан температура агента сушки может достигать 550^оС, а температура отработавшего агента сушки на уровне 120-130^оС. В качестве агента сушки используют топочные газы, возникающие при сжигании мазута, природного газа или древесных отходов производства, в том числе и древесной пыли в теплогенераторах сушильных агрегатов или энергоцентрах. При этом нарушение технологии сушки древесных частиц приводит к их возгоранию. Кроме того, сами источники получения агента сушки требуют соблюдения условий безопасности их эксплуатации.

Пожаровзрывоопасен и процесс пневматического транспортирования материала и загрузки его в бункер, когда при образовании взрывоопасной концентрации пыли и появлении источника воспламенения может произойти взрыв. Наряду с таким источником воспламенения, как искры от инородных частиц, попавших в трубопровод, о чем сказано выше, другим таким источником может быть разряд статического электричества. Древесные частицы, контактируя со стенками трубопроводов, заряжают их и сами приобретают электрический заряд. Накопление зарядов в облаке пыли может привести к разряду на стенку или другой конструктивный элемент пневмотранспортной установки.

Вероятность разряда определяется избыточным электрическим зарядом. Уровень электризации дисперсионных материалов в системах пневмотранспорта принято оценивать по силе тока утечки с поверхности трубопроводов на землю. Как показывают расчеты, энергия разряда значительно ниже минимальной энергии воспламенения древесной пыли, а уровень статической электризации при ее пневмотранспортировании низок. И хотя риск воспламенения от разряда статического электричества невелик, необходимо предусматривать защиту трубопроводов и бункеров от разрушения в случае взрывов.

Прессование древесных плит в современных прессах непрерывного действия осуществляется при температуре, достигающей 250^оС. Пожароопасность прессования, с одной стороны, определяется возможностью накопления древесных частиц на нагревательных плитах пресса вне зоны прессования и их самовоспламенения в результате экзотермических реакций. С другой стороны, причиной для возгорания может стать работа системы аспирации пресса. В зонт пресса, трубопроводы и вентиляторы в потоке горячих газов, отходящих от пресса, попадают мелкодисперсная пыль, продукты разложения древесины и химических веществ. Конденсируясь на стенках, они образуют массу, способную к самовозгоранию или тлению от внешнего источника воспламенения, который может возникнуть, например, при ремонтных или профилактических работах.

Для нагрева плит пресса, обеспечивающего требуемую температуру прессования, и некоторых других технологических и вспомогательных аппаратов используют высокотемпературный органический теплоноситель (ВОТ), в качестве которого в отечественной практике применяют ароматизированный минеральный теплоноситель АМТ-300М (термомасло). Термомасло пожароопасно, его минимальное взрывоопасное содержание кислорода составляет 14,2% по объему. При распылении и конденсации горячего масла в воздухе образуется мелкодисперсный аэрозоль, обладающий взрывоопасными свойствами. Нижний предел концентрации, при которой воспламеняется аэрозоль этого термомасла, равен 25 г/м³. Однако при оценке пожаро­опасности термомасла необходимо учитывать, что оно циркулирует в герметически закрытой системе.

Пожар, как правило, может возникнуть при аварии, связанной с нарушением герметичности системы и выходом нагретого масла наружу. В установках с обогревом термомаслом АМТ-300М, используемых в производстве древесных плит, теплоноситель нагревается выше нижнего температурного предела воспламенения. Кроме того, в процессе длительной эксплуатации в системе обогрева происходит термическое разложение масла. Низкокипящие компоненты термомасла становятся летучими уже при невысоких температурах. Чем выше температура, тем больше образуется низкокипящих компонентов. В свою очередь, повышение концентрации низкокипящих компонентов теплоносителя снижает температуру его вспышки и самовоспламенения, что повышает пожарную опасность. Аварийный выброс продуктов в помещение может привести к образованию взрывоопасных концентраций паров или аэрозоля масла. Разлившееся горячее масло может легко воспламениться, например, от электрической искры либо искры, возникшей при трении или ударе.

Наконец, еще одним значительным фактором пожарной опасности при производстве древесных плит является операция их шлифования. Образующаяся при шлифовании пыль удаляется системой аспирации в бункер-накопитель. Теоретически для обеспечения пожаровзрывобезопасности процесс удаления пыли от станков должен быть рассчитан таким образом, чтобы ее количество, транспортируемое по трубопроводу, не превышало 50% нижнего концентрационного предела распространения пламени, то есть чтобы концентрация пыли в трубопроводе была меньше 20 г/м³ воздуха. Но на практике даже при соблюдении таких условий невозможно предотвратить образование взрывоопасной концентрации пыли, так как нагрузка на станки, объединенные общей системой аспирации, неравномерна. Кроме того, в трубопроводах и циклоне могут создаваться локальные пылевые зоны со взрывоопасной концентрацией. Источником воспламенения пыли в системе аспирации могут быть искры, возникающие при сошлифовке инородного включения в плите, от разрыва шлифовальной ленты и попадания ее в трубопровод, а также от нагревания деталей станка при механическом трении.

Технологическая среда, в которой возможно образование горючей среды, а также появление источника зажигания мощности, достаточной для возникновения пожара, классифицируется в соответствии с существующими нормами как пожароопасная. Технологическая среда, в которой возможно образование смесей воздуха с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими жидкостями, горючими аэрозолями и горючей пылью или волокнами, способна взрываться при определенной концентрации горючего вещества и появлении источника инициирования взрыва (источника зажигания), классифицируется как взрывоопасная.

Учет количества обращающихся веществ и материалов и их взрывопожарных свойств лежит в основе классификации производственных помещений и наружных установок по пожароопасным и взрывоопасным зонам, которая применяется для выбора электротехнического и другого оборудования по степени защиты, обеспечивающей их пожаровзрывобезопасную эксплуатацию в этих зонах. Пожароопасные зоны в процессе изготовления плит подразделяются на четыре класса: П-I, П-II, П-IIа и П-III. Производственные помещения и наружные установки или ограниченные пространства в них, в которых имеются или могут образовываться взрыво^­опасные смеси, относятся к взрывоопасным зонам.

В соответствии с существующей классификацией взрывоопасных зон по частоте и длительности присутствия в них взрывоопасной смеси, зоны, где размещаются, например, технологические участки сортировки сухих древесных частиц, смешивания стружек или сухого волокна со связующим, формирования пакетов либо ковра из осмоленного материала, их прессования и последующей обработки готовой продукции, относятся к II классу. Этот класс соответствует зонам, расположенным в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования не образуются взрывоопасные смеси горючей пыли или волокна с воздухом при концентрации 65 г/м³ и менее, но возможно образование такой взрывоопасной смеси только в результате аварии либо повреждения технологического оборудования.

Пожаровзрывоопасные свойства обращающихся веществ и материалов и их количество определяют пожарную и взрывопожарную опасность зданий, строений и сооружений, а также наружных установок, в которых размещается производство или его части. Их классификация по пожарной опасности используется для установления требований пожарной безопасности, направленных на предотвращение риска возникновения пожара и обеспечение противопожарной защиты людей и имущества в случае пожара. Классификация производственных объектов по пожарной опасности основывается на определении их принадлежности к соответствующей категории.

В соответствии с действующими нормами существует пять категорий помещений по пожарной и взрывопожарной опасности: А, Б, В, Г, Д. Объекты производства древесных плит относятся только к трем из них. Производственные и складские помещения независимо от функционального назначения могут относиться к следующим категориям:

• Б. Критериями назначения этой категории взрывопожароопасности является наличие (обращение) в рассматриваемых объектах горючей пыли или волокон, легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки выше 28^оС, горючих жидкостей в таком количестве, когда они могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа;
• В1-В4. Критериями назначения этой категории взрывопожаро­опасности является наличие (обращение) в рассматриваемых объектах горючих и трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов (в том числе пыли и волокна), веществ и материалов, способных при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они находятся (обращаются), не относятся к категории Б.

Отнесение помещения к категории В1, В2, В3 или В4 осуществляется в зависимости от количества и способа размещения пожарной нагрузки в указанном помещении и его объемно­планировочных характеристик, а также от пожарных свойств веществ и материалов, составляющих пожарную нагрузку;

• Д. Критерием назначения этой категории пониженной пожароопасности является наличие (обращение) в рассматриваемых объектах негорючих веществ и материалов в холодном состоянии.

Категории зданий, сооружений и строений по пожарной и взрывопожарной опасности определяют исходя из доли и суммарной площади помещений той или иной категории опасности в них. Установленные категории указывают в проектной документации на объекты капитального строительства и реконструкции.

Наружные установки производства плит по пожарной опасности могут быть отнесены к трем категориям из пяти существующих (АН, БН, ВН, ГН, ДН) в соответствии с действующими нормами. Это категории:

• БН. Критерием назначения этой категории взрывопожароопасности являются присутствие, хранение, переработка или транспортировка в рассматриваемых объектах горючих пыли и (или) волокон, легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки выше 28^оС, горючих жидкостей (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании пыле- и (или) паровоздушных смесей с образованием волн давления превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 м от наружной установки);
• ВН. Критерием назначения этой категории пожароопасности является присутствие (хранение, переработка, транспортировка) в рассматриваемых объектах горючих и (или) трудногорючих жидкостей, твердых горючих и (или) трудногорючих веществ и (или) материалов, в том числе пыли и (или) волокон, веществ и (или) материалов, способных при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом гореть, и если не реализуются критерии, позволяющие отнести установку к категории БН (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании указанных веществ и (или) материалов превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 м от наружной установки);
• ГН. Критерием назначения этой категории умеренной пожароопасности является присутствие (хранение, переработка, транспортировка) негорючих веществ и (или) материалов в горячем, раскаленном и (или) расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и (или) пламени, а также горючие газы, жидкости и (или) твердые вещества, которые сжигаются либо утилизируются в качестве топлива.

Категории наружных установок по пожарной опасности должны указываться в проектной документации, а обозначение категорий должно быть указано на установке.

Оценка пожарной и взрывопожарной опасности объектов плитного производства является основой для установления требований к ним в отношении планировки и застройки, этажности, площадей, конструктивных решений и инженерного оборудования, предусматривающих сохранность помещений и зданий от пожаров и взрывов, а также обеспечения безопасности людей.

Для установления требований к системам пожарной безопасности зданий, сооружений и строений производственного и складского назначения в зависимости от их пожарной опасности применяется пожарно-техническая классификация. Она определяется по степени огнестойкости и в соответствии с классом конструктивной пожарной опасности.

В зависимости от степени сохранения строительными конструкциями несущей и ограждающей способности в условиях пожара здания, сооружения, строения и пожарные отсеки классифицируют по пяти степеням огнестойкости (I, II, III, IV, V). Оценка степеней огнестойкости ведется по минимальным пределам огнестойкости основных строительных конструкций (стен, колонн, лестниц, перекрытий и пр.), выраженным в часах, и по минимальным пределам распространения огня по ним, выраженным в сантиметрах. Степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков производственного и складского назначения устанавливают в зависимости от их этажности, площади пожарного отсека и пожарной опасности осуществляемых в них технологических процессов. На территориях объектов производства древесных плит должны быть здания, сооружения, строения и пожарные отсеки не ниже IV степени огнестойкости.

По конструктивной пожарной опасности здания, сооружения, строения и пожарные отсеки подразделяют на классы С0, С1, С2 и С3. Классификационная характеристика определяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожара и образовании его опасных факторов. Класс конструктивной пожарной опасности зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков устанавливают в зависимости от тех же факторов, в зависимости от которых устанавливают степень огнестойкости. Здания, сооружения, строения и пожарные отсеки на территориях объектов производства плит должны быть не ниже класса С0 конструктивной пожарной опасности, что требует использования при их строительстве только непожароопасных строительных конструкций.

Степень огнестойкости зданий, со­оружений, строений и пожарных отсеков, классы их конструктивной пожарной опасности указывают в проектной документации на объекты капитального строительства и реконструкции.

Валерий ПУЧКОВ, д-р экон. наук,
Давид ЩЕДРО, канд. техн. наук,
ЗАО «Консультационная фирма "ПИК"»