firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2023.32.01.51-56firesmi-1195Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВSAFETY OF SUBSTANCES AND MATERIALSВзрывоопасность аэровзвеси сухой молочной сывороткиExplosion hazard of whey powder mixed with airhttps://orcid.org/0000-0003-2586-8597ПолетаевН. Л.PoletaevN. L.

ПОЛЕТАЕВ Николай Львович, д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной оборо­­ны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Россия, 143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12; РИНЦ ID: 1093620

Nikolay L. POLETAEV, Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Minis­­­­try of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters, VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903, Russian Federation; ID RISC: 1093620

nlpvniipo@mail.ruВсероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Московская обл., г. Балашиха, РоссияРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Minis­­­­try of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters, VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903, Russian FederationRussian Federation2023280220233215156Copyright © Полетаев Н.Л., 20232023Полетаев Н.Л.Poletaev N.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1195Введение

Введение. В нормативной литературе многих стран принято относить фракцию горючей пыли с размером частиц более 500 мкм к дисперсным материалам, невзрывоопасным в состоянии аэровзвеси. Представляет интерес изучение взрывоопасности аэровзвесей, которые не подчиняются данному правилу. В частности, известна взрывоопасность образцов сухой молочной сыворотки (далее — сыворотки) со средним размером частиц 41, 162 и 750 мкм, выявленная испытаниями в камере объемом 1 м3. Поставлена задача определить максимальный размер частиц взрывоопасной фракции сыворотки dcr с помощью ранее раз­работанной процедуры и продемонстрировать нарушение упомянутого выше правила.

Метод обработки экспериментальных данных. Для упомянутых трех образцов сыворотки с известными значениями бедного концентрационного предела взрываемости (НКПР1 = 250 г/м3, НКПР2 = 250 г/м3 и НКПР3 = 500 г/м3) построены непрерывные функции F распределения частиц по размерам d. Полученные функции F1(d), F2(d) и F3(d) соответственно представлялись распределениями Розина – Раммлера, заполняющими промежутки между дискретными данными ситового анализа образцов.

Оценка dcr

Оценка dcr. Следуя известной процедуре (Полетаев, 2014), использовали информацию о первом и третьем образцах сыворотки. Находили значения dcr из уравнения F1(dcr)/F3(dcr) = НКПР3/НКПР1. Решение уравнения дает dcr = 750 мкм.

Обсуждение результатов

Обсуждение результатов. Полученная оценка dcr намного превышает предельное значение параметра, предлагаемое в нормах. Данная оценка носит объективный характер и не может объясняться известным из практики измельчением крупных частиц в процессе распыления. В пользу последнего утверждения свидетельствует характерное снижение индекса взрывоопасности сыворотки с ростом среднего размерачастиц рассмотренных трех образцов.

Выводы

Выводы. Максимальный размер частиц взрывоопасной фракции сыворотки составляет величину порядка 750 мкм.

Introduction

Introduction. In many countries, regulations consider combustible dust with a particle size of more than 500 μm as dispersed material non-explosive if mixed with air. The explosiveness of mixtures of air and some substance arouses researchers’ interest. In particular, the explosiveness of whey powder specimens (hereinafter referred to as whey powder) with an average particle size of 41, 162 and 750 μm, was identified in the process of their testing in a 1 m3 chamber. The task is to find out the maximum particle size of whey powder dcr using the earlier developed procedure and to demonstrate its failure to conform to the rule specified above.

Method to process experimental data. Continuous functions F of particle size distribution d were constructed for three whey powder specimens having the following values of the lower explosive limit (LEL1 = 250 g/m3, LEL2 = 250 g/m3 and LEL3 = 500 g/m3, respectively). Resulting functions F1(d), F2(d) and F3(d) were presented using Rosin – Rammler distributions that filled the gaps between the discrete data obtained as a result of the sieve analysis.

dcr evaluation

dcr evaluation. We used information about the first and third whey powder specimens in compliance with the well-known procedure (Poletaev, 2014). dcr values were identified using equation F1(dcr)/F3(dcr) = LEL3/LEL1. Having solved the equation, we found that dcr = 750 μm.

Discussion

Discussion. The obtained evaluation of dcr is much higher than the limit value of the parameter proposed in the regulations. This evaluation is of objective origin, and it cannot be explained by the grinding of large particles during the spraying process. The latter statement is supported by a characteristic decrease in the explosibility index of whey powder and an increase in the average particle size (for explosive fractions) of the three specimens in question.

Conclusions

Conclusions. The maximum particle size of the explosive whey fraction is about 750 µm.

порошок сывороткикрупнодисперсная пыльвзрыв пыли1-м3 камеравзрывоопасная фракцияwhey powdercoarse dustdust explosion1 m3 chamberexplosive fractionReferencesDi Benedetto A., Russo P., Amyotte P., Marchand N.Di Benedetto A., Russo P., Amyotte P., Marchand N.Modelling the effect of particle size on dust explosions // Chemical Engineering Science. 2010. Vol. 65. Issue 2. Pp. 772–779. DOI: 10.1016/j.ces.2009.09.029Modelling the effect of particle size on dust explosions. Chemical Engineering Science. 2010; 65(2):772-779. DOI: 10.1016/j.ces.2009.09.029Ichinose K., Mogi T., Dobashi R. Effects of the particle size and agglomeration on the minimum explosible concentration and flame propagation velocity in dust clouds // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2020. Vol. 56. Issue 4. Pp. 421–426. DOI: 10.1134/s001050822004005xIchinose K., Mogi T., Dobashi R. Effects of the particle size and agglomeration on the minimum explosible concentration and flame propagation velocity in dust clouds. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2020; 56(4):421-426. DOI: 10.1134/s001050822004005xПолетаев Н.Л. Расчетно-экспериментальная оценка максимального размера частиц взрывоопасной монодисперсной аэровзвеси // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 9. С. 15–26. DOI: 10.18322/PVB.2014.23.09.15-26Poletaev N.L. Experiment-calculated estimating of the maximum particle size of explosive monodisperse dust-air mixture. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2014; 23(9):15-26 (rus).Полетаев Н.Л. Оценка максимального размера взрывоопасных частиц сульфида железа // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 3. С. 5–11. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.03.5-11Poletaev N.L. Estimating the maximum size of explosive iron sulfide particles. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2022; 31(3):Soundararajan R., Amyotte P.R., Pegg M.J. Explosibility hazard of iron sulphide dusts as a function of particle size // Journal of Hazardous Materials. 1996. Vol. 51. Issue 1–3. Pp. 225–239. DOI: 10.1016/s0304-3894(96)01825-0-11. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.03.5-11 (rus).Полетаев Н.Л. Оценка взрывоопасности ядерного графита в 1-м3 камере // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 2. С. 15–21. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.02.15-21Soundararajan R., Amyotte P.R., Pegg M.J. Explosibility hazard of iron sulphide dusts as a function of particle size. Journal of Hazardous Materials. 1996; 51(1-3): 225-239. DOI: 10.1016/s0304-3894(96)01825-0Graphite dust deflagration: A review of international data with particular reference to the decommissioning of graphite moderated reactors. EPRI, Palo Alto, CA, 2007. P. 1014797.Poletaev N.L. Explosibility of nuclear graphite measured in a 1 m3 chamber. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2022; 31(2):15-21. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.02.15-21 (rus).Poletaev N.L., Korolchenko A.Y. A now on the relationship between the lower explosiblity limit of dust and particle size // Proceedings of the Joint Meeting of the Russian and Japanese Sections of the Combustion Institute. Chernogolovka, Moscow Region, 1993. Pp. 116–117.Graphite dust deflagration: A review of international data with particular reference to the decommissioning of graphite moderated reactors. EPRI, Palo Alto, CA, 2007; 1014797.Scholl E.W., Reeh D., Wiemann W. et al. Brenn – und Explosions – Kenngrossen von Stauben // SFT-Report. No. 2. Pp. 2–79. 100 S.Poletaev N.L., Korolchenko A.Y. A now on the relationship between the lower explosiblity limit of dust and particle size. Proceedings of the Joint Meeting of the Russian and Japanese Sections of the Combustion Institute. Chernogolovka, Moscow Region, October 1993. Pp. 116–117.Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. 3-е изд. Л. : Химия, 1987. 264 с.Scholl E.W., Reeh D., Wiemann W. et al. Brenn – und Explosions – Kenngrossen von Stauben. SFT-Report.Selle Н., Zehr J. Beurteilung der experimente werte für die untere zündgrenze von staub // Luft-Gemischen mit Hijfe Thermochemischer Berechnungen. Staub und Reinhalt Luft, 1954. Bd. 38. 583 S.; 2-79:100. (ger).Hertzberg M., Cashdollar K.L. Introduction to dust explosions. The industrial dust explosions / ed. K.L. Cashdollar, M. Henzberg. ASTM Special Technical Publication 958. Philadelphia : ASTM, 1987. Pp. 5–32.Kouzov P.A. Fundamentals of the analysis of the disperse composition of industrial dusts and crushed materials. 3th ed. Leningrad, Himiya Publ., 1987; 264.Altwal J.M., Véchot L.N. Experimental study of the influence of particle size on Minimum Explosible Concentration of sulfur dust // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021. Vol. 71. P. 104507. DOI: 10.1016/j.jlp.2021.104507Selle Н., Zehr J. Beurteilung der Experimente Werte für die untere Zündgrenze von Staub. Luft-Gemischen mit Hijfe Thermochemischer Berechnungen. Staub und Reinhalt Luft. 1954; 38:583. (ger).Bagaria P., Zhang J., Mashuga C. Effect of dust dispersion on particle breakage and size distribution in the minimum ignition energy apparatus // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. DOI: 10.1016/j.jlp.2017.07.001Hertzberg M., Cashdollar K.L. Introduction to dust explosions. The Industrial dust explosions / ed. K.L. Cashdollar, M. Henzberg. ASTM Special Technical Publication 958. Philadelphia, ASTM, 1987; 5-32.Sanchirico R., Di Sarli V., Russo P., Di Benedetto A. Effect of the nozzle type on the integrity of dust particles in standard explosion tests //Altwal J.M., Véchot L.N. Experimental study of the influence of particle size on Minimum Explosible Concentration of sulfur dust. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021; 71:104507. DOI: 10.1016/j.jlp.2021.104507Powder Technology. 2015. Vol. 279. Pp. 203–208. DOI: 10.1016/j.powtec.2015.04.003Bagaria P., Zhang J., Mashuga C. Effect of dust dispersion on particle breakage and size distribution in the minimum ignition energy apparatus. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. DOI: 10.1016/j.jlp.2017.07.001Bagaria P., Zhang J., Yang E., Dastidar A., Mashuga C. Effect of dust dispersion on particleSanchirico R., Di Sarli V., Russo P., Di Benedetto A. Effect of the nozzle type on the integrity of dust particles in standard explosion tests. Powder Technology. 2015; 279:203-208. DOI: 10.1016/j.powtec.2015.04.003integrity and explosion hazards // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016. Vol. 44. Pp. 424–432. DOI: 10.1016/j.jlp.Bagaria P., Zhang J., Yang E., Dastidar A., Mashuga C. Effect of dust dispersion on particle integrity and explosion hazards. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016; 44:42-432. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.11.00111.001Bagaria P., Li Q., Dastidar A., Mashuga C. Classification of particle breakage due to dust dispersion. Powder Technology. 2018. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.09.089Bagaria P., Li Q., Dastidar A., Mashuga C. Classification of particle breakage due to dust dispersion // Powder Technology. 2018. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.09.089Bagaria P., Hall B., Dastidar A., Mashuga C. Effect of particle size reduction due to dust dispersion on minimum ignition energy (MIE). Powder Technology. 2019; 356:304-309. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.08.030Bagaria P., Hall B., Dastidar A., Mashuga C. Effect of particle size reduction due to dust dispersion on minimum ignition energy (MIE) // PowderMiller J., Mulligan P., Johnson C.E. Comminution of pulverized Pittsburgh coal during ASTM E1226-12a dust combustibility testing. Powder Technology. 2020; 375:2-32. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.07.059Technology. 2019. Vol. 356. Pp. 304–309. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.08.030Poletaev N.L. Particle size influence on the aluminum combustion dynamics in 1-m3 chamber. Pozharo-vzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2022; 31(5):6-13. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.05.6-13 (rus).Miller J., Mulligan P., Johnson C.E. Comminution of pulverized Pittsburgh coal during ASTM E1226-12a dust combustibility testing // Powder Technology. 2020. Vol. 375. Pp. 28–32. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.07.059Miller J., Mulligan P., Johnson C.E. Comminution of pulverized Pittsburgh coal during ASTM E1226-12a dust combustibility testing // Powder Technology. 2020. Vol. 375. Pp. 28–32. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.07.059Полетаев Н.Л. Влияние дисперсности частиц на динамику горения алюминия в 1-м3 камере // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 5. С. 6–13. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.05.6-13Полетаев Н.Л. Влияние дисперсности частиц на динамику горения алюминия в 1-м3 камере // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 5. С. 6–13. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.05.6-13

The authors declare that there are no conflicts of interest present.