Признаки взрывобезопасности пыли полимера, вспучивающегося при нагревании

Введение. Знание максимального размера dcr частиц, активно участвующих в процессе горения аэровзвеси, позволяет без огневых испытаний произвести классификацию отобранных на производстве дисперсных материалов по опасности взрыва. Для легковоспламеняющихся полимеров, в частности поли­этилена, dcr ≈ (150 ± 50) мкм (Hertzberg et al., 1982). При наличии в составе такого полимера вспучивающего компонента, кратно увеличивающего размер частиц при нагревании (далее — вспучивающего полимера), оценку его взрывоопасности вынуждены проводить экспериментально, обращая особое внимание на анализ право­мерности полученных выводов.

Особенности объекта анализа. Рассмотрен вспучивающийся полимер, пыль которого по результатам стандартного исследования в 18,7-литровой камере была отнесена к взрывоопасной с максимальным давлением взрыва около 600 кПа. Сомнение в правомерности такого вывода обусловлено необходимостью двукратного увеличения энергии источника зажигания (до 5 кДж) для возбуждения взрыва аэровзвеси полимера.

Признаки взрывобезопасности и обсуждение результатов. Тщательный анализ результатов исследования вспучивающегося полимера выявил две особенности: случайное проявление взрывоопасности аэровзвеси в широком диапазоне концентрации пыли и наличие двух перегибов на восходящем участке зависимости давления во взрывной камере от времени в единичных опытах. Эти особенности по своим основным параметрам совпадали с теми, что встречаются у антрацита и меламина, проявляющих взрывоопасность при испытаниях в 20-литровой камере, но взрывобезопасных по результатам крупномасштабных испытаний в камере объемом 1 м3 с источником зажигания 10 кДж.

Выводы. Взрывоопасность рассматриваемой пыли вспучивающегося полимера в нормальных атмо­сферных условиях маловероятна. Взрывы в 18,7-литровой камере вызваны первоначальным нагревом аэровзвеси теплом горящего источника зажигания и частичного выгорания пыли. Окончательное заключение следует сделать на основании крупномасштабных испытаний.

1. Eckhoff R.K. Dust explosions in the process industries. 3rd edition // Gulf Professional Publishing/Elsevier. Boston, 2003. 719 p. DOI: 10.1016/B978-075067602-1/50012-3

2. Тетерин И.А., Копылов П.С., Копылов С.Н., Леончук П.А. Методика определения давления взрыва газо­воздушного облака при выбросе сжиженного природного газа в открытое пространство // Горение и взрыв. 2025. № 18 (2–47). С. 30–40. DOI: 10.30826/CE25180204. EDN GXHGGP.

3. Полетаев Н.Л. Максимальный размер взрывоопасных частиц аэровзвеси железа // Пожаровзрывобез­опасность/Fire and Explosion Safety. 2024. № 33 (3). С. 5–10. DOI: 10.22227/0869-7493.2024.33.03.5-10. EDN ZOEVPA.

4. Полетаев Н.Л. Оценка взрывоопасности ядерного графита в 1-м3 камере // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. № 31 (2). С. 15–21. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.02.15-21. EDN XHNOXH.

5. Полетаев Н.Л. Взрывоопасность аэровзвеси сухой молочной сыворотки // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2023. № 32 (1). С. 51–56. DOI: 10.22227/0869-7493.2023.32.01.51-56. EDN UGDHRZ.

6. Bartknecht W. Explosionen, Ablauf und Schutzmaβnahmen. Berlin, Springer-Verlag, 1980. 264 p. URL: https://rusneb.ru/catalog/000200_000018_RU_NLR_INFOCOMM_116_5000063735/

7. Hertzberg M., Cashdollar K.L., Ng D.L., Conti R.S. Domains of flammability and thermal ignitability for pulverized coals and other dusts: Particle size dependences and microscopic residue analyses // Symposium (International) on Combustion. 1982. Nо. 19 (1). Pp. 1169–1180. DOI: 10.1016/s0082-0784(82)80293-2

8. Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справоч. в 2 кн.; кн. 2. М. : Химия, 1990. 384 с. EDN UXZQDH.

9. Полетаев Н.Л. Критерии взрывоопасности аэровзвеси // Пожарная безопасность. 2018. № 3. С. 49–60. EDN XYUTLV.

10. Полетаев Н.Л., Сазонов М.С., Коптев М.Ю. Исследование взрывоопасности аэровзвеси свинца // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2024. № 33 (4). С. 5–12. DOI: 10.22227/0869-7493.2024.33.04.5-12. EDN ONWNUS.

11. Proust Ch., Accorsi A., Dupont L. Measuring the violence of dust explosions with the “20 l sphere” and with the standard “ISO 1 m3 vessel”. Systematic comparison and analysis of the discrepancies // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2007. No. 20 (4–6). Pp. 599–606. DOI: 10.1016/j.jlp.2007.04.032

12. Полетаев Н.Л., Сазонов М.С., Коптев М.Ю. Особенности взрыва антрацита в 20-л камере // Пожаро­взрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2024. № 33 (2). С. 23–31. DOI: 10.22227/0869-7493.2024.33.02.23-31. EDN PYWDOT.

13. Portarapillo M., Sanchirico R., Di Benedetto A. On the pyrotechnic ignitors role in dust explosion testing: Comparison between 20 L and 1 m3 explosion vessels // Process Safety Progress. 2021. No. 40 (4). Pp. 289–295. DOI: 10.1002/prs.12249. EDN PZFPTL.

14. Krietsch A., Scheid M. Test on suitability of a new pyrotechnical igniter for determination of explosion characteristics of dust clouds in 20-l-sphere and 1-m3-vessel // Science and Technology Energetic Materials. 2011. No. 72 (6). Pp. 174–178. URL: tem/Vol.72/No.6.04.html

15. Cashdollar K.L., Chatrathi K. Minimum Explosible Dust Concentrations Measured in 20-L and 1-m3 Chambers // Combustion Science and Technology. 1993. No. 87 (1–6). Pp. 157–171. DOI: 10.1080/00102209208947213

16. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. М. : Наука, 1967. Т. I. С. 414. 576 с. URL: https://archive.org/details/B-001-038-324-ALL/Landsberg_I/

17. Dramićanin M. Luminescence Thermometry. Methods, Materials, and Applications. Chap. 1. Introduction to Measurements of Temperature. 2018. Pp. 1–12. DOI: 10.1016/B978-0-08-102029-6.00001-4

18. Taveau J.R., Going J.E., Hochgreb S., Lemkowitz S.M., Roekaerts D.J.E.M. Igniter-induced hybrids in the 20-l sphere // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. No. 49 (8). Pp. 348–356. DOI: 10.1016/j.jlp.2017.07.014

19. Addai E.K., Clouthier M., Amyotte P., Safdar M., Krause U. Experimental investigation of limiting oxygen concentration of hybrid mixtures // Journal of Loss Prevention Process Industries. 2019. No. 57. Рр. 120–130. DOI: 10.1016/j.jlp.2018.11.016

20. Friedrichova R., Karl J., Janovsky B. Preconditioning of Dust and Fluid in a 20 L Chamber During Ignition by a Chemical Ignitor // Fire. 2025. No. 8 (9). P. 336. DOI: 10.3390/fire8090336