Если взрыв нельзя предотвратить, тогда, по крайней мере, следует свести к минимуму его разрушительные последствия.
Хотя вероятность выделения пыли, которая приходит в контакт с источником зажигания, может быть снижена хорошей конструкцией и ремонтным обслуживанием, она не может быть уменьшена до нуля. Следовательно, должны быть предусмотрены меры защиты от взрывов. Имеется четыре распространенных метода борьбы со взрывами, а именно «сдерживание», взрыворазряжение, введение инертного газа и автоматическое взрывоподавление. Рассмотрим кратко каждый из этих методов.
1. Идея «сдерживания», или обеспечение сопротивления конструкции давлению, состоит в том, что оборудование должно быть достаточно прочным, чтобы противостоять максимальному давлению, создаваемому при взрыве, без разрушения или проявляющихся деформации или повреждений. Все воздуховоды, связанные с оборудованием, должны отличаться прочностью конструкции. Для предотвращения распространения пламени от одного вида оборудования к другому используют быстродействующие пневмоклапаны. Этот метод, по-видимому, является приемлемым только для систем небольших размеров и непрактичен для зданий элеваторов.
2. Взрыворазрядные устройства включают открытое отверстие или встроенную слабую секцию (разрывную предохранительную мембрану), которая в случае взрыва будет разрушаться при очень низком избыточном давлении и обеспечивать выход расширяющихся газов.
Защищаемая система (емкость) должна быть сконструирована так, чтобы она могла противостоять определенному незначительному давлению при взрыве. Эффективный сброс давления при взрыве в длинных воздуховодах и емкостях возможен только в том случае, если подобные устройства устанавливаются по всей их длине, через короткие промежутки. В такой системе взрыв будет создавать сильный осевой поток, из-за чего вся площадь поперечного сечения должна использоваться для сброса давления. Если взрыворазрядители устанавливают с боковой стороны, то при взрыве должна отбрасываться еще и верхняя крышка. Например, сильный взрыв, начавшийся в нижней части нории, которая имеет только один взрыворазрядитель сверху, будет создавать давление, достаточное для разрыва норийной трубы, по мере его перемещения по ней, задолго до того, как взрывная волна достигнет отверстия наверху. Применение системы сброса давления может привести к повышению давления вне оборудования, т. е. в помещении, где это оборудование расположено. Если взрыворазряжение из какого-то оборудования происходит в помещении, в котором скапливается пыль на горизонтальных поверхностях и полу, взрывная волна, создаваемая в результате взрыворазряжения (разрыва предохранительной мембраны), в сочетании с распространением пламени из защищаемого оборудования может привести к вторичному взрыву в здании с большими разрушениями, чем при первом взрыве. Следовательно, если системы взрыворазряжения установлены внутри зданий, то необходимо, чтобы к взрыворазрядному отверстию был подсоединен трубопровод, выходящий вне здания, с тем чтобы защитить персонал и рядом расположенное оборудование от пламени, продуктов сгорания и ударной волны.
Размеры взрыворазрядных отверстий для сброса давления определяются объемом установки, максимально допустимым избыточным давлением, максимальной степенью повышения давления в воздуховоде и разрывным давлением предохранительной мембраны. Зная все эти факторы, можно рассчитать размеры отверстия.
Ниже излагаются некоторые рекомендации по конструкции взрыворазрядных устройств:
взрыворазрядные трубопроводы, выходящие наружу, должны быть усилены и, по крайней мере, равнопрочны с теми элементами конструкции, которые используются для вентилирования оборудования;
взрыворазрядные трубопроводы должны быть по возможности короче, и их повороты не должны иметь угол более 22 °;
взрыворазрядные трубопроводы должны быть направлены так, чтобы они не причиняли персоналу повреждений в результате истечения из них продуктов взрыва;
на концах взрыворазрядных трубопроводов необходимо устанавливать сетки, препятствующие проникновению птиц, и предусматривать защиту от атмосферных осадков;
нории и закрытые конвейеры следует защищать установкой взрыворазрядителей по всей длине; в качестве обычного правила принято, что площадь проходного сечения каждого взрыворазрядителя должна быть равна площади поперечного сечения норийной трубы или конвейера (можно применять большее число взрыворазрядителей меньшего размера, распределенных равномерно и имеющих такое же общее проходное сечение);
взрыворазряжение на силосах необходимо предусматривать в их верхних частях; площадь взрыворазрядного отверстия должна быть не меньше половины площади верхней части силоса, но предпочтительно больше этой величины. (Подземные конвейеры представляют особую проблему; если их взрывозащита не обеспечена, то давление взрыва может быть достаточным для разрушения находящихся сверху силосов.);
матерчатые фильтры необходимо оснащать взрыворазрядителями и устанавливать снаружи здания.
3. Третий метод включает замену части кислорода воздуха инертным газом (инертизация), в результате чего получается атмосфера, содержащая слишком мало кислорода для поддержания процессов горения (распространения пламени). Необязательно полностью устранять кислород. Обычно пыль органического происхождения уже неспособна образовывать взрывоопасную смесь, если концентрация кислорода в пылевоздушной смеси менее 8%. Максимально допустимое содержание кислорода зависит от характера горючего материала и должно определяться экспериментально в каждом конкретном случае.
Инертизация взрывоопасной смеси пыли с воздухом может быть достигнута добавлением одного из следующих инертных газов, или ингибиторов: азот, диоксид углерода и производные галогенов. Наиболее часто используют азот и диоксид углерода. Некоторые огнетушащие порошки, подобно фосфату аммония, карбонату натрия и калия, имеют значительно более высокое инертизующее воздействие на горючие смеси пыли и воздуха, чем инертные газы, если они равномерно смешаны с пылью во всем объеме помещения, которое должно быть защищено.
По-видимому, этот эффективный метод защиты для предприятий по хранению и переработке зерна едва ли пригоден из-за их больших объемов и необходимости постоянного контроля состава газа в различных точках. Возможно, должна быть спроектирована система, в которой инертная атмосфера может рециркулировать с минимальной потерей при прохождении через два наиболее уязвимых для взрывов устройства, а именно норию и фильтры.
4. Автоматическое подавление взрыва — заключается в быстром подводе инертного агента для тушения фронта пламени после получения сигнала об избыточном давлении от датчика давления. При загорании пылевоздушной смеси пламя первоначально перемещается относительно медленно, и первое повышение давления можно обнаружить быстро, таким образом может быть включена система подачи огнетушащего вещества; это подавляет взрыв до того, как он достигнет своей полной силы и повысит давление до опасного уровня. Обнаружение и подавление осуществляются в течение тысячных долей секунды.
Имеются промышленные системы, и они могут быть приемлемыми и эффективными, по крайней мере, для некоторых видов оборудования предприятий, например, для норий.
В качестве средства для подавления взрыва часто используют газы — производные галогенов, хотя, если система с таким газом сработает слишком поздно, т. е. когда взрыв уже в определенной степени распространился, это вещество может увеличить силу взрыва и способствовать повышению давления.
Разработаны другие системы подавления взрыва, использующие огнетушащий порошок на основе фосфата аммония, хранящийся в стальных баллонах и под давлением азота. Распределение огнетушащего порошка по всему защищаемому замкнутому объему осуществляется специальными соплами.
Количество такого вещества, т. е. число взрывоподавителей, требующихся для эффективного подавления взрыва в замкнутом объеме, не находится в пропорциональной зависимости от защищаемого объема, однако оно должно быть рассчитано специалистами. Применительно к нории защита состоит из устройства для обнаружения повышения давления и взрывоподавителей с высокой скоростью подачи огнетушащего порошка, размещенных в различных точках, а именно в башмаке и самотеке, направляющем поток продукта в башмак, по высоте норийных труб; в головке и самотеке, по которому направляется разгружаемый из нории продукт, и с целью предотвращения распространения пламени в другие зоны — в аспирационных линиях, где проходит пыль, обычно направленных от головки и башмака нории к фильтру. Система такого типа оказалась эффективной для подавления загораний в выпускных воронках матерчатых фильтров.