Įvadas
Degių metalų dulkių sprogimo rizika yra rimtas pavojus daugeliui sunkiosios pramonės objektų. Šiame straipsnyje aptariame, kodėl metalų dalelės yra ypač pavojingos dėl sprogimo rizikos, ir kokių apsaugos priemonių reikia imtis siekiant išvengti tragedijų.
Kas yra metalų dulkės?
Dulkės – tai ore kabančios kietos dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių frakcijų iki šimtų mikronų.
Metalų dulkės – tai itin smulkios metalų dalelės, paprastai nuo 1 iki 1000 mikrometrų dydžio. Jos susidaro gamybos procesuose ir gali būti sudarytos iš įvairių metalų ar jų lydinių – priklausomai nuo šaltinio.
Kaip susidaro metalų dulkės?
Metalų dalelės dažnai atsiranda, kai metalas apdirbamas abrazyviniais įrankiais.
Sprogstamųjų metalų dalelių susidarymas lydi tokius procesus:
- Metalų apdirbimas. Šlifavimas, tekinimas, frezavimas, pjovimas, gręžimas – šie procesai sukuria smulkias drožles.
- Suvirinimas ir užliejimas. Metalo garavimas esant aukštai temperatūrai suformuoja kondensatą, kuris vėliau sudaro smulkias daleles.
- Liejimas. Formų ardymas, lietų detalių apdirbimas.
- Abrazyvinis valymas. Smėliavimas, poliravimas.
- Miltelinė metalurgija. Metalų dulkės naudojamos gaminant gaminius miltelinės metalurgijos būdu.
- Rudų gamyba ir perdirbimas. Malimas, smulkinimas.
Aukščiau išvardyti technologiniai procesai naudoja įrangą, kurioje itin tikėtina susikaupti pavojingų sprogstamųjų metalų dulkių:
- Metalo šlifavimo ir poliravimo įranga
- Suvirinimo įranga
- Metalo pjovimo įranga (įskaitant plazminį pjovimą)
- Miltelių maišyklės
- Metalo purškimo mašinos
- 3D spausdintuvai
- Aspiracinės ir vėdinimo sistemos
- Bunkeriai ir talpyklos
- Smulkintuvai, malūnai, separatoriai
Ši įranga naudojama plieno liejykluose, mechanikos ir aviacijos pramonėje, kasyboje, gamyboje ir liejyklose.
Kodėl metalų dulkės gali būti degios?
Dulkių užsidegimo sąlygos
Tam, kad dalelės užsidegtų ir vėliau sprogstų, būtinos šios sąlygos:
- Yra uždegimo šaltinis (pvz., kibirkštis dėl trumpojo jungimo)
- Būtinas oksidatorius (deguonis) tinkamoje koncentracijoje.
- Dulkės suspensijoje ribotame oro tūryje.
Esant šioms sąlygoms, metalų dulkės gali užsidegti ir sukelti sprogimą patalpose ar pramoninėje įrangoje.
Savaiminio užsidegimo mechanizmai
Daugelis metalų dulkių gali savaime užsidegti, nes metalai aktyviai dalyvauja egzoterminėse oksidacijos reakcijose su deguonimi, kurios išskiria daug šilumos. Savaiminis užsidegimas įvyksta, kai oksidacijos reakcija pagreitėja tiek, kad išsiskirianti šiluma nespėja išsisklaidyti, ir temperatūra pasiekia užsidegimo tašką.
Dalelių dydžio įtaka
Metalų dulkių degumas tiesiogiai priklauso nuo dalelių dydžio. Kuo didesnis dispergavimas, tuo mažesnė apatinė liepsnos plitimo koncentracijos riba (LEL, g/m³). Dulkių, kurių LEL žemiau 65 g/m³, laikomos sprogiosiomis, o tų, kurių INRR žemiau 15 g/m³, priskiriamos pirmai pavojingumo klasei.
Aliuminio miltelių LEL yra 40 g/m³. Tačiau smulkių aliuminio miltelių (dalelių dydis 63 μm) LEL gali būti net 15 g/m³.
Degių metalų dulkių pavyzdžiai
Kiekvienos rūšies metalų milteliai turi individualius kiekybinius sprogumo rodiklius – sprogumo indeksą (Kst) ir maksimalią sprogimo slėgį (Pmax). Kuo didesnis Kst, tuo pavojingesnės dulkės.
Reikia žinoti, kad Kst ir Pmax yra eksperimentiniai parametrai ir jų vertės gali skirtis priklausomai nuo dalelių sudėties, koncentracijos ir dispergavimo. Tikslūs Kst ir Pmax duomenys konkrečiame objekte nustatomi ATEX.CENTER laboratorijoje atlikus bandymus.
Dulkės, kurių Kst > 300 bar⋅m/s, laikomos „itin sprogiomis“.
Žemiau pateikti įvairių metalų dulkių tipai su sprogumo charakteristikomis.
| Dulkių tipas | Kst, bar⋅m/s | Pmax, bar |
|---|---|---|
| Cinkas | 20-50 | 5-8 |
| Geležis | <100 | 5-7 |
| Titanas | 200-500 | 7-12 |
| Magnis | 400-600 | 7-10 |
| Aliuminis | 200-800 | 6-10 |
Atsižvelgiant į Kst reikšmes, matyti, kad pavojingiausios iš sąrašo yra aliuminio dulkės. Tačiau visų šių metalų milteliai turi aukštą sprogimo slėgį ir didelę griaunamąją jėgą.
Metalų dulkių sprogimo pavojus
Metalų dulkių sprogimas yra itin pavojingas dėl šių pasekmių:
- Įrangos pažeidimas, sprogimo plitimas vamzdynais, įranga, vėdinimo sistemomis.
Metalų dulkių sprogimas sukuria galingą smūgio bangą ir staigų slėgio padidėjimą. Tai lemia deformacijas, lūžius ir visišką įrangos sunaikinimą. Sprogimo banga gali suplėšyti ar deformuoti vamzdynus, o tai gali sukelti pavojingų medžiagų nutekėjimą ir dar labiau pabloginti situaciją. Pavojingiausias yra sprogimo plitimas per dulkių surinkimo ir vėdinimo sistemas. Antriniai sprogimai, sukeliami pakeltų nusėdusių dalelių, beveik visada būna stipresni už pirminį sprogimą. - Pavojus darbuotojų gyvybei ir sveikatai.
Sprogimo banga, degimo produktai, skraidančios nuolaužos ir įrangos fragmentai, konstrukcijų griūtis – visa tai kelia mirtiną pavojų aplinkiniams. - Finansiniai nuostoliai ir gamybos sustabdymas.
Finansinės išlaidos įrangos atkūrimui ar visiškam pakeitimui.
Nuostoliai dėl gamybos sustabdymo tyrimo ir pasekmių likvidavimo metu.
Kompensacijos darbuotojams, nukentėjusiems ar žuvusiems sprogimo metu. - Reputacijos praradimas ir pasitikėjimo netekimas.
Informacija apie sprogimą įmonėje gali smarkiai pakenkti įmonės įvaizdžiui ir lemti klientų, partnerių bei investuotojų pasitikėjimo praradimą.
Metalų dulkių sprogimų pavyzdžiai
Pastaraisiais metais pasaulyje įvyko daug incidentų, susijusių su metalų dulkių sprogimais. Žemiau pateikiami keli iš jų.
| Nuotrauka | Informacija |
|---|---|
 |
Taivanas, 2022. AIDC aviacijos gamykla Sprogimas įvyko užsidegus susikaupusioms aliuminio lydinio dulkėms. Į ligoninę buvo nugabenti septyni žmonės, vienas jų vėliau mirė. Aerospace Industrial Development Corporation (AIDC) – viena pagrindinių Taivano gynybos rangovų, gaminanti ir remontuojanti naikintuvus ir orlaivių dalis. |
  |
Kinija, 2024. Shenrong Metal Technology Limited Tragedija įvyko dėl metalo dulkių sprogimo gamybinėje salėje. Žuvo 8 žmonės, dar 8 buvo sužeisti. Bendrovė užsiima statybinių metalinių gaminių tyrimais ir plėtra. |
| JAV, 2025. Powder Alloy Corporation metalo apdirbimo gamykla Incidentas įvyko, kai aliuminio dulkės buvo patekusios į dulkių surinktuvą, dėl ko įvyko sprogimas ir kilo gaisras. Žmonės nenukentėjo, gaisras užgesintas, tačiau žala ir jos mastas dar tikslinami. Įmonė gamina ir tiekia metalų, keramikos ir karbido miltelius visame pasaulyje. |
|
Kaip apsaugoti gamyklą nuo metalų dulkių sprogimų?
Efektyvi gamyklos apsauga nuo metalų dulkių sprogimų ir jų pasekmių reikalauja kompleksinio požiūrio: organizacinių priemonių, aspiracinių sistemų įdiegimo bei sprogimo apsaugos sistemų naudojimo.
Organizacinės priemonės
- Mokymai.
Reguliarūs instruktažai apie dulkių sprogimo pavojų, jo šaltinius, saugų darbą ir veiksmus ekstremaliu atveju.
- Dulkių kiekio kontrolė.
Drėgnas valymas, sprogimui atsparūs dulkių siurbliai, barjerai, procesų optimizavimas ir kietųjų dalelių koncentracijos stebėsena.
- Reglamentai.
Instrukcijų parengimas ir laikymasis dėl įrangos saugaus eksploatavimo ir priežiūros, valymo, utilizavimo ir degių metalų dulkių kontrolės.
Aspiracinių sistemų įrengimas
Aspiracinė sistema surenka dulkes jų susidarymo vietoje, per vamzdžius nukreipia į filtrą, kuriame dalelės atskiriamos nuo oro – išvalytas oras pašalinamas, o surinktos dulkės lieka talpykloje. Metalapdirbimo staklių stalai dažnai turi specialius latakus ir angas sunkiosioms drožlėms surinkti.
Sprogimo apsaugos sistemų įrengimas
Efektyvi priemonė užkirsti kelią dulkių sprogimų incidentams gamyboje – apsauginių sistemų diegimas.
| Sprogimo slėgio išleidimo plokštės | |
 |
VENT PRO S Normalios eksploatacijos metu Vent PRO S uždaro specialias procesines angas įrangoje. Avarijos atveju slėgis padidėja ir plyšta sprogimo plokštė. Sprogimo produktai – liepsnos, degančios dalelės, smūgio banga – išleidžiami į aplinką. |
| Beklameniai sprogimo slėgio išleidimo įrenginiai | |
 |
FLEX C Sprogimo metu įrangoje padidėja slėgis ir atsidaro VMP sprogimo išleidimo diafragma. Liepsnos, degančios dulkės, dujos nukreipiamos į FLEX įrenginį. Metalams tinkamas tik cilindrinis FLEX C tipo liepsnos slopintuvas, nes leidžia 360° išleidimą aplink save, taip sumažinant pasipriešinimą. Maksimalus dulkių Kst negali viršyti 300 bar•m/s. |
| Sprogimo izoliavimo vožtuvai | |
 |
B-FLAP Normaliu režimu atbulinis vožtuvas atidarytas ir laikomas RPD mechanizmo. Sprogimo atveju smūgio banga jį uždaro ir užrakina. |
 |
GATEX Sprogimo ir staigaus slėgio padidėjimo atveju davikliai iš karto siunčia signalą valdymo centrui. Valdiklis aktyvuoja pneumatinius sklendės pavarą, užtikrinančią greitą uždarymą (reakcijos laikas – milisekundės) ir pavojingos vamzdyno atkarpos izoliavimą. |
| HRD sprogimo slopinimo sistemos | |
 |
HRD HRD sistema ankstyvoje stadijoje nustato sprogimą įrangoje naudodama itin jautrius jutiklius ir efektyviai jį slopina panaudodama slopinimo agentą. |
Išvada
Siekiant minimizuoti metalų miltelių sprogimo, taip pat ir dėl dalelių savaiminio užsidegimo, tikimybę, būtina atlikti dulkių bandymus laboratorijoje ir parengti konkrečius saugumo sprendimus. Be privalomų organizacinių priemonių ir aspiracinių sistemų, pagrindinį vaidmenį atlieka sprogimo izoliavimo ir slopinimo sistemos – jos sumažina žalą, apsaugo darbuotojus ir išsaugo įmonės integralumą.