Зерновий пил і іскра: чому елеватори вибухають

Елеватори та млини належать до вибухонебезпечних підприємств, а сьогодні ризики зростають ще більше через перебої електрики, використанням дизельних генераторів, дефіцит фахівців на підприємствах. Тому Elevatorist.com знову нагадує про ризики і профілактику, щоб вибухи зернового пилу лишалися лише теоретичними знаннями.

Де найчастіше відбувається вибух пилу на елеваторі?

Статистику інцидентів, пов’язаних із горючим пилом, регулярно публікує міжнародна дослідницька група Dust Safety Science. Вони відстежують вибухи та пожежі на підприємствах у США, Канаді та світі. Протягом 2023 року дослідники зафіксували 263 пожежі, 53 вибухи, 94 травми та 62 смертельні випадки через пил. Половина цих випадків трапилася на зерносховищах і зернопереробних підприємствах.

Статистика показує масштаб небезпеки, але важливо розуміти і те, де саме виникають ці інциденти. Вибухи зернового пилу найчастіше трапляються у вузлах, де зерно активно переміщується, бо саме там утворюється найбільша концентрація пилу.

До небезпечних зон належать ковшові норії та закриті конвеєри, а також замкнені простори, такі як кожух норійної ноги та підземні галереї: вони створюють ідеальні умови для накопичення пилу та його раптового займання.

Експерт додає, що на старих КХП, крім норій, місцями особливого ризику є закриті на норійні вежі та закриті стрічкові транспортери, а також накопичення пилу в підземних галереях.

Закриті приміщення є більш небезпечними щодо вибухів пилу

Обладнання для доробки зерна також належить до критичних зон, де активно накопичується пил і присутні потенційні джерела запалювання. Андрій Семенович зазначає, що ймовірність вибуху в зерносушарці мінімальна за належного догляду.

«Теоретично вибух пилу в зерносушарці можливий, хоча фактичний рівень невеликий і значною мірою залежить від конструкції сушарки, технічного обслуговування та методів експлуатації. Сучасні зерносушарки для зменшення ризику вибуху мають багато функцій безпеки: автоматичний контроль температури зерна та в камері згорання, датчики полум’я, автоматичні клапани, які перекривають подачу газу при збільшенні температури. Важливий практичний крок — це не пересушити зерно, бо це дає ще більше пилу і зростає ризик вибуху. Важливо своєчасно прибирати пил в камерах зерносушарки і навколо обладнання», — пояснив Андрій Семенович.

Ще одним ризиковим об’єктом є пилозбірники у складі систем аспірації: на них, згідно з Dust Safety Science, припадає 13,3% інцидентів.

Наслідки вибуху зернового пилу на зерносховищі в Бразилії у 2023 році

Чому пил вибухонебезпечний?

Механізм вибуху пов’язаний не лише з накопиченням пилу, а й з тим, як він поводиться при нагріванні.

Зерновий пил — це органічний горючий матеріал, що має у складі легкозаймисті білки, жири, вуглеводи, — і в цьому полягає основна причина небезпеки.

Другий фактор — велика площа поверхні пилу. Пилинки маленькі, тому контактують з киснем більшою площею поверхні. Через це швидко нагріваються та миттєво вступають в реакцію горіння одночасно по всьому об’єму пилової хмари. Проте вибух пилу відбувається не через горіння твердих частинок, а через займання горючих газів. Коли частинки пилу поглинають енергію від джерела займання, їхні поверхні розкладаються. Цей процес вивільняє горючі гази, — оксид вуглецю, метан, формальдегід та метанол. Змішані з повітрям, ці гази утворюють вибухонебезпечну газову суміш, яка швидко займається. Частинки пилу випаровуються та виділяють мікроскопічні іскри, які запалюють сусідні пилинки і так далі. Саме це формує надзвичайно швидке поширення фронту полум’я і ланцюгову реакцію вибуху.

Якщо цей процес відбувається у замкненому просторі, тиск, що виникає, не може розсіятися і призводить до катастрофічного вибуху. У відкритому просторі можливе лише швидке горіння, яке називають «флеш фаєр».

Особливо небезпечні вторинні вибухи. Часто первинне займання чи вибух у замкненому просторі, наприклад, у норії, невеликий, але він створює ударну хвилю, яка збиває осілий пил з усіх поверхонь приміщення. У результаті утворюється величезна, густа пилоповітряна хмара у всьому робочому просторі, яка миттєво займається від первинного полум’я. Це призводить до катастрофічного вторинного вибуху, який завжди набагато потужніший, і, як правило, спричиняє великі руйнування.

Фотографія вибуху та пожежі 1977 року на елеваторі Continental Grain Co. у США, внаслідок якої загинуло 35 людей. Автор зображення: Браян С. Берто, архів The Times-Picayune

Дослідження показують, що мінімальна енергія займання для зернового пилу (особливо, для борошна), є надзвичайно низькою. Може бути достатньо запалювальної іскри з енергією всього ~10–50 мДж — це менше, ніж іскра від статичної електрики, яка виникає на поверхні тіла людини від тертя синтетичним одягом. Енергія, необхідна для запалення пилової хмари, може бути набагато меншою, ніж енергія іскри від звичайної запальнички або навіть від тління сигарети. Для порівняння: енергія звичайної запальнички — понад 1000 мДж.

Коли може вибухнути пил на елеваторі?

Вибух зернового пилу не виникає лише через наявність запиленого повітря на елеваторі. Експерти Управління з охорони праці та техніки безпеки США (OSHA) кажуть, що ймовірність цієї події найвища тоді, коли одночасно діє п’ять передумов, — їх назвали «пентагоном вибуху».

1. 1. Паливо для вибуху — горючий зерновий пил. Шар зернового пилу завтовшки як аркуш паперу вже може створити вибухонебезпечну хмару.
2. 2. Окислювач — кисень — повітря, яке завжди присутнє у всіх виробничих вузлах на елеваторі.
3. 3. Джерело запалювання — будь-яке джерело тепла, що може викликати займання, наприклад, гаряче обладнання, тертя, механічні іскри або статична електрика.
4. 4. Дисперсія пилу — утворення пилової хмари — пил, що висить у повітрі у небезпечній концентрації.

5. 5. Замкнутий простір — обмеження простору, наприклад, кожух ковшового транспортера, є суттєвою передумовою для утворення вибуху.

П’ять несприятливих обставин, які можуть викликати вибух зернового пилу

Що може стати джерелом запалювання на елеваторі?

Без іскри або джерела тепла вибух не відбудеться навіть за наявності горючого пилу, кисню, дисперсії та замкнутого простору. Проте на елеваторах є багато потенційних джерел запалення, здатних спричинити вибух катастрофу.

Тертя обладнання

Один із найпоширеніших — механічне тертя та перегрів обладнання. Наприклад, підшипники, транспортні конвейєри. При несправності, недостатньому змащуванні або зношенні підшипники можуть нагріватися до температур 300–400 °C і вище. Транспортне обладнання  при зносі деталей, неправильному зчепленні або потраплянні сторонніх предметів, наприклад, каменів чи уламків металу, також стає небезпечним, бо є ризики виникнення іскор або зон перегріву.

Статична електрика

Під час транспортування зерна всередині елеваторного комплексу може утворюватися статична електрика через тертя зерна, пилу та стінок обладнання, особливо в металевих трубах, конвеєрах і пневмотранспортних лініях. Якщо обладнання не заземлене належним чином, заряд накопичується. Коли напруга досягає критичного рівня, відбувається електростатичний розряд — іскра.

Електрообладнання

Окрему загрозу становлять електричні джерела запалення — розетки, світильники, електродвигуни, датчики. Використання звичайного, не вибухобезпечного електрообладнання є серйозним порушенням правил безпеки.

«Максимальна увага має приділятися стану електропроводки та освітлювальних приладів. Усе обладнання повинно відповідати технічній документації та вимогам пожежної безпеки. Для цього існують класифікатори та дозвільні процедури, які визначають, які освітлювальні прилади, щитові шафи та елементи управління можна встановлювати у вибухонебезпечних зонах», — розповідає начальник виробництва «Чорнотисівського елеватора» Гордій Міщенко.

Навіть у справному обладнанні можливі мікроіскри при роботі перемикачів, реле та контактних груп. Якщо ці елементи не мають відповідного вибухозахисту та не сертифіковані для експлуатації у вибухонебезпечних середовищах, вони становлять потенційне джерело запалення.

Відкритий вогонь

Відкритий вогонь та небезпечні роботи на території елеватора — ще одна група ризику. Зварювання, різання або паяння, навіть якщо вони проводяться на відстані від основних зон зберігання зерна, можуть створювати іскри, які потрапляють у повітря або по вентиляційних каналах до областей з накопиченим пилом.

Паління цигарок персоналом — ще одна небезпека, яка часто трапляється через недбалість або недостатнє навчання.

Додатковий ризик від генераторів

Зараз майже на кожному елеваторі є дизельні генератори. В умовах зернового пилу це несе додаткові ризики.

Найбільш критичним є вихлоп з генератора: температура газів під час роботи сягає 400–700 °C, а зовнішні поверхні колектора, глушника чи вихлопної труби залишаються розпеченими навіть після зупинки двигуна. Шар зернового пилу на цих поверхнях може загорітися без іскри, — лише від контакту з металом, нагрітим до 250–300 °C.

Хоча генератори зазвичай розміщують назовні, але небезпека зберігається. Іскри чи гарячі гази можуть потрапити всередину виробничих приміщень через вентиляцію. Тому важливо враховувати напрямок вихлопу та наявність вентиляційних отворів поблизу генераторів

Заходи безпеки від вибуху зернового пилу

Щоб уникнути ризиків вибуху зернового пилу на елеваторах, треба усунути кілька елементів з «Пентагону вибуху»: небезпечної концентрації пилу та появи іскор і перегріву обладнання.

• Найважливішим превентивним заходом є регулярне прибирання та недопущення утворення небезпечних пилових хмар. Усі робочі зони мають залишатися чистими, без накопичених нашарувань пилу.

Накращим превентивним заходом є регулярне прибирання пилу

• Систему аспірації та вентиляції треба встановлювати у всіх точках передачі зерна — в ковшових норіях, галереях і завантажувальних ямах. Водночас потрібно пам’ятати, що пилозбірники самі по собі є одними з найуразливіших місць, де нерідко виникають вибухи.
• Усунення джерел запалювання — це передбачає контроль тертя, перегріву та технічного стану обладнання.

«Під час вибору обладнання звертайте увагу на швидкість стрічки: що вона нижча, то менше бою зерна й утворення пилу. Забезпечуйте правильне заземлення та проєктуйте норії так, щоб був легкий доступ до башмака і головки для контролю та обслуговування. Використовуйте антистатичні стрічки та обов’язково встановлюйте вибухорозрядні клапани. Не забувайте про пристрої контролю сходу стрічки й датчики перегріву підшипників — саме вони найчастіше стають джерелом займання пилу. Важливо також забезпечувати якісне попереднє очищення зерна та встановлювати магніти для вилучення металевих домішок, які можуть стати причиною іскри», — пояснює Андрій Семенович.

• Окрему увагу потрібно приділяти електричним та статичним джерелам загоряння, — контроль за справністю електрообладнання, заборона зварювальних робіт поблизу пилових зон та виявлення можливих джерел іскріння.
• Працівники повинні проходити навчання з ризиків, пов’язаних із зерновим пилом, та правилам безпечної роботи.

Як зазначають виробники обладнання, існують датчики, які здатні виявляти концентрації пилу. Вони використовуються і вони допомагають запобіганню вибухів пилу через своєчасне сповіщення про небезпечну концентрацію пилу чи мають можливість відключити обладнання з великою концентрацією пилу.

«Такі датчики бувають різного типу — через аналіз повітря або оптичні, електростатичні та інші. Їх обов’язково треба використовувати на сучасних елеваторах, але ми розуміємо, що це буде працювати тільки в комплексі заходів для запобігання вибухів. Не треба забувати про регулярні візуальні інспекції та фізичне видалення пилу з поверхні, і про аспірацію», — додав Андрій Семенович.

Вибух зернового пилу на комбікормовому заводі у Казахстані. Вибух трапився після займання пилоповітряної суміші у зерновій норії елеватора. 2025 рік

В Україні немає публічних реєстрів аварій, пов’язаних із вибухами зернового пилу. Але це не означає, що таких випадків не було чи не може бути в майбутньому. Ризик вибуху пилу ніколи не зникає повністю, проте системна профілактика і злагоджена робота всієї елеваторної команди роблять такі події малоймовірними.

Elevatorist.com