Eksplozivnost prašine, plinskih smjesa i para zapaljivih tekućina:Općenito:Eksplozije para ili prašine događaju se najčešće u industrijskim postrojenjima, gdje zbog toga nastaju velika oštećenja. Neki materijali su vrlo eksplozivni kada se pomiješaju sa zrakom u obliku vrlo finih čestica ili para pa se takve eksplozije mogu tretirati kao tehnološke eksplozije, ali isto tako mogu biti predmet sabotaža.
Neki materijali kao što je brašno u finoj prašini, škrobna prašina, mlijeko u prahu, kako u prahu, vrlo fina aluminijska ili magnezijska prašina, benzin, ulje ili druga zapaljiva tekućina ili prašina, mogu stvarati vrlo opasne koncentracije smjesa sa zrakom.
Eksplozije koje su povezane s bilo kojom od spomenutih materijala, moraju biti inicirane s nekim sredstvom za paljenje. Uređaji koji aktiviraju takve eksplozije, posebno prašine, zovu se inicijatori prašine. To su zapravo malena eksplozivna punjenja koja su pomiješana s nekim zapaljivim materijalom. Kada detonira takav uređaj, koji se nalazi u nekakvoj posudi, prašina ili pare u smjesi sa zrakom biti će zapaljene i nastat će sekundarna eksplozija.
Pritom nastaju velika oštećenja u prostoru s visokim stupnjem destruktivnih efekata, a razvija se visoki pritisak plina koji djeluje svojim udarnim valom na zidove zgrada koji se ruše u toj eksploziji. Prozori, vrata i drugi veliki otvori na zgradi u eksploziji najmanje stradaju i nisu toliko oštećeni zbog efekta „ispuhivanja“ eksplozivnog vala u slobodni prostor. Poslije eksplozije može se pojaviti i zapaljenje - požar, posebno zbog užarenih ostataka eksplozivnih materijala koji mogu upaliti lakozapaljive tekućine kao što je benzin, ulje ili neke druge sekundarne eksplozivne materijale.
Visoka vlažnost ili vlažnost materijala slabit će eksplozivni efekt posebno kod inicijatora eksplozije prašine, a možda čak i ne dođe do eksplozije kod većih koncentracija s vlage.
Precizno nije moguće točno odrediti koncentracije prašine ili para u nekom određenom prostoru, ali iskustveno se zna da koncentracija mora biti na svakih 28m3 prostora u objektu (obično je potrebno) oko 0,5 kg prašine od brašna, škroba itd., ili 3 litre benzina ili kerozina. Inicijalno eksplozivno punjenje (eksploziv ili sredstvo za izazivanje požara) mora biti između 0,5 do 1 kilogram za zapaljenje suhe prašine ili 15 litara zapaljive tekućine.
EKSPLOZIVNE PRAŠINE:Eksplozivnu smjesu mogu graditi čvrste i zapaljive tvari, ako su u potpunom usitnjenom stanju i pomiješane sa zrakom, odnosno kisikom. Ovakvi eksplozivni sistemi najčešće se nazivaju eksplozivne prašine. Veliki je broj gorivih tvari čije prašine pomiješane sa zrakom čine eksplozivnu smjesu, a najčešće su: ugljen, drvena strugotina, brašno žitarica, šećer, sumpor itd..
U pogledu eksplozivnosti, eksplozivne prašine ponašaju se slično kao eksplozivne smjese zapaljivih plinova i pare zapaljivih tekućina. Da bi došlo do eksplozije, kod njih moraju biti ispunjena dva uslova:
-da u zraku bude određena minimalna koncentracija prašine u lebdećem stanju, ograničena donjom i gornjom eksplozivnom granicom,
-da eksplozivna prašina dođe u dodir sa izvorom paljenja (plamen, iskra i sl.), koji mora biti znatno jači i intenzivniji po vremenu trajanja nego što je to slučaj kod eksplozivnih smjesa zapaljivih plinova i para zapaljivih tekućina.
Kod eksplozivnih smjesa zapaljivih plinova i para zapaljivih tekućina, molekule plina, odnosno tekućina, okruženi zrakom. Kod eksplozivnih prašina na sličan način su i čestice prašine okružene zrakom. Znači, ulogu koju kod eksplozivnih smjesa zapaljivog plina sa zrakom imaju molekule plina, kod eksplozivnih prašina imaju čestice prašine. Sa istim izvorom paljenja lakše će eksplodirati eksplozivne smjese, nego eksplozivne prašine. Ovome je uzrok razlika u veličini između molekula plina odnosno pare zapaljive tekućine i čestica prašine. Iako su čestice prašine same po sebi vrlo sitne, one su mnogo veće od molekula plina ili tekućine.
Za razliku od eksplozivnih smjesa zapaljivih plinova i para zapaljivih tekućina, kod eksplozivnih prašina poslije prve eksplozije može doći do druge, treće i još niza uzastopnih eksplozija. Uzrok je tome nataložena prašina. Naime, u jami pored prašine koja lebdi u zraku može biti nataložene prašine po stijenama i ogradama. Prašina koja lebdi u zraku obrazuje eksplozivni sustav koji će u određenim trenutcima eksplodirati. Uslijed eksplozije uskovitla se nataložena prašina koja će ponovo stvoriti eksplozivni sistem, koji u dodiru sa izvorom paljenja može ponovo eksplodirati. Na taj način za vrlo kratko vrijeme ponovi se više uzastopnih eksplozija, koje mogu zahvatiti više jamskih prostorija na znatnoj udaljenosti od mjesta prve eksplozije.
Eksplozivnost ugljene prašine utoliko je veća ukoliko je njena finoća veća. Ova finoća se kod prašina kreće od 100 do 0,1 mikron. Osim finoće, važnu ulogu igra i koncentracija prašine. Ova koncentracija mora biti tolika da se plamen sa jedne čestice prenosi na drugu i sve ostale čestice u smjesi.
Prema literaturi (dr. ing. Muller), minimalna koncentracija koja je potrebna da bi mogla nastati eksplozija prašine kod nekih sagorljivih prašina je sljedeća:
-brašno bijelih žitarica i drveta – 20-30 g/m
3,
-prašina kod briketiranja smeđeg ugljena – 50 g/m
3,
-kameni ugljen – 100-200 g/m
3,
-šećer – 70 g/m
3.
Međutim, granica paljenja ugljene prašine nije strogo određena, kao što je to slučaj sa plinskim smjesama i nekim drugim prašinama, nego je kod svakog ugljena drugačija.
Pri eksploziji ugljen prašine osnovnu ulogu igra količina isparljivih tvari (volatila) u prašini, jer je prva faza sagorijevanja ugljena njeno koksiranje i sagorijevanje plina. Povećavanjem isparljivih tvari povećava se eksplozivnost ugljene prašine. Nasuprot tome, povećanjem pepela smanjuje se eksplozivnost ugljene prašine. Tako, na primjer, ako ugljena prašina sadrži do 14% isparljivih tvari (plina), računato na čisti ugljen, prašina neće eksplodirati, već pri 18% prašina je eksplozivna ako nema bar 18% pepela. Ako ugljena prašina sadrži preko 25% isparljivih tvari, treba imati bar 50% pepela da bi bila sigurna protiv paljenja i eksplozije. Da li će biti ugljena prašina eksplozivna ili neće, mnogo zavisi i od vlažnosti i finoće prašine.
Eksplozivnost ugljene prašine znatno se povećava ukoliko uz ugljenu prašinu postoji i minimalna koncentracija metana, naročito ako je koncentracija prašine ispod donje eksplozivne granice ili na početku eksplozivnog područja. Kod većeg sadržaja metana u zraku može biti eksplozivna i ona ugljena prašina koja sama bez prisutnosti metana nije eksplozivna jer nema dovoljno isparljivih tvari, ima suviše pepela ili nedovoljnu finoću čestica ugljene prašine. U praksi dolazi do eksplozije ugljene prašine redovno zbog eksplozije metana i nepropisnog miniranja. U oba ova slučaja dolazi do stvaranja jakog plamena i zbog pritiska dolazi do uzvitlavanja ugljene prašine i stvaranja opasne koncentracije. Pri miniranju treba uvijek imati u vidu činjenicu da teoretski svaka ugljena prašina može biti eksplozivna, neka lakše, a neka teže zapaljiva. Do eksplozije ugljene prašine pri miniranju dolazi naročito u slučajevima kada se pali više mina. Mine koje pravilno eksplodiraju uzvitlaju ugljenu prašinu, a ako neka mina samo deflagira ona može upaliti ugljenu prašinu.
Zbog toga je važno da se miniranje u rudnicima ugljena vrši samo potpuno ispravnim eksplozivima i ispravnim sredstvima za paljenje, da se minske rupe pravilno zabuše i dobro zatvore čepom od ne suviše meke ilovače ili pijeska.
Poznato je da ugljena prašina sadrži zapaljive plinove: metan, etan, etilen i vodik, kao i neke druge. U pogledu eksplozivnosti, opasnija je ugljena prašina ugljenâ koji lakše izdvajaju plinove iako su njima siromašniji od ugljenâ bogatijih njima koji ih teže izdvajaju.
Eksploziju ugljene prašine mogu pored navedenih uzročnika izazvati i drugi, kao što je mehanička ili električna iskra, pa čak i statički elektricitet.
EKSPLOZIVNI PLINOVI (u mješavini sa zrakom):Postoji veći broj zapaljivih plinova, para zapaljivih tekućina i prašina zapaljivih čvrstih tvari koji mogu sa zrakom, odnosno kisikom da grade eksplozivne smjese, koje pod određenim uslovima mogu eksplodirati, a neke čak i da detoniraju. U ovim eksplozivnim smjesama djelići zapaljivog plina, pare zapaljive tekućine i zapaljive prašine su okruženi zrakom, odnosno kisikom iz zraka.
U određenom momentu, kada su za to ispunjeni potrebni uslovi, dolazi do vrlo brzog sagorijevanja – eksplozije.
Plinske smjese:Poznati su postanci i pojava zapaljivih plinova u rudnicima i ugljenokopima, od kojih najčešće
metan,
ugljikov monoksid i
vodikDa bi neka plinska smjesa uopće bila eksplozivna ona mora prilikom reakcije između pojedinih komponenata plina razviti toplinu, tj. proces mora biti egzoterman.
Pojam eksplozije, treba ovdje razumjeti u njegovom širem značenju; pod njim podrazumijevamo proces sagorijevanja i proces detonacije.
Takav je slučaj npr. kod smjese metana i zraka (ili kisika), butana i zraka (ili kisika), ugljikovog monoksida i zraka (ili kisika), i još kod niza drugih zapaljivih plinova. Jedna ovakva eksplozivna smjesa će eksplodirati kada su ispunjena dva osnovna uslova:
-da smjesa bude u određenom razmjeru, tj. da postoji određeni odnos između zraka ili kisika i zapaljivog plina,
-da takva smjesa dođe u dodir sa izvorom paljenja (plamen, iskra, zagrijani predmet i sl.). Samo po sebi se razumije da izvor paljenja može biti i plamen koji nastaje pri detonaciji eksploziva.
Ako nije ispunjen jedan od ova dva uslova, neće doći do paljenja. Pri tome eksplozivna smjesa ili jedan njen dio moraju biti zagrijani do temperature paljenja da bi smjesu mogli upaliti, jer plinska smjesa na običnoj temperaturi može neograničeno vrijeme da se održi u nepromijenjenom sastavu. Tek dovođenje energije izvana u ovakav sistem može izazvati njegovo aktiviranje, koje potom dovodi do paljenja. Ova energija zove se energija aktiviranja.
Da bi nastala eksplozija, u zraku mora postojati minimalna koncentracija zapaljenog plina, koja se zove donja eksplozivna granica plina.
Ako se koncentracija plina povećava iznad donje eksplozivne granice, smjesa i dalje ostaje eksplozivna, ali samo do jedne nove granice koja se zove gornja eksplozivna granica, iznad nje koncentracija smjese neće više biti eksplozivna, već samo zapaljiva.
Koncentracija zapaljivih plinova, odnosno para zapaljivih tekućina, između donje i gornje eksplozivne granice naziva se eksplozivne područje, ili eksplozivni interval. Eksplozivni interval (granica) je različit za razne smjese zapaljivog plina-zraka (pare zapaljivih tekućina-zraka) i izražava se u zapreminskim postocima, čija je tablica (prema Jonesu) sljedeća:
Iz priloženog se vidi da se zapaljivi plin ili para zapaljive tekućine, koji sa zrakom grade eksplozivne smjese, mogu nalaziti u jednom od sljedeća tri intervala:
-u intervalu do donje eksplozivne granice,
-u eksplozivnom intervalu i
-u intervalu iznad eksplozivne granice.
Eksplozivni interval je kod pojedinih smjesa vrlo veliki, kao kod acetilena, gdje se kreće od 2,5 do 82%, ili kod vodika – od 4 do 74%, ali kod benzina je vrlo mali i kreće se samo od 1 do 4%. Ali u eksplozivnom intervalu nije kod svih odnosa zapaljivi plin-zrak podjednaka jačina eksplozije. Tako je kod smjese metan-zrak najjača eksplozija ako u zraku ima 9,5 zapreminskih postotaka metana, a iznad i ispod te koncentracije jačina eksplozije se smanjuje. Najjača eksplozija nastaje pri takozvanoj stehiometrijskoj mješavini plina u zraku, zato što pri toj koncentraciji sav kisik iz zraka sudjeluju u oksidaciji (sagorijevanju) pri čemu i sav plin potpuno sagori. Ispod te koncentracije kisik je u višku, a iznad te koncentracije nedostaje kisika da bi sav plin mogao potpuno da sagori. Isti je slučaj i kod ostalih eksplozivnih smjesa.
U tablici je prikazana maksimalna brzina gorenja raznih tvari u mješavini sa zrakom (prema Hartmanu):
Poznavanje eksplozivnih granica pojedinih eksplozivnih sistema je važno zato što omogućava izvršenje provjere je li u nekoj prostoriji ili na radnom mjestu postoji opasnost od eksplozije eksplozivnih smjesa. Mjerenje koncentracije zapaljivog plina ili para zapaljivih tekućina vrši se različitim aparatima kojima se lako rukuje i pomoću kojih se vrlo brzo dolazi do željenih rezultata.
Za određivanje metana u zraku najbolje se pokazao interferometar japanske firme Riken Keiki Fine Intrument, koji omogućava da se za svega 10 sekundi odredi koncentracija metana u zraku sa velikom točnošću očitavanja.
Do opasne koncentracije zapaljivih plinova ne dolazi samo u podzemnim rudnicima, već i u drugim zatvorenim prostorijama u kojima se uskladištavaju ili upotrebljavaju zapaljive tekućine, zapaljivi plinovi ili tvari koje ispuštaju zapaljive plinove, npr. kalijev karbid. Nisu rijetki slučajevi da nastane eksplozija i požar u prostorijama gdje se boje ili lakiraju kućanski predmeti, ako se ventilacijom smjesa blagovremeno ne razrjeđuje. Dobra ventilacija sigurno sprječava stvaranje eksplozivne smjese, jer se njome stalno odvode opasni plinovi i pare, a dovodi svjež zrak koji omogućava da koncentracija plinova bude stalno ispod donje eksplozivne granice. Ako se električni ventilator pokvari, i on može prouzrokovati paljenje. Upotreba zapaljivih plinova u kućanstvu također je skopčana sa opasnostima od eksplozija.
Izvori paljenja koji dovode do eksplozija eksplozivnih smjesa su različiti. To su najčešće otvoreni plamen, iskra ili užareni predmet. Iskre dovode do eksplozije najčešće uslijed kratkog spoja na električnim instalacijama i uopće ako električna instalacija nije izvedena prema propisima. Isto tako upotreba nepropisnog eksploziva i nepropisan rad sa sigurnosnim metanskim eksplozivima također dovodi do zapaljenja i eksplozije eksplozivne smjese – naročito metana u rudnicima ugljena.
U priručniku od Dragutina Kolbaha ima pak ovakva tablica:
Eksplozivne naprave na bazi smjese goriva i zraka:Od ostalih eksplozivnih materija i smjesa treba spomenuti eksplozivne naprave na bazi smjese goriva i zraka. To su takozvane aerosolne eksplozivne smjese. Prve aerosolne avionske bombe proizvedene su 1960.g.
Osnovni princip u funkcioniranju ove vrste bombi je raspršivanje lako isparljivih ugljikovodika ili metalnih prahova u zraku, pri čemu nastaje eksplozivna plinska smjesa u vidu oblaka, koja se naknadno pali pomoću centralno postavljenog punjenja visoko brizantnog eksploziva. Poslije odabranog uparenja, koje omogućava miješanje goriva i zraka, smjesa se pali i nastaje velika eksplozija.
Kao goriva u aerosolnim bombama koriste se razni spojevi koji sa zrakom u određenim koncentracijama grade eksplozivnu smjeesu. Udarni val aerosolnih bombi ruši sve prepreke u krugu od 500 m, a ubija na rastojanju od 1.000 m. Sekundarno djelovanje ovih bombi je oduzimanje kisika iz okoline, što izaziva gušenje živih organizama. Bombe su težine do 7 tona. Kao gorivo najčešće se koristi kerozin sa dodatkom heptana i aditiva, kao što su: propilen-oksid, propil-nitrat i butil-nitrat.
Izvori:* Priručnik za kemičare, dr. ing. Dragutin Kolbah (drugo izdanje), izdavač: >>Tehnička knjiga<<, izdavačko poduzeće, Zagreb, Jurišićeva 10, za izdavača odgovara: ing. Kuzman Ražnjević. Glavni urednik: Zvonimir Vistrička, tehnički urednik: Žarko Pavunić, Budućnost, Novi Sad, Tisak dovršen: travanj 1961.g..
* Carl R. Noller; Kemija organskih spojeva. Glavni urednik: Zvonko Vistrička. Izdavač: Tehnička knjiga, listopad 1968.g.. Zagreb.