PHẦN MỘT

v      Phần một giải thích hiện tượng nổ. Phần hai sẽ giải thích hiện tượng nổ bằng toán học và cách đề phòng (tính lỗ thoát hơi bằng toán học, lỗ thoát hơi dùng để giảm độ mảnh liệt hoặc làm chuyển hướng của hiện tượng nổ).

v      Hạt bụi (tiếng Anh gọi là dust) ở đây là các hạt ở thể rắn, hình dáng bất kỳ (tất cả các loại hình dáng), tỉ trọng cũng bất kỳ (tất cả các loại tỷ trọng) có đường kính hay cạnh dưới 500 mm (0,5 mm) (có tài liệu nói dưới 0,2 mm).

v      Ngọn lửa (cháy) chỉ có thể xảy ra khi đáp ứng 3 điều kiện:

Ø       Vật liệu có thề cháy và sinh ra một sức nóng

Ø       Có đầy đủ oxygen (không khí)

Ø       Có một vật “mồi hữu hiệu “ (sứ nóng hoặc ngọn lửa)

Nếu có hiện tượng nổ xảy ra, sẽ phải đáp ứng thêm hai điều kiện nữa:

Ø       Có đầy đủ các hạt bụi cháy được

Ø       Các hạt đạt đủ nồng độ và trộn lẫn với không khí trong môi trường nổ

v      Thông thường áp suất tăng tối đa trong hiện tượng nổ khoảng 7 – 10 bar nếu bình chứa ban đầu có áp suất khoảng 1 bar (áp suất trong không khí). Nếu bình chứa trên 1 bar thì áp suất tối đa có thể lên đến khoảng 5 – 10 lần áp suất ban đầu.Thí dụ bình chứa làm việc khoảng 3 bar thì khi nổ có thể tăng đến 15 – 30 bar. 7 bar tương đương áp suất dưới mặt nước biển khoảng 69 m hoặc nước ngọt (nước sông) khoảng 71,5 m.

 1- Lời mở đầu

Thông thường chúng ta chỉ sợ sự cháy nổ của chất khí hay lỏng mà coi thường sự cháy nổ của vật rắn. Điều đó cũng dễ hiểu vì chất khí và lỏng dễ bắt cháy hơn chất rắn. Nhưng khi cháy thì vật rắn sẽ gây ra một sức cháy mãnh liệt và gây thiệt hại đáng kể, không những tài sản mà cả mạng sống của con người. Bảng 1 chỉ một vài đám cháy, nổ tại Việt Nam ghi nhận được qua internet.

Bảng 1: Cháy nổ nơi sản xuất các đồ gỗ, nhựa và than đá. (Theo tin tức từ internet). Nổ?: không chắn chắn có hiện tượng nổ hay không?

Không những chỉ có VN mới có hiện tượng cháy nổ trong các nhà máy sản xuất mà ngay cả các nước Tây Phương cũng có hiện tượng này (xem Bảng 2)

 Bảng 2: Nổ tại Tây Đức (cũ),  Anh và Mỹ. ^*: nổ và cháy; ^**: giấy và gỗ: 12 %. [1].

Những hiện tượng cháy nổ do các hạt bụi gây ra thường mãnh liệt vì chúng ta không có đề phòng và coi thường sự nguy hiểm của nó. Thí dụ như hạt kim loại như hạt nhôm thông thường không cháy, nhưng với một nồng độ oxygen nào đó cộng với nhiệt độ và áp suất cao sẽ cháy và sinh ra một năng lượng đáng kể và sẽ đưa đến hiện tượng nổ. Nhưng chúng ta không vì sự nguy hiểm mà chúng ta ngưng sản xuất mà chúng ta phải tìm hiểu và đề phòng, tránh sự thiệt hại cả vật chất lẫn nhân mạng con người.

Việc tìm hiểu, nghiên cứu sự cháy nổ do các hạt bụi không phải xảy ra mới đây mà nó có từ lâu đời. Ngày xưa họ tìm hiểu sự cháy nổ của các hạt bụi xuất phát từ nổ hầm mỏ nhất là mỏ than. Các mỏ than thường hay có các chất khí thí dụ như methane (CH₄) chứa các “túi nhỏ” lẫn lộn với than. Khi chúng ta đào tới các túi khí này cộng với một tia lửa bắt mồi và sự cháy xảy ra. Khi có sự hiện diện của các bột than, các bột than này sẽ dễ dàng cháy và sinh ra một năng lượng đáng kể. Năng lượng sinh ra sẽ làm nhiệt độ của không khí (KK) trong hầm tăng lên và đưa đến thể tích tăng lên một cách đột ngột. Do thể tích trong hầm không thay đổi, thể tích KK sẽ chuyển động nhanh theo hướng cửa hầm và hiện tượng nổ xảy ra. Chi tiết hiện tượng cháy nổ này sẽ trình bày rõ ràng hơn ở dưới đây.

1.    Thế nào gọi là hiện tượng nổ?

Giáo sư Eckhoff (1991)[2] đã định nghĩa sự nổ hay phản ứng nổ như sau: “Hiện tượng nổ là hiện tượng mà trong đó có phản ứng hoá học phát nhiệt, hiện tượng này xảy ra trong một môi trường đẳng tích (thể tích không thay đổi) và sinh ra một sự tăng trưởng đột ngột và mảnh liệt của áp suất”. Tất cả các vật rắn mà có thể cháy ở nhiệt độ và áp suất thường đều có thể phát sinh một sự tăng trưởng đột ngột và mãnh liệt của áp suất. Sự tăng trưởng đột ngột và mãnh liệt của áp suất này tỉ lệ thuận với diện tích chung quanh của vật (xem giải thích ở phía dưới). Tiếng nổ “bang” là do một làn sóng áp suất thật mạnh truyền đi với vận tốc thật nhanh.

Ø       Cháy là một phản ứng hoá học, xảy ra tương đối chậm và liên tục. Cháy sẽ làm thiệt hại nhà cửa và vật liệu do ngọn lửa hoặc sức nóng của nó. Cháy cũng làm thiệt hại đến mạng sống hoặc làm bị thương con người qua ngọn lửa, làm thiếu oxygen hoặc phát sinh khí độc như carbon monoxide (CO).

Ø       Nổ là hiện tượng cháy nhanh và phát sinh bất thình lình một năng lượng lớn, thông thường trong một môi trường ở dạng khí hay lỏng. Hiện tượng này phát sinh ra một làn sóng áp suất thật nhanh. Áp suất từ hiện tượng nổ sẽ hủy hoại nhà cửa, vật liệu và có thể làm bị thương hay làm chết người trực tiếp hay gián tiếp như nhà sập, vật đè, v.v. Sự nổ sẽ gây ra đám cháy lớn hay một tia lửa dài. Cũng giống như sự cháy, hiện tượng nổ có thể giết người bằng cách làm làm  thiếu oxygen cũng như sa thải khói độc. Thông thường nổ kèm theo sự cháy sau đó.

Trong sự đốt cháy người ta phân biệt hai loại lửa: 1) Chất đốt và oxygen (hoặc không khí) hoà lẫn và đưa vào phòng đốt bằng một nguồn (premixed flame) gọi “là ngọn lửa hoà lẫn trước” (Hình 2a ); 2) Chất đốt và oxygen đưa vào phòng đốt bằng hai nguồn khác nhau (diffusion flame)(Hình 2b) gọi là “ngọn lửa khuyếch tán”.

Hình 2: Mẫu hình đơn giản cho hai loại ngọn lửa. (a) ngọn lửa hoà lẫn trước; (b) ngọn lửa khuyếch tán. Hai hình vẽ ở đây chỉ dùng để giải thích. Trong thực tế, người ta thường cho không khí vào bằng một dòng xoáy để ngọn lửa dễ dàng ổn định (dễ dàng cháy liên tục, không bị tắt). Kỹ thuật này hy vọng sẽ trình bày vào một dịp thuận tiện khác.

Cháy xảy ra trong môi trường chất đốt và không khí (hay oxygen) không hoà lẫn trước, nhưng hiện tượng nổ xảy ra môi trường chất đốt và không khí trộn lẫn trước.

3.    Điều kiện và nơi có thể xảy ra

Như đã nêu ở trên, tất cả các vật rắn mà có thể cháy ở nhiệt độ và áp suất thường đều có thể phát sinh một sự tăng trưởng đột ngột và mảnh liệt của áp suất. Tuy nhiên để có một ngọn lửa phát sinh và truyền đi phải đáp ứng tất cả các điều kiện dưới đây (VDI 2263 (1992) [4]):

Ø       Vật liệu có thể cháy và sinh ra một sức nóng

Ø       Có đầy đủ oxygen (không khí)

Ø       Có một vật “mồi hữu hiệu “ (sức nóng hoặc ngọn lửa)

Nếu có hiện tượng nổ xảy ra, sẽ đáp ứng thêm hai điều kiện nữa:

Ø       Có đầy đủ các hạt bụi cháy được

Ø       Các hạt đạt đủ nồng độ và trộn lẫn với không khí trong môi trường nổ

Giải thích cho điều kiện cuối cùng như sau. Ta có một khúc gỗ hình khối mỗi cạnh 1 m hay 1.000 mm (Hình 3a) và 1.000 khúc gỗ mỗi cạnh 100 mm (Hình 3b).

Hình 3: 1 m³ gỗ  (a) Khúc gỗ hình khối mỗi cạnh 1 m = 1.000 mm; (b) 1.000 khúc gỗ hình khối mỗi cạnh 100 mm.

Giả sử 1.000 khúc gỗ nhỏ tung đều trong không khí như hình vẽ (3b) có nghĩa là không khí có thể tiếp với tất cả các bề mặt của chúng nó và chúng có thể (điều kiện) cháy cùng một lúc.

Diện tích chung quanh của các khúc gỗ tính như sau:

Khúc gỗ lớn:                    A_{chung quanh} = 6 x (1 x 1) = 6 m²

Các khúc khỗ nhỏ:                   A_{chung quanh} = 1.000 x (6 x (0,1 x 0,1) = 60 m²

Như vậy ta chia khúc gỗ lớn ra một 1.000 lần nó sẽ cháy nhanh hơn 60 lần. Đó là lý do tại sao chúng ta hay bửa củi để nấu bếp.

Nếu chúng ta nghiền nát các khúc gỗ ra nhiều lần nữa thành các hạt bụi, thí dụ mỗi cạnh khoảng 1 mm hay 0,001 m. Tổng diện tích chung quanh được tính như sau:

                   V_{hạt bụi} = 0,001 x 0,001 x 0,001 = 1 x 10^-9 m³

Tổng số hạt bụi tương đương với 1 m³ gỗ

                   n_{hạt bụi} = V_1m³ / V_{hạt bụi} = 1 / (1 x 10^-9) = 1 x 10⁹ hạt bụi

Tổng diện tích chung quanh của các hạt bụi đường kính 1 mm hay 0,001 m

                   A_{chung quanh} = 1 x 10⁹ x (6 x 0,001 x 0,001) = 6.000 m²

Như vậy cùng 1 m³ gỗ, ở dạng hạt bụi (mỗi cạnh 1 mm) sẽ cháy 6.000 lần nhanh hơn và sẽ sanh ra một năng lượng khổng lồ trong tích tắc, và nhiệt độ không khí sẽ tăng đột ngột, nhiệt độ tăng thể tích không khí tăng, thể tích bình chứa không thay đổi (thí dụ phòng hay xưởng làm việc) và cuối cùng sẽ gây ra hiện tượng nổ.

Hình 4 trình bày sự khác nhau giữa cháy chậm, cháy nhanh và nổ cho một khúc gỗ và đám củi

Hình 4: (a) Cháy chậm; (b) Cháy nhanh hơn; (c) Hiện tượng nổ (Hình Eckhoff (1991)[2])

4.    Đặc trưng sức mãnh liệt của hiện tượng nổ

Người ta đặc trưng hiện tượng nổ bằng hằng số gọi là K_st (st là chữ viết tắt của tiếng Đức “staub” có nghĩa là hạt bụi). K_st và tốc độ (vận tốc) tăng áp suất (dP/dt)_max tối đa dùng để tính lỗ thoát của bình chứa. Công thức liên kết giữa K_st, (dP/dt)_max và V^1/3

gọi là cubic law dịch là định luật hình khối

                                                                 (1)

V là thể tích bình chứa, (dP/dt)_max là vận tốc tối đa của áp suất, K_st là một hằng số của hạt bụi. Định luật hình khối có giá trị khi ([2], [5]):

v      Cùng một nồng độ giữa hạt bụi và không khí hay oxygen

v      Bình chứa có hình dáng tương tự như nhau

v      Chiều dầy của ngọn lửa tương đối nhỏ (mỏng) so với bình chứa (xem giải thích ở dưới)

v      Hỗn hợp (hạt bụi và không khí) có cùng độ rối loạn (turbulence)

Định luật hình khối được tính theo giả sử (dP/dt)_max xảy ra khi áp suất đạt được độ lớn nhất (tối đa) (P_max) khi ngọn lửa chạm vào thành bình ([6], [7]). Giả sử này xảy ra trong hiện tượng nổ củ khí đốt thí dụ hydrogen (H₂) và oxygen (O₂). Trong hiện tượng nổ của các hạt bụi, (dP/dt)_max  đạt được trước khi ngọn lửa chạm vào thành bình.

K_st là hằng số từ thí nghiệm ra. Có rất nhiều loại bình để làm thí nghiệm. Chúng nó khác nhau cả về hình dáng và thể tích. Ngày nay người ta thường dùng hai loại bình 20 lít (Hình 5a và 5b) và 1.000 lít (1 m³). Vì thí nghiệm (xử dụng ít hạt bụi cho mỗi thí nghiệm) cho bình 20 lít vẫn rẻ hơn bình 1.000 lít cho nên loại bình 20 lít vẫn còn thông dụng nhưng độ chính xác vẫn thấp hơn vì độ rối loạn trong bình 20 lít thấp so với bình 1.000 lít ([2], [10]). Thí nghiệm cho rằng K_st là một hằng số không tùy thuộc vào độ lớn của bình nếu bình chứa lớn hơn 10 lít ([5]). Bình chứa để làm thí nghiệm đo K_st của các hạt bụi được chọn theo tiêu chuẩn quốc tế là bình 1.000 lít (1 m³).

Hình 5a: Bình bom 20 lít (bom Hartmann) để thí nghiệm.

Thí nghiệm đo K_st  với bột than đá. Bột than sẽ đưa vào bình nhỏ (Dispersion reservoir, bên tay phải bình). Sau đó bơm không khí (KK) vào để trôn lẫn với bột than ở áp suất vài bar. Sau đó mở ống thông (Dispersion valve), vì áp suất trong bình 20 lít (hình cầu) và bình nhỏ chênh lệch nhau nên bột than và KK được phun vào bình 20 lít bằng bộ một phận phun (Dispersion nozzle). Trong tích tắc khi hỗn hợp bột than và KK vào trong bình 20 lít, một tia lửa nhân tạo ngay chính giữa bình sẽ được tạo nên và hỗn hợp sẽ bốc cháy và tốc độ áp suất được ghi nhận bằng máy điện toán.

Hình 5b: Bình bom 20 lít (bom Hartmann) để thí nghiệm. Hình thật sự. (Hình lấy từ web của Katholieke Universiteit Leuven)

Hình 6: Tốc độ tăng của áp suất theo thới gian. Thí nghiệm thực hiện với bột than đá, nồng độ 473 g than đá cho 1 m³ KK hay 9,46 gram cho bình 20 lít, năng lượng mồi là 10 KJ và đo bằng bình 20 lít. Từ hình vẽ ta có thể tính được K_st (công thức (1)) bằng cách vẽ tiếp tuyến để chọn (dP/dt)_max và V = 20 lít.

Từ lúc bắt đầu cháy khoảng 70 mili giây (70 ms) (hỗn hợp bột than đá và KK đưa vào bình 20 lít khoảng 70 ms để hỗn hợp đủ thời gian toả đều trong bình) đến khi bình đạt áp suất khoảng gần 6 bar khoảng 140 mili giây (140 ms), như vậy  trong khoảng 70 mili giây (140 – 70 = 70 mili giây) bình đã tăng gần 6 bar. 70 mili giây có nghĩa là 0,07 giây, chúng ta không kịp chạy ra khỏi phòng hay xưởng làm việc để tránh áp suất này.

5.   Tốc độ cháy của ngọn lửa

Có rất nhiều từ chuyên môn mà cần giải thích cho những đọc giả không chuyên ngành. Chúng ta nhìn vào đèn Bunsen (Hình 5). Đèn Bunsen gồm mốt ống hình tròn dài, dài đủ để chúng ta có một tốc độ của hỗn hợp khí đốt và KK không thay đổi dù ống dài hơn nữa (fully developed velocity profile). Đường kính của ống rất nhỏ (khoảng 5 – 30 mm). Hỗn hợp khí đốt và KK chảy (thổi) vào ống và có ngọn lửa ngay phía ngoài ống. Chúng ta thấy màu thật sáng màu xanh có hình chữ V ngược gọi là ngọn lửa (tiếng Anh gọi là flame front), đó là ranh giới, một bên phía ngoài chữ V ngược là hỗn hợp khói (khí đốt và KK đã cháy xong) và phía dưới chữ V ngược là hỗn hợp khí đốt và KK chưa cháy. Tại một điểm bất kỳ trên ngọn lửa sẽ có hai loại vận tốc: 1) Vận tốc thứ nhất vuông góc với ngọn lửa có hướng về phía hỗn hợp khí đốt và KK chưa cháy (ký hiệu S_u) gọi là “vận tốc của sức cháy” (burning velocity) và 2) Vận tốc thứ hai có hướng ra phía ngoài thành (ký hiệu U_r) phía hỗn hợp khói gọi là “vận tốc của hỗn hợp khí” (gas velocity). “Vận tốc của sức cháy” rất quan trọng trong sự đốt cháy và nó được dùng để đánh giá sự mảnh liệt của ngọn lửa hay sự mảnh liệt của sức nổ. Hai vận tốc này cộng lại gọi là “vận tốc của ngọn lửa” (flame speed). Nếu ngọn lửa ổn định (steady state) nghĩa là ngọn lửa đứng yên, vận tốc của ngọn lửa bằng “không”.

Chúng ta định nghĩa hai loại vận tốc như sau:

a)     Vận tốc của sức cháy (burning velocity) là vận tốc của ngọn lửa mốc là hỗn hợp khí đốt và KK. Dùng ít “phép thuật” toán, vận tốc sức cháy có thể tính được từ đường biểu diễn P-thời gian ở Hình 6.

b)     Vận tốc của ngọn lửa là vận tốc mà mốc là tọa độ cố (nhất) định.

(a)	(b)

Hình 7: Mô hình và đèn (ngọn lửa) Bunsen (hình chụp lấy trong internet).

6.    Sự rối loạn (turbulence)

Sự rối loạn rất quan trọng trong sự đốt cháy hay nói một cách khác, nếu có sự rối loạn vận tốc của sức cháy sẽ tăng lên hay sức cháy hoặc sức nổ trở nên mảnh liệt hơn. Để giải thích cho điều này, chúng ta hãy quan sát thí nghiệm “đóng-mở” của ống dài. Trong ống dài chứa hỗn hợp chất đốt (dạng khí hay rắn) và không khí (KK). Nồng độ chất đốt trong KK trong phạm vi có thể xảy ra phản ứng nổ.

Trường hợp 1 (Hình 8a và 8b): Mồi tại đầu mở của ống (Hình 8a, trạng thái bắt đầu t = 0 giây). Vì sức nóng từ ngọn lửa (flame front), hỗn hợp chất đã đốt xong (khói) tại ngọn lửa sẽ chuyển động xuyên qua hỗn hợp đã đốt xong và chuyển động theo hướng ra khỏi bình (Hình 8b, khi t = Dt giây). Hỗn hợp chất đã đốt xong không đụng chạm tới ngọn lửa và ngọn lửa cứ tiếp tục cháy cho đến khi không còn hỗn hợp chất đốt và KK chưa cháy còn lại trong bình. Ngọn lửa có hai chiều (hình tròn) và di chuyển đều. Trong trường hợp này ngọn lửa di chuyển với tốc độ bằng tốc độ của sức cháy thành lớp (không có sự rối loạn) (laminar burning velocity)

Hình 8: Thí nghiệm “đóng-mở” của ống dài.

 Trường hợp 2 (Hình 8c và 8d): Mồi tại đầu “đóng” của ống (Hình 8c, t = 0 giây). Ngay lúc bắt đầu, ngọn lửa vẫn còn ở dạng hai chiều và bằng với vận tốc của sức cháy thành lớp (không có sự rối loạn). Hỗn hợp ở trạng thái ban đầu yên tĩnh (lặng yên), khi vừa bắt đầu cháy thì có hiện tượng khác xảy ra, Ngọn lửa nóng lên và bắt đầu phát ra năng lượng cho hỗn hợp khí đã vừa cháy xong (khói). Sự giãn nở của hỗn hợp vì nhiệt độ tăng sẽ đẩy ngọn lửa di chuyển về phía đầu mở của ống. Khí đầu ống phía sau ngọn lửa bị bít kín, bắt buộc hỗn hợp khí đã bị đốt quay ngược đầu lại và chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc của sức cháy thành lớp (không có sự rối loạn) và sẽ làm ngọn lửa bị biến dạng. Hỗn hợp khí (khói) bây giờ có sự rối loạn và làm ngọn lửa cũng trở thành ba chiều. Diện tích bề mặt của ngọn lửa tiếp xúc với hỗn hợp chất đốt và KK (unburned gas) lớn hơn diện tích của ngọn lửa ở dạng hai chiều, nhiều năng lượng phát sinh ra làm nóng hỗn hợp khí chưa cháy, hỗn hợp khí chưa cháy nóng hơn, dễ bắt mồi cháy hơn, và sẽ cháy nhanh (nhiều) hơn. Vận tốc của ngọn lửa sẽ bằng vận tốc sức cháy cộng với vận tốc của hỗn hợp khí đã bị đốt (khói).

Essenhigh và Woodhead (1959) [9] đã làm thí nghiệm này với hỗn hợp “nút bần”-không khí trong một ống bằng kiếng với chiều dài 5,2 m và đường kính bằng 56 mm và 76 mm. Họ đã khám phá ra vận tốc ngọn lửa trong trường hợp 2 (mồi tại đầu “đóng”) lớn hơn 20 lần so vối vận tốc ngọn lửa trong trường hợp 1 (mồi tại đầu “mở”).

Như vậy sự rối loạn rất quan trọng trong sự đốt cháy. Có rất nhiều tài liệu nói về liên quan giữa sự rối loạn và sự đốt cháy. Tốc độ cháy trong trường hợp có sự rối loạn lớn hơn tốc độ cháy không có sự rối loạn khoảng 2 – 4 lần cho chất đốt là các hạt rắn (chất khí có thể lớn hơn nhiều). Có nghĩa là áp suất tăng đột ngột nhanh hơn 2 – 4 lần. Áp suất cũng lớn hơn (khoảng 40%) trong trường hợp có sự rối loạn [10].

7.    Năng lượng tối thiểu để bắt mồi cho ngọn lửa

Bao nhiêu joule (1 joule = 2,77778 x 10^-7 kw-giờ) để ngọn lửa có thể bắt đầu cháy? Câu hỏi này rất khó trả lời vì nó tùy thuộc vào:

• Vật liệu (bột than, đường hay gỗ, v.v.). Bột kim loại cũng có thể cháy thí dụ nhôm, đồng.
• Độ lớn của hạt (đường kính bao nhiêu, bao nhiêu phần trăm hạt nhỏ)
• Phần trăm khí đốt trong hạt. Thí dụ trong than đá hay gỗ có một phần khí hydrocarbon sẽ bay hơi trước (khoảng 250 – 700 ^oC) và những chất khí này sẽ dễ dàng cháy trước và mồi phần còn lại là carbon và chất bẩn.
• Nhiệt độ của môi trường
• Độ rối loạn
• v.v.

Điều quan trọng là chúng ta phòng hờ các trường hợp có thể làm mồi cho ngọn lửa như:

• Lửa, khí (khói, không khí, v.v.) nóng
• Vật nóng
• Chạm điện
• Từ trường (???)
• Hàn xì
• Tia lửa do hai vật rắn chạm vào gây ra
• v.v.. .

Nên nhớ là các hạt có thể tự cháy nếu nhiệt độ tăng lên. [2], [11] và [12] có nêu rất nhiều dữ kiện cho nhiều các hạt khác nhau. Bảng 3 và 4 chỉ một vài loại hạt thông dụng, áp suất tối đa (P_max) và nhiệt độ tối thiểu (T_min) mà các hạt tự cháy

Bảng 3: P_max: áp suất tối đa có thể xảy ra khi có hiện tượng nổ; T_min: Nhiệt độ tối thiểu mà hạt có thể tự bốc cháy mà không cần các loại mồi khác [2].

Kim loại cũng có thể cháy (Bảng 4)

                   Bảng 4: P_max và T_min cho một vài loại kim loại tường gặp [2]

8. Nồng độ của chất đốt trong không khí (hay oxygen)

Các hạt có thề cháy khi có sự hiện diện của chất oxy hoá như không khí (KK). Nhiều KK hay ít KK quá cũng không thể cháy được. Nồng độ của các hạt nếu xảy ra hiện tượng cháy nổ hoàn toàn tùy thuộc vào loại hạt (bột hay than hay kim loại, v.v.

9.   Độ nhuyễn (đường kính) của hạt bụi

Như đã giải thích ở phía trên. Hạt càng nhỏ cháy càng nhanh. Điều kiện cháy là các hạt phải có điều kiện tiếp xúc với không khí.

10.  Cách đề phòng

Cách đề hay nhất là không làm việc với chất có thể cháy. Điều này không thể được vì kim loại (hạt nhôm) không cháy nhưng với điều kiện nào đó sẽ cháy được và gây ra hiện tượng nổ con mảnh liệt hơn các hạt cháy được ở điều kiện thường. Vài điều sau đây nên lưu ý:

• Không để các hạt bụi bám trên tường, ống thông hơi hay ống khói, v.v. vì khi cháy các hạt này sẽ tung lên do sự rối loạn và tham gia phản ứng nổ.
• Nhiều loại hạt (thí dụ than đá) có chứa nhiều hydrocarbon như CH₄, C₂H₆, .v.v. các hydrocarbon này sẽ thoát ra khoảng từ 150 – 300 ^oC và nó sẽ dễ cháy và sẽ là vật mồi cho các hạt.
• Áp suất tối đa khoảng 5 – 10 lần áp suất ban đầu. Nếu chúng ta sấy vật liệu ở áp suất cao hơn 1 bar (điều kiện thường) thì hãy thiết kế bình chứa chịu đựng áp suất 10 lần so với áp suất ban đầu.
• Phải thiết kế lỗ thoát hơi (xem Hình 9). Khi áp suất trong bình quá áp suất mà lỗ thoát hơi được thiết kế, lỗ thoát hơi sẽ tự động mở
• Nếu quá trình sản suất quá phức tạp thì phải có cố vấn thêm của người biết về vấn đề này.

Hình 9: Bình chứa có lỗ thoát hơi.

Tài liệu tham khảo

[1]  Kees, van Wingerden (1995). The Safe of the Dust explosion in Process Industry. Research Programme 1996-1998, part 1, Ref.nr.:M-20-95/15, Christian Michelsen Research AS, Bergen, Norway (in Norwegian).

[2]  Eckhoff, R.K. (1991). Dust Explosion in the Process Industries. Butterworth-Heinemann Ltd, England.

[3]  Lemkowitz, S.M. (1996). Dust Explosion Behaviour and Explosion Risk. Course Dust Explosion, 30-31 May, 1996, Stockholm, Sweden.

[4]  VDI 2263 (1992). Dust Fire and Dust Explosions. Hazards - Assessment - Protective Measures. Verein Deutscher Ingenieure.

[5]  Bartknecht, W. (1981). Explosions: Course-Prevention-Protection. Springer-Verlag.

[6]  Hertzberg, M., Cashdollar, K.L., and Zlochower, I.A. (1986). Flammability Limit Measurements for Dust and Gases: Ignition Energy Requirements and Pressure Dependences. 21st Symp. (Int.) on Combust., The Combust. Inst., PA, pp. 303-313.

[7]  Bradley, D., Chen, Z., and Swithenbank, J.R. (1988). Burning Rates in Turbulent Fine Dust-Air Explosions. 22nd Symp. (Int.) on Combust., The Combust. Inst., PA, pp. 1767-1775.

[8]  Eckhoff, R.K. (1977). The Use of the Hartmann Bomb for Determining K_st Values of Explosible Dust Clouds. Staub - Reinhalt. Luft, 37, No.3, pp. 110-112.

[9]  Essenhigh, R.H., and Woodhead, D.W. (1959). Dust Explosions in Factories: Speed of Flame in Slowly Moving Clouds of Cork Dust. Safety in Mines Research Establishment, Minish of Power, Report No. 166.

[10]          Amyotte P.R., Chippett S., and Pegg M. J. (1988). Effects of Turbulence on Dust Explosions. Prog. Energy Combust. Sci., Vol.14, pp. 293-310.

[11]          Field P. (1982) Dust Explosions. Handbook of Powder Technology. Elsevier Scientific Publishing Company.

[12]          Institut für Explosionsschutz und Sprengtechnik (1987). Brenn- und Explosions- Kenngrössen von Stäuben. Erich Schmidt Verlag.