Краткое описание огнепреградителя

Вступление.

Ущерб от аварии может быть значительно  уменьшен, если исключить возможность распространения пламени, возникшего в одном из аппаратов, в другие аппараты данного производства по технологическим коммуникациям. Установлено, что пламя способно не только распространятся по трубопроводам, заполненным горючей смесью, но газодинамические эффекты, сопровождающие эти процесс, могут сильно интенсифицировать дефлаграционное горение, что оно может перейти в детонацию. В то же время в емкостях горение газообразных сред редко переходит в детонацию, поэтому основными «генераторами детонации» являются трубопроводы. Все это подтверждает важность вопроса создания и правильного применения эффективных средств, позволяющих предотвратить распространения пламени по трубопроводам. Поэтому основная задача это предотвращение распространения пламени по технологическим коммуникациям и недопущение попадание её в технологические аппараты и емкости.

Соответственно можно сказать  что, применяя средства локализации  пламени, можно предотвратить проникновение  пламени при пожарах внутрь оборудования и последующий взрыв.

К средствам локализации пламени  относятся различного рода огнепреградители.

 

4.1 Сухие огнепреградители.

 

Принцип действия сухих огнепреградителей  основан на механизме гашения пламени в узких каналах.

Эффективность работы огнепреградителя зависит в основном от диаметра гасящих  каналов и слабо зависит от их длинны.

     

4.1.1 Конструкции огнепреградителей.

 

Сухие огнепреградители [31] классифицируются по месту их установки на оборудовании и по типу огнепргераждающего  элемента. По месту установки на оборудовании различают огнепреградители устанавливаемые:

• на трубах для выброса горючих газов в атмосферу или на факел (сбросные огнепреградители);
• на межаппаратурных и межцеховых  коммникациях (коммуникационные огнепреградители);

перед грелками.

По типу огнепреграждающего элемента различают огнепргерадители:

• с насадкой на сыпучих гранулированных материалов;
• кассетные с прямыми каналами;
• сетчатые;
• из металлокерамики и металловолокна.

 Насадочный огнепреградитель состоит из корпуса, в котором на решетке находится насадка из стеклянных или фарфоровых шариков, гравия, корунда или других гранулированных сыпучих материалов. В качестве насадки в огнепрградителях этого типа могут использоваться также кольца Рашига. Насадочные огнепреградители широко распространены в химической промышленности, но несмотря на это, они не выпускаются серийно, а конструируются как нестационарное оборудование при разработке проектов отдельных производств. Этому способствует с одной стороны, большое разнообразие условий их работы, а с другой – простота конструкций, в результате чего они могут быть иготовлены практически на любом предприятии.[39,40]. Размер гранул насадочных огнепреградителей обычно выбирают таким образом, чтобы поперечный размер каналов в насадке не превышал примерно 1,5 мм. Это дает возможность приблизительно с двукратным запасом надежности гасить пламя газо- и паровоздушных смесей  с нормальной скоростью распространения пламени 0,45 м/с.

Кассетный огнепреградитель состоит из корпуса, внутри которого находится огнепреграждающая кассета из гофрированной и плоской металлических лент, плотно свитых в рулон таким образом, что в нем образуются вертикальные узкие каналы, через которые проходит горючая смесь, а пламя распространяться не может. Одной из разновидностей огнепреградителей этого типа является пластинчатый огнепрградитель, в котором кассета представляет собой пакет из плоских металлических пластин со строго определенным расстоянием между ними.

Сетчатый  огнепреградитель состоит из корпуса внутри которого размещен пакет сеток. Сетчатые огнпреградители просты в изготовлении и обладают небольшим сопротивлением потоку, однако они не получили широкого распространения в промышленности. Недостатком этих огнепргерадителей является их малая механическая прочность огнепреграждающего элемента и возможность быстрого прогорания сеток при возникновении факела на их поверхности, а вследствие этого недостаточная надежность защиты оборудования.

Металлокерамический огнепреградитель состоит из корпуса, в котором размещен огнепрреграждающий элемент в виде пористой металлокерамической пластины.

Наибольшее распространение  получили кассетные огнепреградители с регулярной насадкой Это единственный тип огнепреградителей которые выпускаются серийно. Они предназначены для защиты резервуаров с нефтепродуктами от проникновения пламени извне, однако их также используют и для защиты различных технологических аппаратов химической промышленности. Необходимо отметить, что огнепреграждающие кассеты во всех случаях одинаковы по конструкции и поэтому их можно считать типовым элементом.

Способность огнепреградителя длительное время выдерживать воздействие  факела пламени на своей насадке  является очень важным свойством, иногда полностью определяющим надежность защиты объекта. В связи с этим все типы огнепрреградителей делятся на два класса: огнепреградители первого класса огнестойкости, для которых время воздействия пламени неограниченно или возможность воздействия пламени исключена, и огнепргерадители второго класса огнестойкости с ограниченным допустимым временем воздействия пламени. ………???????

 

4.1.2. Гасящая способность огнепреградителей.

 

Гашение пламени в  узких каналах, как уже отмечалось, имеет тепловую природу. Пламя теряет способность распространяться, когда температура газа в области фронта пламени понижается ниже некоторой критической величины. Отвод тепла от газа в узком канале обеспечивается теплопроводностью газа. Выделение тепла во фронте пламени определяется скоростью и кинетикой химической реакции горения. Интегральной характеристикой динамики процесса горения является нормальная скорость распространениям фронта пламени. В качестве универсальной безразмерной характеристики соотношения динамики этих двух процессов – процессов выделения и отвода тепла – принято использовать критерий Пекле [31] :

 

,

 

где - нормальная скорость распространения пламени; - диаметр канала огнепреграждающего элемента; - теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении; - давление горючей смеси; - универсальная газовая постоянная; - начальная температура горючей смеси; - теплопроводность горючей смеси.

 

Многочисленными эксперементами установлено, что на пределе гашения пламени в узких каналах критерий Пекле принимает постоянное значение, приблизительно равное 65. Если условия в пламегасящих каналах огнепреградителя характеризуются критерием Пекле >65, то огнепргреградитель неэффективен, если Пекле <65, то огнепреградитель сработает удовлетворительно, т.е. не пропусти пламя. Условие постоянства критерия Пекле, составленного из нормальной скорости пламени и теплофизических параметров горючей смеси (а не продуктов сгорания, например), на пределе гашения пламени в узких каналах теоретически получено, исходя из ряда допущений и упрощений, поэтому оно в принципе является приближенным. Экспериментальная проверка этого принципа тоже дает весьма существенный разброс количественных результатов. Поэтому используя это условие в качестве научной основы методики расчета эффективности сухих огнепреградителей, в расчетные формулы вводят коэффициент запаса, равный 2, т.е. за критическое значение критерия Пекле принимают не 65, а 32,5.

При проектировочном расчете сбросного  огнепреградителя основным расчетным  параметром является критический диаметр  канала огнепреграждающего элемента. Его можно вычислить по формуле:

 

          (4.1)

 

Пламегасящая способность огнепреградителя должна рассчитываться по каналу максимальных поперечных размеров, поскольку пламя  в первую очередь пройдет именно по этому каналу. Если пламягасящим элементом элементом служит кассета из плоской и гофрированной лент, то за диаметр канала следует принимать высоту, опущенную из вершины треугольного гофра на плоскую ленту. Диаметр канала в насадке из одинаковых шариков можно принимать в зависимости от диаметра шариков следующим образом: ?????????????????????????????? нужно ли это???????????

 

В книге идет таблица

 

То же самое про  кольца Рашига потом идет таблица зависимость диаметра каналов от размеров колец Рашига. таблица

 

Условие постоянства критерия Пекле  на пределе гашения пламени в  узких каналах лежит в основе не только эффективности локализации  движущегося фронта пламени, но и  огнестойкости огнепреградителя противостоять  длительному воздействию стационарного  пламени на насадке. Считается [48], что огнепреградитель «прогорает » не в результате прогрева насадки с противоположной стороны до температуры воспламенения горючей смеси, а в результате изменения условий (в частности, температуры) в каналах пламегасящего элемента, и прохождение пламени по ним по-прежнему зависит от величины критерия Пекле.

Основная расчетная формула (4.1), строго говоря, относится только к сбросным огнепреградителям, или так называемым резервуарным огнепреградителям, работа которых не осложняется прохождением горячих продуктов сгорания через огнепреграждающий элемент, как это возможно в огнепреградителях, устанавливаемых на межаппаратурных и межцеховых коммуникациях. Для этих случаев приведенная методика расчета непригодна, хотя установлено [49], что если пламя движется по трубопроводу со скоростью больше нормальной, то на пределе его гашения в коммуникационном огнепреградителе тоже выполняется условие постоянства критерия Пекле, только при его расчете необходимо пользоваться не нормальной скоростью пламени, а фактической, т.е. видимой.  

Критическое значение критерия Пекле можно представить:

 

                                                         ,                                                                       (4.2)

где - коэффициент температуропроводности горючей смеси.

 

Анализируя это выражение, легко  установить, что эффективность огнепреградителя не зависит от теплофизических свойств  материала пламепреграждающего элемента, т.е. ни от его теплопроводности, ни от его теплоемкости. Это объясняется тем, что стенки каналов в огнепреградителях настолько более теплопроводны и более теплоемки по сравнению с газом, что даже независимо от их материала они являются своего рода «черной дырой» для тепла пламени, способной поглотить его очень быстро и «в любом количестве», и поэтому теплопотери в пламени лимитируются только теплопроводностью газа. Однако справедливость такого утверждения должна иметь определенные границы.

 

ВЫВОД ПРОПУСТИЛ

 

4.1.3. Гидравлическое  сопротивление огнепреградителей.

 

Коммуникационные огнепреградители постоянно оказываю гидравлическое сопротивление технологическому потоку, требуя дополнительных затрат энергии  на перемещение газа, причем стремление повысить их пламегасящую способность  всегда оказывается в противоречии со стремлением уменьшить их гидравлическое сопротивление.

Потери напора во входных и выходных патрубках легко могут быть определены с использованием значений коэффициентов  местных сопротивлений отдельных  элементов, содержащихся в справочной литературе [28]. Гидравлическое же сопротивление беспорядочно загруженной насадки определить суммированием сопротивлений отдельных элементов невозможно, поэтому насадку принято характеризовать одним коэффициентом сопротивления , который в зависимости от числа Рейнольдса [31] рассчитать по следующим эмпирическим формулам:

 

;

 

                                                                 (4.10)    

 

        

 

Тогда потерю напора в насадке можно определить по формуле:

 

                                                                                                              (4.11)     

 

где  высота слоя насадки;плотность газа;скорость газа в свободном сечении насадки; эквивалентный диаметр пор насадки; пористость насадки; удельная поверхность насадки.

 

При вычислении числа Рейнольдса тоже необходимо пользоваться величиной эквивалентного диаметра насадки. Пористость и удельная поверхность насадок из различных колец Рашига, которые часто используются в огнепреградителях, приведены в таблице 4.3.

Гидравлическое сопротивление  серийно выпускаемых кассетных  огнепреградителей типа ОП (см.рис. 4.2) при номинальном расходе газа приведено ниже.

См в книге

 

Если в газовом потоке содержатся механические примеси или пары жидкостей, склонных к кристаллизации и полимеризации, то огнепреграждающий элемент постепенно забивается, и его гидравлическое сопротивление значительно возрастает. В этих случаях огнепреградители нуждаются в периодической очистке, технология которой зависит, главным образом от типа огнепрегражадющего элемента. Кассетные и сетчатые огнепреградители рекомендуется продувать воздухом или острым паром, а также промывать растворителями с последующей продувкой. Категорически запрещается прочищать каналы огнепреграждающих кассет проволокой во избежание увеличения размера каналов. Насадку из гравия, шариков или колец Рашига для очистки выгружают из огнепреградителя. Для контроля степени загрязнения огнепреграждающего элемента  рекомендуется устанавливать дифференциальные манометры, измеряющие перепад давлений на огнепреградителе.