сущность защитного действия;

определение критического диаметра канала;

схемы устройства огнепреградителей;

требования к размещению и эксплуатации.

особенности их использования на газовых и жидкостных линиях.

Сухие огнепреградители.

Сухие огнепреградители применяют для защиты трубопроводов без жидкой фазы, в которых в определенные периоды работы может образоваться горючая концентрация паров или газов с воздухом, а также для защиты линий с веществами, способными разлагаться под действием давления, температуры и других факторов.

Сущность защитного действия сухих огнепеградителей.

Сущность защитного действия сухих огнепреградителей заключается в гашении пламени в узких каналах, которое обусловлено ростом интенсивности теплопотерь по сравнению с тепловыделением в результате увеличения удельной поверхности фронта пламени.

Когда скорость теплопотерь по сравнению со скоростью тепловыделения достигает критической величины, то температура горения, а значит и скорость химических реакций в зоне горения, уменьшается настолько, что распространение горения (фронта пламени) по горючей смеси в узком канале становится невозможным.

Именно такие условия и создаются в сухих огнепреградителях.

Пламя, распространяясь по горючей смеси, входит в насадку огнепреградителя, состоящую из большого числа узких каналов, где оно разбивается на множество малых пламень, которые в узких каналах распространяться не могут.

Схемы устройства огнепреградителей .

Для расчленения живого (проходного) сечения защищаемого трубопровода на семейство узких каналов в огнепреградителях используют различные насадки в виде пучка трубок, сеток, гранул, колец, волокон (металлических, стеклянных, асбестовых) металлической керамики и т.п. Насадки располагают в корпусе огнепреградителя.

Диаметр корпуса огнепреградителя для уменьшения гидравлического сопротивления имеет увеличенный размер по сравнению с диаметром защищаемого трубопровода.

Для надежного соединения корпуса огнепреградителя с трубопроводом по обе стороны его имеются фланцы, диаметр которых соответствует диаметру защищаемого трубопровода.

Схемы основных видов огнепреградителей представлены на рисунке 1.

Рис.1. Схемы основных видов огнепреградителей

а – с горизонтальными сетками; б – с вертикальными сетками; в – с гравием; г – со спирально свернутыми вместе гофрированной и плоской лентами; д – с металлической насадкой.

1 - корпус; 2 - пламегасящая насадка; 3 - решетка; 4 – опорные кольца

Критический диаметр канала насадки огнепреградителя.

Диаметр канала насадки огнепреградителя, при котором в зоне горения устанавливается тепловой баланс (равенство) между тепловыделением и теплопотерями, называют критическим диаметром d кр .

Этот диаметр определяют расчетным путем. Он зависит от свойств горючей смеси, концентрации, начальной температуры и давления. Расчет критического диаметра вы можете посмотреть в .

Действительный (гасящий) диаметр канала насадки огнепреградителя берется меньше и с учетом коэффициента запаса составляет 0,5-0,8 d кр .

С другими видами конструкций огнепреградителей можно познакомиться .

Требования к размещению и эксплуатации.

Итак, сухие огнепреградители чаще всего защищают газовые и паровоздушные линии, в которых по условиям технологии или при нарушении нормального режима работы могут образоваться горючие концентрации (дыхательные линии резервуаров, мерников, промежуточных емкостей, напорных баков и подобных им аппаратов с ЛВЖ, а также с горючими жидкостями, нагретых до температуры вспышки и выше).

Сухие огнепреградители защищают стравливающие линии и продувочные линии рекуперационных установок; линии, идущие от аппаратов и емкостей на факел; линии газовой обвязки резервуаров с ЛВЖ и т.п.

Сухими огнепреградителями защищают также линии с наличием веществ, способных разлагаться под воздействием давления, температуры и других факторов.

Жидкостные огнепреградители (гидравлические затворы).

Сущность защитного действия.

Гашение пламени в гидрозатворах происходит в момент прохождения (барботажа) горящей газопаровоздушной смеси через запирающий слой жидкости в результате дробления ее на тонкие струйки и отдельные пузырьки, в которых оказывается в расчлененном виде фронт пламени.

Суммарная теплоотдающая поверхность пламени при этом увеличивается.

В результате так же, как и в сухих огнепреградителях, в зоне реакции создаются условия для превышения интенсивности потерь тепла над интенсивностью тепловыделения.

Для парогазовоздушных линий в качестве запирающей жидкости используют воду, а в жидкостных линиях используют транспортируемую жидкость.

Для повышения эффективности огнетушащего действия жидкостных огнепреградителей высоту запирающего слоя жидкости при нормальном давлении принимают от 10 до 50 см.

Кроме того, для уменьшения размеров барботирующих пузырьков горючей смеси на срезе трубы, погруженной в жидкость гидрозатвора, предусматривают специальные прорези.

Область применения жидкостных огнепреградителей (гидравлических затворов).

Для защиты жидкостных и газовых трубопроводных линий, лотков, производственной канализации и т.п., в которых по условиям эксплуатации может создаться опасность распространения пламени в кинетическом и диффузионном режимах горения, используют жидкостные огнепреградители (гидравлические затворы).

Давайте немного вспомним, в каких случаях происходит кинетическое горение, в каких диффузионное.

Когда распространение пламени происходит в кинетическом режиме горения, то реакция идет со взрывом.

Медленное же распространение пламени по поверхности жидкости наблюдается при диффузионном режиме горения.

Принципиальная схема гидрозатворов низкого давления на газовой линии показана на рис. 2.:

1- корпус; 2- вода; 3- линия подачи воды; 4- подводящая труба; 5- отводящая труба; 6 -линия удаления избытка воды; 7-диск; 8-прорези.

Рис.2. Схема гидравлического затвора низкого давления

Особенности использования огнепреградителей на газовых и жидкостных линиях.

Гидрозатворы широко применяют для защиты наполнительных линий аппаратов с нижней подачей жидкости, сливных линий на сливоналивных эстакадах, переливных линий емкостных аппаратов, производственной канализации на предприятиях с ЛВЖ и ГЖ, лотков насосных помещений и т.п.

Для защиты газовых линий среднего и высокого давления применяют специальные гидрозатворы, которые в отличие от жидкостных огнепреградителей низкого давления имеют небольшое количество запирающей жидкости, снабжены обратным клапаном и предохранительной мембраной.

Принцип работы таких гидрозатворов аналогичен гидрозатвору низкого давления.

Жидкостные огнепреградители по исполнению и комплектности должны строго соответствовать техническим условиям на их изготовление.

При использовании в качестве запирающей жидкости воды огнепреградители целесообразно располагать в отапливаемых помещениях.

При отсутствии такой возможности в воду вносят добавки, понижающие температуру ее замерзания (этиленгликоль, глицерин и т.п.)

Гидравлические затворы .

Препятствовать свободному проникновению огня по коммуникациям и оборудованию систем трубопроводов газоуравнительной обвязки резервуаров, если такой снабжены резервуары, по сливо-наливным трубопроводам, дыхательным и предохранительным клапанам призваны огнепреградители. Различают огнепреградители: сухие, жидкостные (гидрозатворы), затворы из твердых измельченныхматериалов, автоматические задвижки и заслонки.

Действие огнепреградителей основано на явлении гашения пламени в узких каналах, которое открыл в 1815 году Гемфри-Деви. Он выяснил, что с уменьшением размера (диаметра) канала, в котором происходит горение газовой смеси, происходит увеличение удельных потерь в сравнении с тепловыделениями, происходящими на объем горящей смеси, понижение температуры горения в зоне реакции, снижение скорости реакции и уменьшение скорости распространения пламени. Когда потери тепла из зоны горения достигают определенной критической величины, температура горения и скорость горения реакции настолько уменьшается, что дальнейшее распространение огня смеси в узком канале становится невозможным.

Огнепреградитель устанавливается между вертикальным резервуаром и дыхательным или предохранительным клапаном. Огнепреградитель предназначен для защиты вертикального резервуара от проникновения огня (пламени или искры) в газовое пространство через дыхательные клапана (патрубки вентиляционные или клапана предохранительные), предохраняя этим самым нефть от вспышки или взрыва.

Основой конструкции (рисунок 4.1) является огнепреграждающий элемент 2, размещенный между двух половинок корпуса 1, стягиваемых между собой четырьмя шпильками 3. Огнепреграждающий элемент состоит из плоской и гофрированной лент, намотанных на ось, которая также предохраняет элемент от выпадания. Гасящее действие огнепреградителя ОП, установленного на крыше резервуара типа РВС, основано на принципах интенсивного теплообмена, который происходит между стенками узких каналов огнепреграждающего элемента и проходящим через него газовоздушным потоком. При этом достигается снижение температуры газовоздушного потока до безопасных пределов.

Рисунок 4.1. Общий вид огнепреградителей ОП:

1 – корпус, состоящий из двух половинок; 2 – огнепреграждающий элемент;

3 – четыре соединительных шпильки.

Основным условием эффективной эксплуатации данного устройства, в таком технологическом оборудовании как резервуары является подбор диаметра канала, который обеспечит гашение пламени. Произведем расчет огнепреградителя основанного на определении размера критического гасящего канала по методу Я.Б. Зельдовича, как хорошо зарекомендовавшего себя на практике и основанного на постоянстве числа Пекле.

Определим расчетом необходимый диаметр гасящего отверстия огнепреградителя:

Для предотвращения распространения пламени из аварийного оборудования в смежные с ним, а также проскока пламени через сбросные и дыхательные клапаны в емкости с горючими веществами необходимо предусматривать устройства огнепреграждения (далее - огнепреградители). Конструкция огнепреградителя обеспечивает свободный проход газа через пористую среду, в то же время не допускает проскок пламени в защищаемый объем из аварийного пространства. Основным расчетным параметром конструкции огнепреградителя является критический диаметр канала огнепреграждаюшего элемента. Пламегасящую способность следует рассчитывать по каналу максимальных поперечных размеров, поскольку пламя, в первую очередь, пройдет именно по этому каналу. Диаметр канала в насадке из одинаковых шариков может приниматься в зависимости от диаметра шариков. Для огнепреградителей с гранулированными насадками рекомендуется, чтобы поперечный размер корпуса огнепреградителя превышал размер одной гранулы не менее чем в 20 раз, а высота слоя насадки превышала диаметр ее канала не менее чем в 100 раз. Численные значения критических диаметров пламягасяших каналов для некоторых наиболее распространенных в промышленности стехиометрических смесей с воздухом при атмосферном давлении и комнатной температуре приведены в таблице 1: Таблица 1 Исходя из вещества, которое используется на данном производстве, необходима установка огнегасящих каналов огнепреградителей на технологических установках соответствующих следующим размерам: Критический диаметр канала огнепреграждаюшего элемента для сбросных огнепреградителей на резервуарах, диаметр должен быть не менее d =2,66 ; по подходящим параметрам выбираем ОП (ААН), представлен на рис.1. Описание огнепреградителя ОП (АНН): Огнепреградители ОП (АНН) предназначены для временного предотвращения проникновения пламени внутрь резервуара при воспламенении выходящих из него взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом. По устойчивости к воздействию климатических факторов внешней среды огнепреградители изготовляются в исполнениях У (умеренный климат) и УХЛ (холодный климат с нижним пределом температуры эксплуатации до -60 °С), категория размещения 1 по ГОСТу 15150-69. Огнепреграждающий элемент состоит из плоской и гофрированной лент, намотанных на ось, которая также предохраняет элемент от выпадания. Гасящее действие огнепреградителя, установленного на крыше резервуара типа РВС, основано на принципах интенсивного теплообмена, который происходит между стенками узких каналов огнепреграждающего элемента и проходящим через него газовоздушным потоком. При этом достигается снижение температуры газовоздушного потока до безопасных пределов. Рисунок 1- Огнепреградитель марки ОП(АНН). Устройство и принцип работы Основой конструкции является: огнепреграждающий элемент - 2, размещенный между двух половинок корпуса - 1, стягиваемых между собой четырьмя шпильками - 3; (рис. 2). Рисунок 2 - Огнепреградитель марки ОП(АНН).

Назначение Огнепреградитель ОП (ААН) устанавливается между вертикальным резервуаром и предохранительным или дыхательным клапаном. Огнепреградитель ОП предназначен для защиты вертикального резервуара от проникновения огня (пламени или искры) в газовое пространство через дыхательные клапана (патрубки вентиляционные или клапана предохранительные), предохраняя этим самым нефть от вспышки или взрыва. Технические условия ТУ 3689-014-10524112-2002 соответствует: АОМЗ ТУ 63-РСФСР68-75; НГМ Групп 3689-016-79167039-2006. Устройство и принцип работы Принцип действия огнепреградителя ОП основан на задержке пламени кассетой, размещенной внутри корпуса. Кассета состоит из пакета чередующихся гофрированных и плоских пластин, образующих каналы малого диаметра. Пламя, попадая в каналы малого сечения, дробится на отдельные мелкие потоки. Поверхность соприкосновения пламени с огнепреградителем ОП увеличивается, возрастает теплоотдача стенкам каналов, и пламя гаснет. Конструкция огнепреградителя ОП сборно-разборная, что позволяет периодически извлекать кассеты для осмотра и контроля за их состоянием. Основой конструкции является огнепреграждающий элемент 2, размещенный между двух половинок корпуса 1, стягиваемых между собой четырьмя шпильками 3. Огнепреграждающий элемент состоит из плоской и гофрированной лент, намотанных на ось, которая также предохраняет элемент от выпадания. Гасящее действие огнепреградителя ОП, установленного накрыше резервуара типа РВС, основано на принципах интенсивного теплообмена, который происходит между стенками узких каналов огнепреграждающего элемента и проходящим через него газовоздушным потоком. При этом достигается снижение температуры газовоздушного потока до безопасных пределов. 1 — корпус, состоящий из двух половинок; 2 — огнепреграждающий элемент; 3 — четыре соединительных шпильки. Технические характеристики Наименование параметра ОП-50ААН* ОП-80ААН* ОП-100ААН ОП-150ААН ОП-200ААН ОП-250ААН ОП-300ААН ОП-350ААН ОП-500ААН Условный проход DN 50 80 100 150 200 250 300 350 500 Пропускная способность при сопротивлении воздушного потока 118 Па, м³/час, не более 100 150 200 215 380 600 700 900 2950 Габаритные размеры, мм, не более D н 160 214 230 303 375 450 527 635 858 H 172 200 200 250 275 263 295 440 337 Присоединительные размеры, мм D 141 184 205 260 315 370 440 485 640 D 1 110 150 170 225 280 335 395 445 600 d 14 18 18 18 18 18 22 22 22 n 4 4 4 4 4 6 6 6 16 Масса, кг, не более 3 5 6,1 10 16 20 30 45 70 * Изделия ОП с условным проходом DN 50 (DN 80) по требованию заказчика могут быть изготовлены под фланцевое соединение «шип-паз». Во фланце(ах) изделий выполняется паз. По требованию заказчика изделие может быть укомплектовано ответными фланцами по ГОСТ 12815. Уплотняющие прокладки не поставляются.

		(4.1)
	где	d кр .	-	критический диаметр гасящего отверстия огнепреградителя, м;
		Pe кр	-	число Пекле, на пределе гашения пламени, Pe кр =65;
		l	-	коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/(м·К);
		R	-	газовая постоянная;
		T	-	температура горючей смеси, К, Т=273 + 25 = 298 К;
		ω	-	нормальная скорость распространения пламени, м/с; ω = 0,4 м/с;
		С р	-	теплоемкость горючей смеси, кДж/кг К;
		Р	-	давление горючей смеси, Па, Р=10 5 Па

Газовую постоянную для смеси найдем по формуле:

Вычислим:

Значение С р вычислим по формуле:

Значение l вычислим по формуле:

l г = 1,5 ×10 –2 Вт/(м К) – из приложения задачника ;