Расчет огневого преградителя, особенности устройства

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:

		(4.1)
	где	dкр.	-	критический диаметр гасящего отверстия огнепреградителя, м;
		Peкр	-	число Пекле, на пределе гашения пламени, Peкр =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;
		Ср	-	теплоемкость горючей смеси, кДж/кг К;
		Р	-	давление горючей смеси, Па, Р=105 Па

Газовую постоянную для смеси найдем по формуле:

		(4.2)
	где	jг	-	объемная доля горючего газа в стехиометрической смеси, об.доли, jг =0,33 об.доли;
		Mн	-	молекулярная масса нефти, кг/кмоль; Mг = 97,2 кг/кмоль;
		Mв	-	молекулярная масса воздуха, кг/кмоль, Mв =29 кг/кмоль.

Вычислим:

Значение С_р вычислим по формуле:

Ср = jг ×Ср,г + (1 – jг) ×Ср,в,

(4.3)

где	г	-	нижний индекс, относящийся к соответствующему показателю горючего газа (пара);
	в	-	нижний индекс, относящийся к соответствующему показателю воздуха.

Значение l вычислим по формуле:

	l= jг ×lг + (1–jг) ×lв,	(4.4)
	где	lг	-	коэффициент теплопроводности компонентов горючей смеси, Вт/(м К), взятый из задачника [20];
		lв	-	коэффициент теплопроводности компонентов горючей смеси, Вт/(м К), взятый из задачника [20].

l_г = 1,5 ×10^–2 Вт/(м К) – из приложения задачника [20];

l_в = 2,7 ×10^–2 Вт/(м К) – определена интерполяцией из т.2. [20];

С_р,в = 1005 Дж/(кг К) – из табл.2 [20],

С_р,г = 1550 Дж/(кг К) - из приложения задачника [20] в зависимости о расчетной температуры смеси.

С_р = 0,33 ×1550 + (1 – 0,33) ×1005 = 1184,8 Дж/(кг К)

l = 0,33 ×1,5 × 10^–2 + (1 – 0,33) ×2,7 ×10^–2 = 0,023 Вт/(м К)

Подставим найденные значения в формулу:

С учетом серийно выпускаемых образцов огнепреградителей примем следующий кассетный огнепреградитель для установки на дыхательную арматуру:

- тип – ОП–200;

- условный проход – 200 мм;

- пропускная способность предохранителя при сопротивлении воздушному потоку 118 Па, не менее –380 м³/ч;

- габаритные размеры – 270×375×375 мм;

- масса – 32 кг.