Расчет огнепреградителя, особенности устройства

Огнепреградитель устанавливается между вертикальным резервуаром и предохранительным или дыхательным 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 тем самым нефть от вспышки или взрыва.

Принцип действия огнепреградителя 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 увеличивается, возрастает теплоотдача стенкам каналов, и пламя гаснет. Конструкция огнепреградителя сборно-разборная, что позволяет периодически извлекать кассеты для осмотра и контроля за их состоянием.

Основой конструкции (рисунок 15) 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, 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 15. Общий вид огнепреградителей:

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 Зельдовича Я.Б., как хорошо зарекомендовавшего себя на практике.

Определим расчетом[22] необходимый диаметр гасящего отверстия огнепреградителя:

(36)

где d_кр - критический диаметр гасящего отверстия огнепреградителя, м;

Р_е - число Пекле, равно 65-80;

T - температура горючей смеси, К;

ω - нормальная скорость горения нефти, м/с;

Р - давление горючей смеси, Па.

R - газовая постоянная;

λ - коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/м·К;

С_р - удельная теплоемкость горючей смеси, кДж/кг К;

Р_е = 65

Т = 30°С = 273+30 = 303 К

ω = 0,4 м/с

Р = 10⁵ Па

Газовую постоянную для смеси найдем по формуле:

, (37)

где M_г, M_в - молекулярные массы нефти и воздуха:

M_г = 91,3 кг/кмоль;

M_в = 29 кг/кмоль.

j_г - объемная доля горючего газа в стехиометрической смеси, равная 0,327

Значения с_р и l вычислим по формулам:

с_р = j_г ×с_р,г+(1–j_г)×с_р,в, (38)

l = j_г×l_г+(1–j_г)×l_в, (39)

где г, в - индексы, относящиеся к соответствующим показателям горючего газа (пара) и воздуха;

l_г, l_в - коэффициенты теплопроводности компонентов горючей смеси, Вт/(м·К), взятые из задачников[22];

l_г = 2,6×10^–2 Вт/(м·К);

l_в = 2,3×10^–2 Вт/(м·К);

с_р,в = 1005 Дж/(кг·К) - из таблицы 2[22];

с_р,г = 1550 Дж/(кг·К) - из приложения задачника[22] в зависимости от расчетной температуры смеси.

с_р = 0,327×1550+(1–0,327)×1005 = 1183,2 Дж/(кг·К)

l = 0,327×2,6×10^–2+(1–0,327)×2,3×10^–2 = 0,024 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-500;

- условный проход - 500 мм;

- пропускная способность - 215-380 м³/ч;

- габаритные размеры - 250×362×362 мм;

- масса - 33,6 кг;

- сопротивление - 75-140 Па.