Системы локализации взрывов

Системы приводятся в действие при возникновении загорания и угрозе разрушения технологического оборудования и здания от избыточного давления. Принцип действия систем локализации заключается в обнаружении аварийного состояния датчиком-преобразователем, подаче исполнительной команды на срабатывание устройства разгерметизации, инертизации и пожаротушения.

После срабатывания устройства разгерметизации (предохранительной мембраны) в образовавшийся защитный проем внутрь аппарата, где происходит горение горючих смесей, подается из разрядных аккумуляторов флегматизирующий инертный разбавительили через насадки-распылители — огнетушащее вещество для ликвидации или локализации загорания.

Чтобы предотвратить распространение пламени на смежные аппараты, применяют устройства блокирования -огнепреградителиразличных типов ипламеотсекатели.

По способу устройства огнепреградители могут быть сухими, орошаемыми, с водяным статическим затвором.

По виду пламегасящего элемента различают огнепреградители кассетные (рис. 7.2), с насадкой из гранулированных материалов, пластинчатые, сетчатые, металлокерамические или металловолокнистые. Огнепреградители используют также для оборудования «дыхательных», продувочных и сбросных линий аппаратов и емкостей с ЛВЖ,газо-паровоздушных линий со взрывоопасными концентрациями смеси, коммуникаций с газами, способными к взрывному разложению.

Пламегасящий эффектогнепреградителей определяется в основном диаметром пламегасящих каналов, поскольку длина и материал стенок этих каналов мало влияют на теплоотвод из зоны горения. При уменьшении диаметра пламегасящего канала увеличивается поверхность каналов на единицу массы реагирующей смеси, вследствие этого возрастают потери тепла из зоны горения. При критическом диаметре скорость реакции окисления (горения) резко уменьшается, так что дальнейшее распространение пламени полностью прекращается.

Для локализации пламени в трубопроводах, транспортирующих различные горючие вещества (газы, пыли и т.д.), применяют форсуночные пламепреградители.

Принцип их действия заключается в создании огнетушащей зоны впереди движущегося фронта пламени при помощи специальных устройств, которые обеспечивают высокоскоростную подачу жидкого или газообразного огнегасителя в полость защищаемого трубопровода.

В качестве пламеотсекателей, предотвращающих распространение огня по газопроводу, используют изолирующие клапаны, а также гидрозатворы, которые обеспечивают механическое перекрытие рабочего сечения газопровода шиберами (запорное устройство типа задвижки (заслонки) при помощи которого открывается и закрывается канал для движения газа или жидкости) или заслонками и одновременную подачу внутрь газопровода огнетушащей жидкости.

Устройства разгерметизациипредназначены для обеспечения необходимого по условиям взрывозащиты проходного сечения для сброса избыточного давления, возникающего при взрыве внутри аппарата. При этом давление в аппарате не должно превышать допустимого значения, при котором возможно механическое разрушение аппарата.

Для обеспечения необходимой площади разгерметизирующих разгрузочных отверстий наибольшее применение в химической промышленности нашли предохранительные устройства: клапаны и разрушающиеся мембраны.

Однако при этом следует обязательно учитывать,что «разгрузка» давления для каждого технологического процесса носит специфический характер, следовательно, разработка профилактических мероприятии должна проводиться после подробной предварительной оценки взрыво- пожароопасности процесса.

При этом «разгрузка» при помощи противовзрывных устройств должна быть организована таким образом, чтобы избежать выброса пламени в рабочее помещение и повторного взрыва. Для этого рекомендуется противовзрывные устройства снабжать трубами, площадь сечения которых должна быть не меньше площади разгрузочного отверстия, а длина — не более 3 м. Трубы выводят наружу, причем они должны быть по возможности прямыми.

Устройства аварийной разгерметизации по принципу действия разделяют на неуправляемые и управляемые. Для неуправляемой разгерметизации используют предохранительные клапаны, мембраны и динамически ослабленные (разрушающиеся) втулки, которые открываются или разрушаются для выпуска избыточного газа при превышении давления сверх рабочего. Управляемая разгерметизация основана на автоматическом образовании защитного проема прежде, чем давление в аппарате достигнет опасных значений.

Противовзрывные клапаныдолжны удовлетворять требованиям в отношении механической прочности и чувствительности их разрушающего устройства, чтобы не противодействовать стравливанию давления взрыва.

Рис. 4.8. Взрывные клапаны с пламегасителями:

а - конструкция; 1 -пружина; 2 - отбойник; 3 - сетка; 4 - крышка; 5 - эластичное кольцо;

б - клапан с турбулирующими лопатками; 1 - защищаемый сосуд; 2 - цилиндр; 3 - отверстие; 4,8- лопатки; 5 - прокладка; 6 - поршень; 7 - кольцо; 9,10 - сетки

Распространенным средством защиты сосудов от разрушения давлением являются предохранительные клапаны представленные на рис 4.8 -4.11.

Достоинство предохранительного клапана заключается в том, что после сброса необходимого давления газа они вновь закрывают предохраняемый аппарат.

Недостатки:

- большая инерционность срабатывания;

- недостаточная герметичность взрывных клапанов;

Рис. 4.9. Взрывные клапаны откидного типа:

а - пружинный; б - грузовой; 1 - откидной люк; 2 - шарнир; 3 - пружина; 4 - защелка; 5 - груз

Последнийнедостаток определил область применения взрывных клапанов: для взрывозащиты оборудования работающего при атмосферном давлении или незначительно его превышающим.

Рис. 4.10. Базовая конструкция взрывного клапана: 1 - корпус защищаемого аппарата; 2 - футерованный грузовой затвор; 3 - корпус; 4 - теплоизоляция; 5 - герметизирующая мембрана; 6 - крышка; 7-отбойник; 8 -рычаг; 9 -разрывная проволока; 10 - цепи

Рис. 4.11. Взрывной клапан фирмы «Hoerbiger»: 1 - отбойник; 2 - охлаждающие пластины; 3 - пружина; 4 - крышка; 5 – крепежный болт; 6 -уплотнительное кольцо

Для максимального снижения давления взрыва при использовании клапанов и мембран применяют детонаторы, позволяющие открывать крышки разгрузочных отверстий за короткий промежуток времени.

Преимущество противовзрывных клапанов перед мембранами заключается в том, что они позволяют решать две задачи: стравливать давление взрыва и закрывать отверстие для стравливания.

Мембраныпо сравнению с предохранительными (противовзрывными) клапанами также имеют ряд существенных преимуществ:

- предельная простота конструкции и более высокая надежность (это преимущество особенно - проявляется при работе в средах, склонных к кристаллизации, полимеризации и т. д., когда предохранительные клапаны могут оказаться вообще неработоспособны);

- исключительно высокое быстродействие;

- мембраны до своего срабатывания полностью герметизируют сбросное отверстие, в то время как клапаны всех конструкций имеют весьма существенные утечки в закрытом состоянии, приводящие к значительным потерям ценных продуктов и к загрязнению окружающей среды вредными веществами.

Основным же недостатком мембран является то, что после их срабатывания и сброса необходимого количества среды сбросное (разгрузочное) отверстие остается открытым вплоть до замены сработавшей мембраны. Этот недостаток может быть в значительной мере компенсирован установкой мембран совместно с предохранительными клапанами.

Для снижения давления срабатывания предохранительных мембран рекомендуется на их рабочую поверхность наносить радиальные или окружные риски или сквозные прорези.

Предохранительные мембраны изготавливают из нержавеющей стали, никеля, титана, меди, алюминия, свинца, латуни, чугуна, пластмасс, графита и т. д.

Конструктивно мембраны разделяют на: плоские или предварительно выпученные, однослойные или многослойные (для изоляции от агрессивной среды рабочей поверхности мембраны с защитными покрытиями и диафрагмами).

По принципу разрушения предохранительные мембраны могут быть: разрывные, выщелкивающиеся,«хлопающие», срезные, ломающиеся, отрывные и специальные. Наибольшее распространение получили разрывные (> 60 %), выщелкивающиеся (20 %) и ломающиеся (> 10 %). Эти мембраны рассчитаны на давление 0,01 - 1 МПа. Срезные и отрывные мембраны менее распространены вследствие большого разброса значений давления разрушения.

На рис. 7.3 показана разрывная предохранительная мембрана.

Мембраны классифицируют на:

- разрывные (рис. 4.1,4.3- 4.4);

- ломающиеся (рис. 4.2);

Рис. 4.1. Разрывные предохранительные мембраны: а -с плоским зажимом; б -с коническим зажимом; в -с линзовым зажимом

Рис. 4.2. Ломающиеся мембраны: а - с выточкой; б - со свободной заделкой; 1 -мембрана; 2 - фланцы; 3 - прокладки; 4 - кольцо; 5 - пленка

Рис. 4.3. Устройства с принудительно разрушаемой мембраной: а- со стеклянной мембраной; б - с металлической мембраной: 1 -прокладка; 2 - пружина; 3 - опора; 4 - мембрана; 5 - ударный механизм: 6 - боек; 7 - пленка; 8 - зажимное кольцо; 9 - упор; 10-плунжер; 11 - пиротехнический заряд.

Рис. 4.4. Разновидности разрывных мембран: а- с радиальными рисками; б -с круговой риской; в -с прорезями; г -с вакуумной опорой; 1 - мембрана; 2 - герметизирующая подложка; 3 - упор; 4 - вакуумная опора

Рис. 4.5. Срезные мембраны: а - с утолщением; б - с накладными дисками; 1 -мембрана; 2,3- кольца; 4 – диски.

Рис. 4.6. Хлопающие предохранительные мембраны: а -с плоским зажимом и зубчатым ножом; 1 - нож; 2,3, 5- зажимные кольца; 4-мембрана; 6 - пленка; 7-прокладка; 8 - винт; б -с коническим зажимом и гладким ножом; в -хлопающая мембрана с переменной кривизной и свободной заделкой; 1 - мембрана; 2 - пленка; 3 - кольца