Схемы огнепреградителей. Выбор размеров огнегасящих каналов огнепреградителей на технологических установках Iv. общие технические требования

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).

Описание

Огнепреградители, пламяпреградители и огневые предохранители применяются в качестве противопожарного оборудования на вертикальных резервуарах для хранения взрывоопасных нефтепродуктов.

Данное оборудование является первой ступенью противопожарной безопасности, которое способствует защите резервуаров и хранимого продукта от взрыва и пожара. Основное назначение огнепреградителей различного типа - это предотвращение попадания искры или пламени в газовое пространство емкости и возникновения пожароопасных ситуаций.

Принцип действия огнепреградителей и пламяпреградителей

Их работа основана на поглощении тепла от искры или пламени: входящие в конструкцию кассеты из различных материалов уменьшают тепловую энергию ниже температуры воспламенения или возгорания хранимой жидкости. При этом не происходит задержка рабочего продукта через кассету.

Огнепреграждающие элементы (кассеты, ленты) могут быть выполнены из фольги, меди или алюминиевых сплавов.

Типы огнепреградителей и пламяпреградителей

• огнепреградитель ОП-АА
• огнепреградитель ОП-ААН
• пламяпреградитель ПП
• предохранитель огневой жидкостный ПОЖ
• предохранитель огневой коммуникационный ПОК

Огнепреградители ОП

Огрепреградители ОП-АА и ОП-ААН защищают газовое пространство резервуаров от проникновения внутрь искры или пламени. Огнепреграждающий элемент, расположенный в корпусе, состоит из гофрированных и плоских лент, которые задерживают тепло от огня и гасят его. Для их изготовления используется алюминий. Огнепреградитель ОП-ААН является разборным, что позволяет проводить осмотр кассеты и ее замену в случае необходимости.

Огнепреградитель ОП-ААН	Параметры		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 сопротив лении воздушного потока 118 Па, м 3 /ч		100	150	200	215	380	600	750	900	2200
	Высота, H, мм		172	200	197	231	255	243	275	419	317
	Диаметр, Dн, мм		160	214	230	303	375	450	530	610	858
	Присоедини- тельные размеры, мм	D D1 d n, шт	141 110 14 4	184 150 17 4	205 170 17 4	262 225 18 4	315 280 18 4	370 335 18 6	435 395 22 6	485 445 22 6	644 600 22 16
	Время сохранения работо- способности, мин., не менее		10
	Масса, кг, не более		3	5	6,1	10	16	27	30	45	74

Пламяпреградитель ПП

Пламяпреградители ПП являются временными огнепреградителями, которые предотвращают проникновение пламени в газовое пространство резервуаров. Крепится при помощи фланцев на монтажные патрубки; между фланцем и корпусом устанавливается прокладка, которая обеспечивает герметичность.

Огнепреграждающий элемент выполняется из плоских или гофрированных лент и может быть изготовлен из алюминия или нержавеющей стали. Установленный срок службы пламяпреградителей ПП из алюминиевых сплавов - 5 лет, из нержавеющей стали - 10 лет.

Огневые жидкостные предохранители ПОЖ

Жидкостные огневые предохранители ПОЖ используются для предотвращения возможного возгорания резервуара для хранения дизельного топлива или бензина, которое может возникнуть при выходе газа или пара в атмосферу. Они могут изготавливаться в чугунном или алюминиевом корпусе. Преграждающий элемент выполняется из алюминиевых лент, которые аккумулируют тепло пламени и гасят его.

Монтаж осуществляется на приемный трубопровод.

Жидкостный огневой предохранитель ПОЖ	Параметры	ПОЖ-80
	Условный проход, Д у	80
	Давление, МПа	0,25
	Пропускная способность при сопротивлении воздушного потока 118 Па, м³/ч	80 - 100
	Высота (H), мм	94
	Диаметр (D), мм	207
	Диаметр крепежных отверстий	18
	Кол-во крепежных отверстий	4
	Диаметр расположения крепежных отверстий	170
	Масса, кг	3,6
	Время сохранения работоспособности, мин., не менее	10
	Установленный срок службы, лет	8

Коммуникационный огневой предохранитель ПОК

Огневые предохранители ПОК устанавливаются на нефтепроводы для предотвращения движения пламени по нему. Максимальное давление в трубопроводе - до 1,6 МПа.

Их конструкция более усиленная, так как движение рабочей среды происходит с высокой скоростью и при высоком давлении. Имея минимальное гидравлическое сопротивление, жидкость проходит свободно.

Огнепреграждающий элемент имеет высокую теплостойкость и огнестойкость. При прохождении пламени через пламягасящий элемент температура понижается ниже температуры вспышки рабочего продукта. За счет этого происходит угасание.

Огневые предохранители ПОК изготавливаются в климатических исполнениях У и УХЛ категории размещения 1.

Коммуникационный огневой предохранитель ПОК	Параметры		ПОК-50	ПОК-80	ПОК-100	ПОК-150	ПОК-200	ПОК-250	ПОК-300	ПОК- 350	ПОК- 500
	Условный проход DN		50	80	100	150	200	250	300	350	500
	Пропускная способность при сопроти влении воздушного потока 118 Па, м 3 /ч		25	75	100	215	380	600	300	900	2950
	Габаритные размеры, мм	DH	215	245	280	335	460	520	600	710	840
		H	300	303	380	430	490	495	575	737	820
	Присоедини- тельные размеры, мм	D	160	195	215	280	335	405	460	520	710
		D1	125	160	180	240	295	355	410	470	650
		d	18	18	18	22	22	26	30	26	33
		n	4	8	8	8	12	12	12	16	20
	Масса, кг, не более		20	28	39	55	113	145	245	290	545

Установка огнепреградителей

Они монтируются на крышу вертикальных резервуаров под дыхательным или предохранительным клапаном и крепятся к ответным фланцам при помощи болтов через прокладку. Для защиты трубопроводов под давлением до 1,6 МПа они устанавливаются на участке возможного выхода газовоздушной смеси.

Сухие огнепреградители - защитные устройства на трубопро­водах, которые свободно пропускают поток газов через твердую огнезащитную насадку, но задерживают (гасят) пламя. Их защитное действие основано на явлении гашения пламени в узких каналах.

Эффект гашения пламени в узких каналах известен с 1815 г., когда его открыл Гемфри Дэви - изобретатель безопасной рудничной лампы. Дэви установил, что пламя метано-воздушной смеси не проходит через трубку диаметром 3,63 мм и что металлическая трубка более эффективна, чем стеклянная. Позже {в 1883 г.) французские ученые Мёлляр и Ле Шателье установили независимость процесса гашения от материала огнепреградителя.

Уменьшение размера (диаметра) канала, в котором происходит горение газовой смеси, ведет к увеличению удельных теплопотерь в сравнении с тепловыделениями, приходящимися на объем горящей смеси, понижению температуры горения в зоне реакции, снижению скорости реакции и уменьшению скорости распространения пламени. Когда потери тепла из зоны горения достигают определенной критической величины, температура горения и скорость реакции настолько уменьшаются, что дальнейшее распространение горения смеси в узком канале становится невозможным. Именно такие условия и создаются в огнепреградителе.

Огнепреградители могут быть в виде сеток или насадок (рис. 8.1). Насадки из гранулированных тел (шариков, колец, гравия и т. п.) или волокон (стеклянной ваты, асбестовых волокон и т. п.) образуют каналы криволинейной формы. Насадки в виде пластин из гофрированной фольги, спирально свернутых лент и т. п. образуют каналы треугольной, прямоугольной или другой формы сечения. Насадки в виде пластин из металлокерамики и металловолокна имеют капиллярные каналы.

Диаметр канала насадки или отверстия сетки огнепреградителя, при котором тепловыделение от горящей смеси будет равно теплопотере, называют критическим диаметром d Kp . Защита от распространения пламени достигается в канале, диаметр которого меньше критического

Рис. 8.1. Схемы огнепреградителей: а - с горизонтальными сетками; б - с вертикальными сетками;

в - с насадкой из гравия, шариков, колец; г - с кассетой из ленты с прямыми гофрами; д - с кассетой из ленты с наклонными гофрами; е - с металлокерамической насадкой; / - корпус; 2 - пламегасящий элемент

Этот размер (диаметр) канала называют гасящим d. Расчет огнепреградителя и заключается в определении критического и затем гасящего размера канала. Соотношение между критическим и гасящим размерами, а также конструктивные особенности огнепреградителя выбирают с учетом соответствующих экспериментальных данных.

Известны различные принципы и методы расчета огнепреградителей, основанные на различных предположениях о механизме теплопотерь из зоны пламени и гашения пламени.

Метод Я. Б. Зельдовича в отечественной практике является общепринятым, но не распространяется на особые условия горения, когда не происходит теплоотвода в нагретые стенки канала.

На различных производствах, которые могут быть отнесены к пожаро- и взрывоопасным, на станциях АЗС, на нефтепереработках и в сфере газопроводной промышленности необходимо специальное оборудование, которое предотвратит . Данным оборудованием, распространенным на сегодняшний день являются так называемые огнепреградители. Огнепреградители как правило монтируются во всех местах, где существует опасность возникновения взрыва и пожара. А именно на газопроводах, на резервуарах с содержащимися там горючими материалами, и других тому подобных местах.

Разновидности огнепреградителей

Огнепреградители могут подразделяться по конструктивным типам, а именно быть выполненными с насадкой, которая имеет в оснащении материал гранулированного вида. Следующим типом огнепреградителей является огнепреградитель прямонакального типа действия. Еще одним видом является огнепреградитель который выполняется из такого материала как металлическое волокно или металлокерамика. И, наконец, еще одной разновидностью огнепреградителей является сетчатый огнепреградитель.

Огнепреградитель, который относится к первому типу, имеет такую конструкцию. В его корпусной основе располагается насадка, которая находится посередине решеток, в данной насадке находится специальный наполнительный состав, состоящий, как правило, из таких элементов, как небольшие стеклянные или фарфоровые шарики, гравийный материал, корунд и другие подобные материалы.

Огнепреградитель кассетного вида имеет конструкцию корпуса, в котором вмонтирован рулон, состоящий из металлических лент, одна из которых имеет гофрированную поверхность, другая является просто прямой. Корпус огнепреградителя, имеющего пластинчатый тип, имеет в своем составе пакетный набор металлических пластинок, которые расположены в определенном порядки и в строгом соответствии между собой.

Огнепреградители - устройство и конструкция

Данные пластины имеют плоскую форму и расположены параллельно друг другу. Если огнепреградитель имеет сетчатый тип конструкции, то в нем части, выполненные из метала, расположены впритык друг с другом. Этими частями являются сетки, выполненные из металла. И, наконец, металлокерамического типа огнепреградитель выглядит следующим образом. В его корпусной основе вмонтирована деталь, имеющая форму диска, данная деталь имеет пористую структуру и выполнена либо из металлокерамики, либо из металлического волокна.

Самыми распространенными огнепреградителями на сегодняшний день являются преградители сетчатого типа. Данный тип используется уже достаточно большое количество времени и зарекомендовал себя с наилучшей стороны. Наибольшее распространение они получили в сжигающих топливные смеси установках. В данных преградителях сам рабочий элемент, отвечающий за пожарную безопасность, выполнен из множества сеток, ячейки которых равняются порядка 0,25 миллиметра, и выполнены эти элементы из латуни. Весь рабочий элемент вмонтирован в обойму, которая имеет съемную конструкцию.

На сегодняшний день распространение получил еще и такой тип, как огнепреградители жидкостного типа действия. Данные элементы выполняют те же функции, что и вышеперечисленные, однако при этом они должны выполнять еще и дополнительные работы. А именно защищать установки от взрывной волны и ставить препятствие для ее распространения. Предотвращать попадание огнеопасных смесей в провод, а именно защищать от попадания кислорода и воздушных масс. А так же не создавать практически никакого сопротивления газовым потокам.

Воздух или кислород, попав в газопровод, может образовать взрывчатую смесь, поэтому необходимо обязательно предохранять трубопроводы от проникновения в него воздуха или кислорода. На всех взрывоопасных производствах должны быть созданы условия, исключающие возможность возникновения поджигающих импульсов.

Источниками воспламенения, приводящими газовоздушные смеси к взрыву, являются:

• открытое пламя;
• электрические разряды действующего электрооборудования;
• короткое замыкание в электрических проводах;
• искрение в электрических приборах;
• перегорание открытых предохранителей;
• разряды статического электричества.

Взрывобезопасность обеспечивается различными огнепреградителями. устанавливаемыми в трубопроводах, на резервуарах, на продувочных газопроводах, свечах и других системах, где существует опасность взрыва.

Погасание пламени в канале, заполненном горючей смесью, происходит лишь при минимальном диаметре канала, зависящем от химического состава и давления смеси, и объясняется потерями теплоты из зоны реакции к стенкам канала. При уменьшении диаметра канала увеличивается его поверхность на единицу массы реагирующей смеси, т. е. возрастают теплопотери. Когда они достигают критического значения, скорость реакции горения уменьшается настолько, что дальнейшее распространение пламени становится невозможным.

Пламегасящая способность огнепреградителя зависит в основном от диаметра гасящих каналов и гораздо меньше — от их длины, а возможность проникновения пламени через гасящие каналы зависит в основном от свойств и состава горючей смеси и давления. Нормальная скорость распространения пламени является основной величиной, определяющей размер гасящих каналов и выбор типа огнепреградителя: чем она больше, тем меньшего размера канал требуется для гашения пламени. Также размеры гасящих каналов зависят от начального давления горючей смеси. Для оценки пламегасящей способности огнепреградителей применяется т. н. критерий Пекле Ре:

Ре = w cm dcp p /(RT 0 λ 0)) (8.32)

В пределе гашения пламени формула критерий Пекле принимает вид:

Рекр = w см dк р c p p кр /(RT 0 λ 0) (8.33)

где w cm — нормальная скорость распространения пламени; d—диаметр гасящего канала; dк р — критический диаметр гасящего канала; с р — удельная теплоемкость газа при 0°С и постоянном давлении; р — давление газа; р кр — критическое давление газа; R — универсальная газовая постоянная; Т0 — абсолютная температура газа; А0 — теплопроводность исходной смеси.

Таким образом, для расчета пламегасящей способности огнепреградителей необходимы следующие исходные данные:

Нормальные скорости распространения пламени горючих газовых смесей;

Фактический размер максимальных гасящих каналов данного огнепреградителя.

Если полученное значение больше Р екр = 65, огнепреградитель не задержит распространения пламени данной горючей смеси, и наоборот, если Р е < 65, огнепреградитель задержит распространение пламени. Запас надежности огнепреградителя, который находят из отношения Р екр к вычисленному значению Р е, должен составлять не менее 2:

П = Р екр /Р е = 65/Р е > 2,0 (8.34)

Использовав факт постоянства Р екр на пределе гашения пламени, можно вычислить ориентировочный критический диаметр каналов для любой горючей смеси, если известны скорость распространения пламени, а также теплоемкость и теплопроводность газовой системы. Рекомендуются следующие критические диаметры гасящего канала, мм:

• при сжигании газовоздушной смеси—2,9 для метана и 2,2 для пропана и этана;
• при сжигании кислородных смесей в трубах (при абсолютном давлении 0,1 МПа в условиях свободного расширения продуктов сгорания) — 1,66 для метана и 0,39 для пропана и этана.

Конструктивно огнепреградители делятся на четыре типа (рис. 8.10):

• с насадкой из гранулированных материалов;
• с прямыми каналами;
• из металлокерамики или металловолокна;
• сетчатые.

По способу установки — на три типа: на трубах для выброса газов в атмосферу или на факел; на коммуникациях; перед газогорелочными устройствами.

В корпусе насадочного огнепреградителя между решетками находится насадка с наполнителем (стеклянные или фарфоровые шарики, гравий, корунд и другие гранулы из прочного материала). Кассетный огнепреградитель представляет собой корпус, в который вмонтирована огнепреграждающая кассета из гофрированной и плоской металлических лент, плотно свитых в рулон. В корпусе пластинчатого огнепреградителя — пакет из плоскопараллельных металлических пластин со строго определенным расстоянием между ними. У сетчатого огнепреградителя в корпусе размещен пакет из плотно сжатых металлических сеток. Металлокерамический огнепреградитель представляет собой корпус, внутри которого установлена пористая металлокерамическая пластина в виде плоского диска или трубки.

Чаще всего применяются сетчатые огнепреградители (их начали устанавливать еще в начале XIX века в шахтерских лампах (лампах Деви) для предотвращения взрывов рудничного газа). Эти огнепреградители рекомендуются для защиты установок, в которых сжигается газовое топливо. Огнепреграждающий элемент состоит из нескольких слоев латунной сетки с размером ячеек 0,25 мм, зажатых между двумя перфорированными пластинами. Пакет сеток укреплен в съемной обойме.

Корпус огнепреградителя изготовлен из чугунного или алюминиевого сплава и состоит из двух одинаковых частей, соединенных болтами с расположенной между ними съемной обоймой. Кроме рассмотренных сухих огнепреградителей, широко применяются жидкостные предохранительные затворы, предохраняющие газопроводы от попадания взрывной волны и пламени при газопламенной обработке металлов, а также трубопроводы и аппараты, заполненные газом, от проникновения в них кислорода и воздуха.

Рис. 8.10. Типы огнепреградителей: а - насадочный; б - кассетный; в - пластинчатый; г - сетчатый; д - металлокерамический

Жидкостные затворы должны:

• препятствовать распространению взрывной волны при обратных ударах и при воспламенении газов;
• предохранять газопровод от попадания в него кислорода и воздуха;

обеспечивать минимальное гидравлическое сопротивление прохождению потока газа. Кроме того, жидкость из затвора не должна уноситься в виде капель в заметных