Способ взрывозащиты системы транспортировки газов и пылегазовых смесей

 

Использование: взрывозащита транспортных средств, в частности гашение пламени в газопроводах. Сущность изобретения: способ включает перемещение газов и пылегазовых смесей через огнепреграждающий элемент с псевдоожиженным слоем. В псевдоожиженный слой непрерывно вводят частицы твердого материала, скорость уноса которых ниже скорости прокачки транспортного газа или пылегазовой смеси. 1 табл.

Изобретение относится к взрывозащите транспортных систем и, в частности к способам гашения пламени в газопроводах.

Известен способ гашения пламени в газопроводах путем использования огнепреградителей, содержащих насадку с эквивалентным диаметром каналов меньше критического [1] Недостаток способа заключается в том, что насадка такого огнепреградителя засоряется пылевидным материалом и имеет значительное гидравлическое сопротивление.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий перемещение газов и пылегазовых смесей через огнепреграждающий элемент с псевдоожиженным слоем, порозность и размер зерен которых определяют из условия , где Pe = uδ/f критерий Пекле; u скорость пламени; δ средний диаметр зерен в псевдоожиженном слое; f температуропроводность; Nu критерий Нуссельта; e порозность псевдоожиженного слоя; q=RT_в/E параметр Франка-Каменецкого;
R газовая постоянная;
Тв термодинамическая температура адиабатического пламени;
E энергия активации;
η отношение объемных теплоемкостей газа и зерен псевдоожиженного слоя [2]
Недостатком известного способа является ограничение по порозности псевдоожиженного слоя и диаметру ожижаемых частиц.

Задачей изобретения является расширение взрывобезопасного диапазона значений порозности слоя и диаметра ожижаемых частиц.

Задача достигается предлагаемым способом, отличительной особенностью которого является то, что в огнепреграждающий слой постоянно вводят частицы твердого материала, скорость уноса которых меньше скорости прокачки транспортируемого газа или пылегазовой смеси.

Гашение пламени твердой насадкой определяют соотношением тепловыделения при горении горючих и теплоотвода из зоны горения. Теплоотвод должен быть больше тепловыделения. Интенсивность теплоотвода из зоны реакции (q) можно определить при помощи выражения
q a(Tп To) · (S/V),
где а коэффициент теплоотдачи;
Tn температура пламени;
То температура частиц;
S суммарная поверхность частиц;
V объем слоя.

Путем несложных математических преобразований получают выражение изменения величины S/V от порозности слоя и диаметра ожижаемых частиц
S/v=6(1-ε)/(dε),
где ε порозность псевдоожиженного слоя;
d диаметр ожижаемых частиц.

Критическим условием гашения пламени соответствует постоянство величины S/V, следовательно, на пределе гашения пламени
6(1-ε)/(dε)=const
Из полученного уравнения следует, что при уменьшении диаметра частиц в слое критическая порозность (ε_кр) увеличивается.

Введение в псевдоожиженный слой мелких частиц твердого материала существенно увеличивает поверхность теплообмена между газовой и твердой фазами. Это позволяет проводить транспортировку газов при больших скоростях потока и большей порозности псевдоожиженного слоя при обеспечении взрывобезопасности транспортировки.

Предлагаемый способ взрывозащиты может быть использован при гашении пламени в трубопроводах при транспортировке как газовых, так и пылегазовых сред.

Способ позволяет обеспечит взрывобезопасность в широком интервале скоростей газового потока.

Доказательством осуществления предлагаемого способа взрывозащиты систем транспортировки газов и пылегазовых смесей являются ниже приведенные примеры.

Опыты проводили в огнепреградителе, представляющего собой вертикальную трубу диаметром 50 мм, длиной 1000 мм с горизонтально установленной сеткой, на которой находится зернистый слой твердых частиц.

Псевдоожижение осуществляют горючей газовой смесью, подаваемой через трубу снизу вверх. Инициирование горения осуществляют раскаленной нихромовой спиралью, установленной на расстоянии 50 мм выше торца трубы. Проскок пламени регистрируют с помощью электрического зонда, установленного на расстоянии 15 мм выше сетки в объеме слоя. Частицы твердого материала вводят в нижнюю часть псевдоожиженного слоя. Материал частиц готовят из кварцевого песка путем измельчения на шаровой мельнице с последующим выделением мелкой фракции выдуванием после загрузки измельченного материала в огнепреградитель при скоростях газового потока равных скорости продувки газа или пылегазовой смеси в рабочих для огнепреградителя условиях.

Пример 1. В трубу подают ацетилено-воздушную смесь в количестве, изменяемом до расхода, при котором электрический датчик регистрирует проникновение пламени. Через две секунды после каждого поджигания горючей смеси нихромовой спиралью газовый поток прерывают. В случае отсутствия проскока пламени через псевдоожиженный слой расход горючей смеси увеличивают и опыт повторяют. При регистрации проскока пламени экспериментально уточняют максимально допустимую скорость потока, при котором пламя не проскакивает через слой, определяют при этом величину порозности псевдоожиженного слоя (ε), измерив высоту псевдоожиженного слоя (Н) и осевшего слоя (Н_o)

При диаметре частиц псевдоожиженного слоя 200 мкм максимально допустимая скорость равна 0,04 м/с, ε_кр 0,44.

Пример 2. Условия аналогичны примеру 1, но в нижнюю часть псевдоожиженного слоя вводят частиц твердого материала в количестве 0,6 кг/ч.

Максимально допустимая скорость при этом будет равна 0,34 м/с, ε_кр 0,78.

Результаты проведенных опытов приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ взрывозащиты системы транспоритовки газов и пылегазовых смесей, включающий перемещение газов и пылегазовых смесей через огнепреграждающий элемент с псевдоожиженным слоем, отличающийся тем, что в псевдоожиженный слой непрерывно вводят частицы твердого материала, скорость уноса которых ниже скорости прокачки транспортируемого газа или пылегазовой смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1