Способ противопожарной защиты технологических печей и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК A62C3/00 A62C2/10 

Группа изобретений относится к средствам, обеспечивающим пожарную безопасность технологических печей нефтегазоперерабатывающих и нефтегазохимических производств, и касается усовершенствования паровых и газовых завес.

Из уровня техники известны способы и устройства, предназначенные для противопожарной защиты технологического оборудования и защиты обслуживающего персонала от сопутствующих пожару отравляющих веществ.

Известен способ формирования газовоздушной завесы для защиты населения от ядовитых и отравляющих веществ, который заключается в образовании приземной плоской свободноконвективной турбулентной направленной вверх газовоздушной струи путем нагрева приземного слоя воздуха линейным источником теплоты, размещенным на поверхности почвы поперек содержащего ядовитые или отравляющие вещества набегающего потока воздуха (Патент РФ №2229908 С1, дата приоритета 10.12.2002, дата публикации 10.06.2004, авторы: Обухов И.А. и др., RU).

Известно также устройство для формирования газовоздушной завесы для защиты населения от аварийно-химически опасных веществ, выполненное в виде приземного линейного источника теплоты, выделяющейся при сгорании природного газа, содержащее горизонтальной трубчатый газовый коллектор с перфорированной верхней частью, установленный на сплошной опоре (Патент РФ №2255780 С1, дата приоритета 05.08.2004, дата публикации 10.07.2007, авторы: Майоров В.А., Обухов И.А. и др., RU).

Недостатками известных аналогов являются: во-первых, низкий уровень пожарной безопасности способа, обусловленный необходимостью использования линейного источника теплоты, образуемого за счет сгорания природного газа; во-вторых, низкая производительность газовоздушной завесы из-за образования побудительной силы газовоздушного потока за счет сил конвекции.

Кроме того, известна противопожарная паровая завеса, предназначенная для предотвращения контакта горючих газовых смесей, образующихся при авариях на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности, с источниками зажигания, например нагревательными печами (www.google.com/search?q=паровая+завеса+печей, дата просмотра 09.02.2023).

Недостатками данного аналога являются высокие энергозатраты, характеризующие энергозатратный подход к безопасности печей с применением паровых завес и недостаточная их эффективность, так как свою защитную функцию паровая завеса будет выполнять только в том случае, когда время ее срабатывания будет меньше времени миграции пожароопасного или взрывоопасного облака от места выброса до печи или, если вероятность поджигания облака другими случайными источниками поджигания будет невелика. При этом обеспечение безопасности печей требует большого расхода пара и соответственно его производства, так как подача пара в завесы должна быть в достаточных объемах. (https://chemtech.ru/mozhet-li-parovaja-zavesa-pechej-vypolnit-svoju-zashhitnuju-funkciju/, дата просмотра 09.02.2023).

Наиболее близким к изобретению является известное устройство, обеспечивающее реализацию способа газовой защиты печей огневого подогрева, которые приняты в качестве прототипов устройства и способа газовой защиты печей, основанного на использовании в качестве огнетушащего средства азота, создании наружной азотной завесы и использовании средств для наружного и внутреннего пожаротушения. При этом устройство содержит горизонтальный перфорированный коллектор наружной азотной завесы, распределительный трубопровод для подачи азота, трубопровод внутреннего газотушения, измерительные датчики температуры дымовых газов печи и концентрации кислорода и запорную и регулирующую арматуру (Патент РФ №55604 U1, дата приоритета 16.03.2006, дата публикации 27.08.2006, авторы: Бессонный А.Н. и др., RU, прототип).

Недостатками прототипа являются: во-первых, вероятность значительного снижения эффективности работы газовой завесы в результате ее длительной работы и истощения запасов азота в ресиверах из-за затянувшегося аварийного режима оборудования вблизи технологических печей; во-вторых, недостаточная надежность и безотказность работы газовой завесы, обусловленная отсутствием резервирования в системе газовой защиты.

Технической проблемой, решаемой изобретениями, является повышение надежности и эффективности работы защитных паровых и газовых завес технологических печей нефтегазоперерабатывающих и нефтегазохимических производств за счет совместного применения в завесах водяного пара и газа, в частности азота, а также автоматического регулирования параметров образующейся парогазовой смеси.

Для решения технической проблемы предложен способ противопожарной защиты технологических печей, включающий создание защитной завесы технологической печи путем подачи огнетушащего средства в горизонтальный перфорированный коллектор наружной защитной завесы печи. Новым является то, что в качестве огнетушащего средства используют смесь водяного пара с азотом, при этом создают парогазовую завесу, причем в коллектор завесы подают однородную парогазовую смесь, приготовление которой осуществляют в газовом смесителе с эффектом Вентури, при этом для исключения конденсации водяного пара и получения однородной парогазовой смеси азот предварительно подогревают в теплообменном аппарате до температуры, соответствующей температуре водяного пара, а регулирование параметров образующейся парогазовой смеси и управление работой защитной парогазовой завесы осуществляют автоматически контроллером управления.

Согласно изобретению, тепловую энергию, необходимую для работы теплообменного аппарата и подогрева азота, отбирают от технологических печей, или паровой котельной предприятия или получают посредством использования электрических теплообменных аппаратов.

Для решения технической проблемы предложено устройство противопожарной защиты технологических печей, содержащее горизонтальный перфорированный коллектор наружной защитной завесы технологической печи, трубопроводы для подачи огнетушащего средства в коллектор, запорную и регулирующую арматуру, приборы контроля параметров работы защитной завесы. Новым является то, что устройство выполнено с возможностью использования водяного пара, а также смеси пара с азотом в качестве огнетушащего средства, при этом устройство содержит линию подачи пара на защитную завесу с измерительным датчиком-расходомером, и линию подачи азота, в которой установлен теплообменный аппарат, обе линии объединены газовым смесителем с эффектом Вентури, при этом указанный газовый смеситель соединен трубопроводом с коллектором защитной завесы и газопроводом соединен с установленным в линии подачи азота теплообменным аппаратом, предназначенным для подогрева азота до температуры, соответствующей температуре водяного пара для исключения конденсации водяного пара и получения однородной парогазовой смеси в газовом смесителе, а установленные в указанных линиях запорные и регулирующие клапаны, управляемые электродвигателем, теплообменный аппарат и измерительный датчик-расходомер, выполненный с возможностью определения температуры и фактической подачи пара, электрически связаны с программно-техническим комплексом - контроллером для автоматического управления работой защитной завесы.

Согласно изобретению, устройство содержит линию подачи пара-теплоносителя, соединенную с теплообменным аппаратом и снабженную установленными в ней клапанами, управляемыми электродвигателями и связанными электрической связью с контроллером.

Согласно изобретению, теплообменный аппарат в линии подачи азота является электрическим.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, предназначенного для реализации способа противопожарной защиты технологических печей при использовании теплообменного аппарата, работающего от соединенной с ним линии подачи пара-теплоносителя; на фиг. 2 показана альтернативная схема устройства, в котором применяется теплообменный аппарат с электрическим подогревом.

На чертежах приведены следующие обозначения:

1 - коллектор защитной завесы;

2 - линия подачи пара на защитную завесу;

3 - линия подачи азота;

4 - теплообменный аппарат;

5 - газовый смеситель;

6 - соединительный трубопровод;

7 - тройник-распределитель;

8 - измерительный датчик-расходомер;

9 - линия подачи пара-теплоносителя в теплообменный аппарат 4;

10, 11, 12 - запорные клапаны;

13, 14 - автоматические регулирующие клапаны, управляемые электродвигателем;

15, 16 - обратные клапаны;

17 - программно-технический комплекс - контроллер.

Противопожарная защита технологических печей путем создания парогазовых завес осуществляется следующим образом.

При возникновении угрозы аварийной ситуации, например утечки взрывоопасной газовоздушной смеси на территории нефтегазоперерабатывающего или нефтегазохимического производства осуществляется подача пара на коллекторы 1 всех паровых завес путем последовательного автоматического включения клапанов 10, 11 и 12. Измерительный датчик 8 определяет температуру и фактическую подачу пара, идущего от котельной через паропровод линии подачи 2 на коллектор 1 защитной паровой завесы, и в случае недостаточной производительности подает аналоговый сигнал на контроллер 17 управления работой паровой завесы. Контроллер 17, в свою очередь, управляет электроприводом автоматических регулирующих клапанов 13 и 14 для дополнительного включения газовой, например азотной линии 3 и линии 9 подачи теплоносителя (фиг. 1). Причем интенсивность подачи газа азота регулируется клапаном 13 и определяется в зависимости от недостаточности пара в линии 2 паровой завесы. Клапан 14 регулирует подачу теплоносителя в теплообменный аппарат 4 для регулирования температуры подогреваемого газа азота. Для получения однородной парогазовой смеси и исключения конденсации пара подаваемый газ азот, проходя через теплообменный аппарат 4, подогревается до температуры, соответствующей температуре пара в линии 2 паровой завесы или превышающей ее. Непосредственное приготовление однородной парогазовой смеси осуществляется в газовом смесителе 5. При этом газовый смеситель 5 имеет конструкцию, основанную на эффекте Вентури. В качестве греющей среды, в частности теплоносителя, в теплообменном аппарате 4 может использоваться острый пар, получаемый в котельной для технических нужд предприятия или влажный насыщенный пар, дополнительно подогретый в змеевиках технологической печи перед ее затуханием. Интенсивность подачи пара-теплоносителя регулируется автоматически клапаном 14 через контроллер 17 управления работой паровой завесы и зависит от параметров в линии 2 подачи пара. При отсутствии возможности на предприятии использовать пар в качестве теплоносителя подогрев газа азота может быть осуществлен в теплообменном аппарате с электрическим подогревом (фиг. 2).

Таким образом, полученная в газовом смесителе 5 однородная парогазовая смесь поступает по соединительному трубопроводу 6 через тройник-распределитель 7 в коллектор 1 для образования парогазовой завесы по периметру технологической печи. При этом испускаемые из отверстий коллектора парогазовые струи направлены вертикально вверх и образуют плотную защитную завесу, исключающую попадание взрывоопасных смесей в горелки технологической печи.

Технический результат, достигаемый групповым изобретением, заключается в повышении эффективности и усовершенствовании паровых завес за счет получения однородной парогазовой смеси, способной создавать плотную защитную завесу по периметру технологических печей.

Технико-экономическая эффективность от использования изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, обусловлена следующими преимуществами.

1. Значительным снижением ущерба при возникновении аварийных ситуаций за счет исключения попадания взрывоопасных газовоздушных смесей в горелки технологических печей.

2. Повышением надежности и эффективности паровых завес в случае нехватки пара в паропроводах, путем дополнительного применения газов, например азота, и, как результат, получение плотных парогазовых струй в завесах.

3. Возможностью технической реконструкции действующих паровых завес посредством ввода дополнительного оборудования в существующие технологические схемы.

4. Снижением времени оперативных действий по включению паровых завес за счет автоматизации включения и процессов управления запорной и регулирующей арматурой.

Группа изобретений касается усовершенствования паровых и газовых завес и относится к средствам, обеспечивающим пожарную безопасность технологических печей нефтегазоперерабатывающих и нефтегазохимических производств, а именно к способу противопожарной защиты технологических печей и устройству для его осуществления. Способ противопожарной защиты технологических печей, включает создание защитной завесы технологической печи путем подачи огнетушащего средства в горизонтальный перфорированный коллектор наружной защитной завесы печи, при этом в качестве огнетушащего средства используют смесь водяного пара с азотом, при этом создают парогазовую завесу, причем в коллектор (1) завесы подают однородную парогазовую смесь, приготовление которой осуществляют в газовом смесителе с эффектом Вентури (5), при этом для исключения конденсации водяного пара и получения однородной парогазовой смеси азот предварительно подогревают в теплообменном аппарате(4) до температуры, соответствующей температуре водяного пара, а регулирование параметров образующейся парогазовой смеси и управление работой защитной парогазовой завесы осуществляют автоматически контроллером управления. Технический результат заключается в повышении эффективности и усовершенствовании паровых завес за счет получения однородной парогазовой смеси, способной создавать плотную защитную завесу по периметру технологических печей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ противопожарной защиты технологических печей, включающий создание защитной завесы технологической печи путем подачи огнетушащего средства в горизонтальный перфорированный коллектор наружной защитной завесы печи, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего средства используют смесь водяного пара с азотом, при этом создают парогазовую завесу, причем в коллектор завесы подают однородную парогазовую смесь, приготовление которой осуществляют в газовом смесителе с эффектом Вентури, при этом для исключения конденсации водяного пара и получения однородной парогазовой смеси азот предварительно подогревают в теплообменном аппарате до температуры, соответствующей температуре водяного пара, а регулирование параметров образующейся парогазовой смеси и управление работой защитной парогазовой завесы осуществляют автоматически контроллером управления.

2. Способ противопожарной защиты технологических печей по п. 1, отличающийся тем, что тепловую энергию, необходимую для работы теплообменного аппарата и подогрева азота, отбирают от технологических печей, или паровой котельной предприятия или получают посредством использования электрических теплообменных аппаратов.

3. Устройство противопожарной защиты технологических печей, предназначенное для осуществления способа по п. 1, содержащее горизонтальный перфорированный коллектор наружной защитной завесы технологической печи, трубопроводы для подачи огнетушащего средства в коллектор, запорную и регулирующую арматуру, приборы контроля параметров работы защитной завесы, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью использования водяного пара, а также смеси пара с азотом в качестве огнетушащего средства, при этом устройство содержит линию подачи пара на защитную завесу с измерительным датчиком-расходомером, и линию подачи азота, в которой установлен теплообменный аппарат, обе линии объединены газовым смесителем с эффектом Вентури, при этом указанный газовый смеситель соединен трубопроводом с коллектором защитной завесы и газопроводом соединен с установленным в линии подачи азота теплообменным аппаратом, предназначенным для подогрева азота до температуры, соответствующей температуре водяного пара для исключения конденсации водяного пара и получения однородной парогазовой смеси в газовом смесителе, а установленные в указанных линиях запорные и регулирующие клапаны, управляемые электродвигателем, теплообменный аппарат и измерительный датчик-расходомер, выполненный с возможностью определения температуры и фактической подачи пара, электрически связаны с программно-техническим комплексом - контроллером для автоматического управления работой защитной завесы.

4. Устройство противопожарной защиты технологических печей по п. 3, отличающееся тем, что содержит линию подачи пара-теплоносителя, соединенную с теплообменным аппаратом и снабженную установленными в ней клапанами, управляемыми электродвигателями и связанными электрической связью с контроллером.

5. Устройство противопожарной защиты технологических печей по п. 3, отличающееся тем, что теплообменный аппарат в линии подачи азота является электрическим.