Способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов и пылегазовых смесей Советский патент 1987 года по МПК A62C3/04 

Изобретение относится к взрыво- защите систем транспортирующих средств преимущественно взрывоопасных сред.

Цель изобретения - снижение гид- рэвлических потерь.

Способ реализуется следующим образом.

Огнепреграждающий зернистый элемент образуют посредством псевдоожижения зернистого слоя, размер зерен и порозность в котором определяют из условия

и ir-E -2.

pe uiJ/f

U

-бсf

Nu 6

критерий Пекле; скорость пламени; средний диаметр зерен в псевдоожиженном слое температуропроводность критерий Нуссельта; порозность псевдоожи- женного слоя; 0 - параметр Франка-Каме-

нецкого;

R - газовая постоянная; Tg - термодинамическая температура адиабатического пламени; ; Е - энергия активйции;

- отношение объемных теп лоемкостей газа и зерен псевдоожиженного слоя,

причем для гашения пламени газо- Бзвеси псевдоожиженный слой организуют из зерен, масса которых больше, .массы частиц транспортируемого газа или пылегазовой смеси, а скорость их транспортировки в огнепреграждающем .элементе поддерживают выше скорости начала уноса частиц пылегазовой смеси, но ниже скорости начала уноса

зерен псевдоожиженного слоя. Если за-45 по трубопроводу к генератору ацети- грязнение газодисперсного потока посторонними частицами недопустимо, псевдоожиженный слой огнепреграждающего элемента организуют из материлена и взрыва в последнем выходящий из генератора ацетилен пропускают через псевдоожиженньм слой кварцевог песка, причем параметры псевдоожижен

ала транспортируемой пылегазовой сме-50.ного слоя, при которых происходит лоси с размером зерен большее 300 мкм и их концентрацией больше верхнего концентрационного предела воспламенения. Локализация пламени в огне- преграз да;ающем элементе с псевдоожи- женным слоем позволяет обеспечить его проницаемость как для газовьЬс, так и пылегазовых сред в широком диапазоне скоростей горения. При этом.

12845612

если для обеспечения гашения пламени быстрогорящих смесей уменьшают размер зерен, то соцротивление слоя, определяемое выражением

ДР Tfg().h,

(2)

10

)

15

;20 ; 25

30

- 35

40 где

If - плотность материала зерен в

слое;

g - ускорение силы тяжести; (5р- порозность слоя до псевдоожижения

ho - высота слоя до псевдоожижения,

остается постоянным. В то же время уменьшение размера зерен в огнепрег- раждающем элементе со стационарным слоем приводит к увеличению его сопротивления.

Уменьшение размера частиц при неизменной их весовой концентрации при- .водит к увеличению поверхности теплообмена в единице объема горючей среды и повьппает эффективность гашения. Это, в соответствии с условием (1), позволяет обеспечить локализацию пламени либо более быстрогорящей смеси, либо той же самой смеси, но в более широком диапазоне значений пр- розности псевдоожиженного слоя. При этом более легкие частицы газодисперсного потока выносятся на поверхность псевдоожиженного слоя и транспортируются дальше, В то же время в стационарном слое неподвижность зерен приводит к забиванию каналов пылью потока.

Пример 1. Ацетилен от генератора с расходом 3 поступает в газовую горелку, где, смешиваясь с кислородом, используется для газопламенной обработки металлов,например, при газосварочных работах. Для предотвращения :распределения i, пламени

по трубопроводу к генератору ацети-

лена и взрыва в последнем выходящий из генератора ацетилен пропускают через псевдоожиженньм слой кварцевого песка, причем параметры псевдоожиженкализация и гашение пламени, определяют, используя условие (1),

Скорость потока, при которой порозность слоя становится равной кри- тической, определяемой из условия (1), рассчитывают по уравнению

с ,18Re + 0, ,„. Скр V. , jj

„ Wi9 c

де Re --p-

W,

-критерий Рейнольдса;

-скорость газа, при которой порозность слоя равна критической;

средний диаметр зерен в псевдоожижен- ном слое; - вязкость газа;

р

бсj с В - критерий Архимеда; . g - ускорение силы тяжести;

Т - плотность зерен псевдоожиженного слоя;

f - плотность газа. Результаты расчета параметров псевдоожиженного слой кварцевого песка, при которых обеспечивается окализация и гашение пламени ацети- енокислородной смеси, -приведены в табл. 1,

средний диаметр зерен в псевдоожиженном слое; критерий Пекле, соответствующий пределу распространения пламени; критическая порозйость псевдоожиженного слоя, при которой еще обеспечивается гашение пламени; скорость потока, при которой порозность слоя равгде

5 кр..

с

W

кр

на критической,

Таблица

Гашение пламени ацетиленокислород- ной смеси обеспечивается при пороз- ности слоя и скоростях потока в огДля локализации очага воспламенения и гашения пламени в месте подсоединения гибкого шланга к трубопроводу и на входе в пылесборник и фильтр 0,43 50 устанавливают огнепреграждающий элемент с зернистым слос.м, который псев- доожижается потоком просасываемого вместе с пылью воздуха. Причем, поскольку отсасываемая пыль является не- 55 кондиционным продуктом, псевдоожи- женный слой организуют из кварцевого песка.

В качестве примера рассматривается защита предлагаемым способом системы

O

непреграждающем элементе, меньших критических. При этом для наибольшей

:скорости потока WHP 26 см/с внутренний диаметр огнепреграждающего элемента при расходе газа 3 м /ч равен 6,4 см. Сопротивление псевдоожиженного слоя при высоте Ьд 10см составляет 97 мм вод,ст, В то же время сопротивление стационарного слоя кварцевого песка той же высоты с диаметром зерен, обеспечивающим гашение пламени и равным 210 мкм, составляет 350 мм вод,ст.

Пример 2, При переработке твердых материалов выделяющаяся через неплотности оборудования горючая пыль (как правило со средним размером частиц 20-30 мкм) оседает на поверхностях оборудования и в производственном здании. Для создания здоровых условий труда, уменьшения концентрации токсичной пыли в воздухе рабочей зоны и предотвращения загорания и взрывов пыли в помещении

,производится пылеуборка при помощи централизованной системы отсоса.

5

0

5

0

5

0

Система пылеуборки состоит из гибкого шланга с насадком, трубопроводов, пылесборника с пылеотделением, фильтра и воздухоотсасывающего устройства. При работе системы пылеуборки в результате нарушения обслуживающим персоналом правил техники безопасности местного воспламенения горючих материалов перед насадком всасывающего шланга или воспламенения аэровзвеси в циклоне (пылесборнике) при вьщелении энергии заряда статического электричества пламя распространяется по всей разводке трубопроводов, приводя к его разрушению и возникновению вторичных взрывов пыли в объеме здания.

пылеуборки в производствах полиэтилена, адипиновой кислоты, ксилита и крахмала. В табл.2 приведены результаты расчета параметров псевдоожижен- ного слоя, обеспечивающих гашение пламени аэровзвеси и условия проницаемости псевдоожиженного слоя для пылевого потока. Причем скорость начала уноса частиц слоя и потока определяется по уравнению

А2

18

+ 0,6llA

(5)

де

WyS-/

критерий Рейнольд- са (Wy - скорость начали уноса час- тиц);

5 - средний диаметр частиц;

- вязкость газа;

Полиэтилен

20 1,5

Силикагель 300

Адипиновая

Кварцевый

Примечание. &п средний размер частиц пыли в газодисперсном

потоке; Wyr, - скорость начала уноса частиц газодисперсного .

потока;.

fit - средний размер зерен в псевдоожиженном слое; ifye - скорость начала уноса зерен псевдоожиженного

слоя; кр критическая порозность псевдоожиженного слоя,

которой еще происходит гашение пламени; скорость потока, при которой порозность слоя равна критической.

561

.А„

р - критерий Архимеда; g - ускорение силы

тяжести;T- плотность материала частиц; f - плотность газа, ,

Как видно из табл.2, во всех случаях W г Wy,- . При этом в диапазоне скоростей потока Wyf(.,;p .обеспечиваются гашение пламени аэро взвеси и проницаемость псевдоожижен- ного слоя для частиц потока. Частицы отсасываемой пыли вместе с потоком воздуха, попадая в псевдоожиженный слой огнепреграждающего элемента, выносятся на его поверхность, а с поверхности потоком газа транспортируются в пылесборник и фильтр. При этом (Вследствие непрерывного движения зерен в слое исключается его забивание транспортируемой пылью.

Таблица 2

143

0,86

106

7

Пример 3. Пылевидный горючий материал после сушильной камеры с потоком агента сушки поступает в цик- .лон. Из циклона сыпучий материал через течку поступает в систему пневмо- транспортера, где, увлекаемый потоком воздуха, подается в бункер В случае аварийного прекращения подачи азота, подаваемого на разбавление воздуха, или уменьшения его расхода в трубо- проводе на участке от сушильной камеры до циклона и в системе пневмотранспорта, включающая бункер, образуется взрывоопасная аэровзвеСь осушаемого сыпучего материала. При воспламе- нении в каком-либо из аппаратов пламя распространяется по всей системе, что приводит к значительным разрушениям.

Для локализации пламени в случае его возникновения в пределах одного аппарата выходящую из к аждого аппарата пылегазовую смесь пропускают через огнепреграждающий элемент с псевдо- ожиженным слоем..Причем, поскольку в процессах сушки получают товарный продукт и его загрязнение посторонними частицами нежелательно (или недопустимо) , псевдоожиженный. слой организуют из частиц осушаемого материала. При этом размер зерен и их концентрацию в псевдоожиженном слое

Полиэтилен 50 8

Полиэти- 0,08 1 лев 40U 400 0,56 210 240

tSO 85

Алипкко0,062 1,45 вая кис- 500 250 0,82 142 275 лота

Ксилит

150 70

0,25 1,250 Ксилит 400 300 0,8 125 340

20 18

0,068 1,8 Сахар300600 0,6 175 250

римечание.

. V

6„ В - средний размер частиц в газодисперсном потоке и псевдоожижепном слое соответственно;

,«; тс

- скорость начала уноса частиц газодисперсиого потока и псевдоожиженного слоя соответственно}

НКПВ и ВКПВ - нижниЛ .и верхний концентрационный пределы воспламенения в воздухе, соответственно} W,j, - скорость потока, ггри которой порозность слоя равна критической.

5 О 520

25

30

45618

огнепреграждающего элемента выбирают такими, при которых осушаемый материал не воспламеняется. В качестве примера рассмотрим локализацию и гашение пламени аэровзвеси в псевдоожиженном слое для стадии .сушки полиэтилена, адипиновой кислоты, ксилита и крахмала с размером частиц товарного продукта, для которых экспериментально определены пределы воспламенения. Результаты экспериментов и расчетов представлены в табл.3. Во всех случаях . В диапазоне скоростей потока обеспечивается гашение пламени аэровзвеси осзплаемого материала и прони- цаемос ть --псевдоожиженного слоя для частиц пото7са. Поскольку размер зерен в псевдоожиженном слое таков, что распространение пламени по их взвеси в воздухе не происходит ни при каких концентрациях (при этом их концентрация в слое значительно ше верхнего концентрационного предела воспламенения для частиц потока) , псевдоожиженньй слой является инертным для процесса горения и выполняет защитные функции. При этом истирание зерен псевдоожиженного слоя и их унос с технологическим потоком не ухудшают качество товарного продукта.

Таблица 3

9128456110

Поскольку получить .частицы крах- имущества: возможность использования мала с размером, большим 20 мкм, не- как для газовых, так и для пылегазо- возможно, в качестве материала псев- вых сред за счет пылепроницаемости доожиженного слоя используется са- псевдоожиженного слоя; уменьшение кар, также являющийся пищевым про- 5 гидравлического сопротивления (при- дуктом.мер 1); увеличение длительности использования огнепреграждающего злеИспользование предлагаемого спосо- мента без замены или очистки, так как ба гашения пламени обеспечивает по исключается его забивание частицами сравнению с известным следующие пре- - пыли технологического потока.