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

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.

сущность защитного действия;

определение критического диаметра канала;

схемы устройства огнепреградителей;

требования к размещению и эксплуатации.

особенности их использования на газовых и жидкостных линиях.

Сухие огнепреградители.

Сухие огнепреградители применяют для защиты трубопроводов без жидкой фазы, в которых в определенные периоды работы может образоваться горючая концентрация паров или газов с воздухом, а также для защиты линий с веществами, способными разлагаться под действием давления, температуры и других факторов.

Сущность защитного действия сухих огнепеградителей.

Сущность защитного действия сухих огнепреградителей заключается в гашении пламени в узких каналах, которое обусловлено ростом интенсивности теплопотерь по сравнению с тепловыделением в результате увеличения удельной поверхности фронта пламени.

Когда скорость теплопотерь по сравнению со скоростью тепловыделения достигает критической величины, то температура горения, а значит и скорость химических реакций в зоне горения, уменьшается настолько, что распространение горения (фронта пламени) по горючей смеси в узком канале становится невозможным.

Именно такие условия и создаются в сухих огнепреградителях.

Пламя, распространяясь по горючей смеси, входит в насадку огнепреградителя, состоящую из большого числа узких каналов, где оно разбивается на множество малых пламень, которые в узких каналах распространяться не могут.

Схемы устройства огнепреградителей .

Для расчленения живого (проходного) сечения защищаемого трубопровода на семейство узких каналов в огнепреградителях используют различные насадки в виде пучка трубок, сеток, гранул, колец, волокон (металлических, стеклянных, асбестовых) металлической керамики и т.п. Насадки располагают в корпусе огнепреградителя.

Диаметр корпуса огнепреградителя для уменьшения гидравлического сопротивления имеет увеличенный размер по сравнению с диаметром защищаемого трубопровода.

Для надежного соединения корпуса огнепреградителя с трубопроводом по обе стороны его имеются фланцы, диаметр которых соответствует диаметру защищаемого трубопровода.

Схемы основных видов огнепреградителей представлены на рисунке 1.

Рис.1. Схемы основных видов огнепреградителей

а – с горизонтальными сетками; б – с вертикальными сетками; в – с гравием; г – со спирально свернутыми вместе гофрированной и плоской лентами; д – с металлической насадкой.

1 - корпус; 2 - пламегасящая насадка; 3 - решетка; 4 – опорные кольца

Критический диаметр канала насадки огнепреградителя.

Диаметр канала насадки огнепреградителя, при котором в зоне горения устанавливается тепловой баланс (равенство) между тепловыделением и теплопотерями, называют критическим диаметром d кр .

Этот диаметр определяют расчетным путем. Он зависит от свойств горючей смеси, концентрации, начальной температуры и давления. Расчет критического диаметра вы можете посмотреть в .

Действительный (гасящий) диаметр канала насадки огнепреградителя берется меньше и с учетом коэффициента запаса составляет 0,5-0,8 d кр .

С другими видами конструкций огнепреградителей можно познакомиться .

Требования к размещению и эксплуатации.

Итак, сухие огнепреградители чаще всего защищают газовые и паровоздушные линии, в которых по условиям технологии или при нарушении нормального режима работы могут образоваться горючие концентрации (дыхательные линии резервуаров, мерников, промежуточных емкостей, напорных баков и подобных им аппаратов с ЛВЖ, а также с горючими жидкостями, нагретых до температуры вспышки и выше).

Сухие огнепреградители защищают стравливающие линии и продувочные линии рекуперационных установок; линии, идущие от аппаратов и емкостей на факел; линии газовой обвязки резервуаров с ЛВЖ и т.п.

Сухими огнепреградителями защищают также линии с наличием веществ, способных разлагаться под воздействием давления, температуры и других факторов.

Жидкостные огнепреградители (гидравлические затворы).

Сущность защитного действия.

Гашение пламени в гидрозатворах происходит в момент прохождения (барботажа) горящей газопаровоздушной смеси через запирающий слой жидкости в результате дробления ее на тонкие струйки и отдельные пузырьки, в которых оказывается в расчлененном виде фронт пламени.

Суммарная теплоотдающая поверхность пламени при этом увеличивается.

В результате так же, как и в сухих огнепреградителях, в зоне реакции создаются условия для превышения интенсивности потерь тепла над интенсивностью тепловыделения.

Для парогазовоздушных линий в качестве запирающей жидкости используют воду, а в жидкостных линиях используют транспортируемую жидкость.

Для повышения эффективности огнетушащего действия жидкостных огнепреградителей высоту запирающего слоя жидкости при нормальном давлении принимают от 10 до 50 см.

Кроме того, для уменьшения размеров барботирующих пузырьков горючей смеси на срезе трубы, погруженной в жидкость гидрозатвора, предусматривают специальные прорези.

Область применения жидкостных огнепреградителей (гидравлических затворов).

Для защиты жидкостных и газовых трубопроводных линий, лотков, производственной канализации и т.п., в которых по условиям эксплуатации может создаться опасность распространения пламени в кинетическом и диффузионном режимах горения, используют жидкостные огнепреградители (гидравлические затворы).

Давайте немного вспомним, в каких случаях происходит кинетическое горение, в каких диффузионное.

Когда распространение пламени происходит в кинетическом режиме горения, то реакция идет со взрывом.

Медленное же распространение пламени по поверхности жидкости наблюдается при диффузионном режиме горения.

Принципиальная схема гидрозатворов низкого давления на газовой линии показана на рис. 2.:

1- корпус; 2- вода; 3- линия подачи воды; 4- подводящая труба; 5- отводящая труба; 6 -линия удаления избытка воды; 7-диск; 8-прорези.

Рис.2. Схема гидравлического затвора низкого давления

Особенности использования огнепреградителей на газовых и жидкостных линиях.

Гидрозатворы широко применяют для защиты наполнительных линий аппаратов с нижней подачей жидкости, сливных линий на сливоналивных эстакадах, переливных линий емкостных аппаратов, производственной канализации на предприятиях с ЛВЖ и ГЖ, лотков насосных помещений и т.п.

Для защиты газовых линий среднего и высокого давления применяют специальные гидрозатворы, которые в отличие от жидкостных огнепреградителей низкого давления имеют небольшое количество запирающей жидкости, снабжены обратным клапаном и предохранительной мембраной.

Принцип работы таких гидрозатворов аналогичен гидрозатвору низкого давления.

Жидкостные огнепреградители по исполнению и комплектности должны строго соответствовать техническим условиям на их изготовление.

При использовании в качестве запирающей жидкости воды огнепреградители целесообразно располагать в отапливаемых помещениях.

При отсутствии такой возможности в воду вносят добавки, понижающие температуру ее замерзания (этиленгликоль, глицерин и т.п.)

Гидравлические затворы .

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.