Практическая часть

Вопрос 3. Расчет критического диаметра канала в сухих огепреградителях.

В качестве универсальной безразмерной характеристики соотношения динамики этих двух процессов – процессов выделения и отвода тепла – принято использовать критерий Пекле. Применительно к условиям гашения пламени в каналах огнепреградителя имеем:

, (1)

где u – нормальная скорость распространения пламени; d – диаметр канала огнепреграждающего элемента; с_p – удельная теплоемкость при постоянном давлении; р – давление; r – удельная газовая постоянная; Т – начальная температура; λ – коэффициент теплопроводности горючей смеси (все показатели относятся к горючей смеси).

Многочисленными экспериментами установлено, что на пределе гашения пламени в узких каналах критерий Пекле принимает постоянное значение, приблизительно равное 65. Если значение критерия Пекле Ре 65, то огнепреградитель неэффективен, и наоборот, если Ре < 65, то огнепреградитель сработает удовлетворительно, т. е. не пропустит пламя.

Минимальный диаметр канала пламегасящего элемента, через который может распространяться пламя стационарной парогазовой смеси (в зоне горения устанавливается равенство между тепловыделениями и теплопотерями при Ре_кр = 65), называют критическим диаметром d_кр. Он зависит от свойств горючей смеси, ее концентрации, начальной температуры и давления.

Условие постоянства критерия Пекле получено, исходя из ряда допущений и упрощений, поэтому в принципе является приближенным. Поэтому, используя это условие в качестве научной основы, в расчетные формулы вводят коэффициент запаса, равный 2, т. е. безопасное значение критерия Пекле принимается равным 32,5.

Конструктивный диаметр канала пламегасящего элемента, выбранный с учетом коэффициента безопасности, называется безопасным (гасящим) диаметром канала пламегасящего элемента и равен:

d ≤ 32,5 RTλ / uс_p р. (2)

где R — универсальная газовая постоянная; Т— начальная температура газовой горючей смеси. К;  — теплопроводность горючей смеси, Вт/(мК); u — нормальная скорость распространения пламени, м/с; С_p — теплоемкость газовой горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кг · К); р — давление горючей смеси. Па.

Диаметр канала в насадке из одинаковых шариков можно принимать в зависимости от диаметра шариков следующим образом (табл. 1).

Таблица 1

Диаметр шарика, мм	Диаметр канала, мм	Диаметр шарика, мм	Диаметр канала, Мм
2 3 4 5 6	1,0 2,0 2,5 3,0 3,6	7 8 9 15	4,0 5,0 6,3 10,0

Для огнепреградителей с насадками из гранулированных материалов и беспорядочно засыпанных колец Рашига существует вероятность проскока пламени через насадку вследствие так называемого «краевого эффекта»: при хаотическом размещении гранул вблизи стенок корпуса возможно образование каналов больше среднего размера. 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.

Задача. Рассчитать диаметр канала сухого огнепреградителя для представленного газа, найти поперечное сечение его корпуса, а также высоту слоя насадки.

Таблица 2

Исходные данные

№	Горючий газ	Формула	ср, кДж/(кгК)	, Вт/(мК)	uн, м/с
1	Ацетилен	С2Н2	1,69	0,022	1,57
2	н-Бутан	С4Н10	1,679	0,016	0,45
3	Водород	H2	14,335	0,176	2,7
4	Метан	СН4	2,232	0,033	0,338
5	Оксид углерода	CO	0,837	0,023	0,45
6	Пропан	С3Н8	1,667	0,019	0,39
7	Этан	С2Н6	1,753	0,024	0,476
8	Этилен	С2Н4	1,554	0,02	0,735
9	Аммиак	NH3	2,08	0,024	0,23

1. Концентрации компонентов в исходной горючей смеси стехиометрического состава.

Для горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, Cl, Br, I и F, определяют стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении сгорания

,

где n_C, n_H, n_X, n_O – соответственно число атомов в молекуле горючего углерода, водорода, галоидов и кислорода.

Тогда концентрация горючего компонента в исходной смеси

,

концентрация воздуха в исходной смеси

.

2. Молярные массы компонентов смеси.

Молярная масса воздуха M_в=28,98 г/моль.

Молярные массы сложных молекул можно определить, суммируя молярные массы входящих в них элементов. Например,

M_H2O=2 M_H+M_O= 2·1+16 = 18 г/моль,

г/моль.

3. Удельная газовая постоянная исходной смеси

Дж/(кгК)

4. Коэффициент теплопроводности двухкомпонентной газовоздушной смеси

, Вт/(мК)

где _г,– коэффициент теплопроводности горючего газа;

_в=0,0259 Вт/(мК) − коэффициент теплопроводности воздуха.

5. Удельная теплоемкость горючей смеси

, Дж/(кгК)

где C_рг – удельная теплоемкость горючего газа;

C_рв =1,00510³ Дж/(кгК) – удельная теплоемкость воздуха.

6. Критический диаметр каналов в слое гранул

, м

где принимаем расчетную температуру t_р=20 C и расчетное давление p_р=101,310³ Па.

7. Фактический диаметр каналов в слое гранул

d=d_кр/2, м.

8. Диаметр гранул насадки огнепреградителя d_гр

d103, м	1	2	2,5	3	3,6	4	5	6,3	10
dгр103, м	2	3	4	5	6	7	8	9	15

Заключительное слово

На занятии были рассмотрены виды огнепреградителей, а также рассмотрен алгоритм расчета каналов сухого огнепреградителя.

Задания для самостоятельной работы

Повторить материал по теме. Рассчитать свой вариант задачи.

В результате занятия и самоподготовки курсанты должны

Знать:

- способы защиты технологического оборудования и коммуникаций от распространения пожара. Огнезадерживающие устройства на технологическом оборудовании: сухие огнепрепреградители, гидравлические и механические огнезадерживающие устройства.

- методику расчета диаметра канала сухого огнепреградителя.

Уметь:

- определять время диаметра канала сухого огнепреградителя, поперечное сечения его корпуса, а также высоту слоя насадки.

Владеть:

- нормативной документацией