55. Что такое критический гасящий диаметр, для каких веществ определяется, его практическое применение?

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 (критическом)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. Расчет ведется для гашения пламени различных горючих газовых и парогазовых смесей

Для оценки пламегасящей способности огнепреградителей применяется т.н. критерий Пекле Ре:

Ре = w_cmdc_pp/(RT₀λ₀)  (1)

В пределе гашения пламени формула критерий Пекле принимает вид:

Ре_кр = w_смd_крc_pp_кр/(RT₀λ₀),  (2)

где w_см- нормальная скорость распространения пламени;

d - диаметр гасящего канала;

d_кp - 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;

λ₀ - 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 Рекр = 65, огнепреградитель не задержит распространения пламени данной горючей смеси, и наоборот, если Ре < 65, огнепреградитель задержит распространение пламени. Запас надежности огнепреградителя, который находят из отношения Рекр к вычисленному значению Ре, должен составлять не менее 2:

П = Рекр/Ре = 65/Ре > 2,0  (3)

Использовав факт постоянства Ре_кр 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.