Проверочный расчет гасящего диаметра отверстий кассетного огнепреградителя, установленного на дыхательной линии технологического РВС-5000

Кассетный огнепреградитель устанавливается перед дыхательным клапаном резервуара (встроен в ДК). Он защищает резервуар от распространения в него огня (пламени), защитные действия основаны на явлении гашения пламени в узких каналах, что достигается в канале, диаметр которого меньше критического. Этот размер (диаметр) канала называют гасящим – d_г. Расчет огнепреградителя заключается в определении критического, а затем – гасящего диаметра канала. Огнепреградители могут быть в виде сеток или насадок. Насадки бывают в виде пластин из гофрированной фольги, спирально свернутых лент и т.п., которые образуют каналы треугольной и другой формы. Диаметр канала насадки или отверстия сетки огнепреградителя, при котором тепловыделение от горящей смеси будет равно теплопотере, называют критическим диаметром d_кр.

Рис. 4.2 Кассетный огнепреградитель

1 Корпус

2 Крышка выдвижной коробки

3 и 9. Шпилька и гайка

4 Угольники крепления выдвижной коробки

5 Скоба

6 Ручка

7 Пластины плоские и гофрированные

8. и 10. Крышки передняя и задняя

Определяем критический диаметр предлагаемого огнепреградителя по формуле 4.2.1:

, м (4.2.1)

где Ре_кр - число Пекле, на пределе гашения пламени, равно 60-80; принимаем Ре_кр = 65;

Р – давление горючей смеси, равно атмосферному – Р = 105 Па

Т – рабочая (начальная) температура, принимаем Т = 293 К;

R – газовая постоянная, Дж/(кг·К)

ِω_н – нормальная скорость распространения пламени, ω_н = 0,414 м/с для пропана, к которому мы приравниваем нефтяные пары;

С_р – удельная теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кг·К);

λ - коэффициент теплопроводности горючей смеси, определяем по формуле

λ = φ_г · λ_г + (1- φ_г)·λ_в, Вт/(м·К) (4.2.2)

где λ_г = 1.9·10^-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности паров нефти, принимаем по пропану;

λ_в = 2.59·10^-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воздуха, значение для Т= 293 К;

φ_г – объемная доля горючего в стехиометрической смеси; определяем ее из уравнения реакции горения нефти в воздухе, т.к. пары нефти по молекулярной массе и концентрационным пределам распространения пламени близки к пропану, то φ_г определяем по реакции горения пропана – С₃Н₈:

С₃Н₈ + 5(О₂ + 5·3.76)N₂ = 3СO₂ + 4Н₂O + 5·3.76N₂ + Q

Отсюда:

об. доли

Тогда: λ = 0.04 · 0.019 + (1- 0.04)·0.0259 = 2.6·10^-2 Вт/(м·К)

Определяем газовую постоянную для смеси паров нефти (пропана) по формуле:

, Дж/(кг·К) (4.2.3)

где R_у – универсальная газовая постоянная, R_у = 8314 Дж/(кг·К);

М_г = 44,1 кг/к моль – молекулярная масса пропана;

М_в = 28,96 кг/к моль – молекулярная масса воздуха;

Отсюда:

, Дж/(кг·К)

Определяем удельную теплоемкость горючей смеси С_р при постоянном давлении по формуле:

С_р = φ_г · С_р.г + (1- φ_г) · С_р._в Дж/(кг·К) (4.2.4)

где С_р.г = 1667 Дж/(кг·К) – теплоемкость пропана;

С_р.в = 1005 Дж/(кг·К) – теплоемкость воздуха;

Отсюда: С_р = 0.04 · 1667 + (1- 0.04) · 1005 = 1031,5 Дж/(кг·К)

Полученные в результате расчетов данные подставляем в формулу (4.2.1). При этом получим:

Определяем гасящий диаметр отверстия (предлагаемого) кассетного огнепреградителя по формуле 4.2.5;

d = 0.5- d_кр . (4.2.5)

d=0.5 · 3.26 = 1.63 мм

где 0.5 – коэффициент запаса надежности огнегасящей насадки

Из приведенных расчетов следует, что огнепреградители, устанавливаемые на дыхательных клапанах технологических резервуаров должны иметь гасящий диаметр каналов в насадке (отверстия в кассете) не более 1.63 мм.