Методика расчета и проектирования систем подавления взрывов

Расчет и проектирование устройства взрывоподавителя складывается, в основном, из расчета потребной емкости взрывоподавителя (потребного количества огнетушащего вещества), расчета оптимальных параметров энергопобудителя и расчета профиля распылительной головки (закон распределения распылительных отверстий в зависимости от объема и формы защищаемого пространства).

Расчет потребного количества ингибитора для сосудов и резервуаров малых и средних объемов (от 0,5 до 10м3) ориентировочно можно производить по формуле

где К₁ – коэффициент, учитывающий несоответствие формы факела распыла геометрической форме сосуда; К₂ – коэффициент учета локальной неравномерности распределения состава по объему в околоструйном пространстве; Кз – коэффициент, учитывающий степень неполноты испарения ингибитора (если степень полноты испарения ингибитора w, то Кз =1/w; К₄-коэффициент запасам надежности; а_лаб-лабораторные значения гасящей концентрации ингибитора по отношению к данному горючему; V₀-объем защищаемого резервуара.

Численные значения коэффициентов К₁-К₄ лежат в пределах от 1 до 1,5 и выбираются в зависимости от конкретных условий применения проектируемой системы: от сложности геометрической формы и линейных размеров защищаемого резервуара, теплового режима системы и физических параметров ингибитора, степени важности объекта и других тактико-технических эксплуатационных особенностей защищаемого объекта.

Для наиболее эффективного, химически активного ингибитора большинства углеводородно-воздушных пламен - тетрафтордибромэтана С₂F₄Вг₂ (хладона 114В2) – значение коэффициента равно а_лаб=500 мг/л (или 0,5 кг/м3). Тогда количество ингибитора определяем по формуле

где V_ПОД-объем подавителя; у_ИНГ-удельный вес ингибитора 2,18г/см³; V₀-объем защищаемого резервуара, м³.

С учетом реальных значений для защищаемых объемов в пределах от 0,5 до 10м³ емкость взрывоподавителя лежит в пределах от 0,5 до 10-12 (чем больше защищаемый объем, тем сложнее процесс подавления взрыва, так как сложнее задача равномерного распределения состава, тем выше, соответственно, следует брать значения коэффициентов К₁, особенно К₁, К₂ и K₄).

Для объемов больше 5-10 м³ (когда наибольший линейный размер от места установки подавителя до наиболее удаленной точки воспламенения защищаемого резервуара больше 1,5-2м) расчет потребного количества огнетушащего средства также можно вести по рассмотренной методике. Однако по конструктивным соображениям целесообразно потребное количество ингибитора распределить в несколько (двух-четырех) впрыскивающих устройствах (в зависимости от геометрической формы и конфигурации защищаемого резервуара).

Для больших объемов сосудов, бункеров и резервуаров порядка 20-25 м³ и более, когда максимальный линейный размер защищаемого пространства превышает 3-3,5м от точки установки взрывоподавителя, целесообразно в комплекте системы взрывоподавления применять несколько регистраторов и несколько взрывоподавителей, так как гидродинамический режим работы взрывоподавителей большой емкости (К_ПОД>5-10л), потребный для защиты таких больших помещений, до настоящего времени исследован недостаточно.

Внешнебаллистический расчет системы распыла взрывоподавляющего устройства и проектирование системы впрыска и распыла ингибитора ведутся исходя из следующих соображений:

-система впрыска ингибитора должна вызывать минимальные возмущения и перемещения исходной парогазотопливовоздушной среды;

-форма факела распыла должна быть геометрически подобна форме защищаемого резервуара (или наиболее близка к ней);

-поток массы ингибитора должен по возможности достигать всех зон защищаемого пространства;

-время впрыска ингибитора и полета струй должно быть минимальным, т.е. скорость истечения и полета свободной струи должна быть максимальной;

-степень равномерности распределения ингибитора по всему защищаемому объему должна быть наибольшей, а локальная концентрация паров ингибитора в любой точке защищаемого пространства должна быть выше гасящей, т.е. более 500 мг/л (для хладона 114В2).

 

Характерные соотношения конструктивных размеров взрывоподавителя принимаются по соображениям, обеспечивающим наибольшую надежность и эффективность системы. Соотношение длины цилиндрической части к диаметру выбирается в пределах 6-9.

Для максимального снижения местных гидравлических сопротивлений (и соответствующего снижения внутреннего давления в системе впрыска) суммарная площадь отверстий выбирается по возможности равной площади поперечного сечения резервуара с ингибитором:

Для получения равномерного распределения ингибитора про защищаемому объему количество распылительных отверстий выбирается максимальным (n_ОТВ – 1000-1500), а размещение их на распылительной головке – наиболее плотным (в шахматном порядке или по сфере). Это позволяет получить максимальную равномерность распределения состава при регулируемой дальности полета и плотности струй ингибитора.

 

Конечное давление при взрывах в замкнутых объемах зависит от физико-химических свойств горючих смесей и концентрации горючего вещества. Его можно определить по уравнению

где р_К, Тв – давление и температура взрыва в замкнутом объеме соответственно; р₀, Т₀ –начальное давление и температура горючей смеси соответственно; m, n–число молей газа до и после взрыва соответственно.

В качестве ингибиторов взрывов используются:

-хладоны (125, 227е, 318Ц);

-порошковые составы.

Одно из основных требований к системам подавления взрывов – быстродействие (не более 0,1 сек).

Широкое внедрение автоматических систем локализации и подавления взрывов на взрывоопасных объектах позволяет резко сократить количество взрывов и материальный ущерб от них.

При выборе чувствительных элементов датчиков необходимо также учитывать условия применения АСПВ, особенности защищаемых объектов и вид горючей смеси. Для пылегазовых смесей важно учесть возможное снижение интенсивности светового потока. В темных или слабо освещенных помещениях датчики могут быть изготовлены на фоторезисторах или фотодиодах. Для помещений с ограниченными источниками освещения могут быть использованы фотоумножители с набором светофильтров, а в помещениях с интенсивным освещением, дневным или искусственным светом целесообразно использовать фотоумножители с высокочувствительными элементами.