Определение критического диаметра гашения

ПЛАМЕНИ ДЛЯ СУХИХ ОГНЕПРЕГРАДИТЕЛЕЙ

Сухими огнепреградителями называются защитные устройства, которые свободно пропускают поток жидкости или газов через твердую огнегасящую насадку, но задерживают пламя (гасят его). Действие сухих огнепреградителей заключается в разбиении газового потока на большое число маленьких струек, в которых потери тепла превышают тепловыделение в зоне реакции.

В основу действия сухих огнепреградителей положен принцип гашения пламени в узких каналах. В узких каналах потери тепла вызывают понижение температуры горения в зоне реакции, снижение скорости химической реакции, уменьшение скорости распространения пламени и сужение концентрационных пределов воспламенения смеси. При уменьшении диаметра канала увеличивается его поверхность на единицу массы реагирующей смеси, то есть возрастают потери тепла из зоны реакции на единицу массы смеси. Когда эти потери тепла из зоны горения достигают некоторой критической величины, температура горения и скорость реакции настолько уменьшается, что дальнейшее распространение горения смеси в узком канале становится невозможным.

Критический диаметр гашения пламени является характеристикой горючей газовой смеси при определенной температуре и давлении и представляет собой минимальный диаметр канала, через который пламя стационарной газовой смеси еще может распространяться неограниченно.

Для расчета критического диаметра гашения пламени используют следующую формулу:

(4.1)

где - критерий Пекле, характеризующий соотношение динамики процессов выделения и отвода тепла в узких каналах. При расчетах принимают ;

- коэффициент теплопроводности горючей смеси, ;

- универсальная газовая постоянная, ;

- начальная температура горючей смеси, ;

- нормальная скорость распространения пламени, ;

- теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, ;

- давление горючей смеси, ;

- молярная масса горючей смеси, .

В формуле (4.1) теплоемкость горючей смеси и молярную массу можно определить, используя свойство аддитивности:

(4.2)

(4.3)

где - мольная доля i -того компонента горючей смеси;

-теплоемкость i -того компонента горючей смеси, ;

-молярная масса i -того компонента горючей смеси, .

Для определения теплопроводности горючей смеси используют следующую формулу:

(4.4)

Для смеси двух газов формула (4.4) принимает следующий вид:

(4.5)

Коэффициенты и определяют по следующим формулам:

, (4.6)

, (4.7)

где и - коэффициенты вязкости компонентов горючей смеси, ;

и - постоянные Сюзерленда для компонентов горючей смеси, ;

- постоянная Сюзерленда для горючей смеси, определяемая по формуле ;

- начальная температура горючей смеси, .

При отсутствии справочных данных постоянные Сюзерленда для каждого компонента горючей смеси могут быть приближенно определены по формуле:

, (4.8)

где - абсолютная температура кипения при атмосферном давлении, .

 

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ № 4

 

Определить диаметр пламегасящих каналов сухого огнепреградителя, установленного на линии транспортировки горючей смеси. Исходные данные для расчета приведены в таблице 4.1.

 

 

Таблица 4.1

Исходные данные

Варианты заданий	Горючая смесь	Давление Р, МПа	Температура Т, ^оС
	Аммиак с кислородом Аммиак с воздухом Ацетилен с кислородом Ацетон с воздухом Ацетон с кислородом Бензол с воздухом Бензол с кислородом Бутан с воздухом Бутан с кислородом Водород с воздухом Гексан с кислородом Изобутан с воздухом Метан с кислородом Метанол с воздухом Пропан с кислородом Пропилен с воздухом Этан с кислородом Этанол с воздухом Этилен с кислородом	0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Условие задачи

Определить диаметр огнегасящих каналов металлокерамического огнепреградителя установленного на линии транспортировки ацетилена в компрессорную станцию.

Решение:

1. Выписать справочные данные для расчета*:

ацетилен:

воздух:

2. Составить уравнение реакции горения ацетилена в воздухе:

С Н + 2,5 (О + 3,76N ) = 2СО + Н О + 2,5 3,76 N

3. Определить мольные доли ацетилена и воздуха в горючей смеси. Общее количество молей горючей смеси составит:

Мольная доля ацетилена в горючей смеси составит:

Мольная доля воздуха в горючей смеси составит:

4. Определить теплоемкость горючей смеси по формуле (4.2):

5. Определить молярную массу горючей смеси по формуле (4.3):

6. Определить значение постоянной Сьюзерленда для расчета коэффициентов и :

7. Определить коэффициенты и для расчета теплопроводности горючей смеси по формулам (4.6) и (4.7):

 

8. Определить теплопроводность горючей смеси по формуле (4.5):

9. Определить значение критического диаметра гашения пламени по формуле (4.1):

С учетом коэффициента безопасности диаметр огнегасящих каналов следует принять: