RU2075982C1

RU2075982C1 - Method of explosion protection at transportation of gases and gas-dust mixtures

Info

Publication number: RU2075982C1
Authority: RU
Inventors: Марат Аронович Гликин; Александр Дмитриевич Тюльпинов; Зия Наимович Мемедляев; Людмила Михайловна Савицкая; Елена Маратовна Принь; Андрей Николаевич Ревунов; Ирина Николаевна Викс
Original assignee: Государственный научно-исследовательский и проектный институт химических технологий "Химтехнология"
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1997-03-27
Also published as: UA19378C2

Abstract

FIELD: fire safety. SUBSTANCE: method consists in transporting gases and gas-dust mixtures through fire-defending member with fluidized bed. The latter is continually supplied with solid particles, their take-off velocity being lower than that of pumping through of transport gas or gas-dust mixture. EFFECT: enhanced efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к взрывозащите транспортных систем и, в частности к способам гашения пламени в газопроводах. The invention relates to explosion protection of transport systems and, in particular, to methods of extinguishing a flame in gas pipelines.

Известен способ гашения пламени в газопроводах путем использования огнепреградителей, содержащих насадку с эквивалентным диаметром каналов меньше критического [1]
Недостаток способа заключается в том, что насадка такого огнепреградителя засоряется пылевидным материалом и имеет значительное гидравлическое сопротивление.A known method of extinguishing a flame in gas pipelines by using fire arresters containing a nozzle with an equivalent diameter of channels less than critical [1]
The disadvantage of this method is that the nozzle of such a flame arrester is clogged with a dusty material and has significant hydraulic resistance.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий перемещение газов и пылегазовых смесей через огнепреграждающий элемент с псевдоожиженным слоем, порозность и размер зерен которых определяют из условия

,
где Pe = uδ/f критерий Пекле;
u скорость пламени;
δ средний диаметр зерен в псевдоожиженном слое;
f температуропроводность;
Nu критерий Нуссельта;
e порозность псевдоожиженного слоя;
q=RT_в/E параметр Франка-Каменецкого;
R газовая постоянная;
Тв термодинамическая температура адиабатического пламени;
E энергия активации;
η отношение объемных теплоемкостей газа и зерен псевдоожиженного слоя [2]
Недостатком известного способа является ограничение по порозности псевдоожиженного слоя и диаметру ожижаемых частиц.The closest in technical essence and the achieved result is a method involving the movement of gases and dust-gas mixtures through a flame retardant element with a fluidized bed, the porosity and grain size of which is determined from the condition

,
where Pe = uδ / f Peclet criterion;
u flame speed;
δ average grain diameter in the fluidized bed;
f thermal diffusivity;
Nu Nusselt criterion;
e porosity of the fluidized bed;
q = RT _in / E Frank-Kamenetsky parameter;
R gas constant;
TV thermodynamic temperature of the adiabatic flame;
E activation energy;
η the ratio of the volumetric heat capacities of the gas and grains of the fluidized bed [2]
The disadvantage of this method is the limitation on the porosity of the fluidized bed and the diameter of the fluidized particles.

Задачей изобретения является расширение взрывобезопасного диапазона значений порозности слоя и диаметра ожижаемых частиц. The objective of the invention is to expand the explosion-proof range of values of the porosity of the layer and the diameter of the fluidized particles.

Задача достигается предлагаемым способом, отличительной особенностью которого является то, что в огнепреграждающий слой постоянно вводят частицы твердого материала, скорость уноса которых меньше скорости прокачки транспортируемого газа или пылегазовой смеси. The task is achieved by the proposed method, the distinguishing feature of which is that particles of solid material are constantly introduced into the fire-retardant layer, the ablation rate of which is less than the pumping speed of the transported gas or dust-gas mixture.

Гашение пламени твердой насадкой определяют соотношением тепловыделения при горении горючих и теплоотвода из зоны горения. Теплоотвод должен быть больше тепловыделения. Интенсивность теплоотвода из зоны реакции (q) можно определить при помощи выражения
q a(Tп To) • (S/V),
где а коэффициент теплоотдачи;
Tn температура пламени;
То температура частиц;
S суммарная поверхность частиц;
V объем слоя.The extinguishing of the flame with a solid nozzle is determined by the ratio of heat during combustion of fuels and heat removal from the combustion zone. The heat sink should be more heat dissipation. The intensity of heat removal from the reaction zone (q) can be determined using the expression
qa (Tп To) • (S / V),
where a is the heat transfer coefficient;
Tn flame temperature;
That is the temperature of the particles;
S is the total surface of the particles;
V is the volume of the layer.

Путем несложных математических преобразований получают выражение изменения величины S/V от порозности слоя и диаметра ожижаемых частиц
S/v=6(1-ε)/(dε),
где ε порозность псевдоожиженного слоя;
d диаметр ожижаемых частиц.Through simple mathematical transformations, an expression is obtained for the change in S / V from the porosity of the layer and the diameter of the fluidized particles
S / v = 6 (1-ε) / (dε),
where ε is the porosity of the fluidized bed;
d diameter of fluidized particles.

Критическим условием гашения пламени соответствует постоянство величины S/V, следовательно, на пределе гашения пламени
6(1-ε)/(dε)=const
Из полученного уравнения следует, что при уменьшении диаметра частиц в слое критическая порозность (ε_кр) увеличивается.The critical condition for extinguishing the flame corresponds to the constancy of the value of S / V, therefore, at the limit of extinguishing the flame
6 (1-ε) / (dε) = const
From the obtained equation it follows that with a decrease in the particle diameter in the layer, the critical porosity (ε _cr ) increases.

Введение в псевдоожиженный слой мелких частиц твердого материала существенно увеличивает поверхность теплообмена между газовой и твердой фазами. Это позволяет проводить транспортировку газов при больших скоростях потока и большей порозности псевдоожиженного слоя при обеспечении взрывобезопасности транспортировки. The introduction of small particles of solid material into the fluidized bed significantly increases the heat exchange surface between the gas and solid phases. This allows the transportation of gases at high flow rates and greater porosity of the fluidized bed while providing explosion-proof transportation.

Предлагаемый способ взрывозащиты может быть использован при гашении пламени в трубопроводах при транспортировке как газовых, так и пылегазовых сред. The proposed method of explosion protection can be used to extinguish the flame in pipelines during transportation of both gas and dust-gas environments.

Способ позволяет обеспечит взрывобезопасность в широком интервале скоростей газового потока. The method allows for explosion safety in a wide range of gas flow rates.

Доказательством осуществления предлагаемого способа взрывозащиты систем транспортировки газов и пылегазовых смесей являются ниже приведенные примеры. The proof of the implementation of the proposed method of explosion protection of gas transportation systems and dust-gas mixtures are the following examples.

Опыты проводили в огнепреградителе, представляющего собой вертикальную трубу диаметром 50 мм, длиной 1000 мм с горизонтально установленной сеткой, на которой находится зернистый слой твердых частиц. The experiments were carried out in a flame arrester, which is a vertical pipe with a diameter of 50 mm, a length of 1000 mm with a horizontally installed grid on which there is a granular layer of solid particles.

Псевдоожижение осуществляют горючей газовой смесью, подаваемой через трубу снизу вверх. Инициирование горения осуществляют раскаленной нихромовой спиралью, установленной на расстоянии 50 мм выше торца трубы. Проскок пламени регистрируют с помощью электрического зонда, установленного на расстоянии 15 мм выше сетки в объеме слоя. Частицы твердого материала вводят в нижнюю часть псевдоожиженного слоя. Материал частиц готовят из кварцевого песка путем измельчения на шаровой мельнице с последующим выделением мелкой фракции выдуванием после загрузки измельченного материала в огнепреградитель при скоростях газового потока равных скорости продувки газа или пылегазовой смеси в рабочих для огнепреградителя условиях. The fluidization is carried out by a combustible gas mixture supplied through the pipe from the bottom up. The initiation of combustion is carried out by a hot nichrome spiral installed at a distance of 50 mm above the end of the pipe. Breakthrough of the flame is recorded using an electric probe mounted at a distance of 15 mm above the grid in the volume of the layer. Particles of solid material are introduced into the lower part of the fluidized bed. Particle material is prepared from quartz sand by grinding in a ball mill, followed by separation of the fine fraction by blowing after the crushed material is loaded into the fire arrester at gas flow rates equal to the gas or dust-gas mixture blowing rate under working conditions for the fire arrester.

Пример 1. В трубу подают ацетилено-воздушную смесь в количестве, изменяемом до расхода, при котором электрический датчик регистрирует проникновение пламени. Через две секунды после каждого поджигания горючей смеси нихромовой спиралью газовый поток прерывают. В случае отсутствия проскока пламени через псевдоожиженный слой расход горючей смеси увеличивают и опыт повторяют. При регистрации проскока пламени экспериментально уточняют максимально допустимую скорость потока, при котором пламя не проскакивает через слой, определяют при этом величину порозности псевдоожиженного слоя (ε), измерив высоту псевдоожиженного слоя (Н) и осевшего слоя (Н_o)

При диаметре частиц псевдоожиженного слоя 200 мкм максимально допустимая скорость равна 0,04 м/с, ε_кр 0,44.Example 1. Acetylene-air mixture is fed into the pipe in an amount that can be changed to a flow rate at which an electric sensor detects flame penetration. Two seconds after each ignition of a combustible mixture by a nichrome spiral, the gas flow is interrupted. In the absence of flame leakage through the fluidized bed, the flow rate of the combustible mixture is increased and the experiment is repeated. When registering a flamethrough, the maximum permissible flow rate at which the flame does not slip through the bed is experimentally specified, the porosity of the fluidized bed (ε) is determined by measuring the height of the fluidized bed (H) and the settled layer (H _o )

With a particle diameter of the fluidized bed of 200 μm, the maximum allowable speed is 0.04 m / s, ε _cr 0.44.

Пример 2. Условия аналогичны примеру 1, но в нижнюю часть псевдоожиженного слоя вводят частиц твердого материала в количестве 0,6 кг/ч. Example 2. The conditions are similar to example 1, but in the lower part of the fluidized bed injected particles of solid material in an amount of 0.6 kg / h

Максимально допустимая скорость при этом будет равна 0,34 м/с, ε_кр 0,78.The maximum permissible speed will be equal to 0.34 m / s, ε _cr 0.78.

Результаты проведенных опытов приведены в таблице. The results of the experiments are shown in the table.

Claims

The method of explosion protection of the gas and dust-gas mixture transportation system, including the movement of gases and dust-gas mixtures through a fire-retardant element with a fluidized bed, characterized in that particles of solid material are continuously introduced into the fluidized bed, the ablation rate of which is lower than the pumping speed of the transported gas or dust-gas mixture.