Додатки

Додаток 1

Розрахунок сітчастого вогнеперешкоджувача

Визначити критичний діаметр отворів сітчастого вогнеперешкоджувача, який встановлено на лінії аварійного зтравлювання горючого газу з апарата. Горючий газ – пропан, температура газу 40^оС, тиск в лінії 0,3 МПа.

Розв’язування:

1. Запишемо реакцію горіння пропану:

C₃H₈ + 5(O₂ + 3.76N₂)=3CO₂ + 4H₂O + 5(3.76N₂) + Q.

2. Визначаємо концентрацію пропану у вихідній суміші стехіометричного складу:

об.частки або 4% об.

3. З таблиці 2 (дод.) знаходимо відповідно коефіцієнти теплопровідності пропану та повітря:

λ_r =1.9∙10^-2 Вт/м∙К

λ_n =2.59∙10^-2 Вт/м∙К

4. Визначаємо коефіцієнт теплопровідності газоповітряної суміші:

λ = 0.040∙1.9∙10^-2+(1- 0.040) ∙2.59∙10^-2 Вт/м∙К

5. Знаходимо питому теплоємність пропаноповітряної суміші:

С_р = 0.04∙1667 + (1 – 0.04) ∙1005= 1031 Дж/кг∙К,

де С_рг =1667 Дж/кг∙К – питома теплоємність пропану (табл.2. дод.);

С_рп =1005 Дж/кг∙К – питома теплоємність повітря.

6. Розраховуємо питому газову сталу горючої пропаноповітряної суміші:

,

Дж/кг∙К

7. Визначаємо критичний діаметр каналів вогнеперешкоджувача:

м = 1,2 мм.

Відповідь: таким чином, критичний діаметр каналів вогнеперешкоджувача, який встановлено на лінії аварійного скиду горючого газу (пропану) складає 1,2 мм.

Додаток 2

Розрахунок гравійного вогнеперешкоджувача

Виробничі пароповітряні комунікації захищають від розповсюдження полум’я сухими вогнеперешкоджувачами: сітчастими, касетними, гравійними або металокерамічними, основний розрахунковий параметр яких – критичний діаметр вогнеперешкоджувального елемента.

Розрахунок гравійного вогнеперешкоджувача проводиться за такою методикою:

1. Складають рівняння горіння в повітрі 1 моля горючої речовини (як в завданні 1) і визначають концентрацію компонентів в початковій горючій суміші стехіометричного складу:

та _г

де: φ_г - концентрація горючого компонента в початковій суміші стехіометричного складу, об’ємні частки;

m_i - кількість молей і-того компонента суміші;

n – кількість компонентів у суміші;

φ_n - концентрація повітря в початковій суміші, об’ємні частки.

Для горючих речовин, які складаються з атомів С, Н, О, Сl, Br, I i F визначають стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції горіння:

,

де n_C, n_H, n_X, n_O – відповідно число атомів в молекулі горючого вуглецю, водню, галоїдів і кисню.

В цьому випадку

.

1. Визначають питому газову сталу початкової суміші R, її питому теплоємність C_p, коефіцієнт теплопровідності λ (аналогічно завданню 1, табл.3 дод.) і знаходимо нормальну швидкість розповсюдження полум’я u_н (табл.1. дод.).

2. Визначають критичний діаметр каналів у шарі гранул (гравію):

,

де: R – питома газова стала початкової суміші, [Дж/кг ∙К] ;

t_p - температура початкової суміші, [^оC];

λ - коефіцієнт теплопровідності початкової суміші, [Вт/м ∙К];

u_{н -} нормальна швидкість розповсюдження полум’я, [м/с];

c_р - питома теплоємність початкової суміші, [Дж/кг ∙К];

Р_р - тиск початкової суміші, [Па].

3. Визначають фактичний діаметр каналів у шарі гранул d:

d = δ_кр / к_б,

де к_б – коефіцієнт безпеки , приймають к_б≥2.

4. Визначають діаметр гранул (гравію) насадки вогнеперешкоджувача d_гр.

dх103,м	1	2	2,5	3	3,6	4	5	6,3	10
dгрх103,м	2	3	4	5	6	7	8	9	15

5. Визначають густину компонентів горючої суміші стехіометричного складу при робочій температурі горючої речовини за формулою:

, кг/м³

де - молярний об’єм парів при нормальній температурі, м³/кмоль, М – молярна маса речовини, кг/кмоль.

6. Визначають густину початкової суміші при робочій температурі ρ_t (кг/м³) за формулою:

де φ_і - концентрація компонентів в суміші, об. частки

7. Вибирають в’язкість компонентів горючої суміші при робочій температурі горючої речовини з табл.4. додатку 4.

8. Визначають в’язкість двокомпонентної горючої суміші при робочій температурі:

,

де: індекс „г” відноситься до горючої речовини;

індекс „п” має відноситься до повітря;

М – молекулярна маса компонентів;

молекулярна маса повітря М_п = 28,96 кг/кмоль;

μ_г - коефіцієнт динамічної в’язкості пари;

μ_n - коефіцієнт динамічної в’язкості повітря.

9. З довідкових даних (додаток 4, табл.9.) за діаметром гранул та їх матеріалом знаходять питому поверхню S в м²/м³ та вільний об’єм ε гранул.

10. Подальші розрахунки проводяться з використанням методу послідовних наближень, для чого задаються значенням фіктивної швидкості ω_ф, яку приймають в межах ω_ф=0,2-1,5 м/с.

11. Визначають число Рейнольдса для газового потоку в пористому прошарку гранул: .

12. Визначають коефіцієнт гідравлічного опору шару гранул λ_г в гравійному вогнеперешкоджувачі в залежності від значення числа Re:

Re ≤ 40 λ_г=140/Re

Re > 40 λ_г=16/Re^0,2

13. Визначають еквівалентний діаметр вогнегасних каналів у шарі гранул:

d_e= 4ε / S, м.

14. Приймають висоту шару гранул у вогнеперешкоджувачі:

Н= (40 …50)d_г, м.

15. Уточнюють значення фіктивної швидкості горючої суміші в насадці вогнеперешкоджувача: ,

де: ΔР - втрати напору в шарі гранул, Па; втрати напору не повинні перевищувати 100-200 Па.

16. Визначають похибку при виборі фіктивної швидкості:

.

Якщо похибка не перевищує 5 % вважають значення ω_ф правдивим і продовжують розрахунки.

Якщо, θ_ω ≥ 5%, то задаються новим значенням фіктивної швидкості:

при ω_ф > ω_ф^' ω_ф^'’ ≈0.9 ω^',

при ω_ф < ω_ф^' ω_ф^'’ ≈ 1.1 ω^'.

та повторюють розрахунки, починаючи з п.12, доки похибка при визначенні фіктивної швидкості не зменшиться до величини θ_ω < 5%.

17. Визначають діаметр корпусу вогнеперешкоджувача як найбільшу величину з наступних двох значень:

,

де: Q- витрати горючої суміші трубопроводу, що захищається, м³/с.

18. Визначають дійсну швидкість газової суміші в вогнеперешкоджувачі:

ω ₌ ω_ф / ε.

20. Перевіряють втрати напору в шарі гранул вогнеперешкоджувача:

.

19. Визначають помилку при розрахунку втрат напору: .

При θ_ω < 5% розрахунки вважають закінченими.

При θ_ω > 5% розрахунки повторюють з пункту 16, прийнявши нове значення:

.

Результати розрахунку параметрів вогнеперешкоджувача (технічна характеристика):

- горюча речовина;

- критичний діаметр каналів d_кр, [м];

- діаметр гранул d_гр, [м];

- висота шару гранул Н, [м];

- діаметр корпусу вогнеперешкоджувача D, [м];

- опір шару насадки ∆Р, [Па].

Додаток 3