2.4 Обратный удар пламени и предохранительные затворы

Обратный удар пламени. Обратным ударом называется проникновение фронта горения пламени внутрь каналов сопла горелки или резака и распространение его навстречу потоку горючей смеси.

Возможность обратного удара пламени в основном определяется соотношением между скоростью истечения смеси и так называемой нормальной скоростью воспламенения смеси.

Нормальной скоростью воспламенения или скоростью горения называется скорость распространения пламени, направленная перпендикулярно поверхности фронта пламени в данной точке.

Как показывает практика, при температуре смеси 250° С скорость воспламенения резко возрастает, и обратный удар пламени может наступить при более высоких скоростях истечения смеси из сопла. Увеличение содержания кислорода в горючей смеси также повышает нижний предел средней скорости истечения смеси, при котором возможны обратный удар пламени или хлопки.

Предохранительные затворы. Средством защиты ацетиленового генератора или трубопровода горючего газа от проникновения в них обратного удара пламени служат предохранительные затворы. Применяют различные предохранительные затворы: гидравлические (водяные) и сухие (огнепреградители); постовые и центральные; низкого и среднего давления включаемые между горелкой или резаком и источником поступления горючего газа (генератором, трубопроводом).

По принципу устройства предохранительные затворы разделяются на: 1) жидкостные или водяные и 2) сухие. Конструкция водяных дредохранительных затворов существенно зависит от рабочего давления ацетилена, и аналогично ацетиленовым генераторам различают затворы низкого, среднего и высокого давления. Затворы низкого и среднего давления могут быть объединены в группу открытых затворов, в которых газы при обратном ударе могут свободно выходить в атмосферу. Затворы высокого давления изготовляются закрытого типа, не имеют сообщения с атмосферой, поэтому газы могут выйти в атмосферу лишь прорвав предохранительную мембрану из металлической (оловянной) фольги.

П ростейший водяной затвор низкого давления схематически изображён на рис. 2.7.

Рисунок 2.7 – Водяной затвор низкого давления

Ацетилен по газоподводящей трубе 1 поступает в затвор, наполненный водой до уровня контрольного крана 5, и, пройдя через слой воды, выходит через кран 2 к горелкам. Разность уровней в открытой сверху предохранительной трубке 4 и затворе определяет рабочее давление газа, питающего горелки. При обратном ударе газовая смесь устремляется назад, поступает в затвор через кран 2 и оттесняет воду -в газоподводящую трубу 1 и предохранительную 4. Вследствие понижения уровня воды в затворе нижний конец предохранительной трубки обнажается и газы выходят в атмосферу. Водяная пробка, образовавшаяся в газоподводящей трубе, не допускает проникновения взрывной волны в генератор. Щиток 5 отражет воду, выбрасываемую из затвора, и возвращает её назад в затвор, уменьшая потерю воды при обратных ударах.

Водяные затворы низкого давления рассмотренной конструкции, как показал многолетний опыт, работают весьма надёжно при правильном их расчёте и при наличии достаточного количества воды в затворе. Уровень воды в затворе проверяется открыванием контрольного крана 3 перед началом работ и после каждого обратного удара, вызвавшего выброс воды. При недостаточном количестве вода доливается в затвор через предохранительную трубку 4.

Н а рисунке 2.8 а и б схематически показано устройство водяного затвора открытого типа улучшенной конструкции, который изготовляется нашейпромышленностью обычно для среднего давления ацетилена, для чего предохранительной трубке затвора даётся необходимая высота.

Рисунок 2.8 - Водяной затвор среднего давления

Ацетилен поступает в затвор по подводящей трубке1 приваренной к дну затвора и имеющей ряд отверстий в нижней части для выхода газа. Над выходными отверстиями трубки 1 приварена служащая рассекателем шайба 2 распределяющая газ по сечению затвора и мешающая образованию сплошных газовых потоков, могущих пропускать взрывную волну. Ацетилен проходит через слой воды в газовое пространство затвора и вытесняет часть воды в зазор между трубками — подводящей 1 и предохранительной б —на высоту, соответствующую рабочему давлению ацетилена.

На выходе из затвора ацетилен проходит водоотделитель 4, в котором отделяются механически увлекаемые ацетиленом капельки воды, стекающие обратно в корпус затвора. Наличие водоотделителя несколько осушает ацетилен и почти устраняет необходимость добавления воды при работе затвора. Пройдя водоотделитель, газ через кран 5 направляется к горелкам. Контрольный кран 3 служит для проверки уровня воды в затворе. При обратном ударе вода вытесняется в подводящую трубку 1 и образует водяную пробку, препятствующую проникновению взрывной волны в генератор. Газы прорываются через предохранительную трубку 6 и уходят в атмосферу через отверстия в крышке заливной воронки; унесенные капли воды стекают обратно в корпус затвора.

Существенно отлична конструкция водяных затворов высокого давления, которые изготовляются только закрытого типа, так как при открытом выполнении пришлось бы придавать предохранительной трубке чрезвычайно большую высоту — 10—15 м. В затворах высокого давления подводящая трубка перекрывается при обратном ударе обратным клапаном, а короткая предохранительная трубка закрывается тонкой металлической (обычно оловянной) мембраной, разрывающейся при обратном ударе и выпускающей газы в атмосферу. Предохранительная мембрана рассчитывается на давление около 2 ати и заменяется новой после разрыва, произведённого обратным ударом.

Устройство водяного затвора высокого давления схематически показано на рисунке 2.9..

Рисунок 2.9 – Водяной затвор высокого давления

Ацетилен поступает в затвор по подводящей трубке 1, приподнимает обратный клапан 2, распределяется по сечению затвора тарелкой — рассекателем 3 и, пройдя через слой воды, поступает в газовое пространство затвора. Отсюда газ поступает в предохранительную трубку 4, затем направляется к горелкам через ниппель 5. Предохранительная трубка закрыта предохранительной мембраной 6. Уровень воды в затворе проверяется контрольным краном 7. При обратном ударе клапан 2 закрывает газоподводящую трубку, предохранительная мембрана 6 разрывается и выпускает газы в атмосферу.

В последние годы появились сухие предохранительные затворы для ацетиленовых генераторов различных конструкций. Н. Н. Клебанов исследовал в сварочной лаборатории Московского высшего . технического училища имени Баумана сухие предохранительные затворы различных систем. Все эти затворы оказались недостаточно надёжными и не всегда успевали преградить путь взрывной волне. Подобный результат является естественным, так как скорость распространения детонации в ацетилено-кислородной смеси превышает 2000 м/сек, и неизбежная инерция движущихся частей сухих затворов не позволяет им действовать с необходимой скоростью. Действующими у нас правилами защита ацетиленовых генераторов одними сухими затворами без водяных затворов запрещается.

Сухие предохранительные затворы используются при работе на газах-заменителях: природном газе, пропано-бутановой смеси.

Предохранительный затвор (рис. 2.10) состоит из корпуса 9, в котором смонтированы рассекатели 8 и пористая вставка 7, которые удерживаются гайкой 6. В крышку 5 ввернуто седло 4 обратного клапана 3. Затвор подсоединяется к газопроводу с помощью штуцера 2 и накидной гайки 1. Шланг от горелки или резака подсоединяется к ниппелю 10. При обратном ударе пламени взрывная волна ударяется о рассекатель 8 и теряет свою энергию при прохождении через пористую вставку 7, охлаждаясь при этом. В результате энергии взрывной волны обратный клапан 3 закрывается и не пропускает газы в трубопровод.

Рисунок 2.10 - Сухой затвор среднего давления ЗСС-2-60 для газов-заменителей ацетилена

Сухие затворы надежны в эксплуатации. Их можно устанавливать на открытом воздухе при низких температурах окружающей среды.