9.2.2.1. Срок службы предохранительных мембран

Если разрывная мембрана достаточно продолжительное время находится под постоянной нагрузкой, весьма близкой к пределу ее прочности, то, в конце концов, она разрушится, т.е. произойдет ложное ее срабатывание. Преждевременное срабатывание мембран приведет к потере ценного продукта, загазованности окружающего пространства, остановке производства. Поэтому важно знать, через какой промежуток времени должна производиться профилактическая замена мембраны.

Основными факторами, влияющими на срок службы мембран, являются:

- коррозионная стойкость материла к среде защищаемого аппарата;

- температура;

- степень нагружения (соотношение между рабочим давлением и давлением срабатывания мембраны);

- характер нагрузки (статическая, знакопеременная, пульсирующая).

Коррозия мембран недопустима, поэтому материал мембраны должен выбираться из условия его максимальной коррозионной стойкости к данной среде. Причем, чем меньше давление срабатывания, тем тоньше должна быть мембрана и, следовательно, тем больше должна быть ее коррозионная стойкость. Увеличение толщины мембраны на коррозию, как это делается в химической промышленности, недопустимо.

Для защиты предохранительных мембран от коррозии применяются полимерные и лакокрасочные покрытия, фторопластовые пленки. Для защиты от атмосферных воздействий применяются покрытия на основе перхлорвиниловых смол, полиакриловые лаковые и эмалевые покрытия, пентафталевые, алкидно-меламиновые эмали.

По существующим нормативным документам замену мембран необходимо производить через каждые два года, при этом предпочтительно увязывать данное мероприятие с плановыми ремонтами оборудования. Если ложное срабатывание совершенно не опасно ни для технологического процесса, ни для окружающей среды, то периодических плановых замен можно вообще не производить, хотя на практике такой случай может встретиться крайне редко.

9.2.3. Расчет площади сбросных отверстий

При расчете требуемой площади проходного сечения устройств сброса давления взрыва достаточно выполнить следующее условие: повышение давления в защищаемом объеме при горении среды должно быть полностью компенсировано снижением давления вследствие истечения газов через сбросное отверстие. Для этого необходимо удалять в единицу времени из объема максимальное количество паров, определяемое формулой

G = Fuρ(ε – 1), (9.5)

где F – поверхность фронта пламени; u – нормальная скорость рас-прострения фронта пламени; ρ – плотность удаляемого газа; ε – степень расширения газов при сгорании.

Предельное значение плотности газа можно выразить формулой

, (9.6)

где р – абсолютное значение давления в защищаемом аппарате; k – показатель адиабаты; индекс «о» обозначает начальное значение параметров.

Степень расширения газов при сгорании изменяется в зависимости от их температуры. При адиабатическом сжатии горючего газа в процессе развития взрыва величину ε можно выразить в зависимости от давления

. (9.7)

Итак, для эффективной взрывозащиты любого объекта, обусловленной сбросом давления, необходимо, чтобы предохранительное устройство могло обеспечить расход газов не менее

. (9.8)

Максимальный относительный перепад давления на сбросном отверстии равен

ν = р´/р . (9.9)

Максимальную поверхность фронта пламени можно выразить

F = f F_max , (9.10)

где F_max – максимальная поверхность пламени, найденная геометрически в предположении, в первом приближении, что от точки поджога пламя распространяется во все стороны с одинаковой скоростью и поэтому имеет сферическую форму; f – коэффициент искривления фронта пламени.

Если поджог пламени осуществляется не в центре сосуда, а, например, у стенки, то максимальная поверхность фронта пламени может быть найдена графически или аналитически при известных геометрических размерах сосуда. Если возможная точка поджога заранее известна, как чаще всего и бывает на практике, то расчет необходимо вести на самый неблагоприятный случай, когда в процессе горения поверхность фронта пламени может быть максимальной (обычно это и соответствует случаю поджога в центре объема).

Наиболее неблагоприятный случай – когда через сбросное отверстие истекают не продукты сгорания, а холодные газы. Тогда их температуру можно выразить как

. (9.11)

Площадь сбросного отверстия определяется по формулам:

- для докритического режима истечения, когда

; (9.12)

- для критического режима истечения, когда

, (9.13)

где u – нормальная скорость распространения пламени в данной смеси; – начальная плотность горючей смеси; α – коэффициент истечения газа через сбросное отверстие; М – молекулярная масса; R – универсальная газовая постоянная.