2.2 Розрахунок гравійного вогнеперешкоджувача

Виробничі пароповітряні комунікації захищають від розповсюдження

полум’я сухими вогнеперешкоджувачами: сітчастими, касетними,

гравійними або металокерамічними, основний розрахунковий параметр яких

- критичний діаметр вогнеперешкоджуючого елемента.

Розрахунок гравійного вогнеперешкоджувача проводиться за такою

методикою:

69

1. Складають рівняння горіння в повітрі 1 моля горючої речовини і

визначають концентрацію

стехіометричного складу:

n

j_г = 1 / m_i

j_{г - концентрація горючого компонента в початковій суміші}

стехіометричного складу, [об. долі];

m_{i - кількість молей і-го компонента суміші;}

n - кількість компонентів у суміші;

j_п - концентрація повітря в початковій суміші.

Для горючих речовин, які складаються з атомів C, H ,O, CI, Br, I і F,

визначають стехіометричний коефіцієнт кисню в реакції горіння:

b = n_c + (n_н - n_x ) / 4 - n_o / 2

де: п_с, п_н, п_х, та п_о- відповідно число атомів в молекулі горючого

вуглецю, водню, галоїдів і кисню.

В цьому випадку

j_г = 1 / (1 + 4,84b )

2. Визначають питому газову сталу початкової суміші R (див. табл. 3

дод.), її питому теплоємність С_р , коефіцієнт теплопровідності

знаходимо нормальну швидкість розповсюдження полум’я u_н

табл. 1 дод.)

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

65R(t_p + 273)l

u_нc_p p_p

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

t_p -температура початкової суміші, [^оС];

l - коефіцієнт теплопровідності початкової суміші, [Вт/м_*К];

u_н - нормальна швидкість розповсюдження полум’я, [м/с];

c_p - питома теплоємність початкової суміші, [Дж/кг_*К];

70

p_p - тиск початкової суміші, [Па].

4. Визначають фактичний діаметр каналів у шарі гранул d:

d=d_кр/к_б,

де: к_б -коефіцієнт безпеки; приймають к_б ³ 2.

діаметр гранул (гравію) насадки вогнеперешкод-

2,5 3 3,6 4 5 6,3 10

4 5 6 7 8 9 15

густину компонентів горючої суміші

стехіометричного складу при робочій температурі горючої речовини за

формулою (див. розділ 3.2, поз.8), повітря - за табл. 10 дод. або за формулою

(див. розділ 3.2, поз.8).

7. Визначають густину початкової суміші при робочій температурі

р_t за формулами, приведеними в додатку (див. табл. 3 дод.).

8. Визначають в’язкість компонентів горючої суміші при робочій

температурі горючої речовини (газ, пара):

3

t_р + 273

è ø

- коефіцієнти динамічної в’язкості газу (пари)

відповідно при робочій температурі t_p і при

температурі t₀, при котрій вони приведені в

довідковій літературі, [Па_°с];

- значення коефіцієнта динамічної в’язкості і

константи С деяких речовин при температурі

t_o=0^oC приведені в додатку (див. табл.8 дод);

- коефіцієнт динамічної в’язкості повітря.

9. Визначають в’язкість двокомпонентної горючої суміші при

робочій температурі:

71

j_г М_г + 1- j_г М_п

m = m_гm_п ,

j_г М_гm_п + 1- j_г М_пm_г

де: - індекс ²г² має відношення до горючої речовини;

- індекс ²п² має відношення до повітря;

М - молекулярна маса компонента;

- молекулярна маса повітря М_п =28,96 кг/к моль;

m - коефіцієнт динамічної в’язкості, [Па×с].

При стехіометричній концентрації горючої речовини в початковій

горючій суміші менше 5% об. в’язкість, густину й інші показники горючої

суміші дозволяється приймати за повітрям.

10. З довідкових даних (див. табл. 14 дод.) за діаметром гранул та їх

матеріалом знаходять питому поверхню S в м²/м³ та вільний об’єм e

гранул.

11. Подальші розрахунки проводяться з використанням методу

послідовних наближень, для чого задаються значенням фіктивної швидкості

w_ф, яку приймають в межах w_ф =0,2-1,5 м/с.

12. Визначають число Рейнольдса для газового потоку в пористому

прошарку гранул:

4w_фrt

.

13. Визначають коефіцієнт гідравлічного опору шару гранул l_г в

гравійному вогнеперешкоджувачі в залежності від значення числа Rе:

при Rе £ 40 l_г= 140 / Rе

при Rе > 40 l_г= 16 / Rе ^0,2.

14. Визначають еквівалентний діаметр вогнегасних каналів у шарі

гранул:

d_е=4e /S, [м].

15. Приймають висоту шару гранул у вогнеперешкоджувачі:

Н=(40-50)d_гр, [м].

72

16. Уточнюють значення фіктивної швидкості горючої суміші в

насадці вогнеперешкоджувача:

DPd_е

,

l_г Нrt

де: DR - втрати напору в шарі гранул, [Па]; втрати напору не

повинні перевищувати 100-200 Па.

17. Визначають помилку при завданні фіктивної швидкості:

_{wф - wф}

q_w = 100%.

^w_ф

Якщо помилка не перевищує 5%, вважають значення w_ф правдивим

і продовжують розрахунки з п.17.

Якщо q_w ³ 5%, то задаються новим значенням фіктивної швидкості:

при w_ф> w w^² » 0,9w ^/,

при w_ф< w ^/ w^² » 1.1w ^/,

та повторюють розрахунки, починаючи з п. 12, до тих пір, поки помилка при

визначенні фіктивної швидкості не зменшиться до величини q_w < 5%.

18. Визначають діаметр корпусу вогнеперешкоджувача D як

найбільшу величину з наступних двох значень:

_ù

;20d_гр ,

û

де: Q - витрати горючої суміші трубопроводу, що захищається,

[м³/с].

19. Визначають дійсну швидкість газової суміші в

вогнеперешкоджувачі:

w=w_ф/e .

20. Перевіряють витрати напору в шарі гранул

вогнеперешкоджувача:

73

DР = l

е

21. Визначають помилку при розрахунку витрат напору:

DР - DР^'

DH

При q_w < 5% розрахунки вважають закінченими. При q_w > 5%

розрахунки повторюють з пункту 16, прийнявши нове значення:

DР^’’=(DР+DР^’)/2.

22. 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 насадку DР, [Па].