2. Автоматические системы взрывозащиты.
Автоматические системы взрывозащиты разделяются на системы предупреждения, локализации и подавления взрывов. Системы предупреждения аварий и взрывов являются составной частью автоматизированной системы управления (АСУ). АСУ включает автоматическую систему защиты (АСЗ), автоматическую систему контроля (АСК) и автоматическую систему сигнализации (АСС).
В предаварийном состоянии, когда АСР не может справиться с возвратом процесса к нормальному режиму, или при отказе АСР, процесс управляется АСЗ. Защитные воздействия АСЗ в зависимости от степени развития аварийной ситуации и цели их ввода бывают двух видов: возвращающие процесс в режим нормального функционирования и прекращающие процесс.
АСК служит для получения информации о состоянии объекта и условиях его работы. АСС предназначена для автоматического оповещения обслуживающего персонала о наступлении различных событий подачей звуковых или световых сигналов.
АСУ процессом может быть реализовано созданием автономных АСР, АСЗ, АСК и АСС или применением управляющей вычислительной машины - УВМ.
Системы локализации взрывов приводятся в действие при возникновении загораний и угрозе разрушения технологического оборудования от избыточного давления.
Принцип действия систем локализации заключается в обнаружении аварийного состояния датчиком - преобразователем, подаче исполнительной команды на срабатывание устройств разгерметизации, инертизации и пожаротушения.
После срабатывания устройств разгерметизации (предохранительной мембраны) в образовавшийся защитный проем внутрь аппарата, где происходит горение горючих смесей, подается из разрядных аккумуляторов флегматизирующий инертный разбавитель или через насадки - распылители - огнетушащее вещество для ликвидации или локализации пожара.
Чтобы предотвратить распространение пламени на смежные аппараты, применяют устройства блокирования - огнепреградители различных типов или пламяотсекатели. По виду пламегасящего элемента различают огнепреградители: кассетные, с насадкой из гранулированных материалов, пластинчатые, сетчатые, металлокерамические или металловолокнистые.
Принцип действия огнепреградителя основан на том, что струя горючей смеси газов или паров с воздухом, попадая в огнепреградитель разбивается на большое число струек с таким малым диаметром, что пламя взрыва и тем более пламя, образующееся при нормальном горении, по такой струйке распространяться не может.
Пламегасящая способность огнепреградителей в основном зависит от диаметра гасящих каналов. Длина каналов при этом существенного значения не имеет. Минимальный «тушащий» диаметр пламегасящих каналов можно определить по формуле:
где d - критический диаметр;
а - коэффициент температуропроводности стенок;
u - скорость распространения пламени;
Е - энергия активации;
Тпс - температура продуктов сгорания;
Т ст - температура стенок;
R - газовая постоянная;
Рис. Огнепреградители:
а-гравийный;
б-гравийный с гидравлическим затвором;
в-со стеклянной ватой
Огнепреградители используются также для оборудования дыхательных, продувочных и сбросных линий аппаратов и емкостей с легковоспламеняющимися жидкостями. Газопаровоздушных линий со взрывоопасными концентрациям и смеси, коммуникаций с газами, способными к взрывному разложению.
В качестве пламеотсекателей, предотвращающих распространение огня по газопроводу, используют изолирующие клапаны, а также гидрозатворы, которые обеспечивают механическое перекрытие рабочего сечения газопровода шиберами или заслонками и одновременную подачу внутрь газопровода огнетушащей жидкости.
Устройства аварийной разгерметизации по принципу действия разделяют на неуправляемые и управляемые. Для неуправляемой разгерметизации используют предохранительные клапаны и мембраны, которые открываются или разрушаются для выпуска избыточного газа при превышении давления сверх рабочего.
Управляемая разгерметизация основана на автоматическом образовании защитного проема прежде, чем давление в аппарате достигнет опасных значений эксплуатации сосудов, работающих подавлением по формуле:
Где α - коэффициент расхода газа ( жидкости) клапаном ( дается в паспорте клапана);
F - площадь сечения клапана, мм2;
В - коэффициент определяемый из таблицы, приведенной в «Правилах» ( для жидкостей В = 1);
Р1 и Р2 - соответственно максимальное давление перед клапаном и после него;
р - плотность среды.
Предохранительные мембраны изготавливают из нержавеющей стали, никеля, титана, меди, алюминия, свинца, латуни, чугуна, пластмасс и т.д. Показателями, определяющими быстродействие и эксплуатационные качества мембран, является рабочее давление и давление разрушения.
По принципу действия предохранительные мембраны могут быть разрывные, срезные, ломающиеся и отрывные. Наибольшее распространение получили разрывные мембраны.
Для защиты аппаратов непрерывного действия целесообразно устанавливать совместно мембрану и предохранительный клапан. Это позволяет избежать немедленной остановки производства при разрушении мембраны, т.к. некоторое время аппарат может работать под защитой только предохранительного клапана.
Схема установки спаренных предохранительных устройств.
1,6- предохранительные клапаны
2,5 -мембраны
3,4 - сблокированные вентили
7,8 - манометры.
Подобная схема установки позволяет заменять сработавшие мембраны или неисправные клапаны без остановки непрерывного технологического процесса. Пропускную способность предохранительного клапана определяют в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации».
Системы подавления взрывов применяют для защиты замкнутых технологических аппаратов, заполненных под небольшим избыточным давлением газо -, пыле - и паровоздушными смесями. При высоких давлениях использование таких систем менее эффективно, т.к. затрудняется доставка с большой скоростью огнетушащего состава к очагу горения.
Принцип действия системы заключается в обнаружении взрыва в начальной стадии его развития высокочувствительными датчиками и быстром введении в защищаемый аппарат (емкостью от 1,0 до 50 м3) распыленного огнетушащего вещества (воды, фреона), прекращающего дальнейший процесс развития взрыва.