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 40оС, тиск в лінії 0,3 МПа.
Розв’язування:
Запишемо реакцію горіння пропану:
C3H8 + 5(O2 + 3.76N2)=3CO2 + 4H2O + 5(3.76N2) + Q.
Визначаємо концентрацію пропану у вихідній суміші стехіометричного складу:
об.частки або 4% об.
З таблиці 2 (дод.) знаходимо відповідно коефіцієнти теплопровідності пропану та повітря:
λr =1.9∙10-2 Вт/м∙К
λn =2.59∙10-2 Вт/м∙К
Визначаємо коефіцієнт теплопровідності газоповітряної суміші:
λ = 0.040∙1.9∙10-2+(1- 0.040) ∙2.59∙10-2 Вт/м∙К
Знаходимо питому теплоємність пропаноповітряної суміші:
Ср = 0.04∙1667 + (1 – 0.04) ∙1005= 1031 Дж/кг∙К,
де Срг =1667 Дж/кг∙К – питома теплоємність пропану (табл.2. дод.);
Срп =1005 Дж/кг∙К – питома теплоємність повітря.
Розраховуємо питому газову сталу горючої пропаноповітряної суміші:
,
Дж/кг∙К
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:
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: φг - концентрація горючого компонента в початковій суміші стехіометричного складу, об’ємні частки;
mi - кількість молей і-того компонента суміші;
n – кількість компонентів у суміші;
φn - 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 nC, nH, nX, nO – відповідно число атомів в молекулі горючого вуглецю, водню, галоїдів і кисню.
В цьому випадку
.
Визначають питому газову сталу початкової суміші R, її питому теплоємність Cp, коефіцієнт теплопровідності λ (аналогічно завданню 1, табл.3 дод.) і знаходимо нормальну швидкість розповсюдження полум’я uн (табл.1. дод.).
Визначають критичний діаметр каналів у шарі гранул (гравію):
,
де: R – питома газова стала початкової суміші, [Дж/кг ∙К] ;
tp - температура початкової суміші, [оC];
λ - коефіцієнт теплопровідності початкової суміші, [Вт/м ∙К];
uн - нормальна швидкість розповсюдження полум’я, [м/с];
cр - питома теплоємність початкової суміші, [Дж/кг ∙К];
Рр - тиск початкової суміші, [Па].
Визначають фактичний діаметр каналів у шарі гранул d:
d = δкр / кб,
де кб – коефіцієнт безпеки , приймають кб≥2.
Визначають діаметр гранул (гравію) насадки вогнеперешкоджувача dгр.
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 |
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.
Визначають густину початкової суміші при робочій температурі ρt (кг/м3) за формулою:
де φі - концентрація компонентів в суміші, об. частки
Вибирають в’язкість компонентів горючої суміші при робочій температурі горючої речовини з табл.4. додатку 4.
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 Мп = 28,96 кг/кмоль;
μг - коефіцієнт динамічної в’язкості пари;
μn - коефіцієнт динамічної в’язкості повітря.
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.
Подальші розрахунки проводяться з використанням методу послідовних наближень, для чого задаються значенням фіктивної швидкості ωф, яку приймають в межах ωф=0,2-1,5 м/с.
Визначають число Рейнольдса для газового потоку в пористому прошарку гранул: .
Визначають коефіцієнт гідравлічного опору шару гранул λг в гравійному вогнеперешкоджувачі в залежності від значення числа Re:
Re ≤ 40 λг=140/Re
Re > 40 λг=16/Re0,2
Визначають еквівалентний діаметр вогнегасних каналів у шарі гранул:
de= 4ε / S, м.
Приймають висоту шару гранул у вогнеперешкоджувачі:
Н= (40 …50)dг, м.
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.
Визначають похибку при виборі фіктивної швидкості:
.
Якщо похибка не перевищує 5 % вважають значення ωф правдивим і продовжують розрахунки.
Якщо, θω ≥ 5%, то задаються новим значенням фіктивної швидкості:
при ωф > ωф' ωф'’ ≈0.9 ω',
при ωф < ωф' ωф'’ ≈ 1.1 ω'.
та повторюють розрахунки, починаючи з п.12, доки похибка при визначенні фіктивної швидкості не зменшиться до величини θω < 5%.
Визначають діаметр корпусу вогнеперешкоджувача як найбільшу величину з наступних двох значень:
,
де: Q- витрати горючої суміші трубопроводу, що захищається, м3/с.
Визначають дійсну швидкість газової суміші в вогнеперешкоджувачі:
ω = ωф / ε.
20. Перевіряють втрати напору в шарі гранул вогнеперешкоджувача:
.
Визначають помилку при розрахунку втрат напору: .
При θω < 5% розрахунки вважають закінченими.
При θω > 5% розрахунки повторюють з пункту 16, прийнявши нове значення:
.
Результати розрахунку параметрів вогнеперешкоджувача (технічна характеристика):
- горюча речовина;
- критичний діаметр каналів dкр, [м];
- діаметр гранул dгр, [м];
- висота шару гранул Н, [м];
- діаметр корпусу вогнеперешкоджувача D, [м];
- опір шару насадки ∆Р, [Па].
Додаток 3