Способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов

 

Использование: в противопожарной технике. Сущность изобретения: способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов включает перемещение газов через огнепреграждающий элемент со станционарным слоем катализатора окисления в количестве, обеспечивающем степень превращения окисляемого газа не менее 0,55 при рабочей температуре катализатора. Предварительно определяют скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, а скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, ограничивают пределом W_p <W <W, где W_p - скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления; W_n - скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению; W_b - скорость начала псевдоожижения (скорость витания) частиц катализатора. При использовании зажатого стационарного слоя катализатора скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, ограничивают пределом W_p <W. 1 табл.

Изобретение относится к взрывозащите систем транспортирующих средств, преимущественно к способам предупреждения пламени в газовых трубопроводах.

Известен способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов путем использования огнепреградителей, содержащих насадку с эквивалентным диаметром каналов меньше критического.

Этот способ имеет недостаточную надежность вследствие того, что пламя гасится только при условии прекращения подачи газа в трубопровод. При непрерывной подаче газа в трубопровод в случае возникновения пламени насадка разогревается, теряет пламегасящие свойства, пламя проходит через насадку.

Наиболее близким по совокупности признаков является способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов, в котором гашение пламени при обеспечении непрерывности потоков достигают за счет того, что в качестве пламегасящей насадки используют катализатор окисления в количестве, обеспечивающем степень превращения не менее 0,55 при рабочей температуре катализатора, а при достижении насадкой температуры, равной рабочей температуре катализатора, во встроенный теплообменник подают теплоноситель и прекращают его подачу при достижении насадкой температуры не выше, чем температура начала работы катализатора, причем для ускорения гашения пламени при использовании в качестве пламегасящей насадки стационарного слоя катализатора в объеме слоя устанавливают теплопроводящие элементы.

Известный способ требует дополнительных приемов по поддержанию необходимой температуры катализатора и использует для этого сложную конструкцию огнепреградителя, которая не обеспечивает достаточной его надежности вследствие наличия в огнепреградителе встроенного теплообменника и, соответственно, регулятора расхода теплоносителя, датчика температуры, системы управления потоком теплоносителя, что увеличивает вероятность отказов, сбоев, несрабатываний системы взрывозащиты.

Задачей изобретения является усовершенствование способов взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов путем поддержания соответствующих скоростей подачи газового потока, чтобы обеспечить охлаждение слоя катализатора после гашения пламени, что позволяет исключить из известного способа операции по поддержанию температурного режима работы катализатора путем подачи теплоносителя в теплообменник и соответственно исключить из конструкции огнепреградителя теплообменник, это в свою очередь позволяет упростить конструкцию огнепреграждающего устройства и повысить надежность его работы.

Поставленная задача решается тем, что в способе взрывозищиты при эксплуатации систем транспортировки газов, включающем перемещение газов через огнепреграждающий элемент со стационарным слоем катализатора окисления в количестве, обеспечивающем степень превращения окисляемого газа не менее 0,55 при рабочей температуре катализатора, согласно предлагаемому способу предварительно определяют скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, а скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, для незажатого стационарного слоя катализатора ограничивают пределом W_p <W < W_b, а для зажатого стационарного слоя катализатора ограничивают пределом W_p <W, где W_p-скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления; W_n скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению; W_b скорость начала псевдоожижения (скорость витания) частиц катализатора.

Верхний предел скорости движения газового потока для зажатого стационарного слоя не устанавливается (максимальная скорость не ограничивается).

Поиск, проведенный по источникам научно-технической и патентной информации, показал, что совокупность всех существенных признаков предлагаемого технического решения не известна. Поэтому можно считать, что предлагаемый способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов соответствует требованиям новизны, т. к. он не известен из уровня техники.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что за счет поддержания скорости движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенной к его свободному сечению, в пределах, когда ее величина превышает скорость теплового распространения зоны реакции окисления, но ниже скорости начала псевдоожижения (скорости витания) частиц катализатора, он обеспечивает после гашения пламени снижение температуры насадки до исходной, предшествовавшей воспламенению. Происходит послойное охлаждение стационарного слоя катализатора холодной свежей смесью горючего газа. Локальные объемы слоя выключаются из реакционного объема. В случае использования зажатого стационарного слоя катализатора верхний предел скорости движения газового потока не ограничивают, т. к. в этом случае не будет теплопереноса вследствие отсутствия массообмена в объеме слоя. В результате и в этом и в другом случае не требуются дополнительные операции, связанные с тем, что в прототипе для охлаждения слоя катализатора до температуры, предшествовавшей воспламенению, необходима подача теплоносителя в теплообменник при достижении насадкой температуры, равной рабочей температуре катализатора, и прекращение этой подачи при достижении насадкой температуры, не превышающей температуру насала работы катализатора.

Если скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления превышает скорость газового потока, то как в случае незажатого, так и в случае зажатого стационарного слоя охлаждение слоя не происходит и горючая смесь окисляется в объеме насадки.

В случае, когда скорость газового потока превышает скорость начала псевдоожижения для незажатого стационарного слоя, то вследствие перемешивания частиц катализатора происходит интенсивный теплообмен в объеме слоя, окисление протекает во всем объеме катализатора и снижение температуры не происходит.

Сопостовительный анализ существенных отличительных признаков предлагаемого способа и известных признаков показывает, что существенный отличительный признак, касающийся ограничения скорости газового потока через стационарный слоя катализатора окисления огнепреграждающего устройства при нормальных условиях, отнесенной к его свободному сечению, величиной, превышающей скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и не превышающей скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, применен впервые. Существенный отличительный признак, касающийся ограничения скорости газового потока величиной, превышающей скорость движения зоны реакции для зажатого стационарного слоя, также не известен из известных источников информации и применен впервые. Вся совокупность существенных признаков позволяет получить новый результат при существенном упрощении способа за счет исключения необходимости подачи хладогента для охлаждения катализатора окисления огнепреграждающего устройства, повысить надежность его работы по сравнению с прототипом. Таким образом, можно сделать вывод о том, что предлагаемый способ соответствует требованиям изобретательского уровня.

Доказательством осуществления предлагаемого способа взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов являются приведенные ниже примеры. В качестве транспортируемого газа использовали метановоздушную смесь, содержащую 9,5 об. метана. В качестве насадки использовали катализатор ИК-12-70 фракционного состава 1,5 2,0 мм.

Примеры 1 6. На газораспределительную решетку огнепреградителя, диаметр которого в месте нахождения катализатора 50 мм и высота 900 мм, засыпают катализатор в количестве 250 400 мл. В огнепреградитель при комнатной температуре через газораспределительную решетку со скоростью 0,35 0,57 м/с подают горячую метановоздушную смесь. Предварительно экспериментально определяют величину скорости теплового распространения зоны реакции каталитического окисления как скорость движения газового потока, при которой начинается необратимое охлаждение разогретого до рабочей температуры катализатора и соответственно прекращение каталитической реакции окисления. Для катализатора ИК-12-70 она равна в данных условиях 0,3 м/с. Затем также экспериментально определяют скорость начала псевдоожидания как минимальную скорость движения газового потока в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, при которой наблюдается перемещение частиц слоя катализатора. Она составила 0,6 м/с. Далее горючую метановоздушную смесь поджигают над выходным патрубком огнепреградителя, пропуская поток через нихромовую спираль диаметром 2,5 мм. Возникающее пламя проникает внутрь огнепреградителя и задерживается слоем катализатора. Катализатор разогревается. Входящий газовый поток флегматизируется продуктами гетерогенного каталитического окислителя, что приводит к гашению пламени. Подачу газа не прекращают и в результате слой катализатора охлаждается свежим потоком газа до комнатной температуры. Перемещение частиц слоя катализатора отсутствует. Система возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров 1 6 приведены в таблице.

Примеры 7 11. Способ осуществляют в условиях примеров 1 6, но количество катализатора составляет 100 190 мл, а горючую метановоздушную смесь подают в огнепреградитель со скоростью 0,14 0,28 м/с. Перемешивания слоя частиц слоя катализатора нет. Слой катализатора после гашения пламени не остывает и система не возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров приведены в таблице.

Примеры 12 14. Способ осуществляют в условиях примеров 1 5, но объем катализатора составляет 400 550 мл, в горючую метановоздушную смесь подают в огнепреградитель со скоростью 0,57 0,85 м/с. Происходит перемешивание частиц слоя катализатора. Охлаждение слоя катализатора после гашения пламени не наблюдается. Система не возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров 12 14 приведены в таблице.

Примеры 15 17. Способ осуществляют в условиях примеров 1 6, но слой катализатора зажимают сверху сеткой с размером ячеек 1 мм х 1 мм живым сечением 98 и объем катализатора составляет 460 650 мл, а скорость подачи горючей метановоздушной смеси 0,7 0,92 м/с. После гашения пламени слой катализатора охлаждается. Система возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров 15 17 приведены в таблице.

В примерах 1 6 скорость движения газового потока горячей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, превышает скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления. Поэтому после гашения пламени продуктами флегматизации каталитической реакции окисления вследствие отсутствия перемещения частиц слоя катализатора и охлаждения слоя катализатора свежим потоком газа температура слоя снижается до температуры, предшествующей поджиганию смеси, т. е. до комнатной.

В примерах 7 11 скорость движения газового потока горючей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, меньше скорости теплового распространения зоны реакции каталитического окисления. Поэтому после гашения пламени продуктами флегматизации каталитической реакции окисления, несмотря на отсутствие перемешивания частиц катализатора, вследствие недостаточного охлаждения слой катализатора не остывает.

В примерах 12 14 скорость движения газового потока горючей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, больше, чем скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления, и превышает скорость начала охлаждения слоя катализатора. Поэтому охлаждения слоя катализатора не наблюдается: из-за перемешивания частиц катализатора градиент температур по объему слоя незначителен.

В примерах 15 17 скорость движения газового потока горючей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, превышает скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и не имеет ограничения по верхнему пределу. Но вследствие отсутствия массопереноса отсутствует и теплоперенос частицами катализатора, т. к. слой катализатора охлаждается после гашения пламени.

Таким образом, примеры 1 6 и 15 17 показывают возможность достижения технического результата при использовании предлагаемой совокупности существенных признаков. При этом гашения пламени и прекращения гетерогенно-каталитической реакции (охлаждение слоя катализатора) достигают без использования теплоносителя, а только за счет поддержания определенных величин скоростей движения газового потока (W_n), теплового распространения зоны реакции (W_p) и начала псевдоожижения частиц катализатора (W_b). Следовательно, предлагаемый способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов соответствует требованиям промышленной применимости.

Формула изобретения

Способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов, включающий перемещение газов через огнепреграждающий элемент со стационарным слоем катализатора окисления в количестве, обеспечивающем степень превращения не менее 0,55 при рабочей температуре катализатора, отличающийся тем, что предварительно определяют скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, причем скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, ограничивают, при этом для незажатого стационарного слоя катализатора в пределах W_р < W_п < W_в, а для зажатого стационарного слоя катализатора в пределах W_р < W_п, где W_р скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления; W_п скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению; W_в скорость начала псевдоожижения (скорость витания) частиц катализатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1