При взрывах пыле- и газовоздушных смесей

Эксплуатация различных огнетехнических, теплосиловых и технологических установок (топок, печей, сушилок, котлов, нефтеперерабатывающего оборудования и т.п.), где имеется возможность образования взрывоопасной смеси, связана с высокой опасностью воспламенения и взрыва этой смеси. Безопасная эксплуатация такого оборудования, зданий и сооружений обслуживающим персоналом определяется правильностью расчетов систем безопасности уже на стадии проектирования.

Для предотвращения разрушения элементов котлов и технологического оборудования при возможных взрывах газо- и пылевоздушных смесей необходимо устанавливать взрывные предохранительные клапаны, которые должны срабатывать при давлениях меньше значений давлений, приводящих к разрушению конструкций. Эти клапаны обеспечивают своевременный сброс давления продуктов сгорания из мест взрыва в окружающую среду. Распространение получили взрывные предохранительные клапаны разрывного, откидного и сбросного типов.

Широкое применение в котлах и технологическом оборудовании получили клапаны разрывного типа. Принципиальное устройство клапана показано на рис. 7.1. В ограждении, например, котла делается окно, куда крепится короб 7 клапана. Короб на конце имеет фланец 2, на который накладывается крупноячеистая металлическая сетка (40х40 или 50х50 мм) 3 и асбестовая мембрана 1 толщиной 2…3 мм. Все это прижимается накладным фланцем 8. Асбестовый лист такой толщины не пропускает дымовые газы наружу при эксплуатации котла и выдерживает давление, создаваемое дымовыми газами.

Такой лист не прочен и при воздействии на него динамических нагрузок легко разрушается при взрыве газов. Асбестовый лист может длительно работать при температурах газов 500 ^оС, кратковременно – при 700 ^оС, что необходимо учитывать при установке взрывных клапанов. Поэтому взрывные предохранительные клапаны устанавливают таким образом, чтобы они не подвергались прямому тепловому воздействию факела.

1 2 3 4 5 6 7 2 3 1 8

Рис. 7.1. Взрывной предохранительный клапан (разрывного типа):

1 - асбестовая разрушающаяся мембрана; 2, 8 - фланцы; 3 - металлическая

крупноячеистая сетка; 4 - огнеупорный слой стены; 5 - теплоизоляционный слой стены; 6 - упорный уголок; 7 - металлический короб

Для предохранения технологического оборудования от разрушения при взрывах используют откидные клапаны (рис. 7.2, а), которые представляют собой плиту, находящуюся на вертикальной или горизонтальной стенке в наклонном положении, закрепленную с одной стороны на оси клапана.

При взрыве клапан поворачивается вокруг оси и дает возможность свободного выхода газов, образовавшихся при взрыве. Масса клапана должна быть достаточной для обеспечения плотного его прилегания к корпусу. Сам откидной клапан представляет собой плоскую конструкцию, изготовленную из асбестового листа толщиной 8…10 мм, уложенного на металлическую сетку. Все это закреплено с двух сторон фланцами. Для герметизации клапан обмазывают огнеупорной замазкой (огнеупорной глиной).

Рис. 7.2. Принципиальная конструкция взрывного предохранительного

клапана: а – откидного типа; б – сбросного типа;

1 – ограждающая конструкция топочного устройства; 2 - клапан;

3 - ось; 4 - трос

Сбросные клапаны (рис. 7.2, б) представляют собой плиту, конструктивно похожую на откидной клапан, укладываемую горизонтально, которая при работе оборудования под своей тяжестью плотно лежит в «седле» клапана. При взрыве она отбрасывается в сторону. Для того, чтобы при отлете клапан не нанес вреда и не поранил обслуживающий персонал, он прикрепляется с помощью троса к какому-нибудь основанию, что позволяет ограничить расстояние отлета клапана. Изготавливают такие клапаны из асбестового листа толщиной 8…10 мм и укладывают на металлическую сетку. Для герметизации их обмазывают огнеупорной замазкой.

Устанавливают клапаны на перекрытиях и стенах топок и газоходов. Наиболее целесообразно устанавливать взрывные клапаны в верхней части топочной камеры или газохода для той части объема, где возможны взрывы. Место установки клапанов увязывают с зонами наиболее вероятного скопления утечек газов и паров, зонами образования газовых мешков.

1 2 3 Отвод

газов

Располагают клапаны так, чтобы при срабатывании взрывной волной не был поражен обслуживающий персонал. Если же установить клапан таким образом нельзя, необходимо после клапана иметь защитный короб или козырек, прочно прикрепленный к основным конструкциям оборудования, отводящий взрывной выхлоп в сторону (рис. 7.3). Форма взрывных предохранительных клапанов должна быть квадратной или круглой, т.к. в этом случае для разрыва мембраны требуется наименьшее давление.

В топках котлов, работающих на газовом, жидком и палевидном топливе, и на дымоходах от них в соответствии с требованиями нормативных документов [45-47] следует предусматривать взрывные предохранительные клапаны.

Для паровых котлов с давлением пара свыше 0,07 МПа и водогрейных котлов с температурой воды выше 115 °С взрывные клапаны следует предусматривать в соответствии с требованиями, приведенными в [46].

Расчет и подбор взрывных предохранительных клапанов должен выполняться в соответствии с действующими нормативными документами [45-47], исходя из условия, что на 1 м³ внутреннего объема топки или газоходов необходимо не менее 0,025 м² площади клапана. При этом должны быть выполнены требования:

- для котлов паропроизводительностью до 10 т/ч площадь поверхности клапана должна быть не менее 0,15 м²;

- для котлов паропроизводительностью от 10 до 60 т/ч над топкой должны быть установлены взрывные клапаны общей площадью поверхности не менее 0,2 м², на газоходах – не менее двух клапанов с минимальной суммарной площадью поверхности 0,4 м².

При расчете площади взрывных предохранительных клапанов для технологического оборудования следует принимать площадь одного взрывного клапана не менее 0,05 м².

Необходимость установки взрывных клапанов на промышленных печах и дымоходах от них, а также места установки взрывных клапанов и их число следует определять нормами технологического проектирования, а при отсутствии указанных норм - документами проектной организации.

Взрывы газо- и пылевоздушных смесей могут происходить внутри зданий и сооружений. Для предотвращения разрушений от взрывов здания и сооружения должны иметь легко сбрасываемые конструкции или легко разрушаемые ограждающие конструкции: оконные переплеты, специально изготовленные проемы, двери, открывающиеся наружу, и т.п.

В соответствии с требованиями нормативного документа [46] наружные ограждающие конструкции наземной части топливоподачи для топлива с выходом летучих веществ на горючую массу 20% и более (разгрузочных устройств, дробильных отделений, транспортерных галерей, узлов пересыпки, надбункерных галерей) следует проектировать исходя из того, что площадь легкосбрасываемых конструкций должна быть не менее 0,03 м² на 1 м³ объема помещения.

Для зданий и сооружений, где может произойти взрыв, а также в индивидуальных котельных, работающих на жидком и газообразном топливе, следует предусматривать легкосбрасываемые ограждающие конструкции из расчета 0,03 м² на 1 м³ объема помещения.

Пример 1. Рассчитать минимальную площадь взрывного предохранительного клапана, устанавливаемого в топке парового котла, работающего на газообразном топливе. Объем топки составляет 5 м³. Определить число и площадь устанавливаемых предохранительных взрывных клапанов.

Решение. Минимальную площадь взрывных предохранительных клапанов для котла паропроизводительностью до 10 т/ч можно рассчитать из условия, что на 1 м³ внутреннего объема топки или газоходов необходимо не менее 0,025 м² площади клапана, м²

Учитывая, что площадь поверхности каждого клапана должна быть не менее 0,15 м², принимаем к установке один клапан общей площадью 0,15 м².