Расчет и обоснование безопасной работы топочного устройства (стр. 3 )

, (15)

где - масса горючего газа в газовоздушной смеси, кг.

Принимая, что объем газа, поданного в топочную камеру до взрыва, составляет , то его массу можно определить по формуле, кг:

, (16)

где − плотность газа, подаваемого в топку, кг/м3,

; (17)

− плотность газа при нормальных условиях (прил. 2), кг/нм3.

Мощность взрыва N можно рассчитать по формуле, кВт:

, (18)

где - продолжительность времени, в течение которого происходит взрыв, с. Для расчетов можно принять = 0,1 с.

8. ПРЕДОХРАНЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ВЗРЫВОВ

Как было отмечено ранее, в топочных устройствах может образоваться взрывоопасная газовоздушная смесь, которая при наличии источника воспламенения (нагретые поверхности, поджигающее устройство и т. п.) может взорваться и привести к разрушению оборудования. Для предотвращения разрушения элементов топочных устройств от возможных взрывов на производстве устанавливают предохранительные взрывные клапаны, которые должны срабатывать при давлении меньше значения давления, приводящего к разрушению конструкций установки. Такие клапаны обеспечивают своевременный сброс продуктов сгорания с повышенным давлением из мест взрыва в окружающую среду. На производстве широкое распространение получили предохранительные взрывные клапаны трех видов: разрывные, откидные и сбросные. Принципиальное устройство клапана разрывного типа показано на рис. 4.

В наружном ограждении топочного устройства делается окно, куда крепится короб 7 клапана. Короб на конце имеет фланец 2, на который накладывается крупноячеистая металлическая сетка 3 с ячейками 40х40 или 50х50 мм и асбестовая мембрана 1 толщиной от 2 до 3 мм. Все это затем прижимается накладным фланцем 8. Асбестовый лист такой толщины не пропускает дымовые газы наружу при эксплуатации топочного устройства и выдерживает давление, создаваемое дымовыми газами. Однако он непрочен и при воздействии на него динамических нагрузок от взрыва легко разрушается. Асбестовый лист может длительно работать при температурах газов до 500 оС, кратковременно – до 700 оС, что необходимо учитывать при установке таких взрывных клапанов. Поэтому клапаны устанавливают таким образом, чтобы они не подвергались прямому тепловому воздействию факела.

3 8

Рис. 4. Принципиальная схема предохранительного взрывного клапана (разрывного типа): 1 - асбестовая разрушающаяся мембрана; 2, 8 - фланцы; 3 - металлическая крупноячеистая сетка; 4 - огнеупорный слой; 5 - теплоизоляционный слой; 6 - упорный уголок; 7 - короб

 

При взрыве, а также в период эксплуатации, асбестовые мембраны иногда выходят из строя, однако они достаточно просто заменяются новыми.

Взрывной предохранительный клапан откидного или сбросного типа представляет собой плиту, висящую на вертикальной или лежащую на горизонтальной стенке топочной камеры или газохода. Первый тип клапана закреплен с одной стороны на шарнире. При взрыве плита поворачивается вокруг оси и дает возможность свободному выходу дымовых газов, образовавшихся при взрыве. При втором типе клапан просто лежит в «седле» и при взрыве отбрасывается в сторону. Чтобы клапан не нанес травм обслуживающему персоналу или не привел к разрушению оборудования, он закреплен на коротком металлическом тросе. Масса клапанов должна быть достаточной для плотного прилегания к корпусу. Изготавливают клапаны из асбестового листа толщиной от 8 до 10 мм, который укладывают на металлическую сетку и окантовывают металлическим уголком. При установке клапан обычно герметизируют по периметру огнеупорной замазкой или огнеупорной глиной.

Форма взрывных клапанов должна быть квадратной или круглой, т. к. в этом случае для разрыва мембраны требуется наименьшее давление.

Подробно с конструкциями взрывных предохранительных клапанов можно ознакомиться в справочной литературе [4].

Устанавливают клапаны на перекрытиях и стенах топочного устройства и газоходов. Наиболее целесообразно устанавливать взрывные клапаны в верхней части топки. При этом место установки клапана увязывают с зонами наиболее вероятного скопления горючих газов, так называемыми зонами образования «газовых мешков». Располагают клапаны так, чтобы взрывной волной не был поражен обслуживающий персонал. Если же установить клапан таким образом нельзя, то на клапан устанавливается защитный короб, прочно прикрепленный к конструкциям топочного устройства. Такой короб позволит отвести взрывной выхлоп в сторону (рис. 5).

 

1 2 3 Отвод

газов

4

Расчет и подбор предохранительных взрывных клапанов выполняется в соответствии с имеющимися нормативными документами [6,7]. По нормативам на каждый 1 м3 внутреннего замкнутого газового объема, где может произойти образование взрывоопасной газовоздушной смеси с дальнейшим ее взрывом, необходимо предусматривать 0,025 м2 площади клапана. Исходя из этого условия рассчитывается необходимая суммарная площадь взрывных предохранительных клапанов , м2,

, (19)

где – внутренний замкнутый объем, где может произойти взрыв, м3. В нашем случае это объем топки .

При подборе взрывных предохранительных клапанов следует учитывать, что площадь каждого взрывного клапана для оптимальных условий его срабатывания должна быть не менее 0,05 м2. По форме он должен быть квадратным или круглым, с четом чего определяют размеры клапана. Эти размеры должны быть удобны для технологического изготовления клапана. При получении в расчетах условия, что <, к установке должен быть принят клапан площадью не менее 0,05 м2. Если расчеты показали, что суммарная площадь получилась слишком большой для одного клапана, то к установке могут быть приняты два или более клапанов, с учетом выше названного ограничения по минимальной единичной площади каждого клапана.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Карауш, процессов горения и взрывов [текст] : учебное пособие / . – Томск : Изд-во Томск. гос. архит.-строит. ун-та, 2008. – 278 с.

2. ГОСТ 7.32−2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

3. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографичес-кое описание. - М. : Изд-во стандартов, 2004. – 48 с.

4. Роддатис, по котельным установкам малой производительности / , ; под ред. . - М. : Энергоатомиздат, 19с.

5. Стаскевич, по газоснабжению и использованию газа / , , . - Л. : Недра, 19с.

6. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. – С.-Пб.: Изд-во «Деан», 2000. – 224 с.

7. СНиП II-35-76*. Котельные установки. –М. : ГУП ЦПП Госстроя России, 1997. – 49 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Образец индивидуального задания

Факультет ________________________________________________________

Кафедра __________________________________________________________

Направление подготовки _280700 – «Техносферная безопасность»

профиль___________________________________________________________

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

_Теория горения и взрыва_

Студенту _________________________________________________________

(Ф. И.О.) (курс, группа)

1. Тема работы _Расчет и обоснование безопасной работы топочного устройства______________________________________________________

2. Исходные данные:

2.1. Газовое топливо (газопровод)_________________________________

2.2. Тепловая мощность топочного устройства______________________

2.3. Размеры топочного устройства_______________________________

2.4. Температура газового топлива________________________________

2.5. КПД топочного устройства__________________________________

3. Содержание проекта (работы): выбор характеристик газового топлива; расчет расхода газового топлива и подбор горелки; расчет процесса горения топлива; определение максимальной скорости распространения пламени; определение концентрационных пределов воспламенения газовоздушной смеси; обоснование времени работы горелки при нештатной ситуации (погасание пламени) до достижения НКПР воспламенения газовоздушной смеси; расчет энергия и мощности взрыва газовоздушной смеси в топочном устройстве при нештатной ситуации; обоснование и установка взрывных предохранительных клапанов_в топочном устройстве; выводы по работе.

4. Сроки проектирования ____________________________________________

Руководитель работы _____________________________ (подпись)

Задание к выполнению принял студент _______________ (подпись)

Дата выдачи задания «_____» ______________ 20__ г.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ОБРАЗЕЦ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА

Факультет _______________________________________________________

Кафедра __________________________________________________________

Направление подготовки 280700 – «Техносферная безопасность»

профиль __________________________________________________________

КУРСОВАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ: Расчет и обоснование безопасной работы топочного устройства

Исполнитель студент _______________ курса, группа __________________

________________________________________________________________

(Фамилия, имя отчество)

Руководитель работы _______________________________________________

(Должность, звание) (Фамилия, имя, отчество)

К защите Защитил(а) с оценкой

________________________ _______________________

«____»_____________ _20____ г. «____» ________ _20__ г.

___________________________ ____________________________

(Подпись) (Подпись)

Томск 20_____

Приложение 3

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ [3]

Газопровод	Состав газа по объему, %	, кДж/нм3	кг/нм3
Брянск-Москва	92,8	3,9	1,1	0,4	0,1	1,6	0,1	37310	0,775
Бухара-Урал	94,2	2,5	0,4	0,2	0,1	2,6	–	36170	0,752
Газли-Коган	95,4	2,6	0,3	0,2	0,2	1,1	0,2	36590	0,750
Газли-Ташкент	94,0	2,8	0,4	0,3	0,1	2,0	0,4	36260	0,751
Гоголево-Полтава	85,8	0,2	0,1	0,1	–	13,7	0,1	30980	0,789
Дашава-Киев	98,9	0,3	0,1	0,1	–	0,4	0,2	35880	0,712
Джаркак-Ташкент	95,5	2,7	0,4	0,2	0,1	1,0	0,1	36680	0,748
Карабулак-Грозный	68,5	14,5	7,6	3,5	1,0	3,5	1,4	45850	1,036
Карадаг-Ереван	93,9	3,1	1,1	0,3	0,1	1,3	0,2	37090	0,766
Коробки-Волгоград	93,2	1,9	0,8	0,3	0,1	3,0	0,7	35840	0,766
Коробки-Камышин	81,5	8,0	4,0	2,3	0,5	3,2	0,5	41450	0,901
Кумертау-Магнитогорск	81,7	5,3	2,9	0,9	0,3	8,8	0,1	36800	0,858
Линево-Вольск	93,2	2,6	1,2	0,7	–	2,0	0,3	37010	0,782
Оренбург-Совхозное	91,4	4,1	1,9	0,6	–	0,2	0,7	38020	0,883
Первомайск-Сторожевка	62,4	3,6	2,6	0,9	0,2	30,2	0,1	28300	0,952
Промысловка-Астрахань	97,1	0,3	0,1	–	–	2,4	0,1	35040	0,733
Рудки-Минск	95,6	0,7	0,4	0,2	0,2	2,8	0,1	35500	0,740
Саратов-Горький	91,9	2,1	1,3	0,4	0,1	3,0	1,2	36130	0,786