Расчет и обоснование безопасной работы топочного устройства (стр. 6 )

- низшая теплота сгорания горючего газа, кДж/нм3.

Зная энергию взрыва, можно рассчитать ориентировочную мощность взрыва N по формуле, кВт:

, (19)

где - продолжительность времени, в течение которого происходит взрыв, с. Для расчетов приближенно 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 и 5.

В наружном ограждении топочного устройства делается окно, куда крепится короб 7 клапана, как показано на рис. 4. Короб на конце имеет фланец 2, на который накладывается крупноячеистая металлическая сетка 3 с ячейками 40х40 или 50х50 мм и асбестовая мембрана 1 толщиной 2–3 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.

1 2 3 4 5 6 7 2 3 1 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, 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 при отлете 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, толщина которого должна быть обоснована расчетом. Асбестовый лист 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 круглой, квадратной или прямоугольной. Наиболее оптимальной считается круглая форма взрывного предохранительного клапана, т. к. в этом случае для разрыва мембраны требуется наименьшее давление. Однако технологически сделать в топочной камере не всегда целесообразно, поэтому обычно устанавливают клапаны квадратной или прямоугольной формы.

Подробно с конструкциями взрывных предохранительных клапанов можно ознакомиться в учебной литературе [1,5].

Устанавливают клапаны на перекрытиях и стенах топочного устройства и газоходов. Наиболее целесообразно устанавливать взрывные клапаны в верхней части топки. При этом используется клапан, изображенный на рис. 4. При взрыве образовавшиеся газы, проходя через клапан, разрушают асбестовую мембрану, и по газоходу выводятся вверх в окружающую среду. 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 вверх или в сторону (рис. 5). Устанавливается такой клапан на вертикальных стенках топочной камеры.

 

1 2 3 Отвод

газов

4

Расчет и подбор предохранительных взрывных клапанов для топочных устройств должна выполнять проектная организация, в соответствии с действующими нормативными документами [4,7]. Для учебных целей студенты выполняют расчет предохранительных клапанов для топочного устройства исходя из условия – на каждый 1 м3 внутреннего замкнутого газового объема топки необходимо предусматривать 0,025 м2 площади клапана. Исходя из этого условия рассчитывается необходимая суммарная площадь взрывных предохранительных клапанов , м2,

, (20)

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

Так как тепловая мощность топочной камеры в заданиях не слишком высока, то при подборе взрывных предохранительных клапанов следует учитывать, что минимальная площадь каждого взрывного клапана для оптимальных условий его срабатывания должна быть не менее 0,05 м2. Максимальная площадь взрывного предохранительного клапана не может превышать 0,63 м2 и размерами не более 0,9х0,7 м. Это связано с тем, что асбестовые листы толщиной от 2 до 10 мм поставляются в промышленности размерами 1000х800 мм. Учитывая, что листы в предохранительном клапане необходимо еще закрепить фланцем 8 (рис. 4), то на это с каждой стороны асбестового листа можно использовать по 50 мм.

По форме взрывной предохранительный клапан может быть выбран квадратным, прямоугольным или круглым. Только после этого определяют размеры клапана. Эти размеры подбираются с учетом вышеописанных ограничений, и они должны быть удобны для технологического изготовления клапана. При получении в расчетах условия, что < 0,05, то к установке должен быть принят клапан площадью не менее 0,05 м2. Если расчеты показали, что суммарная площадь получилась слишком большой для одного клапана и превышает 0,63 м2, то к установке могут быть приняты два или более клапанов, с учетом вышеназванных ограничений по максимальной единичной площади и размеров каждого клапана. Число, форму и размеры клапанов студент выбирает сам, исходя из полученных расчетов. При этом необходимо учитывать следующие рекомендации:

– нельзя устанавливать клапаны в углах топочной камеры;

– все устанавливаемые клапаны должны быть однотипными и одинаковыми по размерам;

– необходимо стремиться, чтобы число клапанов было минимально.

Определив число клапанов и их размеры, студент должен нарисовать эскиз принятого им взрывного предохранительного клапана в масштабе с указанием размеров. При выборе клапана студент должен учитывать, что если он ставит клапан на вертикальной стенке топочной камеры, то необходимо учесть, куда пойдут продукты взрыва. При этом они не должны травмировать обслуживающий персонал.

После определения числа клапанов и их размеров студент должен нарисовать эскиз топки в масштабе. На нем необходимо показать места для установки на фронтальной стене горелок, на других стенках места установки взрывных предохранительных клапанов, а на задней стене – место для выхода продуктов сгорания. Все это должно быть выполнено с указанием базовых размеров.

После написания пояснительной записки и проверки ее преподавателем, студент должен познакомиться с вопросами, которые наиболее часто задаются при защите курсовой работы, и быть готовым к ответам на них. Вопросы приведены в прил. 5. От качества выполненной курсовой работы и ответов на вопросы зависит оценка, которую получит студент при защите.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Карауш горения и взрыва : учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / . – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 208 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.