Вопрос 1. Способы защиты аппаратов от разрушения при взрыве.

Масштабы возможных разрушений при взрыве аппарата зависят от многих факторов, основными из которых являются химические свойства вещества, концентрация его в смеси с воздухом, объем аппарата, давление и температура смеси до взрыва.

Характерным признаком взрыва является быстрое нарастание давления в аппарате. Так, при горении паро- и газовоздушных стехиометрических смесей (без явления детонации) давление в сосудах по сравнению с начальным возрастает в 8— 10 раз, а при горении вылевоздушных смесей — в 4—6 раз. Давление при взрыве паро- и газовоздушных смесей можно рассчитать по следующей формуле:

взять из справочников, но можно и вычислить, исходя из теплоты горения Q_B, весового состава продуктов горения 2<3, и их теплоемкости С, - т. е.

При разрушении аппарата газообразные продукты взрыва адиабатически расширяются (от давления Р_врз до давления окружающей среды Рокр), производя при этом работу

где А — работа при адиабатическом расширении газов, кГм;

V — -свободный объем аппарата, м³. Соответственно мощность при взрыве -V равна:

где τ — длительность горения смеси при взрыве, сек.

Длительность горения смеси при взрыве, т. е. время достижения максимального давления, зависит от скорости горения смеси и объема аппарата, в котором происходит взрыв. Для аппаратов и емкостей сравнительно небольшого объема длительность взрыва газо- и паровоздушных смесей находится в пределах 0,05—0,3 сек, а пылевоздушных смесей 0,25—0,8 сек. Как известно, изменение давления во времени при взрыве данной смеси в аппаратах различного объема подчиняется следующей закономерности:

Эта зависимость может быть использована для определения длительности взрыва в искомом аппарате, если имеются данные о длительности взрыва той же смеси в аппарате другого объема, т. е.

где τ₁ и τ₂ ~ длительность взрыва в первом и втором аппаратах, сек;

V₁ к V₂ — свободный объем первого и второго аппаратов, м³.

Для защиты аппаратов от разрушения при взрыве необходимо создать условия для своевременного стравливания из них образующихся продуктов горения.

Стравливание продуктов взрыва производят так, чтобы в аппарате не образовалось давление выше установленной величины.

Устройство для стравливания избыточного давления, образующегося при взрыве, принципиально отличается от обычных предохранительных клапанов, которые предназначены для защиты от повышенного давления, образующегося при нарушении технологического режима без взрыва. В последнем случае давление нарастает сравнительно медленно, предохранительный клапан успевает сработать и отвести избыток газов из аппарата.

При взрыве давление нарастает очень быстро, следовательно так же быстро надо отводить газы. Чтобы давление при взрыве не было выше тех величин, на которые рассчитаны стенки аппарата, применяют взрывные

предохранительные клапаны мембранного типа или взрывные клапаны в виде откидных дверец. Наиболее широко применяют взрывные мембранные клапаны. Ими защищают аппараты рекуперационных установок, аппараты производств, связанных с приготовле­нием пылевидного топлива и порошковой продукции, ацетиленовые генераторы и ацетиленопроводы, ксантогенаторы, электрофильтры для улавливания горючих пылей и очистки горючих газов и другие опасные по взрыву аппараты, емкости и трубопроводы.

Откидными клапанами - защищают радиантные камеры печей, газогенераторы и т. п.

Мембраны устанавливают на аппаратах и трубопроводах с учетом наиболее вероятного направления распространения взрывной волны. Исходя из характера разрушения, мембраны разделяются па следующие виды: разрывные, срезные, ломающиеся, выщелкивающие, отрывные.

Разрывные мембранные клапаны представляют собой тонкие пластинки чаще всего круглой формы, выполненные из меди, алюминия, мягкой жести, асбеста и пластмасс.

На рисунке показано несколько видов разрывных предохранительных мембран. Предварительно выгнутые мембраны по сравнению с плоскими более чувствительны (т. е. имеют наибольшую точность срабатывания), удобны в монтаже и эксплуатации.

В некоторых случаях для снижения разрывного давления на мембранах делают канавки или риски (продольные, пересекающиеся или кольцевые).

У аппаратов и трубопроводов, работающих под разрежением, для защиты мембран от повреждения при нормальной эксплуатации устанавливают опоры в виде сеток или пластин с отверстиями, как показано на рисунке ниже. Срезные мембраны имеют ту же область применения, что и разрывные; их отличие заключается в том, что при срабатывании мембрана не разрывается, а срезается по периметру прижимного фланца.

Для изготовления ломающихся мембран применяют хрупкие материалы, например чугун, стекло или графит. Такие мембраны обладают большой чувствительностью, особенно к нагрузкам динамического характера.

Когда обычные мембраны (разрывные, срезные) получаются по расчету очень тонкими и ненадежными, то вместо них можно применить выщелкивающие мембраны. Выщелкивающая мембрана имеет выпуклую форму и крепится к кольцу (рис. 18.3) с помощью мягкого припоя или замазки.

Кольцо устанавливают во фланцевом соединении. При взрыве в аппа­рате выщелкивающая мембрана выбивается из гнезд, освобождая полностью проходное сечение патрубка.

Если рабочее давление в аппаратах очень высокое (при производстве этилового спирта методом прямой гидратации этилена давление в реакторе 80 атм, при производстве полиэтилена высокого давления — 1500 атм и т. д.), вместо клапанов с обычными мембранами применяют отрывные клапаны, устройство которых показано на рисунке. Под действием взрывного давления мембраны отрываются по ослабленному сечению и открывают выход продуктам горения.

На рисунке 18.5 показан предохранительный клапан откидного типа, применяемый для защиты печей и топок котлов. Обычно дверца клапана закрыта и, прижимаясь к раме под действием собственного веса и 'Противовеса, изолирует аппарат от окружающей среды. Выпустив при взрыве избыток газов, дверца снова закрывается. Такой клапан не может Обеспечить хорошую герметичность. При длительной эксплуатации наблюдается иногда «пригорание» клапана.

Для того чтобы обеспечить хорошую герметичность аппаратов с горючими ларами и газами до срабатывания клапана и не допустить выпуск горючего пара или газа после стравливания избыточного давления при взрыве, применяют комбинированную конструкцию, состоящую из мембраны и откидного клапана, как показано на рисунке 18.6.

При наличии исправной мембраны откидной клапан приподнят и закреплен распоркой. В момент срабатывания мембраны распорка падает, освобождая откидной клапан, который после снижения давления закрывает отверстие клапана.

Вывод по вопросу.

Предохранительный клапан - устройство для стравливания избыточного давления, образующегося при взрыве, который предназначен для защиты от повышенного давления, образующегося при нарушении технологического режима без взрыва.