Рис. Огнепреградители

Сухие огнепреградители — защитные устройства на трубопроводах, которые свободно пропускают поток газов через твердую огнезащитную насадку, но задерживают (гасят) пламя. Их защитное действие основано на явлении гашения пламени в узких каналах.

Эффект гашения пламени в узких каналах известен с 1815 г., когда его открыл Гемфри Дэви — изобретатель безопасной рудничной лампы. Дэви установил, что пламя метано-воздушной смеси не проходит через трубку диаметром 3,63 мм и что металлическая трубка более эффективна, чем стеклянная. Позже {в 1883 г.) французские ученые Мёлляр и Ле Шателье установили независимость процесса гашения от материала огнепреградителя.

Уменьшение размера (диаметра) канала, в котором происходит горение газовой смеси, ведет к увеличению удельных теплопотерь в сравнении с тепловыделениями, приходящимися на объем горящей смеси, понижению температуры горения в зоне реакции, снижению скорости реакции и уменьшению скорости распространения пламени. Когда потери тепла из зоны горения достигают определенной критической величины, температура горения и скорость реакции настолько уменьшаются, что дальнейшее распространение горения смеси в узком канале становится невозможным. Именно такие условия и создаются в огнепреградителе.

Огнепреградители могут быть в виде сеток или насадок. Насадки из гранулированных тел (шариков, колец, гравия и т. п.) или волокон (стеклянной ваты, асбестовых волокон и т. п.) образуют каналы криволинейной формы. Насадки в виде пластин из гофрированной фольги, спирально свернутых лент и т. п. образуют каналы треугольной, прямоугольной или другой формы сечения. Насадки в виде пластин из металлокерамики и металловолокна имеют капиллярные каналы.

Сухие огнепреградители применяют для защиты трубопроводов без жидкой фазы, в которых в определенные периоды работы может образоваться горючая концентрация паров или газов с воздухом, а также для защиты линий с веществами, способными разлагаться под действием давления, температуры и других факторов.

Сущность защитного действия сухих огнепреградителей заключается в гашении пламени в узких каналах, которое обусловлено ростом интенсивности теплопотерь по сравнению с тепловыделением в результате увеличения удельной поверхности фронта пламени.

Когда скорость теплопотерь по сравнению со скоростью тепловыделения достигает критической величины, то температура горения, а значит и скорость химических реакций в зоне горения, уменьшается настолько, что распространение горения (фронта пламени) по горючей смеси в узком канале становится невозможным.

Именно такие условия и создаются в сухих огнепреградителях.

Пламя, распространяясь по горючей смеси, входит в насадку огнепреградителя, состоящую из большого числа узких каналов, где оно разбивается на множество малых пламень, которые в узких каналах распространяться не могут.

Для расчленения живого (проходного) сечения защищаемого трубопровода на семейство узких каналов в огнепреградителях используют различные насадки в виде пучка трубок, сеток, гранул, колец, волокон (металлических, стеклянных, асбестовых) металлической керамики и т.п. Насадки располагают в корпусе огнепреградителя.

Диаметр корпуса огнепреградителя для уменьшения гидравлического сопротивления имеет увеличенный размер по сравнению с диаметром защищаемого трубопровода.

Для надежного соединения корпуса огнепреградителя с трубопроводом по обе стороны его имеются фланцы, диаметр которых соответствует диаметру защищаемого трубопровода.

Схемы основных видов огнепреградителей представлены на рисунке 1.

Рис.1. Схемы основных видов огнепреградителей

а – с горизонтальными сетками; б – с вертикальными сетками; в – с гравием; г – со спирально свернутыми вместе гофрированной и плоской лентами; д – с металлической насадкой.

1- корпус; 2- пламегасящая насадка; 3- решетка; 4 – опорные кольца

Диаметр канала насадки огнепреградителя, при котором в зоне горения устанавливается тепловой баланс (равенство) между тепловыделением и теплопотерями, называют критическим диаметром dкр.

Этот диаметр определяют расчетным путем. Он зависит от свойств горючей смеси, концентрации, начальной температуры и давления.  

Действительный (гасящий) диаметр канала насадки огнепреградителя берется меньше и с учетом коэффициента запаса составляет 0,5-0,8 dкр.

Итак, сухие огнепреградители чаще всего защищают газовые и паровоздушные линии, в которых по условиям технологии или при нарушении нормального режима работы могут образоваться горючие концентрации (дыхательные линии резервуаров, мерников, промежуточных емкостей, напорных баков и подобных им аппаратов с ЛВЖ, а также с горючими жидкостями, нагретых до температуры вспышки и выше).

Сухие огнепреградители защищают стравливающие линии и продувочные линии рекуперационных установок; линии, идущие от аппаратов и емкостей на факел; линии газовой обвязки резервуаров с ЛВЖ и т.п.

Сухими огнепреградителями защищают также линии с наличием веществ, способных разлагаться под воздействием давления, температуры и других факторов.