огнепреградитель

Формула изобретения

1. Огнепреградитель, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и огнепреграждающий элемент, выполненный спиральной намоткой на ось двух металлических лент, плоской и гофрированной, отличающийся тем, что каждая из лент снабжена по крайней мере одним рядом просечек, выполненных в материале ленты по всей ее длине в виде ориентированной вдоль длинной стороны ленты последовательности не сообщающихся друг с другом щелей, ширина которых не превышает величины критического диаметра гашения пламени огнепреградителя d_кр, а расстояние от края ленты до щелей выбрано менее d_кр.

2. Огнепреградитель по п.1, отличающийся тем, что отношение длины щели к расстоянию между ними выбирают из диапазона 5 - 20.

3. Огнепреградитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что ленты снабжены двумя рядами просечек, причем расстояние между рядами выбрано по крайней мере в два раза больше, чем расстояния от краев ленты до ближайшего ряда просечек, а последнее выбрано не менее удвоенного критического диаметра гашения пламени.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области противопожарной техники и может быть использовано на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в различных системах хранения и транспортировки пожароопасных и взрывоопасных продуктов. В частности, изобретение относится к устройствам для задержки пламени и предотвращения распространения огня при резервуарном нефтехранении.

Уровень техники в данной области характеризуется приведенными ниже сведениями.

Известен огнепреградитель (А. С. N 1747090. Огнепреградитель. Б.Ф. Левицкий. 15. 07. 92 г. Бюллетень изобретений N 26 1992 г.), содержащий корпус, входной и выходной патрубки и огнепреграждающий элемент, представляющий собой заполненное гранулированной насадкой пространство между двумя сетками, закрепленными к корпусу огнепреградителя. Роль задерживающего пламя элемента в этом огнепреградителе играют каналы, образующиеся между элементами насадки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является огнепреградитель (И. И.Стрижевский, В.Ф.Заказнов., Промышленные огнепреградители., М. , Химия., 1974, стр. 67, 71 и 72), содержащий корпус с входным и выходным патрубками и огнепреграждающий элемент, выполненный спиральной намоткой на общую ось двух металлических лент, одна из которых плоская, а другая гофрированная.

В этом огнепреградителе пламя задерживается системой каналов, образованных лентами при их совместной намотке, причем ширина задерживающего пламя канала не может превышать некоторой критической величины - d_кр, которая определяется исходя из нормальной скорости пламени, температуры горения, температуры огнепреграждающего элемента, рабочего давления и т.д. Тепло, выделяющееся при горении, поглощается металлическими стенками каналов огнепреграждающего элемента (кассеты) и по лентам отводится от места локализации пламени к корпусу огнепреградителя, где рассеивается конвекцией и излучением.

Прототипу свойственны следующие недостатки:

1. Расположение витков плоской и гофрированной лент в огнепреграждающем элементе такое, что радиальная теплопроводность кассеты (т.е. от центра к корпусу огнепреградителя) существенно меньше, чем осевая (т.е. вдоль оси намотки лент). Такой характер теплопроводности обусловлен сравнительно плохим тепловым контактом между витками плоской и гофрированной лент. Этот факт не способствует эффективной передаче тепла от огнепреграждающего элемента к корпусу и провоцирует перегрев нижних, обращенных к защищаемому пространству, слоев огнепреграждающего элемента в случае длительной локализации пламени на поверхности кассеты (посадка пламени). В конечном итоге, торцы лент, обращенные к защищаемому пространству, могут разогреться до температур выше температуры самовоспламенения горючей смеси, что приведет к воспламенению смеси внутри защищаемого объема.

Увеличение времени прогрева нижних слоев кассеты до температуры самовоспламенения горючей смеси в резервуаре равносильно повышению эффективности работы огнепреградителя при длительном воздействии пламени на огнепреграждающий элемент.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении эффективности огнепреграждения.

В данном изобретении, так же как и в прототипе, огнепреградитель, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, имеет огнепреграждающий элемент, выполненный спиральной намоткой на ось двух металлических лент, плоской и гофрированной.

В отличие от прототипа каждая из лент снабжена по крайней мере одним рядом просечек, выполненных в материале ленты по всей ее длине в виде ориентированной вдоль длинной стороны ленты последовательности не сообщающихся друг с другом щелей, ширина которых не превышает величины критического диаметра гашения пламени огнепреградителя d_кр, а расстояние от края ленты до щели выбрано не менее d_кр.

Для достижения оптимальной огнестойкости отношение длины щели к расстоянию между ними выбрано в пределах 5 - 20.

Вариантом исполнения является огнепреградитель, в котором ленты снабжены двумя рядами просечек, причем расстояние между рядами выбрано по крайней мере в два раза большее, чем расстояния от краев ленты до ближайшего ряда просечек, а последнее выбрано не менее удвоенного критического диаметра гашения пламени.

Работу устройства рассмотрим на примере одного из вариантов его исполнения (фиг. 1).

При хранении нефтепродуктов внутри полости резервуара образуется пожароопасная паровоздушная смесь. В случае ее возгорания вне резервуара вероятно возникновение дефлаграционного горения. Локализация пламени на внешней, обращенной к атмосфере, поверхности огнепреградителя приводит к интенсивному разогреву этой поверхности и передаче тепла от более нагретых ее участков к менее нагретым. При длительной посадке пламени единственным путем естественного отвода тепла от нагретых участков является передача его корпусу 1 огнепреградителя с последующим рассеянием его в атмосферу излучением и конвекцией. Но радиальная теплопроводность кассеты 2 по направлению к корпусу огнепреградителя 1 существенно меньше, чем теплопроводность вдоль оси 3 кассеты, то есть по ширине составляющих ее лент 4, 5 (фиг. 2), так как в радиальном направлении тепло в основном передается за счет непосредственного контакта между прямой и гофрированной лентами, а в осевом теплопроводностью ленты по ее ширине. В силу того что суммарная площадь контакта лент невелика по сравнению с полной площадью самой ленты, то и теплопередача от одной ленты к другой существенно ниже, чем теплопроводность отдельной ленты. (Поэтому в огнепреграждающем элементе прототипа осевой тепловой поток преобладает над радиальным. ) Для того чтобы изменить соотношение между этими потоками в пользу радиального, в заявленном устройстве в цепи осевого потока установлено тепловое сопротивление, представляющее собой два ряда просечек 6, выполненных в материале лент по всей их длине в виде ориентированной вдоль длинной стороны ленты последовательности не сообщающихся друг с другом щелей, ширина которых h (фиг. 3) не превышает величины критического диаметра гашения пламени огнепреградителя d_кр (методика расчета этой величины широко известна, подробно освещена в литературе и поэтому в данной заявке не рассматривается). Такой выбор ширины щели призван не допустить самовозгорание смеси внутри полостей, образованных просечками при намотке лент на ось 3. Естественно, что минимальное расстояние от края ленты до ближайшей щели должно быть не менее величины критического диаметра гашения пламени d_кр.

Величина теплового сопротивления ряда просечек зависит от отношения длины воздушного зазора к длине металлической перемычки между щелями и увеличивается с уменьшением последней. Однако это увеличение не линейное, что практически позволяет достичь насыщения в росте величины теплового сопротивления ряда щелей, не доводя расстояние между ними до нуля. При нулевом расстоянии между щелями кассета распалась бы на три кассеты, что нежелательно в силу ухудшения конструктивных и прочностных характеристик огнепреграждающего элемента. Максимум изменения величины теплового сопротивления при изменении отношения длины щели L к расстоянию между ними 1 приходится на диапазон от 5 до 20. Оптимальная величина отношения зависит от геометрии кассеты, расчетной пропускной способности огнепреградителя, от температуры пламени ожидаемого источника возгорания и подбирается из указанного диапазона расчетным или опытным путем.

На распределение потоков и, следовательно, на скорость роста температуры нижних слоев кассеты (скороподъемность температуры) будет оказывать влияние и место расположения просечек. В результате экспериментов было установлено, что для двух рядов просечек оптимальным является такое их расположение, при котором расстояние от верхнего ряда просечек до верхней границы ленты - H (фиг. 3) равно расстоянию от нижнего ряда просечек до нижней границы ленты, а расстояние между рядами - H1 по крайней мере в два раза больше. При этом минимальное из этих расстояний - H выбирают не меньше удвоенного критического диаметра гашения d_кр.

Таким образом, исполнение огнепреграждающего элемента спиральной намоткой на ось двух металлических лент, плоской и гофрированной, снабженных по крайней мере одним рядом просечек, выполненных в материале ленты по всей ее длине в виде ориентированной вдоль длинной стороны ленты последовательности не сообщающихся друг с другом щелей шириной h < d_кр, позволяет уменьшить осевой тепловой поток в кассете, увеличив тем самым время достижения нижней стороной кассеты температуры самовоспламенения смеси, что соответствует поставленной цели. Достижению поставленной цели способствует выбор оптимальной величины теплового сопротивления на пути осевого потока, что достигается выбором отношения длины щели к расстоянию между ними из диапазона 5 - 20.

Оптимальной огнестойкостью обладают огнепреградители, кассета которых выполнена из лент, снабженных двумя рядами просечек, причем для наилучшего распределения потоков расстояние между рядами просечек выбрано по крайней мере в два раза больше, чем расстояния от краев ленты до ближайшего ряда просечек, а последнее выбрано не менее удвоенного критического диаметра гашения пламени.

Повышение эффективности огнепреграждения в заявленном устройстве по сравнению с прототипом иллюстрируется графиками на фиг. 4 и 5. На фиг. 4 приведены кривые распределения температуры по высоте кассеты, у ее центра (кривая 1) для прототипа и (кривая 2) для заявленной конструкции (модификация с двумя щелями) через двадцать минут после посадки пламени (дефлаграционное горение стехиометрической смеси паров бензина и воздуха). Как видно из этого графика, при прочих равных условиях температура внешних, обращенных к пламени, слоев кассеты в заявленной конструкции на 150^oC выше, чем в прототипе, однако для внутренних слоев картина обратная. Внутренние слои кассеты прототипа достигли температуры 430^oC, что превышает температуру самовоспламенения бензино-воздушной смеси, в то время, как температура внутренних слоев кассеты предложенной конструкции была на 110^oC ниже. Все это свидетельствует о достижении в заявленной конструкции цели изобретения. На фиг. 5 представлены графики скороподъемности температуры внутренними слоями кассеты по центру огнепреграждающего элемента для прототипа (кривая 1) и предложенной конструкции (кривая 2). Как видно из этих графиков, у предложенной конструкции по сравнению с прототипом есть запас времени до того момента, когда внутренние слои кассеты достигнут температуры самовоспламенения поступающей смеси и спровоцируют тем самым возгорание ее в защищаемом объеме. Для лент из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм и эквивалентном установочном диаметре огнепреградителя ДУ-300 мм для кассеты с двумя рядами просечек этот запас оценивается примерно в 20 мин. Таким образом, при прочих равных условиях огнепреградитель предложенной конструкции продемонстрировал более высокую способность к защите объекта, чем прототип, что позволяет нам считать, что цель изобретения достигнута.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого огнепреградителя (вид сверху).

На фиг. 2 показана схема намотки перфорированных лент на общую ось.

На фиг. 3 приведена конфигурация одной из лент; основные размеры щелей выбраны из соотношений: L/l = 5-20; H/H1 < 1/2; H > 2d_кр; h < d_кр.

На фиг. 4 приведены кривые распределения температуры (^oC) по высоте кассеты в центре огнепреградителя для прототипа (кривая 1) и заявленной конструкции (кривая 2) (модификация с двумя щелями) через двадцать минут после посадки пламени на кассету.

На фиг. 5 приводятся графики роста температуры во времени (от начала посадки пламени) по центру обратной стороны кассеты прототипа (кривая 1) и заявленного огнепреградителя (кривая 2).

Огнепреградитель (фиг. 1) состоит из корпуса 1 со входным и выходным патрубками, расположенными соосно с корпусом 1 и ограничивающими его с торцов (на чертеже не указаны), и огнепреграждающего элемента 2, выполненного навивкой на общую ось 3 двух лент - плоской 4 и гофрированной 5 (фиг. 2), причем каждая из лент снабжена по крайней мере одним рядом просечек 6, выполненных в материале ленты по всей ее длине в виде ориентированной вдоль длинной стороны ленты последовательности не сообщающихся друг с другом щелей, ширина которых h (фиг. 3) не превышает величины критического диаметра гашения пламени огнепреградителя d_кр, отношение длины щели L к расстоянию между ними l выбирают из диапазона 5-20, а расстояние от края ленты до щелей H выбирают не менее d_кр.

В варианте устройства ленты снабжены двумя рядами просечек, причем расстояние между рядами H1 выбирают по крайней мере в два раза больше, чем расстояния от краев ленты до ближайшего ряда просечек H. Величина H при этом не может быть менее удвоенного критического диаметра гашения пламени. Предлагаемое решение обладает следующими преимуществами:

- расположение и форма перфораций в огнепреграждающем элементе способствует эффективной передаче тепла от центра кассеты к корпусу, препятствуя в то же время передаче тепла вдоль оси кассеты, чем снижается вероятность самовоспламенения горючей смеси в охраняемом объеме и увеличивается время защищенности объекта от проникновения пламени, то есть повышается надежность огнепреграждения.