Содержание к диссертации
Введение
1. Назначение огнепреградителя и его место в системе химического производства 9
1.1. Назначение и устройство огнепреградителей . 9
1.2. Основные закономерности гашения пламени в узких каналах 10
1.3. Устойчивость пламени и условия стабилизации горения 14
1.4. Анализ конструкций огнепреградителей и их способности к локализации пламени . 19
1.5. Задачи исследования 31
2. Методика проведения исследований 32
2.1. Установка для исследования огнепреградителей . 32
2.2. Оценка погрешности изменений. Достоверность численных данных 37
2.3. Объекты исследования 39
3. Экспериментальные исследования огнестойкости огнепрегради телей 45
3.1. Гашение пламени огнепреградителями с сетчатым пла-мегасящим элементом 45
3.2. Огнепреградители с кассетным пламегасящим элементом 50
3.3. Насадочные огнепреградители . 58
3.4. Основные результаты 63
4. Исследование механизма проникновения пламени через пламегасяищи элемент . 65
4.1. Стабилизация пламени на поверхности пламегасящего элемента 65
4.2. Тепловой режим пламегасящего элемента 72
4.3. Анализ тепловых потоков, реализуемых в насадке 97
5. Пути повышения огнестойкости огнепреградителей 124
5.1. Огнепреградители с устройством, исключающим стабилизацию пламени на поверхности пламегасящего элемента 125
5.2. Огнестойкость трехслойного огнепреградителя с изолирующими газовыми прослойками 139
5.3. Огнестойкость огнепреградителей с увеличенной поверхностью контакта с окрулсающей средой 142
5.4. Огнестойкость охлаждаемых водой огнепреградителей с форсунками 153
5.5. Анализ способов повышения огнестойкости огнепреградителя 161
6. Огнепреградители с организованным теплоотводом из пламега сящего элемента (ОТЭ)
6.1. Конструктивные особенности огнепреградителя типа ОТЭ 165
6.2. Особенности экспериментального исследования огнепреградителей типа ОТЭ 173
6.3. Исследования огнепреградителей типа ОТЗ и анализ тепловых потоков 174
6.4. Изучение процесса теплопередачи в огнепреградителях типа ОТЭ для кристаллизующихся технологических сред 196
6.5 Эксплуатационные характеристики отнепреградителей типа ОТЭ . 202
Выводы 205
Литература . 207
Приложения
- Анализ конструкций огнепреградителей и их способности к локализации пламени
- Оценка погрешности изменений. Достоверность численных данных
- Огнепреградители с кассетным пламегасящим элементом
- Тепловой режим пламегасящего элемента
Введение к работе
Интенсификация современного химического производства характеризуется ростом мощностей единичных агрегатов и компактным размещением их на территории предприятия. Наряду с технологическими, энергетическими и экономическими преимуществами этот путь связан с повышением требований к взрывобезопасности оборудования, так как увеличивается количество хранимого и перерабатываемого пожаро-взрывоопасного технологического сырья на сравнительно небольших производственных площадях, Огнепреградители являются одним из основных элементов взрывозащиты химических производств. Они предназначаются для локализации горения на определенном участке технологической схемы и устанавливаются на хранилищах, технологических аппаратах и коммуникациях, в которых находится взрывоопасная среда. Предотвращение распространения пламени обеспечивается использованием насадки с диаметром каналов меньше критического. Анализ данных об эксплуатируемых в химической промышленности огнепрегра-дителях показал, что основным их недостатком является низкая огнестойкость. Продолжительность защитного действия серийно выпускаемого огнепреградителя типа ОП составляет 6-20 мин. этого времени, по мнению большинства специалистов, недостаточно для ликвидации аварийной ситуации [1,2] . Низкая огнестойкость применяемых в промышленности конструкций является причиной ряда аварий на хранилищах с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями Ц3,4] .
В течение последних 15 лет во всех развитых в промышленном отношении странах проводятся исследования по созданию огнестойких огнепреградителей. Однако до настоящего времени не создана конструкция, обеспечивающая локализацию пламени порядка 2-х или более часов. Создание огнестойких огнепреградителей осложняется целым рядом дополнительных требований: низкое гидравлическое сопротивление, универсальность конструкции, стабильность свойств в процессе длительной эксплуатации, предотвращение кристаллизации на поверхности насадки компонентов рабочих смесей, многократность использования, минимальные трудозатраты на обслуживание, низкая металлоемкость и технологичность изготовления.
В работе изучена огнестойкость промышленных и опытных образцов огнепреградителей. Выявлены основные факторы, влияющие на огнестойкость конструкции, предложены теоретически обоснованные, приемлемые для промышленности решения по созданию огнепреградителей. Показано, что прохождение пламени через насадку является результатом нестационарности теплового режима огнепреградителя. Тепловой поток от пламени к насадке приводит к прогрессивному разогреву пламегасящего элемента и снижению его гасящих свойств. Максимальный тепловой поток от пламени к пламегасящему элементу наблюдается при линейной скорости газовоздушной смеси близкой к величине нормальной скорости пламени. Установлено, что отвод тепла с интенсивностью 100 кВт/м2 сечения насадки обеспечивает стационарность теплового режима пламегасящего элемента и стабильность его гасящих свойств. Значительная часть работы посвящена исследованию других путей повышения огнестойкости огнепреградителей за счет изменения гидродинамики потока, применения жаропрочных материалов, снижения теплопроводности насадки, флегматизации горючей смеси.
Большой экспериментальный материал позволил, с одной стороны, предотвратить внедрение в промышленность малоэффективных конструкций, с другой - сформулировать новый подход к рассмотрению огнепреградителя как теплообменного аппарата и решить поставленную задачу по созданию эффективной конструкции огнепреградителя. Размещение в насадке огнепреградителя теплообменных элементов, рассчитанных на отвод избыточного тепла, обеспечило создание стационарного теплового режима с температурой поверхности насадки, исключающей ее расплавление, деформацию, проникновение пламени в каналы насадки. В результате этого продолжительность защитного действия увеличивается по сравнению с известными конструкциями до 2-х и более часов при автономном обеспечении теплоносителем. При централизованной подаче от производственных коммуникаций время защитного действия не ограничено. Одновременно решен вопрос предотвращения кристаллизации компонентов технологической среды в пламегасящем элементе за счет подачи нагретого теплоносителя. Стабильность свойств пламегасящего элемента позволила снизить его высоту с соответствующим уменьшением гидравлического сопротивления и металлоемкости.
Положения и выводы диссертации использованы при разработке проектной документации по II типоразмерам огнепреградителей с теп-лообменным элементом. Ряд таких огнепреградителей эксплуатируется с 1979-80 г.г. на хранилищах с легіювосіїламеняющимися жидкостями на Северодонецком производственном объединении "Азот", рубежанском производственном объединении "Краситель". Огнепреградители типа ОТЭ нашли применение на Горловском производственном объединении "Стирол", Дзержинском производственном объединении "Капролактам", Гурьевском химическом заводе.
Результаты работы использованы при составлении РШ-6-28-006-76 "Огнепреградители общепромышленные", "Рекомендаций по применению типовых конструкций общепромышленных огнепреградителей".
Исследования проводились в соответствии с программой работ по проблеме 0.74.08 "Разработать и внедрить методы и средства, обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности и оздоровление труда в народном хозяйстве", утвержденной Постановлением Президиума ВЦСПС, ГКНТ СССР и Госплана СССР от 22.12.80 г. В 14/529/269 (задание 0.74.08.12.05.02 "Создать типовые высокоэффективные средства локализации пламени в емкостях и магистралях"); приказом-постановлением минхимпрома и ЦК профсоюза рабочих нефтяной, химической и газовой промышленности от 12.05.76 г. В 227/77 и заданиям Минхимпрома.
На защиту выносится:
теоретическое и экспериментальное обоснование технического решения по созданию огнестойких огнепреградителем путем организации вынужденного теплоотвода в пламегасящем элементе;
результаты экспериментальных исследовании на крупномасштабной установке различных видов промышленных и опытных образцов ог-непреградителей в условиях стационарного горения на поверхности пламегасящего элемента;
конструкция огнепреградителя типа ОТЭ с теплообменным элементом.
Анализ конструкций огнепреградителей и их способности к локализации пламени
При взаимодействии с пламенем огнепреградители подвергаются различным по силе и длительности действия механическим и тепловым нагрузкам, определяемым режимом горения.
Следовательно, условия эксплуатации формируют требования к конструктивному исполнению огнепреградителей. В правилах зарубежных стран [3,21-27] огнепреградители подразделяют на взрывозащит-ные, огнестойкие и детонационностойкие.
Взрывозащитным считается огнепреградитель, который подвергается кратковременному воздействию пламени. Основное требование к огнепреградителю заключается в том, чтобы насадка имела каналы, способствующие гашению пламени. Огнепреградитель испытывает незначительное взрывное давление, поскольку продукты сгорания имеют свободный выход в атмосферу. Огнестойкий огнепреградитель предполагает условия длительного взаимодействия с пламенем при возникновении стационарного горения за счет продолжительного или постоянного истечения взрывоопасной среды через огнепреградитель. Он должен обеспечивать также и взрывозащиту, Детонационностойкий огнепреградитель предназначен для применения в магистральных трубопроводах, замкнутых технологических системах, где он подверга ется действию детонационной (ударной) волны. Перетекающие через огнепреградитель продукты сгорания должны охлаждаться, не оказывая разрушающего действия на насадку.
Конструирование взрывозащитных огнепреградителеи основано только на принципе гашения пламени в каналах, заполненных неподвижной смесью. Детонационностойкие огнепреградители должны быть снабжены устройствами, воспринимающими действие ударной волны и предотвращающими разрушение насадки, в которой затем происходит гашение фронта пламени. Наибольшие трудности вызывает создание огнестойких огнепреградителеи поскольку конструкция должна выдерживать длительное тепловое воздействие пламени. На специфичность работы огнепреградителя в этих условиях указывалось еще в работе Иоста [28] . Согласно правилам, которые действовали в Германии до 1945 года, огнепреградителеи способным на длительную локализацию пламени считался тот, который выдерживал воздействие пламени в течение 10 минут [29] . Однако опыт военных лет показал,что этот промежуток времени недостаточен. В связи с этим требования были пересмотрены и установлено минимальное время защиты - 2 часа, если производственные условия не требуют более длительного или менее продолжительного времени С3,23,29] . Для этого рекомендуются двух- и трехслойные конструкции пламегасящего элемента [30]. Однако время защитного действия данной конструкции не указывается.
В промышленности используются огнепреградители с пламегася-щим элементом из сеток, гранулированных материалов и т.д. В настоящее время эти конструкции вытесняются кассетными огнепрегра-дителями, которые позволяют точнее выдержать определенные размеры каналов. Из литературных источников ясно, что насадочные и кассетные огнепреградители с правильно выбранным диаметром кана ла всегда выдерживают испытания на пламенепроницаемость й. Сведения об испытании промышленных образцов сетчатых огнепреградите-лей ограничены и противоречивы [32,33] . В [34] приводятся результаты опытов, проведенных с сетками на лабораторных установках.эксперименты показали, что для сетчатых огнепреградителей существует критическая скорость набегающего пламени, ниже которой пламя гаснет и выше которой оно проходит через огнепреградитель. Величина критической скорости пламени цриблизительно обратно пропорциональна ширине ячейки сетки. Пакет из сеток более эффективен, чем одинарная сетка, однако пакеты, состоящие более чем из пяти слоев сеток, уже не дают увеличения эффективности.
К началу наших исследований по определению работоспособности огнепреградителей в динамических условиях и публикации первых результатов [15] в литературе отсутствовали сведения по огнестойкости отечественных и зарубежных конструкций огнепреградителей.
В США в 1973 году введен в действие национальный стандарт, который устанавливает минимальное время защитного действия огнепреградителя при работе в динамическом режиме один час [21] .
В ПНР в 1971 году была разработана программа исследования огнепреградителей, которая включала несколько видов испытаний, среди которых основное место занимают испытания в динамических условиях [35]
Видимо, из-за отсутствия надежных конструкций в Италии защита резервуарного оборудования от взрывов согласно нормам [27] основывалась на принципе "насыщения". За счет организации барбо к Пламенепроницаемость - способность огнепреградителя локализовать пламя в условиях неподвижной взрывоопасной смеси [31] тажа воздуха через слой ЛШ газовое пространство резервуара должно насыщаться парами жидкости в таком количестве, что паровоздушная смесь окажется вне пределов воспламенения. Однако три взрыва подземных резервуаров объемом 2500 м3 с нефтью-сырцом, принадлежащих фирле „Depositl Medliewonea dl Genova Feai/го " которые произошли в сентябре 1970 г. и в феврале и октябре 1977 г., показали, что такая система защиты резервуаров ненадежна [27] . Проведенные затем исследования показали, что необходимое "насыщение" достигается по различным причинам достаточно редко. Особенно трудно это обеспечить на стадии опорожнения резервуара. В периоды длительных перерывов в отборах жидкости насыщенная зона сохраняется над поверхностью жидкости, в верхней зоне резервуара насыщение уменьшается и здесь образовавшаяся смесь может находиться в области воспламенения. Как было установлено, это может легко произойти в резервуарах большого объема, которые остаются заполненными частично в течение продолжительного времени. В частности, последний взрыв произошел от искрового разряда во время грозы в подземном резервуаре, который был наполовину пуст.
В цитируемой работе предлагается для защиты резервуаров использовать огнепреградители, способные выдерживать действие стационарного пламени паровоздушной смеси, вытекающей из резервуара в течение длительного времени (по меньшей мере,2-х часов). Для этих целей рекомендуются двух- и трехслойные [23-27,30] огнепреградители типа выпускаемые западногерманской фирмой
Оценка погрешности изменений. Достоверность численных данных
Расчет концентрации паров жидкости в объеме смесителя проводился на основе ряда численных параметров, входящих в преобразованное из формулы (2.1) выражение:
Кавдая из измеряемых величин в (2іЗ) содержит погрешность, величина которой зависит от точности применяемых измерительных приборов; Относительную погрешность результата вычисления в соответствии с [49,50] проводили по уравнению: Поскольку знаки отдельных погрешностей нам не известны, принимали, что все они имеют одинаковый знак "+".
Максимальная относительная погрешность при приготовлении смеси составляла 6,8 %, что соответствовало максимальному изменению концентрации исходной смеси при работе с бензином + 0,2 объемн» %9 ацетоном - + 0,3 объемы. %, При определении огнестойкости ( Z ог ) задавались доверительной вероятностью 01 = 0,98 . Количество опытов; обеспечивающих достижение заданной вероятности, рассчитывали с использованием следующих характеристик статистического распределения [49] : X - среднеарифметическое значение ог , получаемое в результате измерения; X/ - текущее значение Тог ; Л/ - доверительный интервал ( в нашем случае Д/ =0,UJTor); Обработка экспериментальных данных с использованием вышеуказанных характеристик показала, что доверительная вероятность 0,98 достигалась в четвертом опыте,
Объектами исследования были огнепреградители, широко используемые для защиты химического оборудования: кассетные ( в том числе типа ОП), насадочные, сетчатые, из пористых спеченных материалов, металловолокна и др. Изучались модифицированные образцы огнепреградителеи, предложенные наш и другими организациями, работающими в этом направлении.
Конструктивные и другие отличительные особенности кассетных огнепреградителеи и их модификаций показаны в табл. 2.1. В конструкциях насадочных огнепреградителеи пламегасящим элементом служил слой гранулированного или зернистого материала, заключенного в цилиндрическом корпусе между двумя удерживающими решетками. Поэтому в табл. 2.2 приведены характеристики только пламегасящих элементов. Бламегасящий элемент сетчатых огнепреградителеи представляет собой две или пакет сеток (до 12 штук) из латуни и нержавеющей стали с размером ячеек в свету 0,56«10 3 м, 0,7«КГ3 м, 1,25»Ю"3 м и диаметром проволоки от 0,25»ДГ3 м до 0,40» КГ3 м. Диаметр пламегасящего элемента в огнепреградителе Ду 100 составлял 0,145 м, Ду 150 - 0,215 м, Ду 200 - 0,275 м.
Объектом изучения был также огнепреградитель типа 0ТЭ с тепло-обменным элементом, разработанный в результате проведенных исследований.
Вначале каждый из представленных в таблицах 2.1 и 2.2 огне-преградителей был испытан на пламенепроницаемость. Это позволило исключить из экспериментов на огнестойкость образцы, неспособные по каким-либо причинам задерживать распространение пламени. Такигли причинами могли быть: наличие каналов; диаметр которых больше критического, низкие механическая прочность и термическая стойкость пламегасящего элемента, дефекты в изготовлении. Сведения об эффективности сетчатых огнепреградителей противоречивы. Поэтому только для них приводятся результаты испытаний на пламенепроницаемость.
Опытные образцы огнепреградителей (рис. 3.1) имели условный проход 0,10; 0,15; 0,20 м (Ду 100, 150, 200). Экспериментальную проверку прошли огнепреградители с различными вариантами компоновки пламегасящего элемента и размерами сетки. Опыты проводились на бензино-воздушной смеси. Смесь воспламеняли как со стороны поступления горючей смеси (взрыв снизу), так и со стороны выходного патрубка огнепреградителя - в емкости (взрыв сверху).
Первоначально пламегасящий элемент огнепреградителей состоял из двух латунных сеток I с размером ячеек в свету 0,56»Ю 3 м и диаметром проволоки 0,25»10 3 м закрепленных в обойме 2 , которая устанавливалась в корпусе 3 и фиксировалась прижимными винтами 4. Сетки располагались на расстоянии 30КГ8 м друг от друга благодаря цилиндрическому кольцу 5. Во второй серии опытов
Огнепреградители с кассетным пламегасящим элементом
Огнепреградители испытывались на бензино-воздушных смесях различного состава, но основные эксперименты выполнены на наиболее быстрогорящей смеси (состав близкий к стехиометрическому). Первый этап исследования включал изучение огнестойкости стандартных огнепреградителей типа ОП (рис. 3.3), выпускаемых промышленностью, с кассетой высотой 80 ГО""3 м из алюминиевой фольги. Поскольку эксперименты такого рода с огнепреградителями осуществлялись впервые, то в начальной серии опытов были проведены, в основном, наблюдения эффекта, производимого длительным воздействием пламени на поверхность пламегасящей кассеты, экспериментальные результаты, приведенные в табл. 3.2, показывают, что для огнепреградителей всех размеров характерным является быстрое оплавление поверхности, на которой стабилизируется пламя. Сопоставление данных таблицы с графиком (рис. 3.4) нормальной скорости горения Lift бензино-воздушных смесей (определена нами методом горелки Еунзена), позволяет легко обнаружить связь между временем до начала плавления кассеты или проскока пламени и нормальной скоростью горения, для всех огнепреградителей это время меньше при концентрации паров бензина 3,0-3,2 объемн.$. Такие концентрации обладают наибольшими значениями равными 0,45-0,55 м/с. Как правило, опыты проводили не более 30-35 мин, поскольку к этому времени было очевидно, что дальнейшее проведение испытания не внесет изменений в наблюдаемую картину состояния и локализующей способности огнепреградителя. Опыты показали также, что во всем диапазоне принятых расходов горючей смеси пламя стабилизируется на поверхности пламегасящего элемента. Однако полученных данных оказалось недостаточно, чтобы оценить влияние размеров пламегасящего элемента на его огнестойкость. Наиболее ясная картина наблвдалась только в огнепреградителях ОП-50, ОП-300, ОП-350.
Огнепреградитель 011-50 с диаметром кассеты 75 «ІО""3 м и высотой 80»Ю"3 м выдерживал влияние тепловой нагрузки в течение 120 мин без существенных изменений в структуре кассеты. В огнепрегра-дителях 0П-300 и ОП-350 проскок пламени происходил через 4-Ю мин в основном за счет расслоения кассеты в отдельных местах и образования щелей, размер которых превышал критическую величину. В ог-непреградителях других размеров время защитного действия составляло до 20 мин. Проскоку пламени предшествовало расплавление кассеты. Таким образом, все типоразмеры огнепреградителеи 0П, кроме 0П-50, не соответствуют требованиям по огнестойкости. Результаты, полученные при исследовании огнепреградителеи с кассетой из легкоплавкого алюминия, позволяли сделать предположение, что пріменение кассеты из тугоплавкого материала окажется решающим фактором в вопросе повышения огнестойкости конструкции. Для проверки этого предположения были исследованы огнепреградители 0П-І00, 0П-І50, 0П-200 с кассетами из нержавеющей стали, выполненными на АОМЗ. Экспериментальные результаты показывают, что материал кассеты играет второстепенную роль. Проскок пламени наступает через 5-50 мин в зависимости от величины тепловой нагрузки. После воспламенения происходит быстрый разогрев верхних кромок ленты и через 60-90 с вся поверхность приобретает красную окраску ( Т = =1120 - 1170 К), а затем - ярко-желтую (Т = 1220 - 1370 К). Зона горения распространяется вглубь кассеты вплоть до проскока пламени. Одновременно были испытаны на огнестойкость кассеты, изготовленные из нержавеющей стали, титана, никеля, нейзильбера с высотой пламегасящего элемента меньше, чем у типовых огнепреградителей ОП: (60 40, 24, І0) ІСГ3 м. В ряде случаев эти элементы набирались в пакет из двух или трех кассет, разделенных газовой прослойкой.
Влияние высоты насадки в кассетных огнепреградителях можно проследить на примере трехслойного пламегасящего элемента, в котором высота каждой кассеты составляет 24#10 3 м, а промежуток между ними - 1,5 Ю" 3 м. Первый слой пламя проходит за 4 мин, второй и третий слой за I и 2 мин соответственно, В сплошной кассете из нержавеющей стали высотой 80«ІО"3 м проскок пламени также наступает через 6-7 мин. Опытные образцы огнепреградителей 01Ы50 из титана и никеля показали время защитного действия равное соответственно 2 мин и 4 мин. Было установлено, что при температурах, до которых в условиях стабилизации пламени нагревается поверхность кассеты, возникает реакция окисления титана в воздухе. Кассета раскаляется до белого цвета ( Ts 1570 К) и происходит проскок пламени. Для оценки влияния на огнестойкость высоты кассет из алюминия были изготовлены кассеты всех вышеперечисленных размеров огнепреградителей высотой 40«ПТ3 м, а также 0П-І00 и ОП-350 высотой 60»ГО""3 м. Испытания показали, что это существенным образом не повлияло на огнестойкость конструкции. Принципиально новый результат был получен для огнепреградителя 0ЇЇ-50. Выше указывалось, что пламегасящий элемент высотой 80 КГ3 м из алюминия выдерживает воздействие пламени в течение двух часов. Снижение высоты пламегасящего элемента до 40 е КГ3 м снизило огнестойкость конструкции до 50 мин (V= 0,4 м/с).
Двух- и трехслойные конструкции воспроизводили широко применяющие за рубежом огнепреградители. Испытания показали неудовлетворительную огнестойкость и этих образцов. Подробно этот экспериментальный материал представлен в разделе 5,2. Эксперименты проведены с насадочными огнепреградителями (рис. 3.5) на бензино-воздушных и ацетоно-воздушных смесях. Насадкой служили шары из чугуна, стали, цемента, стекла, а также гравий нескольких фракций (табл. 2.2). Стабилизация пламени на поверхности решетки приводит к последовательному разогреву решетки, сетки и непосредственно элементов насадки. Во всех опытах разогрев решетки и сетки проходит, как правило, через 3-5 глин.
І&зогрев верхнего слоя стеклянных шариков и распространение пламени в каналы насадки сопровождаются появлением шума высокочастотного звучания, после чего на поверхности сетки появляется расплавленная стекломасса. По мере продвижения пламени в глубь слоя решетка и сетка, разогретые вначале до ярко-оранжевого или светло-желтого цвета ( Т = 1220-1370 К), приобретают темную окраску. Через отверстия решетки видна насадка ярко-красного цвета Т = =1220-1270 К).
В насадке высотой 120» ГО""3 м диаметром 150 ICf3 м толщина расплавленного слоя составляет (30-105)»ПГ3 м. Как показывает осмотр насадки после опыта, она представляет собой стекломассу с пустотами различных размеров, соединенных каналами. В огнепрегра-дителях с высотой насадки 120»Ю 3 м, диаметром 100 ДГ3 м и 82е ГО 3 м расплавленный слой составляет (5-Ю)ГО""3 м, остальная часть насадки представляет собой спекшуюся массу шаров с ячеистой структурой.
Тепловой режим пламегасящего элемента
Для получения данных, позволяющих провести количественную оценку величины тепловых потоков, реализуемых в огнепреградителе, необходимо экспершлентальное определение температурного поля в теле пламегасящего элемента по осевому и радиальному направлениям. Для наблюдения за изменением теплового режима в пламегасящем эле менте устанавливали ряд термопар в количестве от 3 до 24 штук. Для регистрации скорости передачи тепла по высоте шіамегасящего элемента спаи термопар размещали , как правило, через равные промежутки по оси элемента и на глубине (4-5)КГ3 м в боковой поверхности корпуса или закрепляли непосредственно на ней. За счет установки термопар в центре и на периферии кассеты наблюдали изменение температурного режима в радиальном направлении. Размещение термопар в каждом конкретном пламегасящем элементе показано на графиках (термограммах). В качестве горючего компонента при создании взрывоопасной смеси использовался бензин марок А-72, А-76 и "Калоша".
Исследовались кассетные огнепреградители, изготовленные из алюминия или нержавеющей стали, стандартные с высотой кассеты 80Ю-3 м и опытные - с высотой кассеты 40 «КГ3 м или 60ТО""3 м, а также насадочные огнепреградители. По результату взаимодействия пламени с кассетой огнепреградители можно разделить на четыре группы: 0II-50J 0П-І00 и 0П-І50; 0П-200 и 0П-250; ОП-350.
Огнепреградитель 011-50 высотой 80ТОГ3 м оказался единственной конструкцией, имеющей огнестойкость в пределах двух часов (рис. 4.2). При скорости смеси 0,4-0,5 м/с сразу после воспламенения рост температуры шіамегасящего элемента в первые 15 мин опыта происходит со скоростью: в центре 0,45-0,25 К/с, у боковой поверхности 0,18-0,10 К/с. В последующие моменты времени темп роста температуры замедляется и к моменту выхода на стационарный режим через 60-70 мин эта характеристика практически достигает равенства и составляет 0,027-0,025 К/с. Перепад температуры по толщине стенки корпуса ( 5 =6» ТОГ3 м) при установившемся тепловом режиме в верхней части составляет 25-30 К, в средней и нижней части корпуса 7-Ю К. Перепад температуры между "горячей" (на которой стабилизировался фронт пламени) и "холодной" (со стороны защищаемого участка) поверхностью кассеты, а также боковой поверхностью и центром кассеты составляет 160 + 10 К.
В огнепреградителях ОП-ІОО, 0П-І50 с алюминиевой кассетой высотой 80 КГ3 м (рис. 4.3) после воспламенения и стабилизации пламени на поверхности кассеты (скорость потока горючей смеси 0,1-0,9 м/с) происходит резкий рост температуры и через 3-13 глин -плавление верхних кромок лент. После начала плавления температурное поле в пламегасящем элементе продолжает оставаться нестационарным. Проскок пламени наблюдается в период 10-23 мин, при этом температура нижней торцевой поверхности не превышает 770-840 К и боковой 630-700 К. Темп роста температуры в центре кассеты составляет в 0П-І00 0,6-0,4 К/с, в 0П-І50 - 1,35-0,5 К/с. Снижение высоты кассеты в два раза при идентичной тепловой нагрузке приводит к более интенсивному росту температуры: в 0П-І00 - 1,35-0,6 К/с, в 0П-І50 - 1,5-0,5 К/с и уменьшению времени защитного действия.
В отдельных опытах в указанном интервале скоростей взрывоопасной смеси реализовывался установившийся тепловой режим. Визуальное наблюдение за состоянием огнепреградителя в ходе эксперимента позволило установить, что переход от резкого повышения температуры к тепловому равновесию вызвано отрывом пламени от поверхности кассеты. К этому времени часть живого сечения пламега-сящего элемента (20-70 % ) находится в расплавленном состоянии. Поскольку расход взрывоопасной смеси поддерживается постоянным, увеличивается скорость газа в огнепреградителе, что приводит к отрыву пламени и, следовательно, снижению количества тепла, воспринимаемого кассетой. Следует отметить, что в ряде опытов интенсивное плавление кассеты огнепреградителей приводило к выбросу расплавленной массы из корпуса потоком газа, после чего пламя распространялось в трубопровод. В огнепреградителях 0П-200 высотой 80«КГ3 м проскок пламени происходит либо в начальной стадии плавления центральной части поверхности кассеты (рис, 4.4), либо при более значительном расплавлении. Б огнепреградителях 011-250 высотой 80 КГ3 м наблюдались проскоки пламени без плавления кассеты или ее плавление и разрушение. Элементы кассеты выпадали из корпуса огнепреградителя в трубопровод (рис, 4.4). Кассеты высотой 40» КГ3 м, установленные в корпус 011-200 и ОП-250, как правило, расплавлялись и выпадали из корпуса. После начала плавления рост температуры заметно замедляется и кривая изменения температуры имеет тенденцию к выходу на "плато",соответствующее установившемуся тепловому режиму. В этот момент температура боковой поверхности составляет 670-770 К, нижней торцевой поверхности - 770-840 К (рис, 4.5 ) и происходит проскок пламени в защищаемый участок.
В опытах с ОП-350 (рис.4.6) плавления кассеты не наблюдалось, однако каждый опыт заканчивался проскоком пламени через огнепрег-радитель после 6-20 мин.
Из графика, приведенного на рис. 4.7, следует, что температура нижней торцевой поверхности снижается по мере увеличения высоты кассеты, а время защитного действия проявляет тенденцию к росту. Однако характер нагрева пламегасящего элемента остается неизменным: темп роста температуры показывает, что в огнепреградителях реализуется неустановившийся тепловой режим вплоть до проскока пламени.