Спосіб визначення появи паливного газу в повітрі контрольованого приміщення

Пропозиція належить до регулювання подачі паливного газу разом із регулюванням підводу повітря. Спосіб і пристрій можуть бути використані для забезпечення вибухо- і пожежної безпеки на всіх об'єктах, у повітря яких може надходити пальний (природний) газ, наприклад, вугільних шахтах, ТЕЦ, виробничих котельних, побутових кухнях і ін. Відомий спосіб визначенім коефіцієнту надлишку окислювача в пальних сумішах (АС. №635362, М. кл2 F23 N1/02, 1978), який полягає в тому, що підготовлену пальну суміш подають при постійній витраті в дифузор, що охолоджується і підпалюють. Фронт полум'я , що утворився , переміщується уздовж осі дифузора, поки не досягне перетину, де швидкість розповсюдження фронту полум'я стане рівною швидкості переміщення потоку пальної суміші. Місце розташування полум'я відповідає швидкості його розповсюдження в кожній конкретній суміші і залежить від співвідношення повітря-газ (коефіцієнт надлишку повітря) і витрати пальної суміші. Таким чином, за умови підтримки постійної витрати пальної суміші, за допомогою непрямого параметру-місцю розташування фронту полум'я можна визначити коефіцієнт надлишку повітря в попередньо підготовленій суміші. У відомому способі переміщення фронту полум'я уздовж осі дифузора відбувається плавно, без різких змін характеристик процесу горіння і, отже, він не може бути автоматизований, а контроль може здійснюватися тільки візуально. Визначення місця розташування фронту полум'я є лише частиною процесу по визначенню коефіцієнту надлишку окислювача в попередньо підготовленій суміші і потребує подальших аналітичних дій, а залежність положення фронту полум'я в дифузорі від співвідношення повітря - газ (коефіцієнту надлишку повітря) носить параболічний характер, тому одне положення фронту полум'я може відповідати двом пальним сумішам : збагаченої - при нестачі повітря, збідненої - із надлишком повітря. Відомий також спосіб визначення коефіцієнта надлишку окислювача в пальних сумішах (А.С. №11868899, М. кл4 F23N1/02, 1985), який полягає в тому, що підготовлену пальну суміш направляють у дифузор, що охолоджується, підпалюють, візуально визначають положення фронту полум'я уздовж осі дифузора і паралельно проводять аналіз продуктів згорання на вміст оксиду вуглецю CO. Положення фронту полум'я на осі дифузора дозволяє визначити дві суміші, яким воно відповідає, а вміст CO дає однозначну відповідь - якої саме суміші. Цей спосіб дає можливість однозначної відповіді про коефіцієнт надлишку повітря в попередньо приготовленій суміші. Але для цього необхідно додаткове проведення хімічного аналізу продуктів згорання, що істотно подовжує й ускладнює процес визначення коефіцієнта надлишку окислювача. Відомий спосіб призначений для визначення коефіцієнта надлишку окислювача в кожній конкретній суміші і не фіксує його зміну. Він не несе ніякого корисного сигналу, провадиться візуально з наступним опрацюванням і перерахунком, а, отже, не може бути автоматизований. Відомий пристрій, що містить конусоподібну трубку для спалювання суміші пального газу і повітря з метою визначення швидкості поширення полум'я. (Andersen I. W., Fein R. S., І. Chem. Phys., 17, 1268, 1949). Використання дифузорів (конусоподібних трубок) зручно тому, що уздовж осі дифузора завжди знайдеться перетин, де швидкість переміщення пальної суміші дорівнює швидкості розповсюдження фронту полум'я W=V. Саме в цьому місці стабілізується фронт полум'я. Крім того, дифузор, що розширюється, дозволяє вирівняти поле швидкостей потоку по перетину (діаметру) дифузора. (Кумагаи С. Горение, Москва, Хімія, 1979, стор.112114). У результаті фронт полум'я набуває плоскої форми, що важливо для визначення його місця розташування. У відомому пристрої визначити швидкість розповсюдження фронту полум'я в даній суміші можна тільки з розрахунковим шляхом, але не можна зафіксувати зміну швидкості розповсюдження фронту полум'я і зміну співвідношення пальних компонентів. Відомий також пристрій для визначення коефіцієнту надлишку окислювача в пальних сумішах (А.с. №635362, М. Кл2. F23N 1/02,1978). Пристрій виконано у вигляді дифузора, уздовж осі якого розташована шкала. Це дозволяє проградуювати положення фронту полум'я, щодо співвідношення повітря-газ (коефіцієнта надлишку повітря). У відомому пристрої немає різкої зміни параметрів горіння, що не дає можливості одержати сигнал про наявність пального газу в повітрі контрольованого приміщення. В основу пропозиції поставлена задача удосконалення способу визначення появи паливного газу в повітрі контрольованого приміщення,у якому для утворення пальної суміші подають повітря з контрольованого приміщення, яке може містити пальний газ, а непрямим параметром є момент проскоку фронту полум'я крізь гирло дифузору, у результаті чого забезпечується зміна співвідношення пального газу і повітря в суміші і за рахунок цього при переміщенні фронту полум'я одержують сигнал у вигляді «вибуху», який може бути перетворений в електричний або інший сигнал. В основу пропозиції поставлена задача удосконалення пристрою для здійснення запропонованого способу, в якому в разі введення розширювальної камери з датчиком тиску і термопарою, забезпечується проскок полум'я з дифузора в розширювальну камеру і за рахунок цього одержують сигнал у вигляді «вибуху», який може бути перетворений в електричний або інший сигнал. Поставлена задача вирішена тим, що в способі визначення появи паливного газу в повітрі контрольованого приміщення, що включає безупинне приготування збідненої суміші пального газу і повітря, запалювання суміші і фіксацію визначального параметра, згідно з пропозицією, для приготування збідненої паливом паливної суміші подають повітря з контрольованого приміщення, що може містити пальний газ, а непрямим параметром є момент проскоку фронту полум'я крізь гирло дифузора. Поставлена задача вирішена тим, що пристрій для здійснення запропонованого способу, який включає дифузор, що охолоджується, і патрубок для подачі пальної суміші, відповідно до пропозиції, забезпечений з'єднаною з гирлом дифузора розширювальною камерою, усередині якої встановлені датчик тиску і термопара, а патрубок для подачі пальної суміші приєднаний до нижньої частини розширювальної камери. Додатковою відмінною ознакою є те, що співвідношення діаметра патрубка для подачі пальної суміші до діаметра гирла дифузора дорівнює 1,1-3,0. У запропонованому способі повітря, яке подають для перемішування з пальним газом, може містити додаткову кількість пального газу, а це призводить до зміни співвідношення повітря-газ в суміші, що дає можливість одержати сигнал у вигляді «вибуху». У пристрої для здійснення запропонованого способу наявність розширювальної камери з датчиком тиску і термопарою дає можливість одержати сигнал за рахунок проскоку фронту полум'я в розширювальну камеру. Запропонований спосіб здійснюють таким чином. Безупинно готують збіднену паливом суміш паливного газу з повітрям із контрольованого приміщення, подають отриману суміш у дифузор і підпалюють. Як тільки з'явиться в повітрі контрольованого приміщення пальний газ, змінюється співвідношення повітря-газ у пальній суміші. У результаті цього збільшується швидкість розповсюдження фронту полум'я і він переміщується до гирла дифузора. При збільшенні концентрації пального газу в повітрі вище припустимої межі фронт полум'я проскакує крізь гирло дифузора в розширювальну камеру при цьому відбувається «вибух», що є ініціатором сигналу і фіксується датчиками. Приклад 1 (на прототип). Готували пальну суміш із природного газу, що відбирається з балона (газопроводу) і атмосферного повітря. Витрата природного газу склала 1см3/сек, а повітря - 12см3/сек. Пальну суміш направляли в дифузор, що охолоджується, і на виході з дифузору підпалювали. Фронт полум'я, що утворився, переміщався уздовж осі дифузора і стабілізувався на відстані 3,7см від гирла дифузора, що фіксувалося по шкалі, встановленій біля дифузора. За графіком визначали, що таке положення фронту полум'я відповідало двом сумішам: 1). багатої - із співвідношенням повітря-газ (a=0,67); 2), бідної - із співвідношенням повітря-газ (a=1,25). За результатами газового аналізу визначали, що вміст СО у продуктах згорання складає 1,7%. За графіком визначали, що такий вміст CO відповідає суміші зі співвідношенням повітря-газ (a=1,25). Таке положення фронту полум'я буде постійним доти, доки не буде змінене співвідношення повітря-газ. Приклад 2 (на запропонований спосіб). Підготували пальну суміш із природного газу, що відбирали з балона (газопроводу), і повітря, що відбирали з приміщення, яке контролюється. Витрата природного газу склала 1см/сек, а повітря - 12см/сек. Пальну суміш направляли в дифузор, що охолоджується, і на виході підпалювали. Фронт полум'я, що утворився, переміщався уздовж осі дифузора і стабілізувався на деякій відстані від гирла дифузора, де розташовувався доти, доки надходила пальна суміш однакового складу. Якщо в повітрі, що відбирається з контролюючого приміщення, з'являється пальний газ (наприклад, метан), змінюється співвідношення повітря-газ убік збагачення суміші паливом, то, відповідно, знизиться коефіцієнт надлишку повітря (a). Фронт полум'я негайно відреагував на зміну і перемістився уздовж осі дифузора, ближче до гирла. При досягненні вмісту паливного газу в повітрі критичного значення, фронт полум'я досягне гирла дифузору і проникне у розширювальну камеру, де відбудеться «вибух» суміші, що її заповнює. У результаті «вибуху» у розширювальній камері відбудеться різке підвищення тиску і температури, що буде зафіксовано встановленими там датчиком тиску і термопарою. Вони видадуть електричний сигнал, що може бути перетворений у світловий або звуковий сигнали тривоги, а також у керуючий сигнал для знеструмлення устаткування в зоні загазованості і вентиляції контрольованого приміщення. Перевага запропонованого способу в порівнянні з прототипом полягає в тому, що при критичній концентрації пального газу в повітрі контрольованого приміщення можна миттєво одержати електричний сигнал, який може бути трансформований і автоматизований. Запропонований пристрій для здійснення способу подано на кресленні. Він включає розширювальну камеру 1, у якій встановлені датчик тиску 2 та термопара 3, а також патрубок 4 для подачі пальної суміші . Верхня частина розширювальної камери з'єднана з гирлом 5 дифузора 6, оточеного охолоджуючою рубашкою 7. Для отримання проскоку крізь гирло дифузора необхідно, щоб співвідношення діаметра патрубка для подачі пальної суміші до діаметра гирла дифузора було в межах 1,1¸3,0. Для підтвердження цього були проведені випробування в Інституті газу, результати - в таблиці. Залежність проскоку фронту полум'я від співвідношення d1/d2. Таблиця Співвідношення ά\/ά2 Наявність проскоку 1,0 1,1 + 2,0 + 3,0 + 3,1 Запропонований пристрій працює наступним чином. Суміш пального газу і повітря з контрольованого приміщення надходить через патрубок 4 у розширювальну камеру 1 і через гирло дифузора 5 заповнює дифузор 6, що охолоджується. На виході з дифузору пальну суміш підпалюють. Фронт полум'я , що утворився , переміщується уздовж осі дифузора і стабілізується в перетині, де швидкість переміщення потоку пальної суміші W дорівнює швидкості розповсюдження фронту полум'я V. Як тільки з'явиться в повітрі контрольованого приміщення пальний газ, зміниться співвідношення повітря-газ у суміші, що призведе до збільшення швидкості розповсюдження полум'я і фронт полум'я переміститься в перетин меншого діаметру, у якому виконується рівність швидкості розповсюдження фронту полум'я V і швидкості переміщення потоку пальної суміші W. При досягненні критичної концентрації пального газу в повітрі фронт полум'я переміститься в гирло дифузора і проникне в розширювальну камеру. При цьому швидкість розповсюдження фронту полум'я V буде вище швидкості переміщення потоку пальної суміші W. Виникне «вибух» пальної суміші, що заповнила розширювальну камеру, це буде зафіксовано датчиком тиску 2 і термопарою 3. Запропонований пристрій дає можливість одержати сигнал про критичну концентрацію пального газу в повітрі контрольованого приміщення і він може бути перетворений у звуковий або у світловий сигнал тривоги, а також у керуючий сигнал, що обезструмить електроустаткування в зоні загазованості, ввімкне вентиляцію і т.д.