Спосіб вибухозахисту при експлуатації систем транспортування газів

Способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов, включающий перемещение газов через огнепреграждающий элемент со стационарным слоем катализатора окисления в количестве, обеспечивающем степень превращения не менее 0,55 при рабочей темпе ратуре катализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что предварительно определяют скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, причем скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, ограничивают при этом для незажатого стационарного слоя катализатора - в пределах w p < w n < w., а для зажатого стационарного слоя катализатора - в пределах • Wp < Wnl где Wp - скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления; Wn - скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению; We - скорость начала псевдоожижения (скорость витания) частиц катализатора. О О Изобретение относится к взрывозащите систем транспортирующих средств, преимущественно к способам предупреждения пламени в газовых трубопроводах. Известен способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки га зов путем использования огн е преградителей, содержащих насадку с эквивалентным диаметром каналов меньше критического [1]. Описанный способ имеет недостаточную надежность вследствие того, что пла 26302 мя гасится только при условии прекращения подачи газа в трубопровод. При непрерывной подаче газа в трубопровод в случае возникновения пламени насадка разогревается, теряет пламегасящие свойства, пламя проходит через насадку. Наиболее близким по совокупности признаков является способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов [2], в котором гашения пламени при обеспечении непрерывности потоков достигают за счет того, что в качестве пламегасящей насадки используют катализатор окисления в количестве, обеспечивающем степень превращения не менее Оу55 при рабочей температуре катализатора, а при достижении насадкой температуры, равной рабочей температуре катализатора, во встроенный теплообменник подают теплоноситель и прекращают его подачу при достижении насадкой температуры не выше, чем температура начала работы катализатора, причем для ускорения гашения пламени при использовании в качестве пламегасящей насадки стационарного слоя катализатора в объеме слоя устанавливают теплопроводящие элементы. Известный способ требует дополнительных приемов по поддержанию необходимой температуры катализатора и использует для этого сложную конструкцию огнепреградителя, которая не обеспечивает достаточной его надежности вследствие наличия в огнепреградителе встроенного теплообменника и соответственно регулятора расхода теплоносителя, датчика температуры, системы управления потоком теплоносителя, что увеличивает вероятность отказов, сбоев, несрабатываний системы взрывозащиты. Задачей данного изобретения является усовершенствование способа взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов путем поддержания соответствующих скоростей подачи газового потока, чтобы обеспечить охлаждение слоя катализатора после гашения пламени, что позволяет исключить из известного способа операции по поддержанию температурного режима работы катализатора путем подачи теплоносителя в теплообменник и соответственно исключить из конструкции огнепреградителя теплообменник. Это в свою очередь позволяет упростить конструкцию огнепреграждающего устройства и повысить надежность его работы. Поставленная задача решается тем, что в способе взрывозащиты при эксп 5 10 15 20 луатации систем транспортировки газов, включающем перемещение газов через огнепреграждающий элемент со стационарным слоем катализатора окисления э количестве, обеспечивающем степень превращения окисляемого газа не менее 0,55 при рабочей температуре катализатора, согласно заявляемому способу, предварительно определяют скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, а скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, для незажатого стационарного слоя катализатора ограничивают пределом Wo < Wn < WB, а для зажатого стационарного слоя катализатора ограничивают пределом • W р 25 30 35 40 45 50 55 < W, п' где Wp - скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления; Wn - скорость движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению; WB - скорость начала псеедоожижения (скорость витания) частиц катализатора. Верхний предел скорости движения газового потока для зажатого стационарного слоя не устанавливается (максимальная скорость не ограничивается). Поиск, проведенный по источникам научно-технической и патентной информации, показал, что совокупность всех существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна. Поэтому можно считать, что предлагаемый способ взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов соответствует требованиям новизны, т.к. он неизвестен из уровня техники. Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что за счет поддержания скорости движения газового потока в огнепреграждающем элементе при нормальных условиях, отнесенной к его свободному сечению, в пределах, когда ее величина превышает скорость теплового распространения зоны реакции окисления, но ниже скорости начала псевдоожижения (скорости витания) частиц катализатора, он обеспечивает после гашения пламени снижение температуры насадки до исходной, предшествовавшей воспламенению. Происходит послойное 26302 охлаждение стационарного слоя катализатора холодной свежей смесью горючего газа. Локальные объемы слоя выключаются из реакционного объема. В случае использования зажатого стационарного слоя катализатора верхний предел скорости движения газового потока не ограничивают, т.к. в этом случае не будет теплопереноса вследствие отсутствия массообмена в объеме слоя. В результате и в этом и в другом случае не требуются дополнительные операции, связанные с тем, что в прототипе для охлаждения слоя катализатора до температуры, предшествовавшей воспламенению, необходима подача теплоносителя в теплообменник при достижении насадкой температуры, равной рабочей температуре катализатора, и прекращение этой подачи при достижении насадкой температуры, не превышающей температуру начала работы катализатора. Если скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления превышает скорость газового потока, то как в случае незажатого, так и в случае зажатого стационарного слоя охлаждения слоя не происходит и горючая смесь окисляется в объеме насадки. "В случае, когда скорость газового потока превышает скорость начала псевдоожижения для незажатого стационарного слоя, то вследствие перемешивания частиц катализатора происходит интенсивный теплообмен в объеме слоя, окисление протекает во всем объеме катализатора и снижения температуры не происходит. Сопоставительный анализ существенных отличительных признаков заявляемого способа и известных признаков показывает, что существенный отличительный признак, касающийся ограничения скорости газового потока через стационарный слой катализатора окисления огнепреграждающего устройства при нормальных условиях, отнесенный к его свободному сечению, величиной, превышающей скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и не превышающей скорость начала псевдоожижения частиц катализатора, применен впервые. Существенный отличительный признак, касающийся ограничения скорости газового потока величиной, превышающей скорость движения зоны реакции для зажатого стационарного слоя, также неизвестен из известных источников информации и применен впервые. Вся совокупность существенных признаков позволяет получить новый результат при существен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ном упрощении способа за счет исключения необходимости подачи хладагента для охлаждения катализатора окисления огнепреграждающего устройства, повысить надежность его работы по сравнению с прототипом. Таким образом, можно сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует требованиям изобретательного уровня. Доказательством осуществления заявляемого способа взрывозащиты при эксплуатации систем транспортировки газов являются приведенные ниже примеры. В качестве транспортируемого газа использовали метановоздушную смесь, содержащую 9,5 об.% метана. В качестве насадки использовали катализатор ИК-1270 фракционного состава 1,5-2,0 мм. Примеры 1-6. На газораспределительную решетку огнепреградителя, диаметр которого в месте нахождения катализатора 50 мм и высота 900 мм, засыпают катализатор в количестве 250400 мл, В огнепреградитель при комнатной температуре через газораспределительную решетку со скоростью 0,35-0,57 м/с подают горячую метановоздушную смесь. Предварительно экспериментально определяют величину скорости теплового распространения зоны реакции каталитического окисления как скорость движения газового потока, при которой начинается необратимое охлаждение разогретого до рабочей температуры катализатора и соответственно прекращение каталитической реакции окисления. Для катализатора ИК-12-70 она равна в данных условиях 0,3 м/с. Затем также экспериментально определяют скорость начала псевдоожижения как минимальную скорость движения газового потока в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенную к его свободному сечению, при которой наблюдается перемещение частиц слоя катализатора. Ома составила 0,6 м/с. Далее горючую метановоздушную смесь поджигают над выходным патрубком огнепреградителя, пропуская ток через нихромовую спираль диаметром 2,5 мм. Возникающее пламя проникает внутрь огнепреградителя и задерживается слоем катализатора. Катализатор разогревается. Выходящий газовый поток флегматизируется продуктами гетерогенного каталитического окисления, что приводит к гашению пламени. Подачу газа не прекращают и в результате слой катализатора охлаждается свежим потоком газа до комнатной температуры. Перемешивание частиц слоя катализатора отсутствует. Сие 26302 тема возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров 1-6 приведены в таблице. П р и м е р ы 7-11 (для сравнения). Способ осуществляют в условиях примеров 1-6, но количество катализатора составляет 100-190 мл, а горючую метановоздушную смесь подают в огнепреградитель со скоростью 0,14-0,28 м/с. Перемешивания частиц слоя катализатора нет. Слой катализатора после гашения пламени не остывает и система не возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров 7-11 приведены в таблице. П р и м е р ы 12-14 (для сравнения). Способ осуществляют в условиях примеров 1-6, но объем катализатора составляет 400-550 мл, а горючую метановоздушную смесь подают в огнепреградитель со скоростью 0,57-0,85 м/с. Происходит перемешивание частиц слоя катализатора. Охлаждения слоя катализатора после гашения пламени не наблюдается. Система не возвращается в исходное соетояние. Результаты осуществления примеров 12-14 приведены в таблице. П р и м е р ы 15-17. Способ осуществляют в условиях примеров 1-6, но слой катализатора зажимают сверху сеткой с размером ячеек 1 мм х 1 мм живым сечением 98% и объем катализатора составляет 460-650 мл, а скорость подачи горючей меіановоздушной смеси 0,7-0,92 м/с. После гашения пламени слой катализатора охлаждается. Система возвращается в исходное состояние. Результаты осуществления примеров 15-17 приведены в таблице. В примерах 1-6 скорость движения газового потока горючей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, превышает скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления. Поэтому после гашения пламени продуктами флегматизации каталитической реакции окисления вследствие отсутствия перемещения частиц слоя катализатора и охлаждения слоя катализатора свежим потоком газа температура слоя снижается до температуры, предшествующей поджиганию смеси, т.е, до комнатной. В примерах 7-11 скорость движения газового потока горючей метановоздуш 8 ной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, меньше скорости теплового распространения зоны реакции ка5 талитического окисления. Поэтому после гашения пламени продуктами флегматизации каталитической реакции окисления, несмотря на отсутствие перемешивания частиц катализатора, вследствие недос10 таточного охлаждения слой катализатора не остывает. 15 20 25 30 35 В примерах 12-14 скорость движения газового потока горючей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, больше, чем скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления, и превышает скорость начала ожижения слоя катализатора. Поэтому охлаждения слоя катализатора не наблюдается: изза перемешивания частиц катализатора градиент температур по объему слоя незначителен. В примерах 15-17 скорость движения газового потока горючей метановоздушной смеси в огнепреградителе при нормальных условиях, отнесенная к его свободному сечению, превышает скорость теплового распространения зоны реакции каталитического окисления и не имеет ограничения по верхнему пределу. Но вследствие отсутствия массопереноса отсутствует и теплоперенос частицами катализатора, т.к. слой катализатора зажат. Поэтому слой катализатора охлаждается после гашения пламени. Таким образом, примеры 1-6 и 15-17 показывают возможность достижения технического результата при использовании заявляемой совокупности существенных признаков. При этом гашения пламени и 45 прекращения гетерогенно-каталитической реакции (охлаждения слоя катализатора) достигают без использования теплоносителя, а только за счет поддержания определенных величин скоростей движения га50 зового потока