Пристрій для експериментального визначення концентраційних меж розповсюдження полум’я генераторних газів

OS U£0 Y4 MPKSG 01 N25/22 ПРИС ТРІЙ ДЛЯ ЕКСПЕРИМЕ Н ТАЛ ЬНОГ О ВИЗН АЧЕНН Я КОНЦЕНТР АЦІЙ НИХ МЕ Ж РОЗПОВСЮД ЖЕННЯ ПОЛУМ'Я ГЕНЕРАТОРНИХ ГАЗІВ. Винахід відноситься до пожежної безпеки, а саме до пристроїв для визначення параметрів пожежної небезпеки газоповітряних сумішей. В умовах обмеженості в Україні природних ресурсів нафти та газу, одним з перспективних напрямків розвитку економіки є виробництво рідких і газоподібних енергоносіїв з твердих горючих копалин: не придатного до коксування вугілля, твердо-фазних продуктів його переробки, горючих сланців або торфу. Найбільш прийнятним способом переробки є газифікація - процес взаємодії твердого палива при високих температурах з киснем, водяною парою або іншими газами із перетворенням його органічної маси в різні гази, що здійснюється в газогенераторах. Відомий пристрій для визначення концентраційних меж розповсюдження полум'я, який включає реакційну посудину, обладнану джерелом запалювання, і систему підготовки газоповітряної суміші (суміш горючих газів з повітрям) [1]. Недоліками пристрою є: - малі діаметр та об'єм реакційної посудини, що створює умови для підвищення інтенсивності тепловідведення в навколишнє середовище і спотворенню результатів експерименту; - наявність системи для штучного приготування складних газоповітряних сумі шей, що не дозволяє достовірно моделювати процеси, які проті кають у газоповітряній суміші при її утворенні в умовах реального технологічного процесу. Найбільш близьким по технічній сутності та ефекту до пристрою, що пропонується, є пристрій для визначення концентраційних меж розповсюдження полум'я по газоповітряним сумішам [2]. Пристрій по прототипу включає вертикально розташовану в терношафі реакційну посуднну, обладнану електродами джерела запалювання, конвективнини перемІшувачани та вогнеперешкоджувачем, механізм керування кришкою посудини, продувочні патрубки, прилади КВП і А (контрольновимірювальні прилади і апаратура), виконавчі механізми, систему трубопроводів з запірною арматурою для підводу компонентів газоповітряної суміші. Недоліками вказаного пристрою є: - необхідність штучного приготування газоповітряної суміші в реакційній посудині, що не дозволяє враховувати всю різноманітність процесів, які протікають в сумі ші газів при її утворенні в ході технологічного процесу, прилади КВП і А, виконавчі механізми, систему трубопроводів з запі рною арматурою для підводу компонентів газоповітряної суміші, та засіб для визначення температури самоспалахування; \ - наявність усередені реакційної посудини ковективних перемішувачів, а саме, з підвищенням температури на поверхні контакту перемішувачів з газо повітряним середовищем інтенсифікуються окислювальні процеси, які супровод жуються виділенням тепла і продуктів окислення , що в свою чергу впливає на склад вихідної суміші, умови проведення досліду та на достовірність його результату; - вертикальне розташування реакційної посудини, що сприяє впливу конвективних потоків яа швидкість розповсюдження полум'я по газоповітряним сумішам і спотворенню результатів експерименту. і Зад ачею в и наход у, що про по нує тьс я, є під в ище ння е фек тив ності пристрою для в из начення ко нце нтраці йних ме ж роз повсюдження полум'я складних газоповітряних сумішей, забезпечення умов проведення досліду, максимально наближених до реальних у технологічному процесі отримання і переробки генераторних газів, підвищення достовірності отриманих результатів, виключення можливості виникнення аварійних ситуацій. Поставлена задача вирішує ться за рахунок того, що пристрій для експериментального визначення концентраційних меж розповсюдження полум'я генераторних газів, який в^ючає термошафу, реакційну посудину, обладнану електрод ам и дже рела запалюв ання іа вог не пе реш коджув ачем, механізм керування кришкою посудини, продувочні патрубки, а також контрольно вимірювальні прилади І апаратуру, оснащений газогенератором, змішувачем та засобом для визначення температури самоспалахування газоповітряної суміші (суміші генераторного газу з повітрям), причому, газогенератор з'єднується зі змішувачем, обладнаним патрубками для відводу газоповітряної суміші на хроматог раф , засіб д ля в из наче ння тем ператури с амос палахув ання та в реакці йну посудину, розташовану в термошафі горизонтально , а електроди джерела запалювання, встановлені на відстані, що дорівнює О. І-0.15 довжини посудини від лівого її торця. Відзначні ознаки пристрою, що пропонується, мають наступний причнннонаслідковий зв'язок з технічним результатом, що досягається: | - використання газогенератора дозволяє максимально точно моделювати протікання реального технологічного процесу газифікації твердого палива в лабораторних умовах, враховуюч и всі в нутріш ні про цеси, що відбуваю ться в газовій суміші при її утворенні і транспортуванні ; - використання змішувача з механічним перемішуванням газоповітряної суміші дозволяє виключ ити передчасне прискорення (до включення джере ла запалювання) окислювально-відновних реакцій в посудині , що супроводжуються виділенням тепла, утворенням продуктів реак ції, а внаслідок, зміною якісного складу газоповітряної суміші і умов проведення досліду; - горизонтальне розташування реакційної посудини дозволяє виключити вплив конвектнаних потоків на швидкість розповсюдження полум'я по газоповітряній суміші і завдяки цьому сприяє отриманню більш точних результатів досліду; І - розташування всередині реакційної посудини електродів джерела запалювання на відстані, що дорівнює 0.1-0.15 Д ОВЖ ИНИ посудини від ліво го її торця, дозволяє виключити вплив ряду чинників на результати досліджень. Так, у випадку, коли ця відстань занадто велика, біля лівого торця реакційної посудини при відчиня нні кришк и буде відбуватися інтенсивний теплообмін -J фронту полум'я, що утворився, з оточуючий середовищем, а також дифузійний масообмін суміші, яка досліджується, і повітря, що змінить склад вихідної горючої суміші. При занадто малій відстані, розповсюдження фронту полум'я відбувається в обидва боки від джерела запалювання. Тиск продуктів горіння, що знаходяться між двома фронтами полум'я зростає, отже зростає і швидкість розповсюдження горіння, спотворюючи результат досліду. Таким чином тільки вся сукупність ознак сприяє досягненню поставленої задачі. На малюнку зображена схема пристрою, що пропонується^^1 ?J* Пристрій складається з системи для визначення концентраційних меж розповсюдження полум'я, яка являє собою кварцову реакційну посудину 1, горизонтально розташовану в термошафі 2, обладнану електродами джерела запалювання 3, розташованими на відстані від лівого торця посудини, що дорівнює 0.1-0.15 її довжини, вогнеперешкоджувачем 4, механізмом управління кришкою посудини 5} продувочнимн патрубками 6, а також приладів КВП І А 7, трубопроводу з запірною арматурою 8 для підводу генераторного газу, системи отримання генераторного газу, що являє собою піч барабанного тину 9, встановлену похило за напрямком руху твердого горючого матеріалу, під кутом до горизонту а = 1-5°; привід 10 для обертання печі 9 навколо її вісі, електрообігрівач 11, засіб 12 для подачі вуглецевого матеріалу, засіб 13 для подачі дуття, засіб 14 для відведення отриманого газу і засіб 15 для відведення шлаку, змішувача 16 для підготовки горючої суміші генераторного газу з повітрям, хроматографа 17 та засобу для визначення температури самоспалахуваиня 18. Пристрій працює наступним чином: перед запуском в роботу встановлюють температуру в реакційній зоні газогенератора 900-1000 °С за допомогою електрообігрівача 11. Після цього вмикають подачу дуття через засіб 13. Після досягнення усталеного режиму подачі дуття починають подачу вуглецевого матеріалу через засіб 12. Після цього вимикають пусковий обігрів і гази, що утворюються, відводять через засіб 14 в змішувач 16, а твердий залишок газифікації (по досягненні нижнього торця печі) в засіб 15. Контроль якісного складу газу здійснюється хроматографом 17. Генераторні гази, що утворюються в газогенераторі, в змішувачі Іб перемішуються з повітрям за допомогою електромагнітної мішалки. Механічна частина електромагнітної мішалки складається з осерді індукційної котушки, стакану для направлення руху осерді та обмежувача. Для безпосереднього перемішування газових сумішей передбачено п'ять пелюстків з текстоліту товщиною 0.75 ни, закріплених ебонітовими розпірними трубками. Кількість пального, що подається, і залишкового повітря визначається по різниці атмосферного тиску і розрахункового парціального тиску генераторного газу. Після перемішування газоповітряна суміш подається в реакційну посудину І, відвакуумовану до залишкового тиску не більш як 200 Па, до вирівнювання тисків з атмосферним і запалюється від іскри, що утворюється при подачі напруги на електроди джерела запалювання 3. Запалювання відбувається при відкритій кришці реакційної посудини з метою зтравлювання тиску продукти » горіння, що утворюються при згорянні суміші. Результат досліду оцінюється візуально по розповсюдженню полум'я на весь об'єм реакційної посудини. Якщо прн першому випробуванні суміші отримано негативний результат, то в кожному наступному випробуванні при визначенні нижньої (верхньої) межі концентрацію газу слід збільшувати не більш ніж на 10% (зменшувати не більш ніж на 5%) від початкової концентрації до отримання позитивного результату. Якщо при першому випробуванні отримано позитивний результат, то наступні випробування проводять зі зменшеною на нижній межі і збільшеною на верхній межі концентрацією генераторного газу до отримання негативного результату. Після кожного випробування змішувач 16, реакційну посудину 1 і термошафу 2 продувають повітрям для видалення продуктів горіння або газів, а також для охолодження стінок посудини. Наступний дослід починають після того, як температура в реакційній посудині 1 досягне температури заданого режиму. Випробування проводили з генераторними газами, що були отримані з різних вуглецевих матеріалів: на парокисневому та пароповітряному дутті. Середній склад газів наведено в таблиці 1. Таблиця 1 - Склад генераторних газів. Речовина, що аналізується н2 СО Генераторний газ 43,95 40,5 (парокисневе дуття) 14,56 21,99 Генераторний газ (пароповітряне дуття) Вміст компонентів, % СО2 СЕ» H 2S NH3 14,52 0,03 0,42 0,16 N2 0,42 8,69 53,24 0,86 1,26 Спочат ку бул и про вед е ні е кс пер име нт и по об гру нту ва нню використовування газогенератора замість системи штучної підготовки газової суміші для аналізу. Отримані результати наведені в таблиці 2. Таблиця 2 - Залежність концентраційних меж розповсюдження полум'я від виду системи підготовки газоповітряної суміші. Речовина, що аналізується Генераторний газ (парокисневе дуття) Генераторний газ (пароповітряне дуття) Концентраційні межі розповсюдження полум'я, % Розрахункові Пристрій, що І с ну і очий пропонується прист рій [2] НКМРІЇ ВКМРП НКМРП ВКМРП НКМРП ВКМРП 11,03 74,4 10,8 77,5 11,16 73,45 10,45 70,5 9,95 72,35 12,15 69,29 Аналіз таблиці 2 показує, що при штучному приготуванні горючої суміші перед випробуваннями нижня концентраційна межа знижується, а верхня підвищується, що розширює область займання і призводить до помилкових результатів. Далі були проведені експерименти по обгрунтуванню орієнтації реакційної посудини. Отримані результати наведені в таблиці 3. Таблиця 3 - Залежність концентраційних меж розповсюдження полум'я від орієнтації реакційної п осу диня. Речовина, що аналізується Генераторний газ (парокисневе дуття) Генераторний газ (пароповітряне дуття) Концентраційні межі розповсюдження полум'я, % Розрахункові Існуі очий Пристрій, що прист рій [2] пропонується НКМРП ВКМРП НКМРП ВКМРП НКМРП ВКМРП 11,03 10,8 75,23 74,4 77,5 11,75 10,45 70,5 9,95 72,35 11,64 69,83 З даних таблиці 3 випливає, що більш ефективним є визначення концентраційних меж розповсюдження полум'я в горизонтальній реакційній посудині, так як при вертикальному її розташуванні, внаслідок впливу конвективних потоків, розширюється область займання газоповітряної суміші. Далі були проведені експерименти по обгрунтуванню розташування електродів джерела займання в реакційній посудині. Отримані дані наведені в таблиці 4. Таблиця 4 - Обгрунтування правомірності вибору місця розташування електродів джерела займання. Речовина, що аналізується Генераторний газ (парокисневе дуття) Генераторний газ (пароповітряне дуття) Розташування електродів джерела займання в частках довжини реакційної посудини од 0,11 0,13 0,16 0,17 од оді ОДЗ 0,16 0Д7 Концентраційні межі розповсюдження полум'я Пристрій із горизонтальним розташуванням реакційної посудини НКМРП ВКМРП 12,02 69,15 71,67 11,43 72,98 11,37 73,53 11,01 75,02 10,51 12,58 66,15 11,82 68,7 11,69 68,95 11,32 69,85 9,53 72,03 Із даних, наведених в таблиці 4 в ипливає , що найбі льш доціль но розташовувати електроди джерела запалювання на відстані ОЛ-0,15 довжини реакційної посудини від лівого торця. Зменшення відстані менш ніж на 0,1 довжини посудини призводить до підвищення нижньої концентраційної межі розповсюдження полум'я внаслідок тепловтрат від фронту полум'я в навколишнє середовище та дифузії повітря в початкову горючу суміш при відкриванні кришк и реакці йної посудини. Збільшення відстані більш як на 0,15 довжини реак ційної посудини призводить до зниження верхньої концентраційної межі за рахунок збільшення швидкості розповсюдження полум'я, що визване підвищенням тиску продуктів горіння всередині реакційно ! посудини. Зіставлення ефектив ності роботи пристроїв відомого по прототипу і пристрою, що пропонується наведено в таблиці 5. Таблиця 5 - Зіставлені дані відомого та запропонованого пристроїв. Показники Прототип Довжина реакційної посудини, нм Діаметр реакційної посудини, им Температура суміші, що досліджується, °С Розташування реакційної посудини Область займання, %: НКМРЇЇ ВКМРП 800 300 15 - 150 вертикально 10,8 77,5 Загальний тиск суміші, кїїа Наявність конвектнвннх перемішувачів 101,3 - 120 є Пристрій, що пропонується 800 300 15 - 150 горизонтально 11,75 75,23 101,3 - 120 немає Як свідчать наведені дані, запропонований пристрій дозволяє підвищ ити точність визначення області займання генераторних газів у середньому на 2% і, як наслідок, прийм ати більш ефектив ні ріше ння по запобіганню поже ж та вибухів. ЛІТЕРАТУРА 1. ГОСТ 12.1.044-84. "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, номенклатура показателей и методы их определения". 2. ГОСТ 12.1.044-89. "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, номенклатура показателей и методы их определения". Пристрій для експериментального концентраційних меж розповсюдження генераторних rajtS. і пара і Л Вт ори: Ю-В./Іс/ценко І 16. Шул ьга і В. В. Олій ник \ О.В.ВасильєЗ І ІГ.Дере&'Янно Г.О.Моуо&ии 1