Об эффективности защиты пылеприготовительного оборудования предохранительными клапанами
Оборудование сушильно-размольных установок защищается от разрушений предохранительными клапанами. Максимальное давление взрыва пыли рм определяется давлением вскрытия рв клапана и последующим приростом давления, продолжающимся до тех пор, пока скорость увеличения объема газов при взрывном горении в установке не уравняется с объемной скоростью истечения газов через открытые клапаны. Проведенные расчеты [1] показали, что для рв= 0,01 МПа величина рм при сечении предохранительных клапанов Р/У— 0,025 м^м3 не превысит 0,15 МПа, а при Р/У= = 0,04 м2/м3 — 0,04 МПа.
В соответствии с Правилами взрывобезопасности [2] и отраслевым стандартом ОСТ 24.812.03—73 на пыле-приготовительном оборудовании применяют только предохранительные клапаны с разрывной мембраной (диафрагмой). Опыт эксплуатации показал, что отказы в срабатывании клапанов диаметром до 300 мм, а нередко и более, снабженных металлическими диафрагмами, имеют место даже при взрывах с разрушением пыле-приготовительного оборудования. Экспериментальных данных по вскрытию таких клапанов до настоящего времени не имелось. Поэтому исследование взрывов на новой стендовой установке большого объема началось с изучения эффективности защиты предохранительными клапанами.
Схема взрывной камеры стендовой установки с основными размерами и обозначениями мест установки датчиков для измерения параметров взрыва приведена на рис. 1. Объем камеры составляет 2 м3, протяженность по контуру — 19,4 м. Качественное диспергирование пыли равномерно по взрывному объему и поддержание ее во взвешенном состоянии достигается применением осевого вентилятора, вмонтированного в камеру. При скорости вращения 3400 об/мин (56,7 1/с) он обеспечивал циркуляцию потока воздуха со скоростью не менее 18 м/с, достаточной для транспортирования подаваемой в камеру пыли. За вентилятором размещался направляющий аппарат — раскручиватель потока, а далее — быстродействующий шибер, заслонка которого при включении электромагнита перекрывала трубопровод, останавливая поток пылевоздушной смеси, в результате чего происходило ее воспламенение от разогретой электрической спирали и взрыв пыли.
Спираль из нихромовой проволоки 02 мм, намотанная на алундовый сердечник 0 15 мм длиной 1 м, размещалась непосредственно на всасе вентилятора и раскалялась на открытом воздухе до 1100°С за 10 с при потребляемой мощности 12 кВт.
Во время опытов измерялись давление и скорость распространения пламени взрыва. Использовался тензометрический способ регистрации давления датчиками мембранного типа в комплекте с усилителем типа ТА-5 и шлейфным осциллографом Н-115. Скорости распространения пламени измерялись с помощью фотодиодов ФД-2, фиксирующих момент появления пламени. Они имеют максимум чувствительности в инфракрасной области и работают в фотогальваническом режиме.
Вскрытие диафрагмы клапана фиксировалось на осциллограмме при помощи тонкой проволоки, натянутой перед диафрагмой и находящейся под переменным напряжением. Концы ее подключались к осциллографу через резистор.
Наладочные опыты проведены на тонкодисперсной ( с медианным размером частиц 10 мкм) пыли березовского бурого угля (С^=20,1 МДж/кг; Лс=26,8 %; уг=44^5 %. рл~о,25), а основные опыты — на пыли кузнецкого газового угля из пыле-системы с ШБМ (^9о= = 30Н-32 %; <2д=27,7 МДж/кг; Л<==16,1 %;
= 42,8 %; рл=0,416). Перед опытами пыль высушивалась при 110°С до постоянной массы. При испытании обоих видов пыли на взрываемость в лабораторной камере малого объема с поршневым распылителем наибольшие величины рм составили около 0,8 и 0,65 МПа соответственно.
При проведении опытов в закрытой камере установки объемом 2 м3 при взрывах пыли березовского угля величина максимального избыточного давления составила в среднем 0,54 МПа, изменяясь в пределах 0,44 ... ... 0,64 МПа, при среднем времени развития взрыва (времени достижения рм) ^м—0,6 с. Дл.я пыли кузнецкого газового угля соответствующие величины составили /?м==0,45 МПа (0,38 ... 0,52 МПа) при тм=0,7 с. Скорость пламени не превышала 100 м/с на самом «быстром» участке камеры в средней (верхней) ее части, причем на начальном участке и в конце пути скорость пламени была примерно вдвое меньше, составляя 30 ... ... 48 м/с. Резкое возрастание скорости пламени до величин 140 ... 150 м/с (в двух опытах достигнута скорость 188 м/с) имело место при взрывах пыли в незамкнутой камере после разрыва мембраны предохранительного клапана.
В опытах с клапанами проверена эффективность их срабатывании для всех нормализованных диафрагм (из белой жести со швом-фальцем, из алюминия с царапиной и из асбестового картона) с цилиндрическими и диффузорными патрубками высотой не более диаметра клапана. Цилиндрические патрубки взрывных клапанов предназначались для испытания диафрагм диаметром Бу 100 ... 350 мм, а для диафрагм Пу 500 ... 800 мм применялся переходный диффузор с углом раскрытия 30° на сторону.