АДСОРБЦИОННО-ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области обеспечения безопасности железнодорожного транспорта при перевозке опасных грузов, в частности может быть использована для предотвращения утечек нефтепродуктов и тушения пожаров на железнодорожных цистернах и направлена на повышение экологической безопасности и эффективности тушения пожаров.
Железнодорожный транспорт широко используется для перевозки опасных грузов, в том числе нефти и нефтепродуктов. Обеспечение безопасности функционирования железнодорожного транспорта рассматривается как одна из приоритетных задач его развития [1]. Для регулирования давления в газовом пространстве в процессе заполнения, слива нефтепродуктов и в случае колебаний температуры, обеспечения герметичности цистерны при ее опрокидывании используются дыхательные устройства. Они могут иметь в своей конструкции огнепреградители для защиты оборудования от возникновения взрыво- и пожароопасных ситуаций путем гашения пламени в узких каналах [2].
Известно изобретение «Способ тушения и противопожарной защиты» (патент RU 2246976, опубликован 27.02.2005) путем снижения поступления паров, газов и тепловых потоков в зону горения с помощью сеток или сеточных пакетов, обработанных вспенивающимися огнезащитными красками.
Недостатком данного способа является то, что сетка изначально погружена в жидкость, а при возникновении пожара внутри емкости для установления расстояния между жидкостью и сеткой нужно или слить часть жидкости в аварийную емкость, или поднять сетку. То и другое требует вмешательство человека, что на движущейся цистерне затруднительно.
Известно изобретение «Дыхательный клапан для резервуара» (патент RU 2327921, опубликован 27.06.2008), который содержит огнепреградитель, затвор давления и затвор вакуума.
К недостаткам данного клапана можно отнести сложность конструкции и затрудненный доступ к кассете огнепреградителя и ее обслуживание.
Известно изобретение «Клапан с огнепреградителем» (патент RU 2384783, опубликован 20.03.2010), в котором расположен огнепреградитель кассетного типа и дыхательный клапан.
К недостаткам данного клапана можно отнести сложность доступа к кассете огнепреградителя, утечки паров жидкости в окружающую среду. Устойчивая работа клапана и срок службы его деталей зависят от динамических нагрузок, которые создают движущиеся части клапана.
Известна полезная модель «Клапан для резервуара» (патент RU 33631, опубликован 27.10.2003), в котором введены система обогрева и система теплоизоляции, при этом система обогрева содержит расположенную на корпусе кассеты огнепреградителя нагревательную ленту, объединенную с датчиком температуры, а система теплоизоляции состоит из нескольких слоев утепляющих элементов и расположена вокруг нижней части клапана с огнепреградителем и патрубка резервуара.
К недостаткам данной полезной модели можно отнести трудность доступа к огнепреградителю, необходимость нагревательной системы, сложность конструкции, дорогое обслуживание.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является изобретение «Насадочный огнепреградитель» (патент RU 2389522, опубликован 20.05.2010), для подавления огня или взрывной волны в газовых трубопроводах, на резервуарах с горючими жидкостями. В насадочном огнепреградителе, содержащем корпус, выполненный из основания и крышки, между которыми расположен огнепреграждающий элемент, основание и крышка соединены между собой посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов, причем крышка с основанием выполнены в виде опорных фланцев, соединенных с усеченными конусами, расширяющимися к месту их соединения, а огнепреграждающий элемент расположен на фиксирующей решетке, выполненной в виде взаимно-перпендикулярных стержней, расположенных в верхней части основания параллельно опорным фланцам, и прикреплен к основанию и крышке посредством двух упругих лент, стягиваемых между собой посредством крепежных элементов, при этом огнепреграждающая кассета выполнена из пакета, состоящего из параллельных решеток, на которых находится насадка из стеклянных или фарфоровых шариков, гравия, корунда или из колец Рашига, или из других гранулированных сыпучих материалов.
К недостаткам данного огнепреградителя можно отнести: сложность изготовления насадки (прорезание винтовых канавок или образование винтовой линии, имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника и т.д.); малая термостойкость и ограниченная химическая стойкость насадки из полимерных материалов.
Задачей предлагаемой полезной модели является снижение утечек паров нефтепродуктов, повышение защиты резервуара от взрыва и пожара, упрощение конструкции дыхательного клапана.
Технические результаты достигаются тем, что на железнодорожную цистерну монтируется адсорбционно-дыхательный клапан, имеющий две эластичные сетки огнепреградителя на основе базальтовой ткани с определенным размером ячеек, обеспечивающим гашение пламени. Сетки являются ограничителями для помещаемого между ними углеродного носителя типа Сибунит, предназначенного для адсорбции паров нефтепродуктов, что препятствует их выходу в атмосферу, а также распространению пламени.
На фигуре показана схема адсорбционно-дыхательного клапана.
Адсорбционно-дыхательный клапан состоит из корпуса 1, который имеет два патрубка: нижний 2 выходит в резервуар, а верхний 3 - в атмосферу; во внутренней полости дыхательного клапана 4 расположен огнепреградитель, который состоит из двух эластичных сеток 5 на основе базальтовой ткани, между которыми располагается сорбент Сибунит.
Эластичные сетки 5, изготовленные на основе базальтовой ткани, выполняют функцию огнепреградителя, имеют высокую огнестойкость, простое конструктивное исполнение, низкую стоимость, высокие механические характеристики, химическую стойкость и долговечность, что обеспечивает широкую область применения и выгодно отличает их от металлических сетчатых огнепреградителей.
Для обоснования возможности использования базальтовой ткани в качестве сетчатого огнепреградителя проведен расчет критического диаметра пламягасящего элемента (КДПЭ) для керосина ТС-1, определены безопасный и эквивалентный диаметр; проведены огневые испытания.
Критический диаметр канала пламягасящего элемента рассчитан по формуле:
где Ре - число Пекле;
R - универсальная газовая постоянная кДж/моль*К;
Т - начальная температура газовой горючей смеси, К;
λ - теплопроводность горючей смеси, Вт/(м*К);
u
S - нормальная скорость распространения пламени, м/с;
р
С - теплоемкость газовой горючей смеси при постоянном давлении, кДж/(кг*К);
элемента
Р - давление горючей смеси, Па;
М - молярная масса горючей смеси, кг/моль.
Безопасный диаметр канала пламягасящего элемента должен быть взят с учетом двойного коэффициента запаса надежности, то есть:
Размер квадратной ячейки (а) сетки на основе базальтовой ткани определен по формуле:
г
где r - гидравлический радиус, мм;
2
S - площадь ячейки, мм;
П - периметр ячейки, мм. Результаты расчетов приведены в Таблице 1.
Устройство иллюстрируется следующим примером. Для проведения опыта были изготовлены образцы из базальтовой ткани прямоугольной формы размером 25×25 см. В ткани между волокон были проделаны отверстия диаметром, соответствующим полученным расчетным данным, а именно 1.37 мм для бензина. После этого ткань была закреплена в специальный держатель диаметром 20 см. Температура воздуха в помещении составляла 20-25°С. Испытания проводились в вытяжном шкафу. Бензин наливался в металлический поддон и поджигался с помощью горящей бумаги. Накрытие очага возгорания противопожарным средством производилось при помощи специального держателя, при этом стойкое пламенное горение прекращалось мгновенно. Выделения дыма не наблюдалось.
В качестве сорбента, располагаемого между эластичными базальтовыми сетками, предлагается использовать Сибунит - композиционный углерод-углеродный материал, сочетающий в себе достоинства графита (высокая химическая стойкость и электропроводность) со свойствами активных углей (высокие удельная поверхность и сорбционная емкость). Технология получения Ситбунита заключается в осаждении пиролитического углерода на гранулированной или формованной матрице из сажи (технического углерода) с последующей парогазовой активацией и высокотемпературной обработкой [3]. Отличительными чертами Сибунита являются высокая чистота (содержание углерода 98.5-99.5%), высокая механическая прочность, воспроизводимая мезопористая структура, высокая термическая стабильность и химическая стойкость. Преимущественный размер пор может регулироваться в диапазоне 18-300 нм.
Физико-химические свойства Сибунита по сравнению с активными углями приведены в таблице 2 [4].
Изделие выпускается в виде гранул сферической формы размером 2-6 мм. Изделия изготавливаются с различной внешней формой и размерами зерен: экструдаты в виде лепестков, колец, цилиндров, трубочек с наружным диаметром 2-8 мм, микроблоки с наружным диаметром 10-15 мм, блочные изделия сотовой структуры с наружным диаметром 10-50 мм.
Сибунит подвергается регенерации [5].
Литература
1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года: Распор. Пр-ва РФ от 17.06.2008 г. №877-р.
2. Стрижевский И.И., Заказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. - М.: Химия, 1974.
3. Плаксин Г.В. Создание новых типов пористых углеродных материалов для процессов адсорбции и катализа. Дисс. на соискание уч. степени д. хим. н. Новосибирск. 2001. - 383 с.
4. Плаксин Г.В. Пористые углеродные материалы типа сибунита // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. №9. С. 609-620
5. Патент RU 2110480 С1 «Способ очистки технологических растворов и сточных вод от органических веществ», опубликован 10.05.1998 г.