КОНЦЕВОЙ ОГНЕПРЕГРАДИТЕЛЬ

Полезная модель относится к энергетической, химической, нефтегазовой, угольной отраслям промышленности, в частности к устройствам сброса давления взрыва с одновременным предотвращением распространения пламени внутренних воспламенений и/или взрывов горючих и/или взрывоопасных смесей, возникающих в замкнутых системах, в том числе трубопроводах, резервуарах и так далее, с целью предотвращения разрушения этого оборудования при воспламенении и/или взрыве и сохранения жизни и здоровья людей и материальных ценностей, находящихся вне замкнутых систем.
В соответствии с нормативными документами элементы, узлы и оборудование замкнутых систем, в которых могут возникать горючие и/или взрывоопасные смеси, должны быть защищены от разрушения при возникновении взрыва, то есть иметь конструкцию, устойчивую к взрыву, или конструкцию, рассчитанную на пониженное давление взрыва с применением устройств сброса давления взрыва. В качестве таких устройств могут выступать взрывные предохранительные клапаны с разрывающимися мембранами, вентиляционные люки или предохранительные откидные перегородки.
Сброс давления воспламенения и/или взрыва допускают в рабочие помещения, в этом случае персонал может быть подвергнут опасности, например, от пламени или разлетающихся осколков. Также может возникнуть опасность взрыва внутри помещения при выбросе несгоревших горючих и/или взрывоопасных смесей и пламени в качестве источника воспламенения. В таком случае устройства сброса давления взрыва оборудуют пламегасящими элементами, которые свободно пропускают поток горючей и/или взрывоопасной смеси через пламегасящий элемент и предотвращают распространение пламени.
Пламегасящие элементы, устанавливаемые на устройства сброса давления взрыва, создают аэродинамическое сопротивление, препятствующее сбросу повышенного давления, возникающего при воспламенении и/или взрыве, что может привести к разрушению элементов, узлов и/или оборудования замкнутых систем, в которых происходит воспламенение и/или взрыв.
Известно, что проницаемые препятствия, равномерно распределенные по сечению канала или трубопровода, по которому движется поток, создают сопротивление этому потоку. Это сопротивление напрямую зависит от площади живого сечения препятствия. Площадь живого сечения - свободная площадь препятствия для прохода потока. Если препятствие имеет непрямые отверстия (каналы) для прохода потока, то для него можно вычислить площадь эквивалентного живого сечения, соответствующую препятствию, имеющему прямые отверстия (каналы) для прохода потока. Вычисление производят по известным формулам с учетом результатов аэродинамических испытаний.
За прототип настоящей полезной модели принят огнепреградитель (патент РФ на полезную модель №189242, дата приоритета 21.09.2018 г., дата публикации 16.05.2019 г. в бюл. №14, класс МПК А62С 4/00), размещаемый на фланце отвода защищаемого оборудования при помощи болтов, шайб и гаек, содержащий корпус, взрывной предохранительный клапан с мембраной, установленный на отводе, сменный пламегасящий элемент из чередующихся плоской и гофрированной металлических лент, обеспечивающий гашение пламени без нагрева корпуса огнепреградителя свыше 150°С, огнепреградительную прокладку, выполненную из негорючего материала, крышку с верхней мембраной из негорючего материала, шпильками, шайбами и гайками, смотровое окно и опоры.
Недостатком прототипа является то, что площадь эквивалентного живого сечения пламегасящего элемента, пропускающего несгоревшую горючую и/или взрывчатую смесь, продукты горения, а также избыточное давление воспламенения и/или взрыва, не зависит от общей площади прохода, что может создавать значительное сопротивление, привести к недостаточному сбросу давления взрыва и разрушению корпуса защищаемого оборудования. Еще один недостаток прототипа заключается в отсутствии возможности быстрой смены мембраны взрывного предохранительного клапана при ее повреждении. Имеется смотровое окно для контроля целостности мембраны, имеются болты шайбы и гайки для прижатия корпуса вместе с взрывным предохранительным клапаном к опорам, присоединенным к отводу, то есть только для крепления огнепреградителя к фланцу отвода. Но для замены мембраны взрывного предохранительного клапана необходимо откручивать гайки и снимать корпус и все, что на нем расположено, что требует значительных временных и трудовых затрат.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности и технологичности заявляемого концевого огнепреградителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом концевом огнепреградителе, устанавливаемом на фланце сбросного патрубка замкнутой системы, включающем корпус с двумя фланцами, взрывной предохранительный клапан с мембраной, пламегасящий элемент, прокладку из негорючего материала, фланец с решеткой, защитную пленку из негорючего материала, соединительные элементы в виде шпилек, шайб, болтов и гаек, смотровое окно, проушины, согласно заявляемой полезной модели, площадь эквивалентного живого сечения пламегасящего элемента не меньше свободной площади сечения сбросного патрубка замкнутой системы. Также заявляемый концевой огнепреградитель дополнительно снабжен винтовым механизмом замены мембраны взрывного предохранительного клапана. Также заявляемый концевой огнепреградитель дополнительно снабжен телескопическим механизмом замены мембраны взрывного предохранительного клапана.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид сбоку заявляемого концевого огнепреградителя с винтовыми механизмами замены мембраны взрывного предохранительного клапана, на фиг. 2 показан вид сбоку заявляемого концевого огнепреградителя с телескопическим механизмом замены мембраны взрывного предохранительного клапана, на фиг. 3 показан вид сверху заявляемого концевого огнепреградителя вне зависимости от вида механизма замены мембраны взрывного предохранительного клапана.
Заявляемый концевой огнепреградитель (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) состоит из корпуса 1 с нижним 2 и верхним 3 фланцами, взрывного предохранительного клапана с мембраной 4, пламегасящего элемента 5, прокладки 6 из негорючего материала, фланца с решеткой 7, защитной пленки 8 из негорючего материала, соединительных элементов в виде шпилек 9, шайб 10, болтов 11 и гаек 12, смотрового окна 13 для контроля целостности мембраны 4, проушин 14 для перемещения концевого огнепреградителя, механизма замены мембраны взрывного предохранительного клапана. Концевой огнепреградитель присоединяют с помощью соединительных элементов 10, 11, 12 к фланцу 15 на сбросном патрубке 16 трубопровода или другой замкнутой системы, в которых могут возникать воспламенение и/или взрыв. Пламегасящий элемент 5 присоединяют к верхнему фланцу 3 корпуса 1 через прокладку 6 из негорючего материала, которая не допускает проскок пламени через соединение. Пламегасящий элемент 5 притягивают к фланцу с решеткой 7 через защитную пленку 8 из негорючего материала с помощью соединительных элементов 9, 10, 12.
Винтовой механизм замены мембраны взрывного предохранительного клапана (фиг. 1) состоит из нижней опоры 17, присоединяемой на сварке к сбросному патрубку 16, верхней опоры 18, присоединяемой на сварке к корпусу 1 и нижнему фланцу 2, шпилек 19, шайб 20, и гаек 21, соединяющих нижнюю 17 и верхнюю 18 опоры друг с другом и необходимых для быстрой замены мембраны 4. На одном концевом огнепреградителе может быть предусмотрено несколько винтовых механизмов замены мембраны 4 взрывного предохранительного клапана.
Телескопический механизм замены мембраны взрывного предохранительного клапана (фиг. 2) состоит из проставки 22, имеющей фланцевое соединение с фланцем 15 на сбросном патрубке 16 и нижним фланцем 2, не менее двух кронштейнов 23, присоединенных на сварке к проставке 22 и корпусу 1, эластичного элемента 24 из негорючего материала, поворотной пластины 25. С одной стороны поворотную пластину 25 опирают на пальце 26 нижней опоры 27, с другой стороны крепят к верхней опоре 28 с помощью болтового соединения 29. Нижняя опора 27 присоединена на сварке к проставке 22. Верхняя опора 28 присоединена на сварке к корпусу 1.
Принцип действия пламегасящего элемента 5 основан на гашении пламени посредством теплообмена в каналах малого диаметра, меньше критических пламегасящих диаметров для различных горючих и/или взрывоопасных смесей. Пламя, попадая в каналы малого сечения, дробится на отдельные мелкие потоки. Поверхность соприкосновения пламени с пламегасящим элементом 5 увеличивается, возрастает теплоотдача стенкам каналов, и реакция горения прекращается. Конструкции и материалы пламегасящих элементов и в целом огнепреградителей описаны в книге Ковальчука P.M. Быстродействующие пламеотсекатели. - М.: НИИТЭХИМ, 1977. - 92 с., и в книге Стрижевского И.И., Заказнова В.Ф. Промышленные огнепреградители. - М.: Химия, 1974. - 189 с. Также есть описание пламегасящих элементов в различных источниках, например, патент РФ на изобретение №2229318, конвенционный приоритет: 10.11.1998 г., дата публикации 27.05.2004 г. в бюл. №15, класс МПК А62С 4/00; патент РФ на изобретение №2578116, конвенционный приоритет: 04.05.2010 г., дата публикации 20.03.2016 г. в бюл. №8, класс МПК А62С 4/00; патент РФ на полезную модель №28620, дата приоритета 29.01.2002 г., дата публикации 10.04.2003 г. в бюл. №10, класс МПК А62С 4/02 и так далее. Пламегасящий элемент может быть выполнен из чередующихся гофрированной и плоской металлических лент или набора сеток, наложенных друг на друга, что не является предметом настоящей полезной модели. Таким образом, для изготовления пламегасящего элемента может быть выбран любой из известных материалов и конструкций, обеспечивающих свободное прохождение горючих и/или взрывоопасных смесей, но предотвращающих распространение пламени.
Для исключения значительного сопротивления потоку продуктов горения и повышенному давлению воспламенения и/или взрыва, возникшего внутри трубопровода или другой замкнутой системы, в которых могут возникать горючие и/или взрывоопасные смеси, в заявляемом концевом огнепреградителе площадь эквивалентного живого сечения пламегасящего элемента 5, имеющего как прямые, так и непрямые отверстия/каналы, составляет не меньше свободной площади сечения сбросного патрубка 16 замкнутой системы. При соблюдении этого условия пламегасящий элемент будет создавать минимальное сопротивление для сброса давления воспламенения и/или взрыва, и элементы, узлы и оборудование замкнутых систем, в которых может возникнуть воспламенение и/или взрыв, не разрушатся. Это было подтверждено испытаниями на стендах. Свободную площадь сечения сбросного патрубка 16 вычисляют, зная его внутренний диаметр D (фиг. 1, фиг. 2). В случае использования металлических сеток в пламегасящем элементе, площадь эквивалентного живого сечения для набора таких сеток можно определить при учете результатов аэродинамических испытаний с помощью диаграмм и формул, приведенных в «Справочнике по гидравлическим сопротивлениям», Идельчик И.Е./Под ред. М.О. Штейнберга - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1992 - 672 с.: ил.
Пламегасящий элемент 5 защищен от загрязнения защитной пленкой 8 от внешней среды и мембраной 4 взрывного предохранительного клапана от внутренней среды трубопровода или другой замкнутой системы, в которых могут возникать горючие и/или взрывоопасные смеси.
Соединения 9, 10, 12 позволяют быстро заменить пламегасящий элемент 5 в случае воспламенения и/или взрыва или при другой необходимости. На фланце 7 имеется решетка, удерживающая пламегасящий элемент 5 в случае воздействия повышенного давления воспламенения и/или взрыва.
Заявляемый концевой огнепреградитель работает следующим образом. При возникновении воспламенения и/или взрыва внутри трубопровода или другой замкнутой системы, в которых могут возникать горючие и/или взрывоопасные смеси, повышается давление до момента разрыва мембраны 4 взрывного предохранительного клапана. После разрыва мембраны 4, рассчитанной на известное давление, повышенное давление, пламя и продукты взрыва попадают в корпус 1 огнепреградителя. Пламегасящий элемент 5 гасит пламя и создает минимальное сопротивление для сброса давления, так как площадь эквивалентного живого сечения пламегасящего элемента 5, имеющего как прямые, так и непрямые отверстия/каналы, не меньше свободной площади сечения сбросного патрубка 16 из трубопровода или из другой замкнутой системы, в которых возникли воспламенение и/или взрыв. Таким образом, концевой огнепреградитель надежно выполняет функцию гашения пламени и сброса давления взрыва для предотвращения разрушения элементов, узлов и/или оборудования замкнутых систем, в которых происходит воспламенение и/или взрыв.
Имеющийся механизм замены мембраны в составе заявляемого концевого огнепреградителя позволяет быстро заменить мембрану 4 взрывного предохранительного клапана в случае необходимости без снятия корпуса 1 и всего, что на нем расположено. Винтовой механизм замены мембраны так же, как и телескопический, позволяет только приподнять корпус 1 и все, что на нем расположено, для замены мембраны, а затем опустить обратно, что снижает временные и трудовые затраты, тем самым повышает технологичность обслуживания заявляемого концевого огнепреградителя.
Замена мембраны взрывного предохранительного клапана с помощью винтового механизма производят следующим образом (см. фиг. 1). Откручивают гайки 12 в болтовом соединении нижнего фланца 2 и фланца 15 на сбросном патрубке 16. Путем постепенного откручивания двух верхних гаек 21 в винтовых механизмах замены мембраны взрывного предохранительного клапана, равномерно поднимают вверх корпус 1 и все, что на нем расположено, включая нижний фланец 2. Мембрану 4 взрывного предохранительного клапана можно свободно вытащить и заменить на новую. После замены мембраны 4 взрывного предохранительного клапана, гайки 21 также равномерно закручивают, опуская верхнюю часть огнепреградителя на прежнее место, и притягивают мембрану 4 между нижним фланцем 2 и фланцем 15 на сбросном патрубке 16 с помощью соединительных элементов 10, 11, 12.
Замена мембраны взрывного предохранительного клапана с помощью телескопического механизма производят следующим образом (см. фиг. 2). Откручивают гайки 12 в болтовом соединении нижнего фланца 2 и верхнего фланца проставки 22. Разъединяют болтовое соединение 29 для высвобождения поворотной пластины 25 из опоры 28. Поворотную пластину 25 поворачивают на пальце 26. Поднимают нижний фланец 2 путем сжатия эластичного элемента 24. Мембрану 4 взрывного предохранительного клапана можно свободно вытащить и заменить на новую. После замены мембраны 4 нижний фланец 2 опускают и притягивают мембрану 4 к верхнему фланцу проставки 22 с помощью соединительных элементов 10, 11, 12. Поворотную пластину 25 поворачивают на пальце 26, устанавливают в опоре 28 и закручивают болтовое соединение 29.