ОГНЕПРЕГРАДИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области противопожарной техники, в частности к устройствам для задержки пламени и предотвращения его распространения внутрь резервуара или трубопровода с жидкими и газообразными горючими продуктами, например, с углеводородными топливами, и может быть использована в трубопроводах, предназначенных для быстрой перекачки топлива.
Известен огнепреградитель, содержащий корпус с входным и выходным цилиндрическими патрубками и размещенной между решетками гранулированной насадкой (SU 1747090, МПК А62С 4/00, 15.07.1992). Недостатком данной конструкции является ее низкая теплопроводность, обусловленная высоким тепловым сопротивлением на границах гранул, что не может гарантировать надежное предотвращение распространения огня. Кроме того, гранулированная насадка обладает высоким гидравлическим сопротивлением в период нормальной работы трубопровода, поскольку внутреннее сечение трубопровода перекрывается гранулами более чем на 90%, что приводит к существенному снижению скорости перекачки топлива в условиях нормальной работы трубопровода, а также требует повышения энергозатрат на саму перекачку.
Известен пламегаситель, содержащий канал, в котором размещен набор смежных стержней круглого сечения, каждый из которых выровнен относительно других стержней и размещен поперек направления потока, так что среда, текущая по каналу проходит между стержнями, при этом стержни могут быть выполнены в форме труб, с возможностью содержания охлаждающей жидкости (RU 2229318, МПК А62С 4/00, 20.11.2003). Такое техническое решение имеет несколько меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с предыдущим аналогом, однако при этом обеспечивает весьма небольшую площадь поверхностей для отбора тепла, выделяющегося при горении, даже при условии подачи внутри стержней охладителя, поскольку процесс распространения огня в трубопроводе или взрыва протекает очень быстро (доли секунды), тепло не успевает эффективно отбираться и быстро отводиться из очага горения. Поскольку гидравлическое сопротивление также достаточно высокое, для его преодоления требуется повышение давления в подводящем трубопроводе, а это дополнительные энергозатраты.
Известен огнепреградитель, содержащий корпус и огнепреграждающий элемент, выполненный в виде сетчатой структуры (заявка WO 2011/138325, МПК А62С 4/00, 03.05.2011). В огнепреграждающем элементе сетки расположены перпендикулярно к направлению потока жидкости, при этом их сопротивление движению жидкости крайне высоко. Кроме того, длина огнепреграждающего элемента составляет менее половины внутреннего диаметра трубопровода, что не позволяет стабильно развиться зоне пониженного давления в районе установки огнепреградителя, а, значит, не позволяет повысить скорость перекачки.
Известен ряд огнепреградителей, каждый из которых состоит из корпуса и огнепреграждающего элемента, выполненного намоткой на общую ось двух лент - плоской и гофрированной, при этом указанная ось совпадает с направлением потока перекачиваемой жидкости, а гофры образуют продольные каналы. Отличие конструкций состоит в том, что в одних одна из лент может быть выполнена из газопроницаемого материала, а каналы, образуемые гофрами, расширяются от входа к выходу, то есть иметь разный шаг (RU 2317123, МПК А62С 4/00, 20.02.2008), в других гофры на гофрированной ленте имеют различную форму (RU 2386462, МПК А62С 4/00, 20.04.2010), в третьих гофры выполнены с наклоном (RU 106123, МПК А62С 4/00, 14.07.2011). В данном случае, чем большим выполнен шаг гофры, тем меньше площадь поверхности для отбора тепла горения, а при уменьшении шага гофры до декларируемых значений, площадь перекрытия сечения трубопровода может составить до 50% и более, что создает высокое гидравлическое сопротивление потоку. Во всех этих случаях для увеличения скорости перекачки необходимы дополнительные энергозатраты.
Известен также огнепреградитель для быстрогорящих газовоздушных и паровоздушных смесей, состоящий из цилиндрического корпуса с патрубками и огнепреграждающего элемента, выполненного в виде свернутой в рулон ленты, на одну из сторон которой в шахматном порядке нанесены цилиндры (RU 103074, МПК А62С 4/00, 10.04.2007). В указанном изобретении площадь поверхности цилиндров, нанесенных на ленту, составляет порядка 1-1,5% от ее площади, поэтому их роль в отборе тепла при горении незначительна, а эти цилиндры могут рассматриваться только как конструктивные элементы, дистанцирующие слои ленты друг от друга и, в целом, не нарушающие общий поток, как это и декларируется автором. Так как гидравлическое сопротивление такого огнепреградителя будет весьма велико (сечение перекрывается на величину 20-25%), то и энергозатраты на его преодоление будут высокими.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является огнепреградитель, состоящий из корпуса и огнепреграждающего элемента, выполненного намоткой на общую ось двух лент - плоской и гофрированной, причем каждая из лент снабжена, по крайней мере, одним рядом просечек, выполненных в материале ленты по всей ее длине в виде ориентированной вдоль длинной стороны ленты последовательности не сообщающихся друг с другом щелей (RU 2142303, МПК А62С 4/00, 10.12.1999). В данном случае гидравлическое сопротивление устройства снижается по сравнению с предыдущими, однако остается достаточно высоким, так как из условий прочности толщина такой ленты должна быть не менее 0,3…0,5 мм, при этом перекрытие поперечного сечения трубопровода будет примерно от 25% и более. Кроме того, следует отметить, что какие-либо потоки через перфорацию пойдут только при наличии перепада давления между слоями ленты, а так как внутри гофр жидкость протекает практически ламинарно, то потоки между слоями будут незначительными.
Техническим эффектом настоящей полезной модели является повышение скорости перекачки горючей жидкости при снижении энергозатрат и обеспечение надежного предотвращения распространения взрыва или процесса горения в трубопроводной арматуре, в случае возникновения возгорания на каком-либо участке трубопровода.
Указанный технический эффект достигается в огнепреградителе, включающем цилиндрический корпус и огнепреграждающий элемент, содержащий металлическую ленту с просечками по всей длине, в котором согласно полезной модели огнепреграждающий элемент выполнен в виде рулона из листа фольги легкого сплава с просечками, расположенными в шахматном порядке вдоль продольной оси листа и растянутыми в поперечном направлении относительно указанной оси, при этом рулон образован путем сворачивания листа в направлении продольной оси, установлен в цилиндрическом корпусе торцом к направлению потока жидкости или газа и зафиксирован с двух сторон фланцами, жестко связанными с корпусом.
Толщина листа фольги равна 0,020-0,120 мм, а просечки выполнены в шахматном порядке вдоль продольной оси листа на расстоянии не менее 1 мм друг от друга и длиной от 5 до 20 мм.
Лист фольги выполнен из легкого сплава, обладающего высокой теплопроводностью, например сплава на основе алюминия.
Расстояние между слоями фольги в рулоне составляет от 2 до 10 мм.
Длина огнепреградителя в продольном направлении (по оси трубопровода) составляет от 0,7 до 3 размеров внутреннего диаметра трубопровода.
Выполнение огнепреграждающего элемента из листа фольги легкого сплава с просечками, расположенными в шахматном порядке вдоль продольной оси листа и растянутыми в поперечном направлении относительно указанной оси позволяет значительно повысить его теплоотдачу и снизить гидравлическое сопротивление. При растяжении листа фольги в поперечном направлении перемычки между просечками поворачиваются и придают листу объемную форму (сетки). При сворачивании листа в рулон перемычки, являются дистанцерами между соседними слоями, но в отличие от выступов по указанному патенту RU 103074 они имеют большую площадь для отвода тепла, так как повернуты своими плоскостями наклонно к потоку перекачиваемой жидкости. При толщине фольги, например, 60 мкм и толщине слоя 5 мм, перекрытие поперечного сечение трубопровода при установке огнепреградителя составит величину порядка 1,2% от общего сечения трубопровода, таким образом, площадь поперечного сечения трубопровода, в котором установлен огнепреградитель, выполненный согласно настоящейполезной модели, снижается не более чем на 1-3%, по сравнению с трубопроводом без этого устройства. Кроме того, за счет явления кавитации на тонких мембранах просеченной фольги рулона сетки из легкого сплава, в огнепреградителе и на участке за ним (по направлению течения жидкости) создается кавитирующий участок в жидкости, имеющий пониженное давление по сравнению с ламинарным потоком жидкости в остальном трубопроводе. Это приводит к явлению так называемого местного «подсоса» со стороны подачи жидкости к огнепреградителю. За счет того, что длина огнепреградителя в продольном направлении (по оси трубопровода) составляет от 0,7 до 3 размеров внутреннего диаметра трубопровода, создается стабильная кавитационная зона внутри самого огнепреградителя, обеспечивающая стабильность между зонами кавитации и зоной ламинарного течения. Именно за счет этого скорость перекачки жидкости увеличивается на 20-70% по отношению к гладкому трубопроводу, не содержащему огнепреградителя, согласно настоящей полезной модели. Кроме того, за счет того, что площадь поверхности сетки (листа фольги с растянутыми прорезями) превышает более чем в 2000-3000 раз внутреннюю поверхность трубопровода, а теплопроводность материала сетки высока, отбор тепла в зоне огнепреградителя при возгораниях проходит несравнимо более интенсивно, чем в рассмотренных аналогах, не давая таким образом образовываться очагам горения или очагам перегретых зон в топливе. Эксперименты показали, что в предлагаемом огнепреградителе горение ингибируется (т.е. замедляется) и практически не развивается.
Сущность настоящей полезной модели поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
Фиг.1 - огнепреградитель, общий вид, разрез.
Фиг.2 - лист фольги с просечками.
Фиг.3 - лист фольги, растянутый в поперечном направлении.
Огнепреградитель включает цилиндрический корпус 1 и огнепреграждающий элемент в виде рулона 2, который образован из листа 3 фольги алюминиевого сплава с просечками 4. Просечки 4 расположены в шахматном порядке вдоль продольной оси 5 листа 3 и растянуты в поперечном направлении относительно оси 5. Рулон 2 образован путем сворачивания листа 3 в направлении продольной оси 5 и установлен в цилиндрическом корпусе 1 торцом к направлению потока жидкости или газа и зафиксирован с двух сторон фланцами 6, жестко связанными с корпусом 1.
Толщина листа 3 фольги а=0,020-0,120 мм. Просечки 4 выполнены в шахматном порядке вдоль продольной оси 5 листа 3 на расстоянии и b≥1 мм друг от друга и длиной l=5-20 мм. Расстояние k между слоями фольги в рулоне 2 составляет от 2 до 10 мм.
Устройство изготавливают следующим образом.
В качестве заготовки берут фольгу из алюминиевого сплава в рулоне, толщиной от 20 до 120 мкм, в зависимости от прокачиваемого топлива (для газов берут фольгу минимальной толщины, для жидких топлив может выбираться фольга более толстая). На лист фольги наносят просечки параллельно его продольной оси, растягивают лист в поперечном направлении относительно продольной оси и наматывают вдоль продольной оси в рулон, диаметром, примерно равным внутреннему диаметру корпуса огнепреградителя. Излишки листа отрезают. Для газов расстояние между просечками выбирается минимальным (1-2,5 мм), для жидких топлив это расстояние может увеличиваться. Полученный огнепреграждающий элемент помещают внутрь корпуса и закрепляют фланцами, например, болтовым соединением, стяжными шпильками и т.п. Устройство устанавливают в трубопровод для перекачки топлива на участках закачки и слива топлива из емкостей его хранения.
Экспериментальная проверка показала, что при перекачке топлива (бензина) через стандартный шланг загрузки топлива на АЗС, не имеющий никаких участков повышенного сопротивления, скорость перекачки составила 323,77 л/мин. При перекачке топлива через такой же шланг, снабженный огнепреградителем, скорость перекачки составила 494,5 л/мин. При этом установленная мощность перекачивающих насосов осталась без изменений. Другая проверка, проведенная для установления степени огнезащиты показала, что при заполнении шлангов пожаро-взрывоопасной смесью паров бензина и воздуха, или воздуха и пропана, и их возгорания, огонь и взрыв распространяется в шланге только до участка с огнепреградителем. За огнепреградитель огонь не распространяется даже при постоянной подаче в шланг новой горючей смеси взамен выгоревшей. При этом не имеет значения, на каком участке трубопровода произошло возгорание или взрыв: до огнепреградителя или за ним.
Заявляемый огнепреградитель может применяться в линиях стационарных трубопроводов перекачки горючих и взрывоопасных продуктов, а также в трубопроводах закачки топлива на АЗС, трубопроводах заправки и дозаправки воздушных судов на земле и в воздухе, заправке и дозаправке морских и речных судов и танкеров, в трубопроводах промышленных предприятий и системах снабжения топливом гражданского населения, а также для других подобных целей.
Как видно из выше сказанного заявляемый огнепреградитель, обеспечивает повышение скорости перекачки горючей жидкости при снижении энергозатрат и предотвращает распространение взрыва или процесса горения в трубопроводной арматуре.