|
|
Печі та реактори з вогневим обігрівом характеризуються наявністю палаючого палива, високонагрітої теплообмінної поверхні і розжарених конструктивних елементів топки. Температура печі залежить від виду і кількості палива, що спалюється, а також від умов його горіння. Якщо не враховувати можливі процеси дисоціації, то теоретична температура горіння речовини буде визначена за формулою:
 (6.1)
де  - теоретична температура горіння, град;
 - теплота горіння палива, нижча, ккал/кг;
g - вага або об’єм компонентів, що входять до складу продуктів горіння, кг або м3 на кг палива;
 - питома теплоємність продуктів горіння, ккал/кг× град, або ккал/м× град.
Теоретична температура горіння речовин достатньо висока, найчастіше вона перевищує 2000 оС.
Дійсна температура горіння значно нижче теоретичної. Це пояснюється і дисоціацією молекул і тим, що деяка частина тепла, що виділяється при горінні речовин, витрачається на випромінювання (пряма віддача тепла) і на інші види тепловтрат.
Зменшення теоретичної температури горіння за рахунок прямої віддачі тепла випромінюванням враховують коефіцієнтом прямої віддачі:
 (6.2)
де  - коефіцієнт прямої віддачі;
 - кількість тепла, переданого випромінюванням до приймаючої поверхні, ккал/кг.
Практично значення коефіцієнта прямої віддачі приймають у межах до 0,6. Дійсна температура горіння при відомому значенні коефіцієнта прямої віддачі може бути визначена за різницею ентальпії продуктів горіння при теоретичній і дійсній температурах горіння, тобто
 (6.3)
Прийнявши умовно, що теплоємності продуктів горіння при температурах  і будуть рівні (тобто ), з формули після перетворення одержимо:
 (6.4)
Враховуючи коефіцієнтом корисної дії хімічну і механічну неповноту згоряння палива, а також тепловтрати в навколишнє середовище, одержимо:
 (6.5)
де  - коефіцієнт корисної дії, прийнятий рівним 0,9 – 0,95.
Так, при спалюванні газоподібних речовин дійсна температура горіння коливається в межах 1200 – 1400°С, рідин 1100 – 1300°С, пилів та інших твердих речовин 1000 – 1200°С. За такою температури апаратів вогневої дії можливі всякі ушкодження й аварії суміжних апаратів, що супроводжуються викидом назовні горючих рідин, парів або газів і поширенням їх в бік печей, неминуче приведуть до виникнення спалаху і пожежі. Не зупиняючись докладно на характеристиці цих добре відомих джерел запалювання, вкажемо на деякі специфічні вимоги пожежної безпеки.
Одним з напрямків протипожежного захисту є ізоляція апаратів вогневої дії від можливого зіткнення з ними горючих парів і газів при аваріях і ушкодженнях сусідніх апаратів. Тому при проектуванні установок вогневі апарати прагнуть ізолювати, розміщаючи їх у закритих приміщеннях, окремо від інших апаратів. На відкритих площадках між апаратами вогневої дії і суміжними відкритими пожежовибухонебезпечними установками (наприклад, відкриті етажерки) доцільно розміщати закриті будинки, що будуть виконувати роль захисних екранів.
Апарати вогневої дії розміщають на площадках з дотриманням протипожежних розривів, величина яких залежить від характеру і режиму роботи суміжних апаратів і споруд. Так, на підприємствах хімічної промисловості відстань від вогневих апаратів до технологічного устаткування з робочим тиском до 0,7 атм., від 0,7 до 6 і понад 6 атм. повинна бути відповідно не менше 10, 15 і 20 м. На підприємствах нафтопереробної і нафтохімічної промисловості від не вогневої сторони печей і апаратів вогневого нагрівання до апаратів колонного і ємнісного типу, теплообмінників і конденсаторів ширину розривів приймають 10 м, а з боку форсунок і пальників до суміжних апаратів 15 м. Такі порівняно невеликі розриви, природно, не можуть бути достатньою перешкодою від газової хвилі при ушкодженнях і аваріях сусідніх апаратів. Навіть якщо в момент аварії швидко згасити форсунки і пальники топок, то пари і гази, рухаючись в напрямку печей, можуть запалюватися, стикаючись з розпеченими кладкою і металевими деталями. Тому для додаткової ізоляції печей і вогневих реакторів навколо них прокладають кільце з перфорованих труб (рис. 6.1) для створення парової завіси при небезпеці поширення газової хвилі в їхню сторону. Пуск пари для створення завіси може бути здійснений вручну або автоматично від газоаналізаторів СГГ-2М або СВК-3, датчики яких розміщають поблизу печей так, щоб з появою небезпечної концентрації (20% від j нмз) був вчасно виданий сигнал і відкриті засувки на паровій лінії.
Рисунок 6.1 - Вогнева трубчаста піч з паропроводом для внутрішнього пожежогасіння і для створення парової завіси
1 - корпус печі; 2 - радіантні труби; 3 - конвекційні труби; 4 - подача сировини у змійовику; 5 - система подачі водяної пари для створення завіси навколо печі; 6 - система подачі водяної пари для цілей парогасіння; 7 - пальники печі: 8 - запобіжні шарнірно-відкидні дверцята
Коли вогнева піч розміщена пальниками в бік апаратів зі зрідженими газами або легколетючими рідинами, між ними влаштовують глуху стіну висотою 2 – 2,5 м і зверху неї прокладають трубу для створення парової завіси (рис. 6.2). Для безпечного розпалення печей використовують електрозапальники (рис. 6.3) або спеціальні газові запальники (рис. 6.4). У процесі експлуатації печей стежать за станом кладки, дотриманням установленого режиму обігріву, не допускають забруднення рідким паливом площадки перед форсунками.
Рисунок 6.2 - Глуха стіна (екран) між вогневою піччю
і колонами
1 - вогнева піч; 2 - колони; 3 - глуха стіна (екран) з боку пальників; 4 - труба для створення парової завіси; 5 - дверцята двійникових шахт; 6 - противибухові шарнірно-відкидні дверцята; 7 – пальники
Рисунок 6.3 - Пристрій для запалювання форсунок електронагрівальною спіраллю
1 - топка; 2 - форсунка; 3 - електронагрівальна спіраль; 4 - рубильник; 5 - піддон для палива
Рисунок 6.4 - Переносний газовий інжекційний запальник
А – однофакельний; Б – багатофакельний; 1 - захисний кожух; 2 – сопло; 3 – обойма; 4 – інжектор; 5 - отвір у топці; 6 - труба з рукояткою; 7 - отвір для надходження газу в змішувальну камеру інжектора; 8 - вогнева насадка
У нафтопереробній, нафтохімічній і хімічній промисловості дотепер широко застосовують факельні установки для спалювання газових викидів у виді побічних продуктів, використання яких недоцільно, а також газів, що виходять у періоди налагодження виробництв, при аварійних зупинках апаратів і т.п. Факельні установки можуть бути постійної і періодичної дії. Неправильне улаштування факельних установок може привести до теплового впливу факелу полум'я на розташовані поблизу будинки, споруди та апарати з горючими газами і рідинами, до небезпеки загоряння локальних скупчень парів та газів у повітрі, до можливості іскроутворення, а також до загазовування території при раптовому згасанні факелу. Факели загальнозаводські або загальноцехові менш небезпечні, ніж факели безпосередньо на апаратах, тому що мають висоту вертикального стовпа не менше 25 м і розміщені на відстані 60 – 100 м від вибухо- і пожежонебезпечних будинків і споруд, а також не ближче 150 м від проміжних складів зрідженого газу. Територія навколо стовпа факелу в радіусі 25 – 50 м відгороджується.
Факели розміщають з урахуванням переважного напрямку вітрів, тому що може бути розліт іскор, а також переміщення факела полум'я в горизонтальному напрямку під дією вітру. На рис. 6.5 показана схема факельної установки, що складається із системи підводних трубопроводів, запобіжних пристроїв (вогнеперешкоджувача) і власне факельного пальника. Конструкція факельного пальника повинна забезпечувати безперервність спалювання газу, що подається, шляхом влаштування легкозапалюваного і захищеного від вітру “маяка” (постійно палаючого пальника). Підпалювання газової суміші в черговому пальнику роблять за допомогою так званого "полум'я, що біжить", (попередньо підготовлена горюча суміш запалюється електрозапалом і полум'я, переміщаючись вгору, підпалює газ пальника). Щоб зменшити утворення диму й іскор, до факельного пальника підводять водяну пару (конструкція факельного пальника показана на рис. 6.6).
Найкраще побічні продукти і відходи виробництва не спалювати на факельних установках, а утилізувати.
Рисунок 6.5 - Схема факельної установки для запалювання газового викиду
1 – вертикальний ствол факела; 2 – факельна горілка; 3 – лінія що підводить газ на спалювання; 4 – лінія; що підводить газ до чергової горілки; 5 – лінія для запалу чергової горілки зі змішувачем та електрозапалом; 6 – водяна пара; 7 – сепаратор для уловлювання рідини з газу; 8 – вогнеперешкоджувач
Рисунок 6.6. Конструкція факельної горілки з паровими дюзами
1 – парова дюза; 2 – корпус факельної горілки; 3 – захисний козирок; 4 – повітряна труба; 5 – термопара; 6 – чергова горілка
|