CC BY
13
Совершенствование системы пожарной
безопасности пылеулавителей
Д. В. Каргашилов, начальник кафедры А. В. Некрасов, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
Пыль является одним из наиболее распространенных и существенных загрязнений воздуха, как в рабочей зоне цехов, так и на территории предприятия в целом. Кроме загрязнения окружающей среды, пыль горючих веществ является взрывопожароопасной, что диктует особые требования к технологическому оборудованию и технологическим процессам с горючими пылями.
Одним из широко распространенных процессов, является процесс очистки воздушных выбросов от пыли, а наиболее простым и распространенным пылеуловителем является циклон. Согласно ГОСТ 12.1.041-83 «Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования», взрывоопасные концентрации пыли образуются внутри циклона. Одной из важнейших задач при проектировании технологических процессов с применением циклонов, является подбор параметров процесса и оборудования, обеспечивающих поддержание в системе рабочей концентрации ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени.
Однако, на ряду с пожаровзрывобезопасностью к циклонам предъявляется ряд требований, зачастую взаимно конфликтующих при реализации (производительность, степень очистки (эффективность), удельная стоимость очистки, надежность аппарата, его габариты, удобство обслуживания, и др.).
Согласовать между собой различные требования при разработке принципиально нового и модернизации существующего оборудования возможно только на основе научно обоснованных принципов разработки машинных технологий [1]. В качестве исходной базы при проектировании может выступать принцип идеализации. Его сущность в абстрагировании от известных технических решений и формулировании идеальных требований к оборудованию, затрагивающих только его основные качества и свойства. Важно отметить, что при идеальном моделировании увеличение эксплуатационной надежности производственного оборудования, технического уровня его обслуживания и эксплуатации неизбежно сопровождается совершенствованием системы противопожарной защиты на технологическом предприятии [2].
В результате применения идеализированного подхода разработана конструкция циклона, представленная на рис. 1. На рис. 2. показана винтовая вставка.
Циклон включает: цилиндроконический корпус 1, тангенциально расположенный под углом к горизонтали входной патрубок 2, выходной пат-
рубок 3, вставку в форме винтовой поверхности 4, имеющую бортик 5 со щелевидными улавливающими отверстиями, разгрузочный патрубок 6.
Циклон работает следующим образом. Запыленный газ, поступающий в аппарат, благодаря взаимному расположению корпуса 1 и входного патрубка 2, движется по спирали по направлению к нижнему концу выходного патрубка 3. Под действием возникающей при этом центробежной силы, частицы пыли, находящиеся в газовом потоке, движутся к стенке корпуса циклона. При этом частицы пыли большего размера касаются стенки выше места установки вставки 4, опускаются по стенке циклона на поверхность вставки и движутся по ней вниз в коническую часть к разгрузочному патрубку 6. Частицы меньшего размера, имеющие меньшую радиальную составляющую скорости, движутся в нисходящем газовом потоке, тем самым достигают поверхности бортика 5 со щелевыми улавливающими отверстиями.
Продолжая движение по поверхности бортика 5, мелкие частицы пыли проходят через щелевые улавливающие отверстия, попадают на поверхность вставки 4 и движутся по ней совместно с крупными частицами вниз к разгрузочному патрубку 6 и благодаря этому улавливаются. Бортик 5 вставки 4, также предотвращает их обратный радиальный унос с поверхности вставки 4 и вынос из аппарата с выходящим газовым потоком при прохождении зоны его поворота в выходной патрубок 3.
Высота бортика, форма образующей винтовой поверхности, а также конфигурация, размеры, угол наклона, и количество щелевых улавливающих отверстий на бортике вставки в форме винтовой поверхности, опреде-
А
очищенный г 13
Рис. 1
Рис. 2
ляются в зависимости от концентрации, физико-механических свойств пыли и режимных параметров работы пылеулавливателя из решения системы дифференциальных уравнений [3]:
„ fN Г Ц( V ; 2 • 2л
r = - g cos 0----+ -(-vB sin a- r) + гф sin 0,
m v m
N ф i ц ( vB cos a ; ^ 2
ф = + --ф m v m
r
v r sin 0 y
где v = yjr2 + (гф sin 0) - скорость частицы; N = m sin 0^g + гф2cos 0) -
нормальная реакция поверхности; f - коэффициент трения скольжения частицы по поверхности циклона; m - масса частицы; vB - скорость воздушного потока; r, р, в- сферические координаты; r , ф - проекция ускорения частицы на соответствующие координатные оси; r , ф - проекция скорости частицы на соответствующие координатные оси; ц = 3Xnd^B; Л - поправка на фактическую форму частиц; d - размер частиц; - динамическая вязкость воздуха.
Взрывоопасность технологического оборудования определяется не только количеством пыли, находящейся в данный момент во взвешенном состоянии, но и количеством осевшей пыли, способной перейти во взвешенное состояние. Применение винтовой вставки позволяет, как уменьшить общее количество пыли, единовременно находящейся в циклоне, так и снизить вероятность перехода уловленной пыли (аэрогель) во взвешенное состояние (аэрозоль).
Таким образом, представленная конструкция циклона является не только очередным подтверждением необходимости системного подхода к разработке современного технологического оборудования, но и раскрывает новые его аспекты. Неотъемлемым свойством машин и аппаратов, созданных на базе узкоспециализированных идеальных моделей, является их по-жаровзрывобезопасность.
Библиографический список
1. Панфилов В. А. Технологические линии пищевых производств. -М.: Колос, 1993. - 288 с.
2. Некрасов А. В., Калач А. В., Исаев А. А. Идеальное моделирование - основа совершенствования системы противопожарной защиты предприятий// Пожаровзрывобезопасность. - 2011. - № 9. - С. 31-34.
3. Гавриленков А. М., Некрасов А. В., Каргашилов Д. В. Математическая модель движения частицы пыли у стенки циклона // Безопасность в техносфере. - 2009. - № 2. - С. 35-37.
