Odľahčenie výbuchu

Odľahčenie výbuchu

 

Odľahčenie výbuchu znamená, že pri vzniku výbuchu alebo po určitom rozšírení výbuchu (ihneď alebo po dosiahnutí určitého tlaku) sa na krátku dobu alebo trvalo otvorí pôvodne uzatvorená nádoba. Odľahčovacie zariadenie musí reagovať tak, aby zariadenie nebolo v žiadnom prípade namáhané nad svoju rázovú pevnosť.

Princíp ochrany pri odľahčeniach výbuchu teda spočíva v tom, že pri rozvoji výbuchu a dosiahnutí určitej relatívne nízkej hodnoty reakčného tlaku odľahčovacieho prvku, pri ktorom dôjde k otvoreniu odľačovacieho otvoru a tým prepojeniu pôvodne uzavretého vnútorného priestoru zariadenia alebo nádoby s vonkajším prostredím, je možný únik čerstvej výbušnej zmesi resp. spalín zo zariadenia, a to takou rýchlosťou, aby sa vyrovnal nárast objemu vo vnútri zariadenia a vyvinutý tlak, tzv. maximálny redukovaný tlak, ktorý  by sa vyvinul v neodľahčenej nádobe. Pritom otvorenie odľačovacieho prvku môže byť trvalé (u odľahčovacích membrán) alebo len po dobu pretlaku zariadení a úniku (v prípade klapiek a ventilov).

Zníženie tlaku pri výbuchu v nádobe (zariadení) z p_max na p_red.max umožní podstatne zmenšiť hrúbku steny nádoby a tým jej hmotnosť a cenu.

Hrúbka steny resp. pevnosť častíc zariadenia alebo nádoby, sa dimenzuje buď ako pri nádobách odolných výbuchovému tlaku alebo ako pri nádobách odolných voči výbuchovému „rázu“. Rozdiel je v tom, že ako najvyšší tlak nepovažujeme maxim. výbuchový tlak p_max danej zmesi, ale maximálny redukovaný tlak p_red.max.

Výbuchová krivka t.j. priebeh vodľahčenej nádobe a porovnaný s maximálnym výbuchovým tlakom je uvedený na obr. 6.3

 

 

Obr. 6.3 Výbuchová krivka v odľahčenej nádobe

Veľkosť maximálneho redukovaného tlaku závisí na včasnosti otvorenia odľahčovacieho otvoru, teda na statickom reakčnom tlaku p_stat.  A na veľkosti odľahčovacích otvorov A.

 

Čím je reakčný tlak vyšší, tým väčší objem výbušnej zmesi prehorí (zreaguje) do momentu otvorenia nádoby a tým bude vyšší  maximálny redukovaný tlak p_red.max .

Čím je veľkosť odľahčovacích otvorov väčšia, tým účinnejšie je odvádzanie narastajúceho objemu a tým je nižší  výsledný maximálny redukovaný  tlak p_red.max.

Preto je vhodné voliť veľkosť statického reakčného tlaku odľahčovacieho prvku p_stat čím najnižší. Naráža to však na problém kolísania pracovného tlaku vo vnútri zariadenia. Statický eakčný tlak je preto nutné zvoliť tak, aby bol vyšší ako najvyšší možný pracovný tlak, inak by trvalo  dochádzalo k otváraniu zariadenia resp. k praskaniu (trhaniu) membrán. Musí byť teda splnené                                         p_stat      <       p_prac

    p_prac    pracovný tlak v Pa

 

6.2.1 Veľkosť odľahčovacích otvorov  

Vypočíta sa podľa nasledujúcich rovníc  :

 

Pre horľavé plyny a pary horľavých kvapalín za predpokladu že,

- kubická konštanta  k_G  £   55 MPa.m.s^-1

- maximálny redukovaný tlak     p_red.max   £  0,2 MPa    

- statický reakčný tlak         p_stat     £  0,05 MPa

- objem chránenej nádoby      V £ 1000 m³

 

 

 

 

Do vzorca je nutné dosadiť hodnoty tlaku v bar a K_G v bar.m.s^-1

 

 

Pre prachy za predpoklau, ťe

- statický reakčný pretlak odľahčovacieho prvku je         p_stat    =  0,01 až 0,1 MPa

- maximálny redukovaný výbuchový pretlak     p_red.max   =  0,01 až  0,2 MPa 

- maximálny výbuchový tlak     p_max   =  0,5 až 1,2  MPa     s kubickou konštantou

 K_St = 1 až 80  MPA.m.s^-1

 

 

 Do vzorca je nutné dosadiť hodnoty tlaku v bar a K_St v bar.m.s^-1

 

Pri pozdĺžnych nádobách, kde výška (dĺžka) H je väčšia ako dva priemery D, (H > 2.D), je nutné odľahčovaciu plochu vypočítanú pre kubickú nádobu zväčšiť   pri homogennom rozdelení prachu o DA:

 

Do vzorca je nutné dosadiť hodnoty tlaku v baroch.

Pri pneumatickej preprave prachu do zásobníka a vyústenia potrubia v osi zásobníka dochádza pri dopravnej rýchlosti w_d £ 40m.s^-1 k nerovnomerného rozdeleniu prachu v zásobníku  preto tiež výbuchové parametre sú nižšie.

Tomu zodpovedá možné zmenšenie odľahčovacej plochy v porovnaní s rovnomerným rozdelením prachu  je nutné konzultovať s príslušným odborným pracoviskom.

Pre takéto nerovnomerné rozdelenie prachu v priestore sa veľkosť odľahčovacej plochy vypočíta:

 

                  

kde:

D_Z  fiktívny priemer v m

D_F   priemer prívodného potrubia v m

 

Túto rovnicu je možné použiť pre:

 

Fiktívny priemer D_F odpovedajúci nádobe o pomeru výšky H k priemeru D rovnom H/D=1 sa vypočíta z rovnice:

 

                                                              

 

D_Z sa dosadí do rovnice v m.

 

Pre podlhovasté nádoby o výške  H  >  10 m a pri nerovnomernom reozdelení prachu platí:

 

 

A_L = A + DA_I

 

Kde:

A_L  odlahčovacia ploch pri podlhovstej nádobe v m²

DA_I prídavok plochy ak veľké H /D ³ 2

 

Empirickými pokusmi zzistenými prídavkom plochy DA_I , ktorý platí pri rovnakých podmienkach ako je uvedené pri rovnici výpočtu „A“ sa vypočíta rovnica

Veľkosť odľahčovacej plochy a nárast redukovaného tlaku v odvádzacom potrubí je možné vedľa výpočtu podľa vyššie uvedených empirických rovníc tiež odčítať z nomogramu (vytvorených na základe experimentálnych výsledkov). Nomogramy sú zhotovené vždy pre daný statický akčný tlak odľahčovacieho prvku (obyčajne pre p_stat = 0,1 bar) .

Príklad nomogramu je uvedený na obr. 6.4

 

Postup je nasledujúci :

Pre známu veľkosť ochráneného objemu V [m³] v pravej časti nomogramu vedieme zvislú spojnicu do priesečníka s príslušnou veľkosťou maximálneho redukovaného tlaku. Musí platiť, že p_red.max £ p_D

Kde:

p_red.max  maximálny redukovaný tlak v bar

p_D  dovolený talk v bar

 

 

obr. 6.4 Príklad nomogramu pre stanovenie veľkosti odľahčovacej plochy

 

 

 

obr. 6.5 Prídavok plochy nutný pri podlhovastých nádobách a silách pri homogénnom rozdelení prachu v zmesi so vzduchom v závislosti na pomere výšky, k dĺžke nádoby H/D. Platí pre kubickú konštantu K_St    £   300 bar.m.s^-1 , p_max  £  9 bar  a p_stat   = 0,1 bar

 

 

 

Odľahčenie musí byť vykonané pokiaľ možno krátkou priamou cestou do voľného priestoru. Odľahčovacie zariadenie musí byť dimenzované a upevnené tak, že vydrží výbuchový tlak a spätný náraz. Umiestnenie odľahčovacích otvorov na zariadení musí byť zvolené tak, aby vystupujúci plameň neohrozil osoby, nezapálil okolité látky a nespôsobil škody. Pokiaľ je nutné odvádzacie potrubie, je treba počítať so zvýšením redukovaného tlaku v odľahčenej nádobe. Odvádzacie potrubie musí byť priame a musí mať najmenej rovnaký prierez ako odľahčovací otvor. Ak je viac odľahčovacích otvorov, musí byť odvádzacie potrubie nainštalované pri každom otvore samostatne. Musíme si uvedomiť, že následné dohorievanie vypustenej výbušnej zmesi môže predstavovať plameň veľkého objemu.

 

Pri použití odvádzacieho potrubia sa vplyvom zotrvačnosti hmoty vzduchu v tomto potrubí zvýši p_red.max  v odľahčovacej nádobe.

 

pri dĺžke potrubia  l  <    3 m  

      pri d

 

            pri dĺžke potrubia  l  <    3 m  

     

            pri dĺžke potrubia   l  ³  3  m

Do vyššie uvedených výrazov je nutné dosadiť hodnoty tlaku v baroch.