Для обеспечения пожарной безопасности производственных объектов, связанных с обращением горючих пылей, большое значение имеет обеспечение безаварийных режимов работы системы аспирации. Возникновение аварийных режимов работы аспирации часто связано с некорректной работой ключевого ее элемента – пылеуловителя, предназначенного для улавливания и утилизации горючей пыли, поэтому контроль и автоматизация аспирации напрямую связан с диагностикой данного устройства.

Для решения задач построения автоматизированной системы контроля и обеспечения пожарной безопасности пылеуловителя были проведены экспериментальные исследования по изучению кинетики общего перепада давлений ( Р) на фильтровальной перегородке. В качестве фильтровального материала использовались сыпучие и гранулированные материалы различной природы. В результате был выявлен следующий общий для всех материалов характер изменения перепада давлений – рисунок [2].

Рисунок. Общий перепад давлений на фильтровальной перегородке в зависимости от продолжительности фильтрования  Р = f( ): 1 – традиционные представления о процессе фильтрования[1, 3]; 2 – выявленные эмпирическим путем.

Экспериментально были выявлены и определены нормальные и аварийные режимы работы фильтра-пылеуловителя, особенности изменения общего перепада давлений на фильтровальной перегородке. Согласно рисунку аварийным является режим экзосции, и повышенного внимания требует режим подготовки, который потенциально может стать аварийным. Режим экзосции наступает в случае, если фильтровальная перегородка забита пылью, отсутствует регенерация и начинается выделение высокодисперсных частиц пыли со стороны очищенного воздуха. Оба режима сопровождаются снижением общего перепада давлений на фильтре ниже определенного критического значения.

Для оценки общего перепада давлений вывели формулы и аналитические зависимости, которые легли в основу создания системы диагностики состояний фильтра по текущим показаниям датчиков давления, установленных до и после фильтра-пылеуловителя.

Было предложено характеризовать фильтровальный слой по формуле

  ,  (1)

 где  Р_нач – начальный общий перепад давлений на фильтровальном слое, Па;   - продолжительность фильтрования, с; d_э - диаметр эквивалентный порового пространства зернистого слоя с несвязанной структурой, м; w – скорость пылегазового потока, м/с; m – масса чистого фильтровального слоя, кг.

Для характеристики процесса и прогнозирования аварийных режимов ввели величину, названную «темпом фильтрования»   или темпом нарастания разности давлений

  ,  (2)

где T – темп нарастания разности давлений, Па/с;   - время фильтрования, с; Р – давление, Па.

Согласно экспериментальным данным Т = 0,005-0,007 считается обусловленной погрешностью измерений, что составляет приблизительно 1,9 % от всего изменения перепада давлений. При Т=0 происходит забивание фильтра. При достижении темпа Т значений менее 0 за период  ₂ -  ₁ (при этом темп превышает 1,9 %) следует говорить o возникновении экзосции.

Для реальных слоев с начальной запыленностью и выраженным периодом подготовки ввели коэффициент

  ,  (3)

где F, F_max - определяемая и максимально возможная бальная оценка формы зерна фильтровального слоя соответственно; S, S_max - определяемая и максимально возможная бальная оценка размера зерна фильтровального слоя соотвественно; M, M_max - определяемая и максимально возможная бальная оценка замусоренности фильтровального слоя.

Обработкой экспериментальных данных в приложении Microsoft Excel получили уравнение регрессии, описывающее зависимость периода подготовки от коэффициента замусоренности фильтровального слоя

  .  (4)

Далее диагностика состояния фильтра проводится с учетом характеристик (3) и (4) по формулам (1) и (2).

Использование предложенной методики оценки состояния фильтровальных слоев позволяет контролировать фильтр-пылеуловитель и предотвратить взрывопожароопасные режимы работы аспирации. С использованием текущих показаний датчиков давления и формул становится возможным автоматизация контроля работы пылеуловителя[2, 4].

Список литературы:

1. Красовицкий Ю. В. Обеспыливание газов зернистыми слоями / Ю. В. Красовицкий, В. В. Дуров. – М.: Химия, 1991. - 192 с.
2. Романюк Е. В. Особенности возникновения и предупреждения взрывоопасных режимов в системах аспирации с фильтрами-пылеуловителями / Е. В. Романюк, А. В. Федоров // Пожарная безопасность. - 2020. - № 1. – С. 89-96.
3. Панов С. Ю. Особенности процесса регенерации фильтровальных перегородок / С. Ю. Панов, О. М. Белых, А. В. Зинковский, В. С. Момотов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - № 1 (63). - С. 175-179.
4. Шипилова Е. А. Программная реализация систем управления регенерацией зернистых фильтров на основе математических моделей / Е. А. Шипилова, С Ю. Панов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах. - 2017. - № 1 (9). - С. 139-143.