Pesquisa sobre corta-chamas de selo d'água e alívio de explosões - Projeto do Sistema RTO

No processo de extração e transmissão de gás de minas de carvão, garantir a segurança exige manter a extração de gás em alta concentração para utilização, evitando riscos de explosão na extremidade de descarga, bem como prevenindo o contato entre fontes de ignição e gás de baixa concentração. As fontes de ignição comuns e previsíveis em sistemas de extração de gás incluem:

1. Raios atingem canos de escape;
2. Retorno de chama na extremidade de utilização do gás;
3. Eletricidade estática em gasodutos de transmissão;
4. Faíscas artificiais no chão.

Embora a proteção contra raios, o aterramento e a ligação equipotencial de dutos possam reduzir os riscos de ignição, dispositivos de proteção adicionais ainda são necessários para evitar que explosões danifiquem equipamentos ou se propaguem no subsolo.

Normas relevantes:

• GB 50471-2008 "Código para Projeto de Engenharia de Drenagem de Gás em Minas de Carvão"Estipula que, ao utilizar gás, o sistema de tubulação no lado de descarga da bomba de extração deve ser equipado com dispositivos de segurança para evitar retrocesso de chama, refluxo e explosões.
• GB 40881-2021 "Código de projeto para sistemas de garantia de segurança do transporte de gás de baixa concentração em minas de carvão por gasoduto"Exige-se que as instalações de segurança para gasodutos de baixa concentração incluam dispositivos de supressão de chamas e alívio de explosões, bem como dispositivos de bloqueio e supressão de explosões, baseados em diferentes princípios. Os dispositivos de supressão de chamas com selo d'água e os dispositivos de alívio de explosões devem ser priorizados.
• AQ 1072-2009 "Especificações técnicas para dispositivos de vedação de água para supressão de chamas e alívio de explosões em gasodutos de transporte" Especifica requisitos, métodos de teste, regras de inspeção, rotulagem, embalagem, transporte e armazenamento.

Princípio do dispositivo corta-chamas de selo d'água e dos dispositivos de alívio de explosão

O dispositivo previne retrocessos de chama e explosões utilizando água para isolar as chamas, confinando-as ao local da explosão e impedindo a ignição do gás na entrada. Ao mesmo tempo, a pressão gerada pela explosão é liberada através de componentes de ventilação, mitigando o impacto da explosão.

Estrutura e funcionamento:

a. Estrutura de cano único b. Estrutura de cano duplo
1—Extremidade de entrada;
2—Extremidade da saída;
3—Componente de alívio de explosão;
4—Selagem da água;
5—Controlador de nível de água;
6—Medidor de nível de água com tubo de vidro;
7 — Tela de Distribuição de Fluxo Metálico

• • Em operação normalO gás flui da esquerda para a direita. O selo d'água submerge o tubo de entrada esquerdo, permitindo que o gás passe através do selo d'água para o espaço interno do dispositivo antes de sair pela saída direita.
  • Durante uma explosão(Por exemplo, na extremidade de utilização ou descarga), a onda de choque se propaga para trás (da direita para a esquerda). O gás de alta pressão impacta primeiro os componentes de ventilação para liberar a pressão, enquanto as chamas que entram no cilindro com vedação a água são bloqueadas pela entrada selada a água, impedindo a propagação e, assim, interrompendo a explosão.

Para minimizar a perda de pressão, a área de fluxo deve corresponder ao diâmetro da tubulação. Em tubulações de grande diâmetro, o tamanho do cilindro torna-se impraticável, dificultando a fabricação, o transporte e a instalação.

O fluxo de gás em alta velocidade agita a superfície da água, carregando gotículas para o tubo de saída, o que exige reposição frequente.

Design de cano duplo aprimorado:

• A maioria das gotículas de água agitadas pelo gás se depositam no cilindro esquerdo, enquanto as gotículas restantes, levadas para o cilindro de ventilação, retornam por meio de um tubo de conexão, reduzindo a perda de água e a necessidade de reabastecimento frequente.

Parâmetros-chave em normas

1. Pressão de ventilação

• As explosões geram ondas de choque sobrepostas, criando uma pressão extrema na extremidade posterior. As portas de ventilação são projetadas para liberar rapidamente essa pressão.
• Os testes mostram que as pressões de ventilação frequentemente excedem 100 kPa.AQ 1072-2009especifica uma faixa de pressão de ventilação de90–120 kPa, significativamente superior à pressão normal de transmissão de gás, garantindo a segurança.
  2. Altura do selo de água
• É necessário um equilíbrio: altura suficiente para bloquear as chamas, mas sem perda excessiva de pressão. As bombas de extração de gás (por exemplo, bombas de vácuo de anel líquido) operam com baixas pressões de saída (alguns kPa). Uma altura excessiva do selo de água aumenta a carga da bomba.
• Mandatos AQ 1072-2009que a altura efetiva da vedação de água bloqueie as chamas, mantendo a perda de pressão do dispositivo.abaixo de 2,0 kPaRecomenda-se minimizar a altura sempre que a segurança o permitir.
  3. Tela de Distribuição de Fluxo
• Observações mostram que o fluxo de gás causa flutuações violentas na superfície da água, criando grandes espaços de gás que podem permitir que as chamas ultrapassem a barreira de água.
• A curvatura do tubo de admissão cria velocidades de fluxo desiguais (maiores no raio externo), resultando em impacto não uniforme na superfície da água e potencial propagação de chamas.
• AQ 1072-2009 requerinstalando umtela de distribuição de fluxo em aço inoxidável(contagem de malha ≥ 4) para garantir velocidade uniforme do gás e impacto na superfície da água, evitando grandes espaços vazios de gás.

Conclusão

Os dispositivos de vedação hidráulica para controle de chamas e alívio de explosões são essenciais para a segurança na extração de gás em minas de carvão, isolando as chamas e aliviando a pressão para proteger os sistemas. As normas definem parâmetros-chave como pressão de alívio (90–120 kPa), altura da vedação hidráulica (equilibrando o bloqueio da chama e a perda de baixa pressão) e uniformidade do fluxo (através de filtros) para garantir a eficácia.

Os avanços futuros podem integrarsensores inteligentes e automaçãoPara monitoramento e ajustes em tempo real, a segurança é aprimorada. Sistemas de proteção com múltiplos princípios (por exemplo, combinando supressão e bloqueio) podem fortalecer ainda mais a segurança dos gasodutos, impulsionando uma extração e utilização de gás mais seguras e eficientes.

Inovação e padronizaçãocontinuarão a reforçar a segurança nas minas de carvão e a utilização dos recursos de gás.