Wpływ typu dyszy rozpylającej na skuteczność absorpcji obłoku amoniaku powstałego w wyniku awarii przemysłowej

• Autorzy: Majder-Łopatka M. , Węsierski T. , Wąsik W.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.42.2.2016.13

Warianty tytułu

EN

Effect of Nozzle Structure on the Absorption Efficiency of the Ammonia Cloud Formed as a Result of Industrial Accidents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wstęp: W przypadku awarii przemysłowej amoniak ze względu na swoje właściwości oraz stopień wykorzystania stwarza poważne zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi. Badania prowadzone w kraju i za granicą wskazują, że absorpcja (proces wymiany masy) jest skutecznym sposobem neutralizacji tej substancji. Cel: W artykule przedstawiono wpływ rodzaju zastosowanych urządzeń rozpylających (dysz) na przebieg procesu absorpcji amoniaku. Metody: Realizacja celu wymagała przeprowadzenia badań określających szybkość zmiany stężenia amoniaku w obszarze zamkniętym w czasie działania dyszy rozpylającej. Badania wykonano na stanowisku, którego głównym elementem była komora badawcza (sześcian wykonany z przezroczystego tworzywa o długości boku 1200 mm) z umieszczoną wewnątrz dyszą rozpylającą. Badania rozpoczynano po ustabilizowaniu się w komorze stężenia NH₃. W czasie podawania cieczy z urządzenia rozpylającego dokonywano pomiaru stężenia amoniaku za pomocą detektora fotojonizacyjnego (PID). Dla wybranych parametrów przepływu cieczy oraz stopnia rozdrobnienia kropel wody na podstawie uzyskanych wyników określono pozorną szybkość absorpcji (k_p) oraz czas połowicznej redukcji stężenia (t_1/2) w zakresie kinetycznym charakteryzującym maksymalną chłonność. W badanych użyto trzech rodzajów dysz: spiralnej, mgłowej i o pełnym stożku zraszania. Wyniki: Przeprowadzone badania wskazują, że parametry przepływu cieczy (ciśnienie i wydajność) oraz średnia średnica powierzchniowa kropel w strumieniu rozproszonym uzależnione są od rodzaju użytego urządzenia rozpylającego. Stwierdzono, że w zależności od zastosowanej dyszy, przy stałej wielkości wydajności wodnej (V=130 dm³/h), stopień rozdrobnienia kropel wody jest znacząco różny. Uzyskano średnie średnice powierzchniowe kropel (Ds) od 185 mm do 600 mm. Wykonane badania wskazują na liniową zależność pomiędzy pozorną szybkością absorpcji i czasem połowicznej redukcji stężenia amoniaku w zakresie kinetycznym, charakteryzującym maksymalną chłonność, a średnicą kropel Ds. W przypadku dyszy o pełnym stożku zraszania stwierdzono, że wraz ze wzrostem ciśnienia (w zakresie 2-8 bar) i wydajności wody od 100 dm³/h do 180 dm³/h maleje wartość t_1/2, a wzrasta k_p przy niemal stałej wartości Ds. Wnioski: Absorpcja jest powszechną metodą neutralizacji zagrożeń związanych z niekontrolowanym uwolnieniem amoniaku w wyniku awarii przemysłowej. Skuteczność procesu uzależniona jest od charakteru utworzonego strumienia rozproszonego wody, na który znaczny wpływ ma rodzaj zastosowanych dysz rozpylających.

EN

Introduction: Ammonia, due to its properties and degree of use, poses a serious threat to life and health in the event of industrial accidents. Research carried out in Poland and abroad indicates that absorption (the process of exchange of mass) is an effective way to neutralize this substance. Aim: The article shows the influence of used spraying equipment (nozzles) on the ammonia absorption process. Methods: In order to reach the aim it was necessary to carry out tests to determine the rate of change of the concentration of ammonia in a closed area during operation of the nozzle. The tests were performed at a test stand. The main element of the stand was a test chamber made of transparent plastic with a side length of 1200 mm. The nozzle was located in this chamber. The study started when concentrations of NH₃ inside the chamber were stabilized. During the leak of liquid from the atomizer, the level of ammonia was measured using a photoionization detector (PID). The apparent speed of absorption (k_p) and the half time of the reduction on concentration (t_1/2) in kinetic areas with maximum absorbency were determined for the selected liquid parameters and the degree of fragmentation of the drops of water on the basis of the obtained results. Three types of nozzles were used in the tests: spiral, mist and full cone spray. Results: Studies indicate that the liquid flow parameters (pressure and efficiency) and the average surface diameter of water drops in a distributed flow are dependent on the type of device used in the injection. At a constant value of water efficiency (V = 130 dm³/h), the degree of water droplets fragmentation differed depending on the type of nozzle. The average droplet surface diameters varied from 185 mm do 600 mm. A significant influence of the size of water droplets on the rate of absorption of ammonia has been indicated. Studies show a linear relationship between apparent speed of absorption, time of half reduction of the ammonia concentration in kinetic area with maximum absorbency and the diameter of the drop Ds. In case of full nozzle cone misting, it was discovered that with increasing pressure (in the range of 2-8 bar) and water efficiency (100 dm³/h to 180 dm³/h) the value of t_1/2 decreases and k_p increases at almost constant value of Ds. Conclusions: Absorption is a common method of risk neutralization associated with an uncontrolled release of ammonia as a result of industrial accidents. The efficiency of the process depends on the characteristics of the created diffuse water stream. The type of spraying nozzles affects this diffused water stream.

Słowa kluczowe

PL

absorpcja; amoniak; wypływ; dysza rozpylająca; rozdrobnienie kropel wody

EN

absorption; ammonia; leak; nozzle; fragmentation of water drops

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 42, nr 2
• Strony: 127--134
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Majder-Łopatka M.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Węsierski T.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Wąsik W.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

Bibliografia

• [1] Amshel C.E., Fealk M.H., Phillips B.J, .Caruso D.M, Anhydrous ammonia burns case report and review of the literature, “Burns” Vol. 26 Issue 5, 2000, pp. 493-497.
• [2] Pritchard J.D., Compendium of chemical hazards ammonia, Health Protection Agency, London 2011.
• [3] Kuleta P., Stęplewska U., Monitoring wycieków amoniaku w zakładach przemysłu chłodniczego. Centralne Laboratorium Chłodnictwa, „Agro Przemysł” nr 6, 2007, 52-55.
• [4] The Essential Chemical Industry - online, www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/ammonia [dostęp: 09.04.2015].
• [5] Rocznik statystyczny przemysłu 2014, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2015.
• [6] Dane statystyczne Komendy Głównej PSP, www.straz.gov.pl [dostęp: 14.03.2015].
• [7] Węsierski T., Majder-Łopatka M., Matuszkiewicz R., Porowski R., Badanie efektywności kurtyn wodnych przy zwalczaniu par amoniaku podczas jego niekontrolowanego uwolnienia, „Przemysł Chemiczny” nr 7, 2012, 1424-1426.
• [8] Bandyopadhyay A.N., Biswas M.N., Modeling of SO2 scrubbing in spray towers, “Science of the Total Environment” Vol. 383, 2007, 25-40.
• [9] Cheng Ch., Tan W., Du H., Liu L., A modified steady-state model for evaluation of ammonia concentrations behind a water curtain, “J. Loss Prev. Ind. Industries”, Vol. 36, 2015, 120-124.
• [10] Husted B.P, Holmstedt G., Hertzberg T., The phisisc behind water mist system, Proc. IWMA Conference, Rome 2004.
• [11] Isnard O., Soulhac L., Dusserre G., Numerical simulation of ammonia dispersion around a water curtain, “J. Loss Prev. Ind. Industries” Vol. 12, 1999, 471-477.
• [12] Bara A., Dusserre G., The use of water curtains to protect fireman in case of heavy gas dispersion, “J. Loss Prev. Ind. Industries” Vol. 10, 1997, 179-183.
• [13] Zarzycki R., Wymiana ciepła i ruchu masy w inżynierii środowiska, WNT, Warszawa 2005.
• [14] Twomey S., Atmospheric aerosols, Elsevier Scientific Publishing Co., New York 1977.
• [15] Gierczak M, Analiza wpływu stopnia rozdrobnienia kropel wody na szybkość absorpcji gazów, Praca inżynierska, Warszawa 2015.
• [16] Bird R.B. et al., Transport Phenomena, 3rd ed., Wiley, New York 1960.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.