Параметрів горіння і гасіння пожеж газових фонтанів
Навчально-методичний посібник до курсової роботи
з дисципліни «Фізико-хімічні основи розвитку та гасіння пожеж»
для студентів факультету безпеки
за спеціальностями 280104.65 - Пожежна безпека,
280104.65 - Захист в надзвичайних ситуаціях
Укладач: професор, докт. хім. наук Л. Н. Маскаєва
Рецензенти: докт. хім. наук, професор Уральського державного технічного університету-УПІ Ю.Н. Макурин,
докт. техн. наук, професор кафедри фізики та теплообміну Уральського інституту ГПС МНС Росії Н.М. Барбіна.
У навчально-методичному посібнику розглянуто закономірності процесів горіння і гасіння пожеж газових фонтанів. Наведені приклади теоретичних розрахунків основних параметрів горіння і витрати води на гасіння палаючого фонтану.
Посібник містить теоретичний матеріал з дисципліни «Фізико-хімічні основи розвитку та гасіння пожеж». Представлені варіанти завдань по роботі і довідкові таблиці з термодинамічними характеристиками речовин, що використовуються в розрахунках при виконанні курсової роботи.
1. Горіння газів. 5
1.1. Загальні закономірності кінетичного режиму горіння 5
1.3. Дифузійне горіння газів. 11
1.4. Особливості горіння газових струменів. Умови стабілізації полум'я. 13
1.5. Оцінка дебіту палаючих газових фонтанів. 14
2. Методи гасіння пожеж газових фонтанів. 15
3. розрахунок витрати води, необхідного для припинення горіння газового фонтану. 16
4. Виконання покрівельних курсової роботи. 22
4.1. Завдання на курсову роботу. 22
4.2. Порядок вибору варіанта завдання курсової роботи 22
4.3. Вимоги до оформлення курсової роботи. 23
4.4. Вихідні дані для розрахунку. 24
5. Приклад розрахунку основних параметрів горіння і гасіння пожежі газового фонтану. 26
Подальше збільшення з кожним роком видобуток нафти і газу, щорічний обсяг якої в даний час в країні становить сотні млрд. М 3. підвищує ймовірність аварійних ситуацій, які можуть супроводжуватися великими пожежами, великими матеріальними втратами, погіршенням екологічної обстановки в зоні пожежі та прилеглих районах, а нерідко і людськими жертвами. Це обумовлюється відмовою механізмів, порушенням технології видобутку, природними катастрофами і призводить до серйозних аварій.
Боротьба з пожежами на нафтових і газових родовищах, часто перебувають у важкодоступних районах, вимагає залучення величезних матеріально-технічних ресурсів і може тривати тижнями. Витрати на гасіння нерідко становлять мільйони рублів. Шкода, завдана навколишньому середовищу в зоні пожежі та прилеглих районах, точно оцінити практично неможливо.
Пожежі на відкрито фонтануючих газонафтових свердловинах є одними з найбільш складних видів промислових аварій.
Певне уявлення про пожежу на фонтанує свердловині можна отримати за наступними даними: дебіт потужних газових фонтанів може досягати 10 - 20 мільйонів кубометрів на добу, висота палаючого смолоскипа - 80 - 100 м, а інтенсивність тепловиділення в факелі - кілька мільйонів кіловат.
Метою курсової роботи "Теоретичний розрахунок основних параметрів горіння і гасіння пожеж газових фонтанів" є вироблення навичок використання теоретичних знань, отриманих при вивченні дисципліни «Фізико-хімічні основи розвитку та гасіння пожеж» при проведенні розрахунків параметрів пожеж і витрати вогнегасних речовин.
В результаті виконання курсової роботи студент повинен знати і уметьоценівать розрахунковими методами:
- режим закінчення газового фонтану;
- параметри пожежі газового фонтану;
- адіабатичну і дійсну температури полум'я;
- інтенсивність опромінених від факела полум'я в залежності від відстані до гирла свердловини;
- витрата води на гасіння пожежі газового фонтану.
При вивченні дисципліни «Теорія горіння і вибуху» були розглянуті різні режими горіння газів: кінетичний і дифузний, ламінарний і турбулентний. Кінетичне горіння можливо тільки в попередньо перемішаних сумішах пального і окислювача. У всіх інших випадках горіння буде протікати в дифузійному режимі. При зростанні висоти полум'я (зазвичай вище 30 см) ламинарное полум'я практично завжди набуває турбулентний характер.
Загальні закономірності кінетичного режиму горіння
Якщо за допомогою оптичного приладу розглянути кінетичне полум'я в нерухомій горючої суміші, то можна побачити наступну картину (рис. 1). Справа знаходяться нагріті до високої температури продукти горіння (ТПГ), ліворуч - холодна з температурою (Т 0) вихідна горюча суміш, а між ними - яскраво світиться смужка - фронт полум'я з товщиною (d). Горючий компонент у фронті полум'я згорає, і в продуктах горіння його концентрація практично дорівнює нулю. Природно, температура продуктів горіння, яка дорівнює температурі зони горіння (ТГ), більше температури вихідної суміші (Т0) ТПГ = Тг >> Т0. Оскільки теплота передається від гарячого тіла до холодного, в сторону вихідної суміші буде йти тепловий потік (q), нагріваючи прилеглий до неї шар, так звану зону підігріву. Передача теплоти від неї здійснюється теплопровідністю.
Малюнок. 1. Схема фронту (а) і зміна температури і концентрації пального (б) в кінетичному полум'я: dПОД - зона підігріву; dГОР - зона горіння; dФП - фронт полум'я; Uн - нормальна швидкість поширення полум'я
Суміш в цьому шарі запалиться при досягненні температури самозаймання (Тс ¢). Зона горіння переміститься в бік вихідної суміші, рухаючись від шару до шару. Фронт полум'я буде безперервно переміщатися до самого кордону горючої суміші. Таке поширення полум'я називають нормальнимілідефлаграціоннимгореніем.
Нормальне або дефлаграційне горіння - це поширення полум'я по однорідної займистою середовищі, при якому фронт полум'я рухається внаслідок її пошарового розігріву за механізмом теплопровідності від продуктів горіння. Товщина фронту полум'я (dфП), як правило, не перевищує десятих часток міліметра. Тому його зазвичай приймають за поверхню, що відокремлює вихідну суміш від продуктів горіння. Як показали дослідження, своїм світінням фронт полум'я зобов'язаний багатоатомним радикалам: С = С :. : CH ×. . HCO і ін. Є в полум'я і іони, концентрація яких досягає 10 16 - 10 17 м -3. Виникнення іонів в полум'я має хімічну і термічну природу.