Автореферат (Водопленочный защитный экран от теплового излучения пожара пролива нефтепродуктов на железнодорожной сливоналивной эстакаде), страница 3

Генерацияпрофиля массовой доли ацетилена производилась с использованием моделиSteady Diffusion Flamelet. В результате обработки данных была полученакусочно-полиномиальная функция для прекурсора сажи:Y prec0  f  0,1484 :0,045451  0,022209 f  4,176643  10 3 f 2  3,900028  10  4 f 3  0,1922477  10  4 f 4  0,0004801  10 3 f 5  0,0000048  10 3 f 6 ;0,1484  f  0,7506 :,8,884111  10  4 f  1,9120415  10 3 f 2  8,128719  10  4 f 3  0,113581  10 3 f 4  0,048935  10  4 f 5 ;0,7506  f  1: 1,552133  10  4 f  2,182197  10  4 f 2  0,175443  10  4 f 3 .(13)где Y prec – массовая доля прекурсора сажи; f – переменная смешения.С целью проведения валидации выбранных моделей предварительно былипроведены экспериментальные исследования горения бензина в противне диаметром 1 м для обеспечения турбулентного режима горения.

Задачей экспериментального исследования являлось выявление закономерностей процесса горенияи определение плотности теплового потока в отсутствии ветрового воздействия.Для исключения влияния возмущений в виде порывов естественного ветраэксперимент проводился в закрытом помещении размерами в плане 12×24 ми высотой 6 м.

Общий вид экспериментальной установки представлен на рисунке 1.1142Рисунок 1 – Общий видэкспериментальной установки:1 – противень с бензином;2 – приемник теплового потока;3 – видеокамера;4 – стальной лист для крепленияприемника теплового потока123Для регистрации падающего лучистого теплового потока применялсяприбор ПТП-2001 (диапазон измерений от 1 до 100 кВт/м2; чувствительностьприемника 93,5 (мкВ∙м2)/кВт; погрешность измерений ±4,8 %). Регистрациясигнала, передаваемого приемником теплового потока, осуществляласьс помощью цифрового мультиметра UT60A с погрешностью измерения ±0,8 %.Приемник теплового потока располагался на расстоянии 2,1 м от центра противняи на высоте 0,9 м от уровня пола помещения. Среднее значение измереннойплотности теплового потока составило 4,6 кВт/м2.При моделировании проведенного эксперимента в ANSYS Fluentна входе в расчетную область задавался гомогенный поток паров горючегос осредненной температурой кипения и удельным расходом, равным 0,06 кг/(м2∙с),что соответствует удельной массовой скорости выгорания бензина.

Сравнениерезультатов численного моделирования и экспериментального исследованияпредставлено на рисунке 2.о1400 С120010008006004002000Рисунок 2 – Сравнение контуров мгновенных разрешенных температур, полученныхв результате численного моделирования и экспериментального исследования12Анализ данных, представленных на рисунке 3, показал, что среднеерасхождение значений плотности падающего лучистого теплового потока,полученных в результате численного моделирования и экспериментальногоисследования, не превышает 10 %.q, кВт/м276Рисунок 3 – Зависимостьплотности падающеголучистого тепловогопотока от времени5432Моделирование1Эксперимент (среднее значение)τ, с0012345678910Удовлетворительная сходимость результатов численного моделированияи экспериментального исследования позволила сделать вывод об успешнойвалидации выбранных моделей. Таким образом, дальнейшее исследование былонаправлено на численное моделирование пожара пролива на железнодорожнойсливоналивной эстакаде с целью определения плотности лучистого тепловогопотока, падающего на защитный экран, для обоснования его гидравлическихи конструктивных параметров.

На рисунке 4 приведена геометрическая модельрасчетной области, представляющая параллелепипед с основанием 32×25 ми высотой 20 м, площадь очага горения составила 75 м2 (5×15 м).34215Рисунок 4 – Геометрическаямодель расчетной области:1 – очаг пожара;2 – точки измерения плотностилучистого потока;3 – плоскость симметрии;4 – граница расчетной областидля задания скорости ветра;5 – котел цистерныВ сеточной модели безразмерный параметр Y+, характеризующий величинуотношения размера пристеночной ячейки к толщине ламинарного подслоя,не превышал 2, а коэффициент нарастания сеточных линий по нормалик поверхностям составлял 1,1, что соответствуют требованиям моделей турбулентности для расчета отрывных режимов.13Теплообмен между пламенем и котлом железнодорожной цистерныне учитывался.

C целью уменьшения вычислительных затрат была создана плоскость симметрии. Измерение плотности лучистого потока производилосьв 40 точках, размещенных равномерно по высоте расчетной области на расстоянии 15 м от очага пожара. Полученные в результате моделирования контурысветящейся зоны пламени, изображенные на рисунке 5, идентифицированыпо изоповерхности с температурной 850 К.u = 0 м/с010u = 3 м/с203040 020u = 5 м/с406080 0406080100Рисунок 5 – Изоповерхности температуры и распределение плотности падающеголучистого потока (q, кВт/м2) на уровне земли при различных скоростях ветра (u)Номограмма для определения средних значений плотности лучистогопотока, падающего на обогреваемую сторону экрана, расположенного на пожарной вышке на расстоянии 15 м от железнодорожных путей эстакады, в зависимости от высоты (h) при различных скоростях ветра представлена на рисунке 6.h, м201816141210864 0 м/с200103 м/с5 м/с2 м/с4 м/с1 м/сq, кВт/м22030405060708090Рисунок 6 – Номограммадля определения среднихзначений плотностилучистого потока,падающего наобогреваемуюсторону экрана,от высоты приразличныхскоростях ветра100Анализ результатов моделирования позволил установить, что при скоростяхветра 4 м/c и более возможно образование отрывных вихрей пламени,способных достигнуть пожарной вышки, расположенной на расстоянии 15 мот железнодорожных путей эстакады, а плотность лучистого потока в местеразмещения ствольщика на пожарной вышке при этом может превышать60 кВт/м2.14Таким образом, использование пожарной вышки, расположеннойс подветренной стороны напротив очага пожара, при данных скоростях ветране представляется возможным.

В этом случае для охлаждения цистерны необходимо использовать соседние пожарные вышки, поскольку в соответствиис СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарнойбезопасности» для орошения каждой точки железнодорожной сливоналивнойэстакады должно быть предусмотрено не менее двух лафетных стволов.Анализ результатов численного моделирования пожара пролива бензинана железнодорожной эстакаде показал, что защита ствольщика на пожарной вышке от теплового излучения пламени является актуальной задачей. При этомводопленочные защитные экраны должны быть рассчитаны на величину плотности падающего лучистого теплового потока не менее 60 кВт/м2 при условииобеспечения снижения указанной плотности до допустимых значений.В третьей главе «Водопленочный защитный экран» выполнен обзортеплозащитных экранов, устанавливаемых на пожарных вышках железнодорожных эстакад, представлена конструкция разработанного водопленочногозащитного экрана, экспериментальным путем определены его гидравлическиепараметры, описаны огневые испытания разработанного экрана и приведеныих результаты, рассмотрен лафетный пожарный комплекс, элементом которогоявляется водопленочный защитный экран.Совместно со специалистами ООО «Пожнефтехим – Проект» разработанопытный образец экрана, который крепится к трубопроводу лафетного стволапожарной вышки (рисунок 7).627123723485487615Рисунок 7 – Водопленочный защитный экран:1 – щит из нержавеющей стали; 2 – перфорированный трубопровод; 3 – окно для размещениялафетного ствола; 4 – заслонка; 5 – трубопровод лафетного ствола; 6 – тройник;7 – гибкие шланги в металлической оплетке; 8 – шаровой кранКонструктивно экран представляет собой изогнутый щит 1 из нержавеющейстали марки 12Х18Н10Т (высота 1,65 м; ширина 1,25 м; толщина 0,002 м),в верхней части которого предусмотрен перфорированный трубопровод 2для создания на обогреваемой поверхности щита сплошной водяной пленки.15В щите имеется окно 3 для лафетного ствола, оборудованное заслонкой 4,предназначенной для защиты ствольщика от теплового потока при измененииугла наклона лафетного ствола.

Подача воды в перфорированный трубопроводосуществляется от трубопровода лафетного ствола 5 через тройник 6 с помощьюдвух гибких шлангов в металлической оплетке 7. Для регулировки расхода воды,подаваемой в гибкие шланги, используется шаровой кран 8.При проведении гидравлических испытаний производился выбор оптимальной схемы подачи воды в перфорированный трубопровод, определялисьего геометрические параметры, включая количество отверстий и их размеры,а также находились значения расхода и давления воды, необходимые для создания сплошной устойчивой пленки на поверхности щита.

Для измерения давленияв системе на гибком шланге устанавливался манометр ТМ5 1-го класса точности.Расход воды, подаваемой на поверхность щита, регистрировался электромагнитным ротаметром EMF 300E с погрешностью измерений ±2 %.Типичная картина течения водяной пленки по поверхности щита представлена на рисунке 8, а результаты гидравлических испытаний экрана приведеныв таблице 2.Рисунок 8 – Пленочное течение водына поверхности щитаТаблица 2 – Гидравлические параметры водопленочного защитного экранаНаименование параметраСхема подачи воды в перфорированный трубопроводДиаметр перфорированного трубопровода, ммКоличество отверстий перфорированного трубопроводаДиаметр отверстий перфорированного трубопровода, ммРабочее давление на входе в перфорированный трубопровод, МПаДиапазон рабочих расходов перфорированного трубопровода, л/сСредняя скорость течения воды по поверхности щита, м/сЗначениедвухсторонняя337040,02-0,051,0-1,51,4В связи с тем, что при скоростях ветра 4 м/c и более использованиепожарной вышки, расположенной с наветренной стороны напротив очага пожара,не представляется возможным, были проведены качественные экспериментыпо изучению ветрового воздействия на пленочное течение воды при скоростиветра, равной 5 м/c.16Для создания стационарного ветрового воздействия была изготовленаспециальная установка, которая представляла собой цилиндрический воздуховодс установленным вентилятором и хонейкомбом (диаметр ячейки – 12 мм,ширина ячейки – 100 мм), предназначенным для разрушения крупных вихрейи стабилизации турбулентного потока создаваемого вентилятором.

Скоростьдвижения воздуха у экрана измерялась электронным анемометром ТК ПКМ.Взаимное расположение установки для создания ветрового воздействия и экранапри проведении экспериментов представлено на рисунке 9.б)а)Рисунок 9 – Расположение установки для создания ветрового воздействия и экрана:а) поперечное; б) фронтальноеРезультаты экспериментов показали, что движение воздуха со скоростью5 м/c не оказывает влияние на пленочное течение воды по поверхности щита.С целью оценки возможности применения экрана на эстакадах объектовнефтепродуктообеспечения проведены его огневые испытания в лабораторииНационального исследовательского Московского государственного строительного университета.

Создание теплового потока, падающего на экран, обеспечивалось в вертикальной огневой печи для испытаний строительных конструкцийна огнестойкость (далее печь). Для измерения температуры во внутреннемпространстве печи применялись кабельные термоэлектрические преобразователи(ТЭП) КТХА 0.2.02-938-к1-Н-Т310-3-2200/2000 первого класса точностис диапазоном измерения температуры от минус 40 до 1100 °С.С целью создания температурного режима, необходимого для равномерногонагрева стен печи, ее внутреннее пространство закрывалось ограждающейконструкцией из пенобетонных блоков, в проем которой устанавливался экран(рисунок 10). Для имитации пожара в открытом пространстве между краямиэкрана и границей проема ограждающей конструкции предусматривался зазоршириной 10 см, который обеспечивал перенос тепла за экран в результате конвективных течений продуктов сгорания.