Автореферат (Водопленочный защитный экран от теплового излучения пожара пролива нефтепродуктов на железнодорожной сливоналивной эстакаде), страница 4

Указанный зазор позволил создать наиболеежесткие условия проведения эксперимента, так как температура в огневомпространстве печи при падающем тепловом потоке на обогреваемую поверхностьэкрана, равном 100 кВт/м2, превышала 800 °C.172314567Рисунок 10 – Размещениеизмерительного оборудования:1 – тепловизор;2 – экран;3 – зазор шириной 10 см;4 – противень для сбора воды;5 – мультиметры;6 – цифровая видеокамера;7 – ограждающая конструкция;8 – щит сбора данных8Подача воды в трубопровод лафетного ствола осуществлялась через рукавную линию от переносной мотопомпы.

При проведении огневых испытанийвместо лафетного ствола устанавливалась заглушка, а окно для его размещенияполностью закрывалось заслонкой. Регулировкой производительности мотопомпы подбирался расход, равный 1,25 л/c, который обеспечивал с помощьюперфорированного трубопровода создание сплошной водяной пленки на обогреваемой поверхности щита. Для сбора воды, стекающей со щита, в проеме ограждающей конструкции был установлен противень с быстроразъемным соединением, от которого вода через рукавную линию отводилась в канализацию.При проведении огневых испытаний для измерения плотности тепловогопотока применялись приемники теплового потока ПТП-2001. Для регистрациитеплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана, в ограждающейконструкции по периметру проема были просверлены четыре сквозных отверстия,в которые устанавливались ПТП и крепились так, чтобы принимающая поверхность приемника находилась в одной плоскости с внутренней поверхностьюограждающей конструкции.

Для регистрации теплового потока с необогреваемойстороны экрана ПТП устанавливались на штативе на расстоянии 0,5 м от щита.Данное расстояние было принято исходя из позиции ствольщика на пожарнойвышке при работе с лафетным стволом.Для регистрации температуры необогреваемой поверхности щита применялись кабельные ТЭП КТХА 0.2.02-937-к1-О-С321-3-500/500 первого классаточности с диапазоном измерения от минус 40 до 500 C, которые были закреплены с помощью термостойкого скотча. Регистрация сигналов, передаваемыхПТП, осуществлялась с помощью цифровых мультиметров MY 60 в диапазонеизмерения напряжения от 0 до 200 мВ и погрешностью измерений ±0,5 % ±1.Регистрация сигналов, передаваемых ТЭП, производилась с помощью щита сбораданных с выводом графиков температуры на монитор компьютера в режимереального времени.18В ходе проведения огневых испытаний мощность горелок последовательноувеличивалась до достижения плотности теплового потока, падающегона обогреваемую поверхность щита, 100 кВт/м2, что определялось верхнейграницей диапазона измерения ПТП.

Общее время теплового воздействияна экран составило 80 мин.Температурные поля на необогреваемой поверхности экрана регистрировались тепловизором NEC ThermoTrаcer TH 7800 с диапазоном измерения температуры от минус 20 до 1000 C и погрешностью измерения ±2,0 % ±2,0 C. Степеньчерноты поверхности нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, применяемойдля изготовления щита, определялась экспериментально исходя из условия равенства значений температур, полученных в результате измерения тепловизороми ТЭП. Численное значение степени черноты в интервале измеренных температурсоставило 0,55. Типичная термограмма и оптическое изображение, зарегистрированные тепловизором, представлены на рисунке 11.График изменения среднеобъемной температуры среды во внутреннем 500 оСпространстве огневой печи представлен400на рисунке 12.

Необходимо отметить,что при пожаре пролива нефтепродукта300на эстакаде температура газовой средывблизи экрана будет ниже. Это обстоя- 200тельство обусловлено тем, что на ре100альном объекте пожар происходитв открытом пространстве, а зона пла0менного горения расположена значительно дальше. Графики зависимостиРисунок 11 – Типичная термограммаосредненных значений температурыи оптическое изображение,и плотности теплового потока от вререгистрируемые тепловизороммени представлены на рисунках 13–15.t, ºC1000800t, ºC30256002040015200010010 20 30 40 50 60 70 80τ, минРисунок 12 – Среднеобъемная температурав вертикальной огневой печипри проведении огневых испытаний070 80τ, минРисунок 13 – Зависимость осредненнойтемпературы необогреваемой поверхностиэкрана от времени19102030405060q, кВт/м2100q, кВт/м25804603402201000102030405060070 80τ, минРисунок 14 – Зависимость осредненнойплотности теплового потока, падающегона обогреваемую сторону экрана, от времени10203040506070 80τ, минРисунок 15 – Зависимость осредненнойплотности теплового потока, падающегона ствольщика, от времениВ связи с тем, что осредненная температура необогреваемой поверхностиэкрана не превышала 26 C, а осредненная плотность теплового потока, падающаяна ствольщика, достигала 5 кВт/м2, было предположено, что значительноевлияние на показания приемников теплового потока, расположенных с необогреваемой стороны экрана, оказывают нагретые продукты сгорания, поступающиев рабочую зону ствольщика через зазор между краями экрана и границей проемаограждающей конструкции огневой печи.Для проверки данной гипотезы была определена осредненная плотностьтеплового потока излучения необогреваемой поверхности экрана по законуСтефана-Больцмана (рисунок 16):(14)E   0 T 4 ,где  – экспериментально определенная степень черноты, 0,55; 0 – постоянная Стефана-Больцмана, 5,67∙10-8 Вт/(м2∙К4); T – осредненные значения температуры, полученные группой датчиков, установленных на необогреваемойповерхности экрана, К.q, кВт/м20,250,240,230,220,210,20010203040506070 80τ, минРисунок 16 – Зависимость осредненнойплотности теплового потока излучениянеобогреваемой поверхности экрана20Анализ графиков, представленных на рисунках 15 и 16, позволил установить, что лучистыйтепловой поток от необогреваемойповерхностиэкранасоставляетоколо 5 % от суммарного тепловогопотока, падающего на ствольщика.Основным параметром, характеризующим эффективность работыэкрана, является коэффициент ослабослабления теплового потока (k),которыйпредставляетсобойотношение осредненных плотностейтеплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана и ствольщика.Поскольку при пожаре на реальном объекте, например, при порывах ветра,возможен заброс высоконагретых продуктов сгорания в рабочую зону ствольщика, находящегося за экраном на пожарной вышке, было принято решение построить графики для коэффициента ослабления теплового потока экрана с учетомконвективного течения продуктов сгорания за экраном и без него (рисунок 17).450400350300250200150100500kбез учетаконвективноготечения продуктовсгорания за экраномс учетомконвективноготечения продуктовсгорания за экраномqпад, кВт/м20102030405060708090 100Рисунок 17 – Коэффициент ослабления плотности теплового потокаАнализ графиков, представленных на рисунке 17, позволил сделать вывод,что коэффициент ослабления теплового потока в случае отсутствия воздействияконвективных течений высоконагретых продуктов сгорания в рабочей зонествольщика пропорционален плотности теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана, и описывается следующей формулой с величиной достоверности аппроксимации 0,996:(15)k  4,143qпад  14,449 ,где qпад – плотность теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана, кВт/м2.Коэффициент ослабления теплового потока с учетом воздействия конвективных течений высоконагретых продуктов сгорания практически не зависелот плотности теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана,а его среднее арифметическое значение составило 22.Внешний осмотр экрана после завершения огневых испытаний не выявилдеформаций его конструктивных элементов, однако по контуру щита наблюдались цвета побежалости, характеризующие высокий нагрев, обусловленныйнеустойчивым течением водяной пленки в этих зонах.

Необходимо отметить,что размер этих зон был незначительным, а экран при проведении испытанийне утратил свои функциональные свойства.Таким образом, сделан вывод о том, что разработанный экран соответствуеттребованиям СП 155.13130.2014, обеспечивает снижение теплового потокане менее чем в 22 раза и может применяться на объектах нефтепродуктообеспечения, где величина теплового потока, падающего на экран, не превышает100 кВт/м2. Пример установки серийного образца защитного экрана в составелафетного пожарного комплекса представлен на рисунке 18.21Рисунок 18 – Общий видводопленочного защитного экранав составе лафетного пожарного комплексаЗаключение содержит констатацию основных научных и практическихрезультатов работы.

В приложении представлены акты внедрения результатовдиссертации.ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Анализ статистических данных и характерных примеров пожаровс участием железнодорожных цистерн с нефтью и нефтепродуктами свидетельствует, что подобного рода пожары продолжают иметь место, а их последствиямогут носить катастрофический характер. Отсутствие своевременного охлажденияжелезнодорожных цистерн, попавших в зону непосредственного воздействияпламени, может привести к их взрыву с образованием огненного шара.2. Для орошения железнодорожных цистерн требования нормативныхдокументов регламентируют применение стационарных лафетных стволов,устанавливаемых на пожарных вышках на расстоянии не менее 15 м от железнодорожных путей сливоналивной эстакады. Стационарные лафетные стволырекомендуется оборудовать водопленочными защитными экранами, обеспечивающими снижение плотности падающего лучистого теплового потока пламенипри пожаре на ствольщика (оператора) в специальной защитной одежде пожарного до допустимых значений (не более 5 кВт/м2).

Однако требований к конструктивному исполнению этих экранов и их гидравлическим параметрам в нормативных документах не приводится.3. Обоснована совокупность моделей вычислительной гидродинамикидля определения плотности падающего лучистого теплового потока при пожарепролива нефтепродуктов, учитывающая ветровое воздействие, влияние пространственного расположения технологического оборудования на параметры процессов горения, а также форму площади пролива, которая может быть представленагеометрической фигурой произвольной конфигурации.