Автореферат (Методика прогнозирования скорости распространения фронта пламени при сгорании газовоздушного облака в открытом пространстве)

На правах рукописиГрохотов Михаил АндреевичМЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СКОРОСТИРАСПРОСТРАНЕНИЯ ФРОНТА ПЛАМЕНИ ПРИ СГОРАНИИГАЗОВОЗДУШНОГО ОБЛАКА В ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕСпециальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность(технические науки, нефтегазовая отрасль)Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2018Работа выполнена на кафедре процессов горения (в составе учебнонаучного комплекса процессов горения и экологической безопасности)Академии Государственной противопожарной службы МЧС РоссииНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорБегишев Ильдар РафатовичОфициальные оппоненты:Шебеко Юрий Николаевичдоктор технических наук, профессор,ФГБУ ВНИИПО МЧС России,главный научный сотрудникнаучно-исследовательского центранормативно техническихпроблем пожарной безопасностиВасюков Глеб Викторовичкандидат технических наук, доцент,ОАО «Институт Гипростроймост»,главный специалистФГБУ"Всероссийскийнаучноисследовательскийинститутпопроблемам гражданской обороны ичрезвычайных ситуаций МЧС России"(федеральный центр науки и высокихтехнологий)Ведущая организация:Защита диссертации состоится «18» декабря 2018 г.

в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии Государственнойпротивопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, г. Москва,ул. Б. Галушкина, 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС Россиии на сайте:https://academygps.ru/upload/iblock/6b1/6b17d412792b738b7e55e3e5a485849a.pdfАвтореферат разослан «19» октября 2018 г.Учёный секретарьдиссертационного советаСивенков Андрей Борисович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. На территории объектов нефтегазовой отрасли в результате разгерметизации (разрушения) технологического оборудования или трубопроводов возможно образование больших объёмов горючих газовоздушных смесей (ГВС), воспламенение которых может привестик пожарам, взрывам и разрушениям зданий (сооружений).

Согласно статистикиРостехнадзора на рассматриваемых объектах ежегодно происходит до 10 инцидентов, связанных со взрывами ГВС как в замкнутых объёмах, так и в открытомпространстве. Одним из характерных примеров взрыва ГВС в открытом пространстве является инцидент, произошедший в 2014 г.

на ОАО «Ачинский НПЗВосточная нефтяная компания». В результате взрыва ГВС на территории объекта площадью около 300 тыс. м2 были полностью разрушены до 30 % производственных зданий и сооружений, а остальные – сильно повреждены. Приэтом 32 человека получили травмы различной степени тяжести, из них 8 –смертельные.В соответствии с требованиями ст.

6 Федерального закона № 123-ФЗ«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» одним изусловий соответствия объекта защиты требованиям пожарной безопасности является выполнение в полном объеме требований пожарной безопасности, установленных техническими регламентами, и пожарный риск не должен превышать допустимых значений. Оценка пожарного риска проводится в настоящеевремя по «Методике определения расчётных величин пожарного риска на производственных объектах» (утверждена приказом МЧС России № 404 от10.07.2009 г.), содержащей в том числе, метод количественной оценки параметров волны давления при сгорании газовоздушного облака.

На численные значения параметров взрывной волны основное влияние оказывает скорость распространения фронта пламени (СРФП). Трудность в определении СРФП заключается в том, что она меняется в процессе распространения, зависит от газодинамических процессов и определяется особенностями кинетики химической реакции. При этом расчеты СРФП, выполненные как по указанному выше методу,так и по «Методике оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных смесей» (утверждена приказом Ростехнадзора № 137от 31.06.2016 г.), «Методике определения параметров волны сжатия внешнихдефлаграционных взрывов» (разработана НТЦ «Взрывоустойчивость», 1998 г.),а также по методике, предложенной профессором В.И. Макеевым, показали,что полученные значения СРФП существенно различаются между собой.Таким образом, развитие методики определения СРФП при сгорании ГВСв открытом пространстве позволит точнее прогнозировать последствия аварийных взрывов и, как следствие, предусматривать необходимые мероприятияпротивопожарной защиты, которые, в свою очередь, должны быть учтены приопределении расчётных величин пожарного риска.Степень разработанности темы исследования.

Вопросами процессасгорания ГВС и определением СРФП занимались как отечественные3(Д.А. Франк-Каменецкий, Н.Н. Семёнов, Я.Б. Зельдович, А.С. Компанеец,К.И. Щёлкин, В.И. Макеев, Ю.Н. Шебеко, А.В. Мишуев, Д.З. Хуснутдинов,А.А. Комаров, В.А. Горев и др.), так и зарубежные учёные (G. Damkohler,D.T. Williams, L.M. Bollinger, B. Lewis, V.C. Marshall, G. Von Elbe,R.G. Abdel-Gayed, D. Bradley, D.

Lee, K.Y. Huh et. all).Однако, несмотря на значительные достижения в этой области исследований, до настоящего времени отсутствует единое мнение в выборе методикидля определения СРФП при сгорании ГВС в открытом пространстве.Цель работы: совершенствование методики прогнозирования СРФП присгорании газовоздушного облака в открытом пространстве.В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:1.

Выполнить анализ существующих методик определения параметроввзрыва ГВС в открытом пространстве и выявить их отличительные особенности;2. Разработать математическую модель фототеплового воспламенения,необходимую для расчёта показателей пожаровзрывоопасности газовых смесей,основанную на законах химической кинетики и термодинамики;3.

Теоретически обосновать расчёт СРФП при сгорании ГВС, учитывающую физико-химические и газодинамические свойства горючей среды;4. Провести верификацию усовершенствованной методики прогнозирования СРФП на основе сравнительного анализа результатов расчёта с последствиями реальных аварийных взрывов.Объект исследования – процесс сгорания ГВС, образовавшейся при аварийных выбросах горючих газов из технологического оборудования или трубопроводов в открытом пространстве.Предмет исследования – определение СРФП при сгорании ГВС.Научная новизна работы заключается в следующем:– разработана математическая модель фототеплового воспламенения,позволяющая рассчитывать показатели пожаровзрывоопасности горючих газовых смесей, которая учитывает химическую кинетику и термодинамику процесса;– получена теоретически обоснованная формула для расчёта СРФП присгорании ГВС;– экспериментально установлена динамика изменения СРФП для пропановоздушной смеси стехиометрического состава в зависимости от расположения источника зажигания и условий расширения сгорающей ГВС.Теоретическая и практическая значимость работы.

Разработанная математическая модель фототеплового воспламенения, базирующаяся на кинетике химического взаимодействия и тепловой теории распространения пламени,является универсальной и может быть использована для определения показателей пожаровзрывоопасности любых газовых смесей с известными кинетическими параметрами и теплофизическими свойствами.Формула для расчёта СРФП, полученная теоретически с учётом физикохимических и газодинамических свойств газовой среды, может применяться4для прогнозирования последствий аварийных выбросов горючих газов в открытом пространстве, в том числе, при оценке пожарных рисков.Методология и методы исследования.

Основу теоретических исследований составляли методы математического моделирования и физического подобия, физический эксперимент, теория ошибок, сравнение, описание. Результаты численных расчётов подтверждены результатами экспериментальных исследований, в том числе, выполненных другими авторами.Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные источники, нормативные документы, а также материалырасследований аварийных взрывов на объектах нефтегазовой отрасли.Положения, выносимые на защиту:– математическая модель фототеплового воспламенения, позволяющаяопределять показатели пожаровзрывоопасности газовых смесей;– теоретически обоснованная формула для прогнозирования СРФП присгорании ГВС в открытом пространстве;– результаты верификации методики прогнозирования СРФП на основесравнительного анализа результатов расчётов с последствиями реальных аварийных взрывов.Степень достоверности полученных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается: обоснованностью выбора параметров и критериев, позволяющих сравнивать теоретические и экспериментальные данные; экспериментальные исследования выполнялись с применением измерительного оборудования, прошедшего поверку и откалиброванногодля соответствующих условий; внутренней непротиворечивостью результатови их согласованностью с результатами экспериментов и данными других авторов.Материалы диссертации реализованы:- при разработке свода правил СП 231.1311500.2015 Обустройство нефтяных и газовых месторождений.

Требования пожарной безопасности. Балашиха:ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2018 г.;- при определении пожаровзрывобезопасного режима работы реакторахлорирования метана на предприятии ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк».Кирово-Чепецк: ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк», 2018 г.;- при расчёте безопасных расстояний от оборудования оптоволоконнойсистемы мониторинга трубопроводов (ОСМТ) «Омега» до трубопроводов итехнологического оборудования, где при авариях возможно образование горючих ГВС. М.: АО «ОМЕГА», 2018 г;- при разработке лекций и проведении практических и семинарских занятий по дисциплине «Теория горения и взрыва».

М.: Академия ГПС МЧС России, 2018 г.Основные результаты работы доложены на: 5-й Международнойнаучно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии,инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2016); XIX Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов,5аспирантов и молодых учёных «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» (г.

Москва, НИУ МГСУ, 2016); 25-й Международной научнотехнической конференции «Системы безопасности – 2016» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2016); VI Международной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности – 2017» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2017); XXIX Международной научно-практической конференции: «Горение и проблемы тушения пожаров».

(г. Балашиха, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2017); 26-й Международной научно-технической конференции «Системы безопасности – 2017» (г.Москва, Академия ГПС МЧС России, 2017); 6-й Международной научнопрактической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2018).Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ.Структура, объём работы.