Автореферат (Особенности воспламенения и горения горючих газов и паров в различных окислительных средах)

На правах рукописиГолов Николаевич ВитальевичОСОБЕННОСТИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВИ ПАРОВ В РАЗЛИЧНЫХ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХСпециальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность(нефтегазовая отрасль, технические науки)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена во Всероссийском ордена «Знак Почета» научноисследовательском институте противопожарной обороны МЧС Россиив отделе пожарной безопасности промышленных объектов, технологийи моделирования техногенных аварий научно-исследовательского центранормативно-технических проблем пожарной безопасностиНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорШебеко Юрий НиколаевичОфициальные оппоненты:Корольченко Игорь Александрович,доктор технических наук, доцент,ФГБУ НИИПХ Росрезерва, начальникотдела нефтепродуктовКириллов Игорь Александровичкандидат физико-математических наук,ФНЦ «Курчатовский институт»,ведущий научный сотрудникВедущая организация:ООО «Газпром газобезопасность»Защита диссертации состоится « 14 » февраля 2018 г.

в 11 часов 30 минутна заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии Государственнойпротивопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. БорисаГалушкина, 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС Россииинасайте:http://academygps.ru/upload/iblock/286/286c17e3c7fd4cf01505cd2b54cc99bb.pdfАвтореферат диссертации разослан «22» декабря 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советаСивенков Андрей Борисович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Нефтегазовая отрасль играет, по сути,первостепенную роль в экономике России, давая самую большую долю в валовом внутреннем продукте страны. Однако, в тоже время, она является наиболеепожаровзрывоопасной, что обусловлено как свойствами продуктов, с которымиона имеет дело (нефть, газ и продукты их переработки), так и с параметрамитехнологических процессов, в которых обращаются эти продукты (повышенноедавление и температура).

На предприятиях нефтегазовой отрасли имеет местовысокая концентрация горючих газов, легковоспламеняющихся и горючихжидкостей, что создает потенциальную угрозу крупных (зачастую катастрофических) аварий с пожарами и взрывами. Мировая практика эксплуатации предприятий нефтегазовой отрасли подтверждает этот вывод. Поэтому обеспечениепожаровзрывобезопасности предприятий нефтегазовой отрасли является весьмаактуальной проблемой, которая подразделяется на ряд задач.Предприятия нефтегазовой отрасли характеризуются высокой вероятностью аварий с образованием горючих газопаровоздушных смесей, способныхвоспламеняться при воздействии на них источников зажигания.

В качествеэффективных средств предотвращения разрушительных последствий промышленных взрывов, за которыми обычно следует не менее разрушительные пожары,следует рассматривать как предотвращение образования горючих газовых смесей,так и снижение вероятности воздействия на них источников зажигания. Важнымкомплексом мероприятий является также взрывозащита, в результате которойв горючую смесь вводят негорючий флегматизатор, который может как сделатьсмесь негорючей, так и существенно снизить параметры возможного аварийноговзрыва (максимальную скорость нарастания давления взрыва и нормальнуюскорость горения).

Флегматизация может быть использована в случаях, когдаприменение легкосбрасываемых конструкций, как традиционного средства взрывозащиты, либо затруднено, либо вообще невозможно, как, например, в случаеморских нефтегазодобывающих платформ, внутри которых могут быть взрывопожароопасные помещения, устройство в которых легкосбрасываемых конструкций невозможно в силу компактной компоновки платформ.Ранее в качестве эффективных средств взрывопредупреждения и/иливзрывоподавления использовали бромхладоны.

Однако после принятия известной Монреальской конвенции о защите озонового слоя Земли их применениестало сильно ограниченным. В качестве заменителей бромхладонов во всеммире стали широко использовать фторированные углеводороды. Особенностиих применения для флегматизации газопаровоздушных смесей в литературеописаны достаточно широко. Однако если содержание кислорода в окислительной среде отличается от соответствующей величины в воздухе, что характерно для нефтегазоперерабатывающих производств, то здесь имеющиесяв литературе данные весьма немногочисленны и охватывают, в основном, парогазовые смеси околопредельного состава.3Параметры горения околостехиометрических смесей ограничиваютсятолько случаем воздуха как окислительной среды.Среди источников зажигания, характерных для предприятий нефтегазовой отрасли, следует отметить в качестве одного из основных, искры удараи трения (фрикционные искры).

В области изучения зажигания парогазовыхсмесей фрикционными искрами имеется достаточно большое количество работкак отечественных, так и зарубежных ученых. Однако до сих пор не созданони отечественного, ни зарубежного стандарта по определению зажигающейспособности фрикционных искр. Это говорит о недостаточной исследованностивопроса зажигания парогазовых смесей фрикционными искрами.С учетом выше изложенного, тема диссертации, посвященной решениюэтих вопросов, является актуальной.Степень разработанности темы исследования.

Нельзя сказать, что указанным выше вопросам отечественные и зарубежные исследователи уделялимало внимания (подробнее см. главу 1 настоящей работы). Здесь уместноупомянуть работы таких отечественных и зарубежных ученых, как В.В. Азатяна,А.Н. Баратова, А.Я. Корольченко, И.А. Болодьяна, И.Р. Бегишева, С.М. Фролова,О.П.

Коробейничева, А.И. Карпова, Ю.Н. Шебеко, А.Ю. Шебеко, А.А. Комарова,В.С. Кравченко, И.И. Стрижевского, С.С. Гескина, Y. Warhatz, A. Hamins,V. Babushok, H. Ohtani, A. Takahashi, C. Proust, T. Komou, F. Powell, A. Rogers и др.Однако, в силу сказанного выше, ряд вопросов, связанных с флегматизациейоколостехиометрических парогазовых смесей при наличии в окислительнойсреде повышенной или пониженной концентрации кислорода, а также особенностями зажигания парогазовых смесей фрикционными искрами, остаетсяпо-прежнему малоисследованным.Целью работы является повышение пожаровзывобезопасности предприятий нефтегазовой отрасли путем совершенствования методики оценки искробезопасности конструкционных материалов технологического оборудованияи обоснования условий применения способа флегматизации горючих парогазовыхсмесей фторированными углеводородами в различных окислительных средах.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиезадачи:– изучить влияние фторированных углеводородов на характеристикигорения околостехиометрических смесей метана и водорода в окислительныхсредах, представляющих собой воздух, а также смеси азота и кислорода,содержащие 15 и 25 %(об.) О2;– экспериментально определить максимальное давление взрыва, максимальную скорость нарастания давления взрыва и нормальную скорость горениядля смесей вида горючий газ – окислительная среда – фторированный углеводород;– разработать методику оценки искробезопасности конструкционныхматериалов и провести ее апробацию на примере различных пар конструкционных материалов и горючих газов и паров;4– изучить влияние вида горючего газа и конструкционного материалана зажигающую способность фрикционных искр.Для изучения процесса флегматизации выбраны такие горючие вещества,как метан (типичный продукт для нефтегазовой отрасли) и водород (газ, который, с одной стороны, широко используется в нефтегазоперерабатывающейи нефтегазохимической промышленности, и с другой стороны, является однимиз наиболее пожаровзрывоопасных продуктов нефтегазовой отрасли).

В качестве фторированных флегматизаторов выбраны соединения, широко используемые на практике для газового пожаротушения.Объектами исследования являлись искробезопасные конструкционныематериалы технологического оборудования и способ флегматизации горючихгазовых смесей фторированными углеводородами при различных содержанияхкислорода в окислительной среде.Предметом исследования являлись изучение влияния вида горючегогаза и конструкционного материала на зажигающую способность фрикционныхискр и характеристики горения околостехиометрических смесей метана и водорода в различных окислительных средах при флегматизации фторированнымиуглеводородами.Научная новизна работы заключается в следующем:1.

Выявлена роль концентрации кислорода в окислительной среде и видафторированного флегматизатора на характеристики пожаровзрывоопасностиоколостехиометрических смесей горючих газов (максимальное давление взрыва,максимальная скорость нарастания давления взрыва, нормальная скоростьгорения).2. Впервые показано, что добавки фторированных углеводородов могутодновременно приводить к росту максимального давления взрыва и падениюмаксимальной скорости нарастания давления взрыва и нормальной скоростигорения.3. Предложена новая методика оценки искробезопасности конструкционныхматериалов, сочетающая в себе воздействие на горючую газовую смесь какударов, так и трения движущихся образцов указанных материалов.4. Впервые на примере ацетиленовоздушных смесей показано, что наиболеелегковоспламеняемый фрикционными искрами состав горючей смеси можетбыть не бедным, как это было принято считать, а богатым.Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:– выявлении двоякой роли фторированных углеводородов как промоторови ингибиторов горения околостехиометрических газовых смесей;– создании новой установки для оценки искробезопасности конструкционных материалов, реализующей воздействие образцов указанных материаловна горючие парогазовые смеси, как с помощью ударов, так и с помощьютрения;– обнаружении возможности реализации наиболее вероятного зажиганиягорючих газовых смесей искрами не для бедных, а для богатых составов;5– выявлении роли содержания кислорода в окислительной среде и видафторированного флегматизатора на характеристики горения околостехиометрических газовых смесей.Применение результатов работы позволит повысить пожаровзрывобезопасность предприятий нефтегазовой отрасли путем снижения вероятностивоспламенения горючих газовых смесей, образующихся в результате возможных аварий, за счет использования искробезопасных конструкционных материалов, а также уменьшения последствий аварийных взрывов при флегматизацииуказанных смесей фторированными углеводородами.Методология и методы исследования.