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

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………........ 4ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВВ РАЗЛИЧНЫХ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ………………………………... 111.1 Влияние флегматизаторов различной химической природына характеристики воспламенения и горения горючих газов и паровв различных окислительных средах……………………………………………....

111.2 Влияние фрикционных искр на возможность воспламенения горючихпарогазовых смесей………………………………………………………………... 301.3 Выбор направлений исследования…………………………………………..... 57ГЛАВА 2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИИ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРЕДЕЛЕНИЮХАРАКТЕРИСТИК ГОРЕНИЯ ГАЗОВ В РАЗЛИЧНЫХОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ…………………………………………………… 602.1 Краткий анализ существующих методов определения характеристикгорения парогазовых смесей……………………………………………………… 602.2 Методика определения характеристик горения горючих газовых смесейсложного состава…………………………………………………………………...

762.3 Оценка погрешностей измерений…………………………………………….. 80ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИКОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ……………………………………….. 903.1 Анализ нормативных документов, регламентирующих требованияпожарной безопасности к методам испытаний конструкционныхматериалов на искробезопасность………………………………………………... 903.2 Основные положения методики испытаний конструкционныхматериалов на искробезопасность………………………………………………... 9533.3 Результаты экспериментальных исследований по зажиганиюпарогазовых смесей искрами удара и трения……………………………………. 99ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯФТОРИРОВАННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИГОРЕНИЯ ОКОЛОСТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ ВОДОРОДАИ МЕТАНА В РАЗЛИЧНЫХ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ………………….

1094.1 Определение характеристик горения околостехиометрическихводородовоздушных и метановоздушных смесей в замкнутом сосуде………... 1094.2 Определение характеристик горения околостехиометрических смесейвида H2 – (O2 + N2) –фторированный углеводород в замкнутом сосуде……….. 1184.3 Определение характеристик горения околостехиометрических смесейвида CH4 – (O2 + N2) –фторированный углеводород в замкнутом сосуде……... 125ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………….. 134СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………. 135Приложение А АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ……………………………………………..

1534ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Нефтегазовая отрасль играет, по сути,первостепенную роль в экономике России, давая самую большую долю в валовомвнутреннем 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 эксплуатациипредприятийнефтегазовойотраслиподтверждаетэтотвывод.Поэтомуобеспечение пожаровзрывобезопасности предприятий нефтегазовой отраслиявляется весьма актуальной проблемой, которая подразделяется на ряд задач.Предприятия нефтегазовой отрасли характеризуются высокой вероятностьюаварий с образованием горючих газопаровоздушных смесей, способных воспламеняться при воздействии на них источников зажигания.

В качестве эффективныхсредств 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. Важным комплексоммероприятий является также взрывозащита, в результате которой в горючуюсмесь вводят негорючий флегматизатор, который может как сделать смесьнегорючей, так и существенно снизить параметры возможного аварийного взрыва(максимальную скорость нарастания давления взрыва и нормальную скоростьгорения). Флегматизация может быть использована в случаях, когда применениелегкосбрасываемых конструкций, как традиционного средства взрывозащиты,либо затруднено, либо вообще невозможно, как, например, в случае морских5нефтегазодобывающих 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 известнойМонреальской конвенции о защите озонового слоя Земли их применение сталосильно ограниченным. В качестве заменителей бромхладонов во всем мире сталишироко использовать фторированные углеводороды. Особенности их применениядля флегматизации газопаровоздушных смесей в литературе описаны достаточношироко. Однако если содержание кислорода в окислительной среде отличаетсяот соответствующей величины в воздухе, что характерно для нефтегазоперерабатывающих производств, то здесь имеющиеся в литературе данные весьманемногочисленны и охватывают, в основном, парогазовые смеси околопредельного состава.

Параметры горения околостехиометрических смесей ограничиваются только случаем воздуха как окислительной среды.Среди источников зажигания, характерных для предприятий нефтегазовойотрасли, следует отметить в качестве одного из основных, искры удара и трения(фрикционные искры). В области изучения зажигания парогазовых смесейфрикционными искрами имеется достаточно большое количество работ какотечественных, так и зарубежных ученых. Однако до сих пор не создано ниотечественного, 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, чтоуказанным выше вопросам отечественные и зарубежные исследователи уделялимало внимания (подробнее см. главу 1 настоящей работы). Здесь уместноупомянутьработытакихотечественныхизарубежныхученых,какВ.В. Азатяна, А.Н.

Баратова, А.Я. Корольченко, И.А. Болодьяна, И.Р. Бегишева,6С.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, связанныхс флегматизацией околостехиометрических парогазовых смесей при наличиив окислительной среде повышенной или пониженной концентрации кислорода,а также особенностями зажигания парогазовых смесей фрикционными искрами,остается по-прежнему малоисследованным.Целью работы является повышение пожаровзывобезопасности предприятийнефтегазовой отрасли путем совершенствования методики оценки искробезопасности конструкционных материалов технологического оборудования и обоснованияусловий применения способа флегматизации горючих парогазовых смесей фторированными углеводородами в различных окислительных средах.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:– 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 – фторированныйуглеводород;– разработать методику оценки искробезопасности конструкционныхматериалов и провести ее апробацию на примере различных пар конструкционных материалов и горючих газов и паров;– 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 нефтегазоперерабатывающей и нефтега-7зохимической промышленности, и с другой стороны, является одним из наиболеепожаровзрывоопасных продуктов нефтегазовой отрасли).

В качестве фторированных флегматизаторов выбраны соединения, широко используемые на практикедля 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 горючего газаи конструкционного материала на зажигающую способность фрикционных искри характеристики горения околостехиометрических смесей метана и водородав различных окислительных средах при флегматизации фторированными углеводородами.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.