Диссертация (Особенности воспламенения и горения горючих газов и паров в различных окислительных средах), страница 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 может бытьне бедным, как это было принято считать, а богатым.8Теоретическая 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 материалов на горючие парогазовые смеси, как с помощью ударов, так и с помощью трения;– обнаружении возможности реализации наиболее вероятного зажиганиягорючих газовых смесей искрами не для бедных, а для богатых составов;– выявлении роли содержания кислорода в окислительной среде и видафторированного флегматизатора на характеристики горения околостехиометрических газовых смесей.Применениерезультатовработыпозволитповыситьпожаровзрыво-безопасность предприятий нефтегазовой отрасли путем снижения вероятностивоспламенения горючих газовых смесей, образующихся в результате возможныхаварий, за счет использования искробезопасных конструкционных материалов,а также уменьшения последствий аварийных взрывов при флегматизацииуказанных смесей фторированными углеводородами.Методология и методы исследования.

В работе использованы современныеметоды экспериментального исследования процессов воспламенения и горениягорючих газовых смесей, позволяющие получать достоверные результаты.Информационнойосновойисследованияявлялисьнаучныепубликациив отечественных и зарубежных изданиях, а также отечественные и зарубежныестандарты и нормы.Положения, выносимые на защиту:– экспериментальные данные, характеризующие влияние концентрациикислорода в окислительной среде и вида фторированного флегматизатора на параметры горения околостехиометрических смесей в замкнутом сосуде (максимальное давление взрыва, максимальная скорость нарастания давления взрыва, нормальная скорость горения);9– эффект одновременного роста максимального давления взрыва и падениямаксимальной скорости нарастания давления взрыва и нормальной скоростигорения при добавлении фторированных флегматизаторов в околостехиометрические газовые смеси;– новая методика оценки искробезопасности конструкционных материалов,сочетающая в себе воздействие на горючую газовую смесь как ударов, таки трения движущихся образцов указанных материалов;– эффект реализации наиболее вероятного зажигания горючих газовыхсмесей искрами не для бедных, а для богатых ацетиленовоздушных смесей.Степень достоверности полученных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается их внутренней непротиворечивостью,согласованностью с законами физики и химии, данными других авторов,положительными результатами их внедрения.Материалы диссертации реализованы при разработке:– проекта государственного стандарта ГОСТ Р «Конструкционныематериалы.

Метод испытаний на искробезопасность», получившего одобрениетехнического комитета по стандартизации ТК 274 – «Пожарная безопасность».М.: ВНИИПО МЧС России, 2017 г.;– проектной документации на объекты газовой отрасли для обеспеченияпожарной безопасности технологических сред газоперерабатывающих предприятий.М.: ООО «Газпром проектирование», 2017;– лекций и учебного пособия по дисциплине «Теория горения и взрыва»в Академии ГПС МЧС России. М.: Академия ГПС МЧС России, 2017 г.Основные результаты работы доложены на:– 1-ом Азиатско-Тихоокеанском симпозиуме по пожарной безопасностиматериалов (г. Сужоу, КНР, AOFSM, 2015);– 5-ой Международной научно-практической конференции «Пожаротушение:проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России,2016);10– Международном симпозиуме по неравновесным процессам в физикеи химии (г.

Сочи, NEPCAP, 2016);– 9-ом Международном семинаре по структуре пламени (г. Новосибирск,Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, 2017);– ХХХ-ой Международной научно-практической конференции «Горениеи проблемы тушения пожаров» (г. Балашиха, ВНИИПО МЧС России, 2017).Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работыизложено на 156 страницах текста, включает в себя 8 таблиц, 40 рисунков, списоклитературы из 160 наименований.11ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В РАЗЛИЧНЫХОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ1.1 Влияние флегматизаторов различной химической природына характеристики горения горючих газов и паровв различных окислительных средахВопросу влияния флегматизаторов различной химической природы нахарактеристики горения смесей горючих газов и паров в различных окислительныхсредах посвящено значительное количество исследований.

При этом основнымихарактеристиками, которым уделяется наибольшее внимание при рассмотренииуказанного вопроса, являются верхний и нижний концентрационные пределы распространения пламени, нормальная скорость горения, минимальная энергия зажигания, предельное начальное давление, при котором возможно распространениепламени. При распространении пламени в замкнутом объеме также рассматриваются максимальное давление взрыва и максимальная скорость нарастаниядавления взрыва. В случае присутствия в смеси флегматизирующего агентапринимаются во внимание такие характеристики горения, как минимальнаяфлегматизирующая концентрация (МФК) и минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК).

Ниже рассмотрены публикации в научной литературе,которые были посвящены определению характеристик горения предварительноперемешанных смесей вида горючее – окислительная среда – флегматизатор.Приэтомосновноевниманиеуделяетсяфторированнымгорючимифлегматизаторам.В работе [1] исследованы концентрационные пределы распространенияпламени фторированных производных бензола (C6H6) в окислительных средахв виде чистого кислорода и смесей азота с кислородом.

Распространение пламениизучали в вертикальной стеклянной трубе (высота h = 30 см, диаметр основания12d = 2,5 см), открытой с нижнего конца. Расстояние между электродамисоставляло 0,3 см. Напряжение при разряде было равно 70 кВ. Принимали,что имеет место распространение пламени, если фронт горения распространялсяот нижнего торца до верхнего. Определены верхние и нижние концентрационныепределы распространения пламени фторированных производных бензола в воздухе, а также в случае окислительных сред в виде смесей кислорода с азотом.Найдено, что если число атомов фтора в соединении превышает 4, то веществовида CxFx не горит в воздухе.В работе [2] исследовано горение смесей перфторциклобутана (C4F8) с кислородом. Ранее было обнаружено, что C4F8 горит в кислороде в трубе в диапазонеконцентраций от 27 до 55 %(об.).

Определено, что нормальная скорость горениясмеси C4F8 + O2 имеет максимум для наибольшей термодинамически равновеснойконцентрации атомов фтора (F), а не в случае наибольшей адиабатическойтемпературы горения (Tад)В работе [3] исследовано горение углеводородов и фторзамещенныхуглеводородов в смесях с трифторидом азота (NF3) и смесью кислорода и NF3.Изучены продукты горения следующих смесей: 1) Н – C4H10 – NF3;2) Н – C4H10 – NF3 – O2; 3) CH2=CF2 – O2; 4) C2F6 – O2 – H2. Зажигание смесейпроводили путем пережигания проволочки длиной 10 мм. Анализ продуктовсгорания проводили с помощью масспектрометра. Найдено, что: 1) атомы Fреагируют с молекулой горючего преимущественно путем отрыва атомов H, даваяHF; 2) связь C – F не образуется до тех пор, пока весь атомарный водород (H)не прореагирует с атомарным фтором; 3) если имеется избыточный атомарныйфтор (после образования HF), то при высоких температурах порядка 2500 Кобразуется диоксид углерода (CO2) молекулярный фтор (F2), а при остываниисмеси до температур порядка 1700 К весь атомарный фтор переходит в CF4.В работе [4] численно исследованы зависимости нормальной скоростигорения смесей вида H2 – O2 – N2 от начального давления, температуры и концентрации кислорода (O2) в смеси с азотом (N2) Для расчета был использованмеханизм из 21 реакции, 3 из которых описывают образование оксида азота в пла-13мени NO.

Проведенный расчет показал, что нормальная скорость горения (Su)линейно зависит от максимальной по фронту пламени концентрации атомовводорода [H]max. Найдено, что химическое равновесие соблюдается лишь длябольших температур (выше 1500 К).В работе [5] исследован эффект положительного синергизма смеси1,2 – тетрафтордибромэтана (С2F4Br2) с азотом (N2) по отношению к пламенипредварительно перемешанной смеси метана с воздухом. Обнаружено, что в случае использования смеси С2F4Br2 – N2 вместо С2F4Br2 резко повышается флегматизирующая эффективность 1,2 – тетрафтордибромэтана.В работе [6] исследованы пламена смесей перфторуглеводородов с кислородом, стабилизированные на круглой горелке.

Методом горелки были получены зависимости нормальной скорости горения Su от концентрации горючего длятаких веществ, как перфторэтилен (C2F4) и перфторбутилен (C4F8) Быливычисленытемпературыравновесныесоставыгорения.Получено,продуктовчтодлясгоранияиадиабатическиеполностьюфторированныхуглеводородов, исследованных в настоящей работе, максимальная нормальнаяскорость горения (Sumax) не коррелирует с максимальной адиабатическойтемпературой горения (Tадmax), однако коррелирует с максимальным значениемтермодинамически равновесной концентрации атомов фтора (F).В работе [7] определенны нормальные скорости горения околопредельныхсмесей пропана (C3H8) c воздухом и бромистым водородом (HBr).