Диссертация (Пожарная безопасность газовых технологических сред производственных процессов нефтегазовой отрасли), страница 2

Особенно неясным является этот вопрос в случаеокислительных сред, отличных от воздуха (например, азото-кислородные смеси сповышенным или пониженным содержанием кислорода по отношению к воздуху,закись азота). При этом эффекты ингибирования или промотирования зависяттакже от того, являются ли исходные газовые смеси околопредельными илиоколостехиометрическими.В ряде технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли(например, при нитровании органических соединений) используется закись азота,являющаяся активным окислителем, способным образовывать взрывоопасныесмеси с горючими газами и парами.

При этом данные по пожаровзрывоопасноститакихсмесей,имеющиесявлитературе,немногочисленныизачастуюпротиворечивы. В ряде имеющихся в литературе исследований по изучениюпоказателей пожаровзрывоопасности газопаровоздушных смесей, в качествеокислителей в которых применялись среды, представляющие собой смеси азота икислорода, а также закись азота, выявлена определенная схожесть химических7механизмов воспламенения и горения. В кинетических схемах, описывающихуказанные процессы, химические реакции с молекулярным кислородом играютсущественную роль. При этом молекулярный кислород образуется в результатереакций, связанных с распадом молекулы закиси азота.

В связи с этим актуальнойявляется задача изучения характеристик пожаровзрывоопасности газовых смесейсложного состава, содержащих закись азота в качестве окислителя, прирассмотрении закиси азота в качестве модельной окислительной среды, имеющейповышенную по отношению к воздуху концентрацию кислорода.Представленные в литературе работы по изучению предельных условийгашениягазовыхдиффузионныхфакеловприодновременнойподачефлегматизатора в потоки горючего и окислителя весьма немногочисленны.

Приэтом практически отсутствуют расчетные формулы, позволяющие оценитьминимальные гасящие концентрации флегматизатора при его одновременнойподаче в горючее и окислитель.Одним из способов повышения пожарной безопасности предприятийнефтегазовой отрасли является минимизация возможных источников зажигания.Среди возможных источников зажигания в первую очередь следует отметитьискры удара и трения (фрикционные искры). В то же время до сих пор нетстандартизованнойфрикционныхискр,методикичтовоопределениямногомзажигающейвызваноспособностинедостаточнымзнаниемзакономерностей процессов при воздействии фрикционных искр на парогазовыесмеси.Одним из часто применяемых на практике способов предотвращенияраспространения горючих газов и паров при авариях с разгерметизациейтехнологического оборудования на взрывоопасных производственных объектахявляетсяустройствоводяныхилипаровыхзавес.Применениезавесрегламентируется требованиями отечественных и международных нормативныхдокументов.

В литературе достаточно подробно описано влияние паровых иводяных завес на предотвращение распространения горючих газов и паров, в то8же время не представлено работ по изучению действия газовых завес инертногогаза (например, азота).Учитывая вышесказанное, тема диссертации, направленной на решениеотмеченных выше вопросов, представляется актуальной.Степень разработанности темы исследованияНад ответами на указанные вопросы работали как отечественные, так изарубежныеученые,средикоторыхследуетупомянутьработытакихисследователей, как В.В. Азатян, А.Н.

Баратов, А.Я. Корольченко, И.А. Болодьян,В.М. Николаев, В.И. Макеев, Н.П. Копылов, С.Н. Копылов, И.Р. Бегишев, С.М.Фролов, А.А. Борисов, К.Я. Трошин, О.П. Коробейничев, В.С. Бабкин, А.М.Коржавин, А.И. Карпов, А.Я. Лисочкин, А.А. Комаров, В.С. Кравченко,В.Ю.Навценя, И.А.Кириллов, И.И. Стрижевский, С.С. Гескин, Г.И. Скачков, Б.Б.Брандт, А.И.

Розловский, M.G. Zabetakis, G. Dixon- Lewis, G.S. Holmstedt, R.G.Zalosh, G.T. Linteris, N. Saito, N. Vahdat Y. Warhatz, A. Hamins, V. Babushok, H.Ohtani, A. Takahashi, C. Proust, T. Komou, F. Powell, A. Rogers, V.P. Balakhnine, Y.Koshiba, R. Mevel, A.M. Dean и другие). При этом ряд вопросов оказалсянерешенным. Это относится к флегматизации газопаровоздушных смесей приналичии в окислительной среде или окислителе повышенной или пониженной поотношению к воздуху концентрации кислорода, тушением пламен горючих газовпри одновременной подаче огнетушащего агента в горючее и окислитель,особенностями зажигания указанных смесей фрикционными искрами, а такжевлиянием газовых и водяных завес на ограничение распространения горючихгазов и паров остается по прежнему малоисследованным.Целью работы является повышение уровня пожарной безопасностипредприятий нефтегазовой отрасли путем снижения пожаровзрывоопасностипарогазовыхтехнологическихсреднаосновеэкспериментальногоитеоретического исследования закономерностей воспламенения и горения газовыхсмесей при наличии окислительных сред на основе кислорода и закиси азота вприсутствии флегматизаторов различной химической природы.9Для достижения указанной цели ставятся и решаются следующиезадачи:1) экспериментально изучить закономерности влияния фторированныхуглеводородов на характеристики воспламенения и горения смесей горючих газовсокислительнымисредаминаосновекислородаприразличныхегоконцентрациях в окислительной среде;2) экспериментально исследовать закономерности влияния фторированныхуглеводородов на характеристики воспламенения и горения горючих газов вокислительных средах на основе закиси азота;3) провести экспериментальное исследование огнетушащих концентрацийгазовых средств тушения по отношению к диффузионным пламенам метана иводорода при одновременной подаче огнетушащих газов в горючее и окислитель;4) создать метод оценки искробезопасности конструкционных материалов;5)выполнитьтеоретическоеисследованиеособенностейпроцессоввоспламенения и горения сложных газовых составов, позволяющее лучше понятьзакономерности протекания этих процессов для обоснованного примененияспособов снижения пожаровзрывоопасности технологических сред производствнефтегазовой отрасли;6) провести теоретическое исследование влияния газовых и водяных завесна ограничение распространения горючих газов и паров (расчетная оценкапараметров рассеяния проливов сжиженного природного газа на твердуюповерхность; оценка влияния газовых и водяных завес на предотвращениераспространения аварийных утечек горючих газов и паров).Объектомисследованияявляются газовые технологическиесредыпроизводственных процессов нефтегазовой отрасли.Предметомисследованияявляютсяспособыобеспеченияпожаровзрывобезопасности технологических сред предприятий нефтегазовойотрасли:- флегматизация газовых смесей фторированными углеводородами вразличных окислительных средах;10применение-искробезопасныхматериаловтехнологическогооборудования;- тушение диффузионных газовых пламен при одновременной подачеогнетушащих газов в горючее и окислитель;применение-газовыхиводяныхзавесвцеляхограниченияраспространения горючих газов и паров.Научная новизна работы заключается в следующем:- получены новые экспериментальные данные по концентрационнымпределам распространения пламени в смесях вида горючий газ (водород, метан) –флегматизатор – окислитель (смесь азота и кислорода с различным содержаниемO2) - флегматизатор, а также параметрам взрыва (максимальное давление взрыва,скорость нарастания давления взрыва, нормальная скорость горения) дляуказанных смесей (задача 1);- получены новые экспериментальные данные по влиянию фторированныхуглеводородовнапоказателипожарнойопасностигорючихгазоввокислительных средах на основе закиси азота (задача 2);обнаружено-двоякоевлияниефторзамещенныхуглеводородныхингибиторов (ингибирующее и промотирующее) на показатели пожарнойопасности смесей вида горючий газ – окислительная среда – фторзамещенныйингибитор в зависимости от вида горючего, состава и вида окислительной среды,а также вида и концентрации фторированного углеводорода (задачи 1 и 2);- обнаружен эффект немонотонного изменения давления в замкнутомсосудевначальнойстадиивзрывасмесейоколопредельногосостава,обусловленный особенностями формирования самораспространяющегося фронтапламени (задачи 1 и 2);выявлено,-фторированныечтоизученныеуглеводороды)ингибиторыобладают(бромистыйзначительноводород,меньшейфлегматизирующей способностью по отношению к горючим смесям с закисьюазотавкачествеокислителя,чемвслучаесмесейсвоздухомиазотокислородными составами с повышенным содержанием кислорода (задача 2);11- впервые показано, что в присутствии небольших добавок горючих газов(метан или водород) (около 1,0 (об.)) возможно распространение пламени всмесях вида закись азота – фторированный углеводород (задача 2);-полученановаяформула,позволяющаявычислятьогнетушащиеконцентрации газовых агентов при их одновременной подаче в горючее иокислитель (задача 3);- предложен новый метод оценки искробезопасности конструкционныхматериалов, основанный на сочетании ударов и трения указанных материалов(задача 4);-выявленонарушениеэмпирическогоправилаприблизительногопостоянства адиабатической температуры горения околопредельных смесей,справедливого для химически инертных флегматизаторов (задача 5);- выявлено нарушение эмпирического правила постоянства нормальнойскорости горения околопредельных смесей водород – флегматизатор –окислительная среда (задача 5);– обнаружено, что газовые завесы значительно менее эффективны дляограничения распространения газовых облаков, чем водяные (задача 6).Теоретическая значимость работы заключается в:- обнаружении двоякого действия фторированных углеводородов какингибиторов и промоторов горения газовых смесей;- выявлении эффекта распространения пламени в смесях вида закись азота –фторированный углеводород при наличии в смеси небольших (около 1,0 % (об.))добавок метана или водорода;- обнаружении возможности роста максимального давления взрыва иснижения максимальной скорости нарастания давления взрыва при добавлении вгорючую смесь фторсодержащих ингибиторов;- выявлении важной роли эффекта самоингибирования в формированииконцентрационных пределов распространения пламени смесей горючее –флегматизатор – окислительная среда;12- определении области применения формулы Ле- Шателье для предельныхусловий горения в случае кинетических и диффузионных пламен;- выявлении границы области применения эмпирического правилапостоянства адиабатической температуры горения вблизи концентрационныхпределов распространения пламени;- определении области применения эмпирического правила постоянстванормальной скорости горения газов и паров около концентрационных пределовраспространения пламени;- обнаружении меньшей эффективности газовых завес по сравнении сводяными.Практическая значимость результатов работы заключается:- в определении характеристик пожаровзрывоопасности газовых смесейвида горючее – флегматизатор – окислительная среда (концентрационныепределы распространения пламени, максимальное давление взрыва, скоростьнарастания давления взрыва, нормальная скорость горения), необходимых дляразработкисистемпредотвращенияпожараивзрываисистемпожаровзрывозащиты технологических процессов нефтегазовой отрасли собращением горючих газов и паров;-вразработкегосударственногостандартаГОСТР58068-2018«Конструкционные материалы.

Метод испытаний на искробезопасность»;- в разработке межгосударственного стандарта ГОСТ 12.1.044-2018«Пожароопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы ихопределения»;- в разработке методического пособия «Расчет концентрационных пределовраспространения пламени парогазовых смесей сложного состава», позволяющеерасчетным путем определять концентрационные пределы при разработкебезопасных технологических регламентов производственных процессов;-виспользованиирезультатовработыдляобеспеченияпожаровзывобезопасности предприятий нефтегазовой отрасли (при разработкепроектных решений комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимических13заводов по переработке тяжелой карбоновой нефти ОАО «Танеко» (ОАО«ВНИПИнефть»; в деятельности ООО «Газпром Газобезопасность» при оценкеуровня пожарной безопасности технологических процессов предприятий газовойотрасли,организацииобучениясотрудниковуказанныхпредприятийипроведении учений пожарных и спасательных подразделений); в ЦКБ «Коралл»при разработке системы флегматизации помещений, в которых невозможноустройство легкосбрасываемых конструкций;- в применении результатов работы в учебном процессе Академии ГПСМЧС России в учебно-научном комплексе процессов горения и экологическойбезопасности на кафедре процессов горения.Совокупность проведенных исследований может быть квалифицирована какрешениекрупнойнароднохозяйственнойпожаровзрывобезопасностипредприятийпроблемынефтегазовой–повышениеотраслипутемиспользования новых средств взрывопредупреждения и взрывозащиты объектовотрасли.Методология и методы исследованияИспользованы современные методы экспериментального исследованияпроцессов воспламенения и горения горючих газовых смесей, позволяющиеполучать достоверные результаты.