Диссертация (Пожарная безопасность газовых технологических сред производственных процессов нефтегазовой отрасли), страница 4

Получено, что в случае таких разбавителей, как He и CO2, зависимостьконцентрации кислорода от концентрации добавки на пределе гашенияпрактически линейна, в случае CF3Br нелинейна при малых концентрациях O2, вто время как при больших содержаниях кислорода также близка к линейной. По19мнению авторов [23], эффективность CF3Br падает с увеличением концентрациикислорода.В работе [24] проведено экспериментальное исследование минимальныхогнетушащих концентраций трифторбромметана CF3Br и бромметана CH3Br поотношению к диффузионному пламени следующих горючих: водорода, метана,этана, пропана, н – бутана, изобутана.

Получена полуэмпирическая формула длязависимости концентрации кислорода на пределе горения от концентрации CF3Br.Также найдены зависимости предельных концентраций CF3Br и CH3Br в горючемгазе по отношению к диффузионному пламени пропана от концентрациикислорода в окислительной среде.

Путем экстраполяции указанных зависимостейк случаю окислительной среды, состоящей только из кислорода O2 и CF3Br,найдены лимитирующие составы окислительных сред для диффузионных пламенH2, CH4, C2H6, C3H8, C4H10. Был сделан вывод, что в средах со значительнымсодержанием O2, прекращение горения достигается при больших концентрацияхCF3Br, составляющих, например, для водорода, 75,5 % (об.).В работе [25] экспериментально исследованы концентрационные пределыдиффузионного горения смесей водорода с гелием при выпуске в атмосферу.Получено, что при содержании H2 в смеси менее 20 % (об.) смесь неспособна кдиффузионному горению.В работе [26] экспериментально определены лимитирующие концентрацииO2 в смеси O2 + N2 при диффузионном горении органических веществ. В качествегорючих были использованы предельные углеводороды, одно- и двухатомныеспирты, этилен, ацетилен, циклогексан, ацетон, окись углерода CO.

Впредположении, что на пределе диффузионного горения горючее и окислитель вофронте пламени находятся в стехиометрическом соотношении, были вычисленыконцентрации кислорода на нижнем концентрационном пределе диффузионногогорения. Получено, что вычисленные таким образом предельные концентрациикислорода хорошо коррелируют с результатами эксперимента.В работе [27] экспериментально и теоретически рассмотрен вопрос горенияструи газа, которая может образоваться при авариях и пожарах на объектах20газоперерабатывающих заводов. Авторы отмечают, что такое горение особенноопасно в случае истечения жидкой фазы.

В работе решались следующие задачи:1) определение геометрии факела; 2) определение плотности потока излучения отфакела на различных расстояниях от него; 3) оценка воздействия горящих струйсжиженного углеводородного газа (СУГ) на работу арматуры; 4) воздействиеизлучения факела на образцы материалов (деревянные и металлические щиты,парусина)наразличныхрасстояниях.Экспериментальныйгазопроводпредставлял собой трубу длиной L = 46 м и диаметром D = 100 мм,расположенную на поверхности земли. Найдены полуэмпирические выражениядля длины и ширины факела в случае истечения газа из круглых и щелевидныхотверстий.

Получено уравнение для интенсивности теплового излучения наразличных расстояниях от факела.В работе [28] проведено численное и экспериментальное исследованиеструктуры диффузионного пламени смеси водорода с азотом в потоке воздухе.Разработанамодельламинарногодиффузионноговодородногопламени,основанная на законах сохранения и учитывающая многокомпонентнуюдиффузию и кинетику элементарных химических реакций. Проведено сравнение сэкспериментом, выполненным на круглом сопле с внутренним диаметром 4,2 мм.Горючим служила смесь водорода с азотом (H2 – 30 % (об.), N2 – 70 % (об.)).

Вэкспериментахс помощью отбора проб и хроматографического анализаопределяли концентрации H2, O2, N2. С помощью рассеяния излучения аргоновоголазера определяли температуру газа. Основные измерения проведены в сечении,расположенном на расстоянии 30 мм от среза горелки. Получены распределенияконцентраций указанных выше компонентов в зависимости от расстояния от осисимметрии горелки R. Показано, что результаты расчетов удовлетворительносовпадают с экспериментом. Отмечена важная роль избирательной диффузии H2 иH, в результате чего в зоне реакции водорода сгорает больше, чем егоотносительно содержится в топливе.В работе [29] изучены предельные режимы стабильного горениятурбулентных диффузионных оторванных факелов атмосфере с переменным21содержанием O2 при широком варьировании размеров и профилей горелок.Предложена модель для определения скорости истечения газа при срыве пламени.Эксперименты по проверке предложенной модели проводили на горелках сдиаметром d в диапазоне от 4 до 140 мм и отношением длины к диаметру l/dболее 50.

В качестве горючего использовались смеси метана и водорода с азотом.Скорость срыва факела определяли посредством монотонного увеличенияскорости истечения горючей смеси. Получены зависимости скорости срывафакела от концентрации горючего в смеси с азотом при горении в неподвижномвоздухе. Также получена зависимость скорости срыва от концентрации кислородав окружающем пространстве, которая является практически линейной.В работе [30] исследованы характеристики устойчивости диффузионныхпламен в коаксиальных струях: условия отрыва, срыва, длина отрыва, амплитудыи частоты колебаний пламени в области точек стабилизации. Полученааналитическая полуэмпирическая зависимость для определения условий отрывадиффузионного факела. Получены формулы для длины отрыва факела в случаестабилизации и срыва пламени.

Проведены эксперименты по определениюпараметров диффузионного горения водорода в соплах диаметром от 1 до 5 мм.Найдено,чтосформулированныйкритерийдлядлинысрывапламенивыполняется.В работе [31] изучено плоское ламинарное диффузионное пламя горючихжидкостей (н –гептан, н – декан, н – гексадекан, изооктан, керосин).

Пламяполучали путем направления потока окислителя сверху вниз к поверхностигорящей жидкости. Окислительной средой служили смеси кислорода с азотом,углекислымгазом,концентрационныегелиемпрофилиитрифторбромметаномреагирующихмолекул,CF3Br.атакжеИзмереныпрофилитемпературы. Определена скорость газового потока как функция составаокислительной среды на пределе гашения. Из такого рода зависимостей дляразличных окислительныхсред был сделанвывод,что эффективностифлегматизаторов соотносятся следующим образом: CF3Br > CO2 > He > N2.Найдено, что измеренная температура пламени на пределе гашения на 200 ° С22ниже адиабатической и уменьшается практически линейно с увеличениемскорости газового потока. Введение в пламя CF3Br существенным образом меняетего цвет, при этом концентрация трифторбромметна в хемилюминисцентной зонепадает практически до нуля.В работе [32] экспериментально исследовано влияние относительнойплощади кромок топливных сопел (пилонов) на изменение длины пламени вспутном потоке окислителя для одиночного сопла или многосопловогофронтового устройства.

В аэродинамическом сопле диаметром d = 160 ммварьировали скорость потока воздуха до 300 м/с. На срезе сопла устанавливалиодин или несколько пилонов, через которые к топливным соплам подавалигазообразное топливо – водород или метан. Получено, что приведенная длинафакела (отношение длины факела к диаметру сопла) монотонно падает приувеличении объемного расхода воздуха.В работе [33] проведены исследования по определению пределовстабилизации газового диффузионного факела в неподвижном воздухе. На основерезультатов экспериментов получена универсальная формула, описывающаяпределы стабилизации. Ее пригодность продемонстрирована в широкомдиапазоне экспериментальных параметров.

Экстраполяция формулы показывает,что для каждого газа существует критический диаметр горелки, выше которогопламя стабилизируется при любой скорости потока. Опыты проведены для такихгазов, как метан, пропан, этилен, ацетилен, бутан, водород. Диаметр горелки d вэкспериментах варьировался в пределах от 0,2 до 12 мм. Разработанаэмпирическая формула, в безразмерном виде описывающая расходы срыва.Формула затем проверена на смесях CH4/воздух, CH4/CO2, C3H8/воздух, C3H8/CO2.Вработе[34]проведеныисследованияпределовстабилизациидиффузионного факела при поперечном ветре. Диаметр горелок варьировался от 2до 20 мм. В качестве горючего служили газы: пропан, метан, этилен и бутан. Осьгорелки была ориентирована перпендикулярно направлению ветра, создаваемогопотоком воздуха в тоннеле высотой 2,65 и шириной 2 м.

Получено, чтосуществуетдвапределастабилизации,междукоторымиимеетместо23стабилизированное приподнятое над горелкой пламя, изогнутое ветром. Еслидиаметр горелки достаточно велик, а скорость ветра мала, то нижний пределстабилизации не существует. Верхний предел стабилизации с ветром оказываетсявыше, чем без ветра, что обусловлено, вероятно, турбулизацией пламени.В работе [35] численно и экспериментально исследовано влияниеизбирательной диффузии на температуру пламени водорода. Рассмотрены двавида пламени: а) обычное, формируемое около струи горючего в воздухе(горючим служила смесь H2 + N2 с содержанием H2 = 30 % (об.)); б) обратноепламя, формируемое около струи воздуха в горючем.

Проведены опыты дляапробации численной модели горения. Обычное пламя создавали при истечениигорючего через внутреннее сопло с внутренним диаметром 4,2 мм и толщинойстенок 0,9 мм. Диаметр внешнего сопла составлял 50 мм, и поток воздуха из негоимел свободную границу с атмосферой. Обратное пламя получали, меняя местамигорючее и воздух.

Температуру пламени измеряли с помощью рэлеевскогорассеяниялазерногоизлучения.Врезультатеэкспериментоввыявленоследующее: 1) на оси у вершины обычного пламени температура составляетоколо 1350 К; 2) на оси у вершины обратного пламени температура составляетоколо 2400 К, что существенно выше адиабатической температуры горения Tад =1660 К; 3) наблюдается хорошее согласие численных и экспериментальныхданных; 4) учет теплопроводности в модели пламени не дает существенногоэффекта в распределение температур.