Автореферат (1172856)
Текст из файла
На правах рукописиШебеко Алексей ЮрьевичПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИСпециальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность(технические науки, нефтегазовая отрасль)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква – 2019Работа выполнена во Всероссийском ордена «Знак Почета» научноисследовательском институте противопожарной обороны МЧС Россиив отделе пожарной безопасности промышленных объектов, технологийи моделирования техногенных аварийНаучныйконсультант:доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАНАзатян Вилен ВагаршовичОфициальныеоппоненты:Тагиев Рамис Марданович, доктор технических наук,ООО «Эксперты пожарной безопасности», генеральный директорКомаров Александр Андреевич, доктор технических наук,профессор, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательскийМосковский государственный строительный университет»,начальник научно-технического центра «Взрывоустойчивость»Хафизов Ильдар Фанилевич, доктор технических наук, доцент,ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтянойтехнический университет», профессор кафедры«Пожарная и промышленная безопасность»Ведущаяорганизация:ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский университетГосударственной противопожарной службы МЧС России»Защита состоится «15» октября 2019 г.
в 13 часов на заседании диссертационногосовета Д 205.002.02 в Академии Государственной противопожарной службыМЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС Россиии на сайте:https://academygps.ru/upload/iblock/21a/21af19c603d9ecd8aad970b202cecf8b.pdfАвтореферат разослан «12» июля 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советаСивенков Андрей Борисович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияРазвитие нефтегазовой отрасли в нашей стране привело к необходимостивнедрения новых технологий, характеризующихся большими объемамиобращающихся в производстве горючих газов и легковоспламеняющихсяжидкостей, использованием технологических сред сложного составаи высокими параметрами ведения технологических процессов (давление,температура). Это может привести к повышению пожаровзрывоопасностипредприятий отрасли, если не разработать и внедрить адекватные уровнюопасности защитные мероприятия.
Эти мероприятия в соответствиис требованиями Федерального закона от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Техническийрегламент о требованиях пожарной безопасности» должны формироватьсистемы предотвращения пожара и противопожарной защиты. При этомпредставляютсянаиболееэффективнымитакиемероприятия,какфлегматизация взрывоопасных сред (реализует требование п. 5 статьи 49указанного Федерального закона) и правильная оценка степениискробезопасности применяемых конструкционных материалов (реализуеттребование п.
7 статьи 50 Федерального закона) и использование водяныхи газовых завес для предотвращения распространения газовых облаков приавариях (реализует требование п. 4 статьи 49 Федерального закона). Реализацияуказанных мероприятий позволит повысить уровень безопасности применениятехнологических сред предприятий нефтегазовой отрасли.В последние годы происходит быстрое развитие и внедрение новыхэффективных производственных процессов на объектах нефтегазовой отрасли,связанных с обращением в технологических аппаратах горючих газови легковоспламеняющихся жидкостей. При этом зачастую используютсятехнологические среды, содержащие кислород, в том числе и в концентрациях,отличныхотвоздуха.Поэтомувозникаетзадачаобеспеченияпожаровзрывобезопасности указанных процессов, которая вряд ли может бытьрешена без детальной оценки параметров пожаровзрывоопасностиобращающихся парогазовых сред, как в нормальном режиме работы, таки в аварийных условиях.
Особый интерес представляют такие показатели,регламентированные Федеральным законом от 22.07.2008 № 123-ФЗ«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», какконцентрационные пределы распространения пламени (с точки зренияпредотвращения образования горючих парогазовых сред), а такжемаксимальное давление взрыва, скорость нарастания давления взрыва,нормальная скорость горения (с точки зрения применения средствпожаровзрывозащиты). В то же время данные по указанным показателям длятехнологических сред сложного состава (в том числе содержащих кислородв концентрациях, отличных от его содержания в воздухе) весьманемногочисленны и зачастую противоречивы.3В настоящее время на смену бромированным углеводородам пришлоновое семейство газовых огнетушащих средств на основе фторированныхуглеводородов. Однако проведенные в ряде стран мира исследования показали,что фторированные углеводороды могут не только подавлять горение, но в рядеслучаев и промотировать его.
Особенно неясным является этот вопрос в случаеокислительных сред, отличных от воздуха (например, азото-кислородные смесис повышенным или пониженным содержанием кислорода по отношению квоздуху, закись азота). При этом эффекты ингибирования или промотированиязависят также от того, являются ли исходные газовые смеси околопредельнымиили околостехиометрическими.В ряде технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли(например, при нитровании органических соединений) используется закисьазота, являющаяся активным окислителем, способным образовыватьвзрывоопасные смеси с горючими газами и парами. При этом данные попожаровзрывоопасноститакихсмесей,имеющиесявлитературе,немногочисленны и зачастую противоречивы.
В ряде имеющихся в литературеисследованийпоизучениюпоказателейпожаровзрывоопасностигазопаровоздушных смесей, в качестве окислителей в которых применялисьсреды, представляющие собой смеси азота и кислорода, а также закись азота,выявлена определенная схожесть химических механизмов воспламененияи горения. В кинетических схемах, описывающих указанные процессы,химические реакции с молекулярным кислородом играют существенную роль.При этом молекулярный кислород образуется в результате реакций, связанныхс распадом молекулы закиси азота.
В связи с этим актуальной является задачаизучения характеристик пожаровзрывоопасности газовых смесей сложногосостава, содержащих закись азота в качестве окислителя, при рассмотрениизакиси азота в качестве модельной окислительной среды, имеющейповышенную по отношению к воздуху концентрацию кислорода.Представленные в литературе работы по изучению предельных условийгашения газовых диффузионных факелов при одновременной подачефлегматизатора 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 источниковзажигания.
Среди возможных источников зажигания в первую очередь следуетотметить искры удара и трения (фрикционные искры). В то же время до сих порнет стандартизованной методики определения зажигающей способностифрикционных искр, что во многом вызвано недостаточным знаниемзакономерностей процессов при воздействии фрикционных искр напарогазовые смеси.4Одним из часто применяемых на практике способов предотвращенияраспространения горючих газов и паров при авариях с разгерметизациейтехнологического оборудования на взрывоопасных производственных объектахявляется устройство водяных или паровых завес.
Применение завесрегламентируетсятребованиямиотечественныхимеждународныхнормативных документов. В литературе достаточно подробно описано влияниепаровых и водяных завес на предотвращение распространения горючих газови паров, в то же время не представлено работ по изучению действия газовыхзавес инертного газа (например, азота).Учитывая вышесказанное, тема диссертации, направленной на решениеотмеченных выше вопросов, представляется актуальной.Степень разработанности темы исследованияНад ответами на указанные вопросы работали как отечественные, таки зарубежные ученые, среди которых следует упомянуть работы такихисследователей, 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 этомряд вопросов оказался нерешенным и исследованным в недостаточной степени.Это относится к флегматизации газопаровоздушных смесей при наличиив окислительной среде или окислителе повышенной или пониженнойпо отношению к воздуху концентрации кислорода, тушению пламен горючихгазов при одновременной подаче огнетушащего агента в горючее и окислитель,особенностями зажигания указанных смесей фрикционными искрами, а такжевлиянию газовых и водяных завес на ограничение распространения горючихгазов и паров.Целью работы является повышение уровня пожарной безопасностипредприятий нефтегазовой отрасли путем снижения пожаровзрывоопасностипарогазовых технологических сред на основе экспериментальногои теоретического исследования закономерностей воспламенения и горениягазовых смесей при наличии окислительных сред на основе кислорода и закисиазота в присутствии флегматизаторов различной химической природы.Для достижения указанной цели ставятся и решаются следующиезадачи:1) экспериментально изучить закономерности влияния фторированныхуглеводородов на характеристики воспламенения и горения смесей горючихгазов с окислительными средами на основе кислорода при различныхего концентрациях в окислительной среде;52)экспериментальноисследоватьзакономерностивлиянияфторированных углеводородов на характеристики воспламенения и горениягорючих газов в окислительных средах на основе закиси азота;3)провестиэкспериментальноеисследованиеогнетушащихконцентраций газовых средств тушения по отношению к диффузионнымпламенам метана и водорода при одновременной подаче огнетушащих газовв горючее и окислитель;4) создать метод оценки искробезопасности конструкционныхматериалов;5) выполнить теоретическое исследование особенностей процессоввоспламенения и горения сложных газовых составов, позволяющее лучшепонять закономерности протекания этих процессов для обоснованногоприменения способов снижения пожаровзрывоопасности технологических средпроизводств нефтегазовой отрасли;6) провести теоретическое исследование влияния газовых и водяныхзавес на ограничение распространения горючих газов и паров (расчетнаяоценка параметров рассеяния проливов сжиженного природного газа натвердую поверхность; оценка влияния газовых и водяных завес напредотвращение распространения аварийных утечек горючих газов и паров).Объектом исследования являются газовые технологические средыпроизводственных процессов нефтегазовой отрасли.Предметомисследованияявляютсяспособыобеспеченияпожаровзрывобезопасности технологических сред предприятий нефтегазовойотрасли:- флегматизация газовых смесей фторированными углеводородамив различных окислительных средах;применениеискробезопасныхматериаловтехнологическогооборудования;- тушение диффузионных газовых пламен при одновременной подачеогнетушащих газов в горючее и окислитель;- применение газовых и водяных завес в целях ограниченияраспространения 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 различнымсодержанием O2), а также параметрам взрыва (максимальное давление взрыва,скорость нарастания давления взрыва, нормальная скорость горения) дляуказанных смесей (задача 1);- получены новые экспериментальные данные по влияниюфторированных углеводородов на показатели пожарной опасности горючихгазов в окислительных средах на основе закиси азота (задача 2);6- обнаружено двоякое влияние фторзамещенных углеводородныхингибиторов (ингибирующее и промотирующее) на показатели пожарнойопасности смесей вида горючий газ – окислительная среда – фторзамещенныйингибитор в зависимости от вида горючего, состава и вида окислительнойсреды, а также вида и концентрации фторированного углеводорода(задачи 1 и 2);- обнаружен эффект немонотонного изменения давления в замкнутомсосуде в начальной стадии взрыва смесей околопредельного состава,обусловленный особенностями формирования самораспространяющегосяфронта пламени (задачи 1 и 2);- выявлено, что изученные ингибиторы (бромистый водород,фторированныеуглеводороды)обладаютзначительноменьшейфлегматизирующей способностью по отношению к горючим смесямс закисью азота в качестве окислителя, чем в случае смесей с воздухоми азотокислородными составами с повышенным содержанием кислорода(задача 2);- впервые показано, что в присутствии небольших добавок горючих газов(метан или водород) (около 1,0 % (об.)) возможно распространение пламенив смесях вида закись азота – фторированный углеводород (задача 2);- получена новая формула, позволяющая вычислять огнетушащиеконцентрации газовых агентов при их одновременной подаче в горючееи окислитель (задача 3);- предложен новый метод оценки искробезопасности конструкционныхматериалов, основанный на сочетании ударов и трения указанных материалов(задача 4);- выявлено нарушение эмпирического правила приблизительногопостоянства 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 эффективныдля ограничения распространения газовых облаков, чем водяные (задача 6).Теоретическая значимость работы заключается в:- обнаружении двоякого действия фторированных углеводородовкак ингибиторов и промоторов горения газовых смесей;- выявлении эффекта распространения пламени в смесях вида закисьазота – фторированный углеводород при наличии в смеси небольших (около1,0 % (об.)) добавок метана или водорода;- обнаружении возможности роста максимального давления взрываи снижения максимальной скорости нарастания давления взрыва придобавлении в горючую смесь фторсодержащих ингибиторов;7- выявлении важной роли эффекта самоингибирования в формированииконцентрационных пределов распространения пламени смесей горючее –флегматизатор – окислительная среда;- определении области применения формулы Ле- Шателье дляпредельных условий 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 сравнениюс водяными.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 дляразработки систем предотвращения пожара и взрыва и системпожаровзрывозащиты технологических процессов нефтегазовой отраслис обращением горючих газов и паров;- в разработке государственного стандарта ГОСТ Р 58068-2018«Конструкционные материалы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
