Автореферат (1172856), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Метод испытаний на искробезопасность»;- в разработке межгосударственного стандарта ГОСТ 12.1.044-2018«Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателейи методы их определения»;- в разработке методического пособия «Расчет концентрационныхпределов распространения пламени парогазовых смесей сложного состава»,позволяющего расчетным путем определять концентрационные пределыпри разработке безопасных технологических регламентов производственныхпроцессов;виспользованиирезультатовработыдляобеспеченияпожаровзрывобезопасности предприятий нефтегазовой отрасли (при разработкепроектных решений комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимическихзаводов по переработке тяжелой карбоновой нефти ОАО «Танеко» (ОАО«ВНИПИнефть»; в деятельности ООО «Газпром Газобезопасность» при оценкеуровня пожарной безопасности технологических процессов предприятийгазовой отрасли, организации обучения сотрудников указанных предприятийи проведении учений пожарных и спасательных подразделений); в ЦКБ«Коралл» при разработке системы флегматизации помещений, в которыхневозможно устройство легкосбрасываемых конструкций;8- 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 квалифицированакак решение крупной народнохозяйственной проблемы – повышениепожаровзрывобезопасности предприятий нефтегазовой отрасли путемиспользования новых средств взрывопредупреждения и взрывозащитыобъектов отрасли.Методология и методы исследованияИспользованы современные методы экспериментального исследованияпроцессов воспламенения и горения горючих газовых смесей, позволяющиеполучать достоверные результаты.
Применены современные программныекомплексы (FDS, Chemical Workbench) для теоретического изучения процессоввоспламенения и горения.Информационнойосновойисследованияявилисьпубликациив отечественных и зарубежных изданиях, а также отечественные и зарубежныестандарты и нормы.Положения, выносимые на защиту:- новые экспериментальные данные по концентрационным пределамраспространения пламени смесей вида горючий газ (водород, метан) –флегматизатор (трифторметан CF3H, пентафторэтан C2F5H, перфторбутан C4F10)– окислительная среда (смесь азота и кислорода с содержанием O2 15, 20,6,25 % (об.)) и параметрам взрыва (максимальное давление взрыва, скоростьнарастания давления взрыва, нормальная скорость горения) указанных смесей;эффектдвоякоговлиянияфторированныхуглеводородов(ингибирующего или промотирующего) на горение околопредельных смесейс проявлением как свойств дополнительного горючего, так и свойствдополнительного окислителя;- эффект одновременного роста максимального давления взрываи падения максимальной скорости нарастания давления взрыва и нормальнойскорости горения при добавлении фторированных флегматизаторовв околостехиометрические газовые смеси;- новый метод оценки искробезопасности конструкционных материалов,позволяющий сочетать как удары, так и трение указанных материалов;- эффект распространения пламени в смесях вида горючий газ –фторированный углеводород при наличии в смеси небольших (около1,0 % (об.)) закиси азота;- эффект значительно меньшей эффективности газовых завес по сравнениюс водяными в отношении ограничения распространения газовых облаков.Степеньдостоверностиосновныхрезультатовдиссертацииподтверждается их внутренней непротиворечивостью, согласованностьюзаконами физики, химии и данными других авторов, положительнымирезультатами их внедрения.9Личный вклад автора в проведение исследований заключаетсяв постановке решаемых задач, руководстве и непосредственном участиив проведении экспериментальных и теоретических исследований, анализеполученных результатов, формулировке основных положений и выводовпо результатам исследований, руководство работами по внедрению результатовисследований.Апробация результатов работыПо теме диссертации сделано 27 докладов на международных научнопрактических конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе:- на XIX, XX, XXI, XXII, XXIV, XXIX научно-практическихконференциях ВНИИПО в части вопросов обеспечения пожарной безопасностипроизводственных объектов нефтегазовой отрасли (2005; 2007; 2008; 2009;2010; 2012; 2017);- 5-ом Международном коллоквиуме по импульсной и непрерывнойдетонации (Москва, 2006);- 6-ом Азиатско-Тихоокеанском симпозиуме по пожарной наукеи технологии (Гонгконг, Китай, 2007);- на 5-ом, 7-ом, 9-ом Международных семинарах по структуре пламени(Новосибирск, 2005; 2011; 2017);- 2-ом, 4-ом, 7-ом Международных симпозиумах по неравновеснымпроцессам, плазме, горению и атмосферным явлениям (Сочи, 2005; 2009; 2016);- 6-ом, 7-ом, 8-ом, 9-ом Международных семинарах по опасностям,предотвращению и ослаблению промышленных взрывов (Галифакс, Канада,2006; Санкт- Петербург, 2008; Иокогама, Япония, 2010; Краков, Польша, 2012);- 5-ом, 6-ом, 7-ом Международных семинарах по опасностям пожарови взрывов (Эдинбург, Великобритания, 2007; Лидс, Великобритания, 2010;Провиденс, США, 2013);- 1-ом Азиатско-Тихоокеанском симпозиуме по пожарной безопасностиматериалов.
Наука и технологии (Сужоу, Китай, 2015).По результатам выполненных по теме диссертационной работыисследований опубликована 81 печатная работа, из них 53 в изданияхиз перечня ВАК для публикации результатов докторских диссертаций.Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, спискалитературы и приложения. Содержание работы изложено на 423 страницахмашинописного текста, включает в себя 143 рисунка, 19 таблиц.
Списоклитературы включает 412 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьтемыдиссертации,сформулированы цель и задачи исследования, проанализированы объекти предмет исследования, сформулированы положения, характеризующиенаучную новизну работы и ее практическую значимость, обоснованность10и достоверность полученных результатов, представлены сведения об апробацииработы и публикациях.В первой главе представлен анализ исследований по определениюхарактеристик горения газовых смесей сложного состава в различныхокислительных средах, в том числе содержащих кислород в количествахотличных от воздуха, а также флегматизирующие добавки различнойхимической природы (инертные и обладающие ингибирующим действием).На основании выполненного анализа произведен выбор направленийисследований.Вторая глава посвящена описанию экспериментальных установоки методик проведения экспериментов.
Экспериментальное определениехарактеристик горения газов в атмосферах различного состава проводилина установке, схема которой показана на рисунке 1.Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки «Вариант»:1 – газовый кран; 2 − парогенератор; 3 − датчик давления; 4 − реактор;5 − термостат; 6 − система зажигания; 7 − пульт управления; 8 − АЦП;9 − термопара; 10 − вакуумный насос; 11 − система газоприготовления;12 − вакуумметрРеакционный сосуд был сферической формы из нержавеющей сталивместимостью 4,2 дм3 (внутренний диаметр 20 см). Горение газовых смесейинициировали электрической искрой с энергией около 2 Дж в центререакционного сосуда. Смеси готовили по парциальным давлениям.Воспламенениеигорениерегистрировалидатчикомдавления.Концентрационные пределы распространения пламени (КПР), максимальноедавление взрыва (ΔPmax), максимальную скорость нарастания давления взрыва(dP/dt)max и нормальную скорость горения Su определяли стандартнымиметодами.11Эксперименты по определению характеристик диффузионного горениявыполнялись на установке «Диффузия», схема которой показана на рисунке 2.Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки «Диффузия»:1, 2, 13, 14 – вентили; 3, 4, 15, 16 – электропневмовентили; 5, 6, 17, 18 – ротаметры;7 – вход вытяжной вентиляционной системы; 8 – реакционный цилиндр; 9 – горелка;10 – электроды зажигания; 11 – компрессор; 12 – буферная емкостьПолучение заданных составов горючего с флегматизатором осуществлялипосредством подачи указанных газов через пневмовентили (3, 4) и ротаметры(5, 6) в общую газовую магистраль.
Для грубой регулировки расходов газовиспользовали вентили (1, 2). Для точной регулировки расходов газовприменяли винты, установленные на ротаметрах. Аналогичным образомзадавали требуемый состав окислительной среды (воздух с флегматизатором),используя пневмовентили (15, 16), ротаметры (17, 18), а также вентили точнойрегулировки (13, 14). Выход газовой магистрали с окислительной средойрасполагался в непосредственной близости от горелки (расстояние междуосями магистрали и горелки составляло 4 см). Для исключения влияниявнешнего окислителя (кислорода окружающего воздуха) горелка помещалась встеклянный цилиндр (8) диаметром 10 см.
Для получения равномерного потокаокислительной среды вокруг горелки над выходом газовой магистралирасполагалась засыпка из металлических шариков диаметром 8 мм высотой40 мм. Внутренний диаметр горелки составлял 10 мм. Горючий состав зажигалис помощью электрической искры. Гашение пламени регистрировали визуально.12Третья глава посвящена результатам экспериментального определенияхарактеристик горения околопредельных смесей газов в атмосферах различногосостава, содержащих в качестве окислителя кислород.
Определеныконцентрационные пределы распространения пламени в смесях горючее(водород, метан) – окислительная среда (смесь азота и кислородас содержанием O2 CO2 = 15, 20,6 и 25 % (об.)) – флегматизатор (CHF3, C2HF5,C4F10, ингибитор АКМ, разработанный в Институте структурноймакрокинетики и проблем материаловедения РАН и представляющий собойсмесь непредельных углеводородов со связями С = С). Измерены также ΔPmax,(dP/dt)max и Su для околопредельных смесей указанного выше состава.Типичные результаты экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени представлены на рисунке 3для различных концентраций кислорода в окислительной среде CO2 .б)а)Рисунок 3 – Типичные результаты экспериментального определения концентрационныхпределов распространения пламени в смесях водород – окислительная среда – трифторметан:а) и метан – окислительная среда – трифторметан; б) CO2 = 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.)Видно, что изменения концентрации кислорода в окислителесущественно влияют на концентрационную область распространения пламенив основном за счет изменения положения верхней ветви кривой флегматизации.При этом значительно изменяются и минимальные флегматизирующиеконцентрации.
В случае метана (рисунок 3б) происходит заметное снижениеконцентрации горючего на нижних ветвях кривых флегматизации, то естьтрифторметан проявляет свойства дополнительного горючего, промотируягорение бедных метановоздушных смесей.На рисунках 4 – 7 представлены типичные результаты определения ΔPmaxи (dP/dt)max для околопредельных смесей. Под околопредельными понимаютсясмеси, концентрация горючего в которых не более чем на 1 % (об.) отличаетсяот соответствующей предельной (для заданного содержания флегматизатора)концентрации.13а)б)Рисунок 4 – Типичные зависимости максимального давления взрыва ΔPmaxбогатых околопредельных смесей водород – окислительная среда:а) 20,6 % О2; б) 25 % O2 – флегматизатор от содержания флегматизатора:1 – CHF3; 2 – C2HF5; 3 – C4F10; 4 – AKMа)б)Рисунок 5 – Типичные зависимости максимального давления взрыва ΔPmax околопредельныхсмесей метан – окислительная среда – пентафторэтан от содержания пентафторэтана:а) нижняя ветвь кривой флегматизации; б) верхняя ветвь кривой флегматизации.Концентрация кислорода в окислительной среде: 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.)а)б)Рисунок 6 – Типичные зависимости максимальной скорости нарастания давления взрыва(dP/dt)max богатых околопредельных смесей водород – окислительная среда:а) 20,6 % О2; б) 25 % O2 – флегматизатор от содержания флегматизатора:1 – CHF3; 2 – C2HF5; 3 – C4F10; 4 – AKM14а)б)Рисунок 7 – Типичные зависимости максимальной скорости нарастания давления взрываΔPmax околопредельных смесей метан – окислительная среда – пентафторэтан от содержанияпентафторэтана: а) нижняя ветвь кривой флегматизации; б) верхняя ветвь кривойфлегматизации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
