Автореферат (1172856), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

В частности, для данных,приведенных на рисунке 17, величина С0огн составляет 17 % (об.).Заметим, что при использовании критерия времени тушения 10 ± 2 с,регламентированного стандартами ГОСТ Р 53280.3-2009 «Установкипожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 3. Газовыеогнетушащие вещества. Общие технические требования.

Методы испытаний»и NFPA 2001 «Standard on Clean Agent Fire Extinguishing Systems. 2008. Edition»,величина минимальной огнетушащей концентрации составляла бы около2145 % (об.). Это говорит о нецелесообразности в будущем использованияуказанного выше критерия для определения минимальных огнетушащихконцентраций, так как это может привести к существенному завышениюопределяемой величины.Результаты экспериментального определения зависимости огнетушащейконцентрации исследованных фторированных флегматизаторов при их подачев воздух от их содержания в смеси горючее (метан, водород) – флегматизаторпредставлены на рисунках 18, 19.а)б)в)Рисунок 18 – Зависимость предельной концентрации флегматизатора а) азота,б) трифторметана, в) пентафторэтана, подаваемого с воздухом, от его содержания в смесис метаном: 1 – эксперимент; 2 – расчет по формуле (2); 3 – расчет по правилу Ле- Шательеа)б)в)Рисунок 19 – Зависимость огнетушащей концентрации фторированного углеводородаа) трифторметана, б) пентафторэтана, в) перфторбутана, подаваемого с воздухом,от его содержания в смеси с водородом: 1 – эксперимент; 2 – расчет по формуле (2)Обращает на себя внимание существенное превышение предельнымсодержанием флегматизирующего газа в смеси с водородом величины,рассчитанной аналитически по обобщенному правилу Ле- Шателье (формула(2)), которое с меньшей погрешностью описывает экспериментальные данныедля факела метана в воздухе с добавками тех же фторированных агентов.Взаимосвязь между концентрациями флегматизатора, подаваемогоодновременно с горючим СГ и воздухом СВ на пределе гашения диффузионногопламени получена аналитически в рамках настоящей работы и представленаниже:22CГВ  CВВ СОГНCВОГН  С ,14,84β 4,84β  /ВВВВ100  СОГН 100  С  1  (СОГН / 100) (1  (С / 100)  (2)Вгде CОГН− огнетушащая концентрация флегматизатора при подаче его тольков воздух, % (об.); β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакциисгорания горючего до CO2 и H2O; C В – концентрация флегматизатора при егоподаче в горючее, % (об.).Существенное превышение предельным содержанием флегматизирующегогаза в смеси с водородом величины, рассчитанной аналитически пообобщенному правилу Ле- Шателье (формула (2)), вероятно, обусловлено тем,что для водорода фторированные агенты по сути играют роль дополнительногоокислителя, в связи с чем огнетушащая концентрация при подаче флегматизатора только в поток горючего может достигать 60 % (об.) (рисунок 19 а)).Вотсутствиирегенерацииингибиторадостаточновысокаяингибирующая эффективность фторзамещенных углеводородов обусловленакак реакциями самих агентов, так и молекул и радикалов, образующихсяв процессе этих реакций, с радикалами H, O и OH.

При этом чем крупнеемолекула фторированного ингибитора, тем больший набор промежуточныхфторированных молекул радикалов может реагировать с активными центрами,ведущими процесс горения (в нашем случае с частицами H, O и OH), и темвыше ингибирующая эффективность агента. Указанный вывод получен ранеедругими исследователями (С.Н. Копылов, V.I. Babushok) и подтверждаетсяполученными в настоящей работе (главы 3-6) экспериментальными данными.Для качественного объяснения существенного превышения величиногнетушащих концентраций при подаче фторированного агента в потокгорючего могут быть рассмотрены реакции фторированных углеводородов сгорючими газами. Эти реакции сопровождаются значительными тепловымиэффектами, что может качественно объяснить описанное выше поведениеогнетушащих концентраций.Седьмая глава посвящена разработке и апробации методики оценкиискробезопасности конструкционных материалов.Принципиальная схема экспериментальной установки, реализующейпредложенную методику, приведена на рисунке 20.

Следует отметить, чтоотличительной чертой предложенной установки является форма диска,с четырех сторон которого были удалены сегменты, в результате чего былодостигнуто механическое воздействие в виде быстро чередующихся ударов,сопровождающихся трением образцов.На рисунках 21, 22 представлены типичные зависимости вероятностизажигания от концентрации горючего газа в воздухе для водорода и метана.Как следует из рисунка 21, максимальная вероятность зажиганияреализуется для бедных водородовоздушных смесей в соответствиис литературными данными.23Рисунок 20 – Принципиальная схема установки по исследованию искробезопасностиконструкционных материалов:1 – реакционный сосуд; 2 – прозрачная крышка; 3 – исследуемый образец; 4 – держатель;5 – прижимной механизм; 6 – диск; 7 – электродвигатель; 8 – передаточный механизм;9 – манометр; 10 – вакуумный насос; 11 – вакууметр; 12 – свеча зажигания;13 – понижающий трансформатор; 14 – баллон с горючим газомРисунок 21 – Зависимость вероятности зажигания водородовоздушных смесейот концентрации Н2 в воздухе при соударениях образцов из малоуглеродистой сталии высокоуглеродистой термообработанной стали24Рисунок 22 – Зависимость вероятности зажигания ацетиленовоздушных смесей отконцентрации ацетилена в воздухе при соударениях образцов из малоуглеродистой сталиИнтересной особенностью обладают экспериментальные данные дляацетилена, для которого максимальная вероятность зажигания реализуетсяне для бедных, а для богатых смесей.

Данная особенность обусловлена,вероятно, склонностью ацетиленовых пламен к сажеобразованию и кинетикойэтого процесса, существенно отличающегося от химической кинетики горенияводорода и других углеводородов.Путем проведенного анализа экспериментальных данных выявлено,что в качестве величины вероятности зажигания, условно разделяющейискробезопасные и неискробезопасные материалы, может быть выбранавеличина 10-4.Восьмая глава посвящена теоретическому исследованию особенностейпроцессов воспламенения и горения газовых сред сложного состава в целяхлучшего понимания особенности этих явлений для обоснованного примененияспособовсниженияпожаровзрывоопасноститехнологическихсредпроизводственных процессов нефтегазовой отрасли.Ранее в работах В.В. Азатяна показано, что существенно более низкийуровень пожаровзрывоопасности смесей газов и паров органическихсоединений с воздухом по сравнению с водородовоздушными смесями(существенно более узкая концентрационная область распространения пламени,значительно более низкая нормальная скорость и т.

д.) обусловлен эффектамисамоингибирования в процессе распространения пламени. Суть данногоэффекта заключается в ингибировании реакций активных центров H, OH, Oс молекулами O2, CO, H2 во фронте пламени в основном путем конкуренцииреакции:H + O2 = OH + Oс процессами:H + RH = H2 + R,25в котором в качестве RH могут выступать как молекулы исходного горючего,так и его промежуточные продукты превращения во фронте пламени.Константы скорости процессов H + RH = H2 + R, как правило, значительновыше константы скорости реакции H + O2 = OH + O, чем и обусловленоингибирование горения, поскольку реакция разветвления посредствомрадикала R:R + O2 = RO + Oне играет существенной роли вследствие малого значения ее константыскорости.В настоящей работе проводится исследование проявления указанногоэффекта путем сравнительного анализа опубликованных в литературе данныхпо кривым флегматизации CH4 – воздух – разбавитель (наличие эффектасамоингибирования) и H2 – воздух – разбавитель (отсутствие эффектасамоингибирования) для разбавителей различной химической природы, какобладающих, так и не обладающих ингибирующим действием.

Анализпроводился для верхних ветвей кривых флегматизации, поскольку для них вслучае метана характерны существенно более широкая номенклатура и болеевысокие концентрации продуктов неполного превращения углеводородногогорючего во фронте пламени, которые в соответствии с описанными вышетеоретическими представлениями играют роль ингибирующего компонента.В ходе исследований вычисляли критические значения концентрациикислорода COкр и коэффициента избытка горючего2крдля верхнепредельныхсмесей в зависимости от относительной концентрации флегматизатора Сrel(здесь и далее под относительной концентрацией флегматизатора понимаетсясодержание в исследуемой смеси, отнесенное к концентрации в точкефлегматизации).Типичные результаты расчета значений COкр и кр для метана и водородав зависимости от величины Сrel представлены на рисунках 23, 24 для случаевхимически активных соединений.Данные, представленные на рисунке 23а, говорят о парадоксальномна первый взгляд факте – при добавлении в богатую смесь метана с воздухомразбавителя ее способность к распространению пламени, характеризуемаяминимальной критической концентрацией кислорода, может возрастать( COкр падает).

Качественное объяснение этого факта состоит в том, что частьгорючего (так называемого «самоингибитора») замещается «внешним»галоидсодержащим ингибитором.Если ингибирующая эффективность «внешнего» агента оказываетсявыше, чем метана, величина COкр растет с повышением Сrel (случай C2F5I).222Для остальных галоидсодержащих флегматизаторов величина COкр монотоннопадает.226а)б)Рисунок 23 – Типичные результаты расчета значений а) COкр2 и б)в зависимости отСrel : 1 – C2F5I; 2 – C3F7H; 3 − C4F10; 4 – С4F8а)б)Рисунок 24 – Типичные результаты расчета значений а) COкр2 и б)в зависимости откр для метанакр для водородаСrel : 1 − С2HF5; 2 − CF2ClH; 3 − C2F5Cl; 4 − CHF3; 5 − C2F5I;6 − C4F10; 7 − C3F7HПричиной этого является тот факт, что «самоингибитор» (избыточноегорючее CH4) оказывается более эффективным, чем «внешние» ингибиторы.В случае горения водородовоздушных смесей эффект самоингибированияотсутствует.

Характеристики

Список файлов диссертации