Автореферат (1172856), страница 6
Текст из файла (страница 6)
При горении галогенсодержащих соединений с большим относительнымсодержанием атомов F и Cl в молекуле образование Н2 и Н2О затрудненовследствие наличия конкурирующих процессов окисления водорода атомамигалогенов до HF и HCl. Этот эффект может привести к повышению значениякритическойтемпературы.Однаконаличиевисходнойсмесиводородосодержащих добавок приведет к образованию в предпламенной зонедополнительных молекул Н2 и Н2О, которые влияют на величину критическойтемпературы. Поскольку значение Ткр однозначно определяет величину НКПР,то следует ожидать, что наличие в исходной смеси водородосодержащихдобавок может повлиять на ее значение.
Так как наличие органическихпримесей в экспериментах по определению пределов воспламенения не всегдастрого контролируется, возникает большой разброс в величинах пределоввоспламенения галогенсодержащих соединений, полученных разнымиавторами.32Глава 9 посвящена расчетной оценке параметров рассеяния проливовсжиженного природного газа на твердую поверхность, а также теоретическомуисследованию влияния газовых и водяных завес на ограничениераспространения горючих газов и паров.Расчетная оценка параметров рассеяния проливов сжиженногоприродного газа (СПГ) на твердую поверхность выполнена с помощью моделивычислительной гидродинамики, реализованной в программном коде FireDynamic Simulator Version 5 (FDS 5).
Указанная модель в численном видерешает систему уравнений Навье-Стокса, замкнутую уравнением состоянияидеального газа, для низкоскоростного потока газа, перемещающегосяв пространстве за счет неоднородностей полей температур и концентраций.Масса поступившего в окружающее пространство СПГ, площадьпролива, а также скорость ветра в окружающем пространстве, определялисьпо данным В.
Маршалла. При задании исходных данных в коде FDS 5предполагалось, что охлажденный до температуры кипения метан поступает вокружающее пространство с интенсивностью, данные по которой заимствованыиз работ Болодьяна И.А. Максимальные расстояния достижения НКПРв направлении ветра, полученные по результатам экспериментальныхисследований, выполненных в рамках настоящей работы, были рассчитаныс помощью кода FDS 5, а также по формуле (4):L = 7,8M0,4,(4)где L – расстояние, м; M – масса пролитого СПГ, кг (таблица 1).Таблица 1 – Сравнительная оценка максимального расстояния достиженияНКПР СПГ в направлении ветра№опыта1234Объемпролитогопродукта,м334,039,428,424,2Массапролитогопродукта,т16,018,513,411,4Скоростьветра,м/c5,4±1,88,4±1,21,8±0,35,7±0,7Максимальное расстояние достиженияНКПР, мРасчетРасчет поЭкспериментпо FDS 5формуле (4)255300380200350400420275350325250330Проведена расчетная оценка влияния газовых завес на предотвращениераспространение аварийных утечек горючих газов и паров на примере пропанас помощью модели вычислительной гидродинамики, реализованнойв программном коде FDS 5.
Рассматривались две возможности поступленияпропана в окружающее пространство:1) в результате испарения из пролива;2) в результате истечения из отверстия в резервуаре.33В первом случае принималось, что пропан поступает в окружающеепространство с зеркала пролива квадратной формы площадью 10 м² синтенсивностью 0,05 кг/(м²·с). Во втором случае предполагалось, что пропанпоступает в окружающее пространство через отверстие в резервуаре диаметром5 см с интенсивностью 25 кг/с. При этом с определенным запасом надежностипринималось, что весь истекающий пропан мгновенно испаряется, иобразующиеся пары имеют температуру, равную температуре кипенияпродукта. Отверстие в резервуаре (источник сжиженного пропана)располагается на высоте 1 м над поверхностью земли.
В случае проливасжиженного пропана на расстоянии 10 м от границы пролива, а в случаеистечения пропана из отверстия в резервуаре на расстоянии 15 м понаправлению потока жидкости из отверстия, располагается азотная завеса,представляющая собой 30 расположенных на поверхности земли и на однойпрямой форсунок с расходом азота вертикально вверх через каждую изфорсунок 0,1 и 0,5 кг/с. Перед линией форсунок по всей ее длине расположенбортик высотой 2 м для предотвращения проникновения горючего газа междуазотными струями в их нижней части. Линия расположения форсунокперпендикулярна направлению истечения сжиженного пропана. Расстояниемежду форсунками составляет 0,5 м.
Схема взаимного расположения источникаистечения пропана, азотной завесы и датчиков концентрации пропанапредставлена на рисунке 27.Рисунок 27 – Схема взаимного расположения источника горючего газа,азотной (водяной) завесы и датчиков концентраций горючего газаОказалось, что в случае пролива пропана, его концентрация, даже беззавесы в месте ее расположения, не превышает НКПР, равного 2,0 % (об.).На рисунке 28 представлены характерные результаты расчетовконцентраций пропана при его истечении из отверстия.34а)б)Рисунок 28 – Динамика изменения концентраций пропана в различных точках при истечениигорючего газа из отверстия и расходе азота через форсунку 0,5 кг/с:а) перед завесой; б) непосредственно за завесойВидно, что завеса эффективно предотвращает распространение горючегогаза для указанных параметров истечения.
Так, типичные концентрациипропана непосредственно перед и за завесой отличаются приблизительнона порядок (рисунки 28а и 28б).Также была проведена расчетная оценка влияния водяной завесы напредотвращение распространения аварийных утечек горючих газов и паров.Завеса реализуется с помощью находящихся у поверхности земли форсунок,находящихся на расстоянии 1,0 м одна от другой. Потоки воды через форсункинаправлены вертикально вверх. Расход воды через каждую форсунку составлял1,0 л/с. Характерные результаты расчетов для случая истечения горючего газа,аналогично в случае применения газовой (азотной завесы), а также взаимногорасположения источника горючего газа и завесы, представлены на рисунке 29.а)б)Рисунок 29 – Динамика изменения концентраций пропана в различных точкахпри истечении горючего газа из отверстия и расходе воды через форсунку 1,0 л/с:а) перед завесой; б) непосредственно за завесой35На основании проведенных исследований может быть сделан вывод, чтоэффективность газовых и водяных завес определяется рядом факторов (расходгаза или воды через форсунки; расстояние между завесой и защищаемымоборудованием; видом проектной аварии, для ограничения последствийкоторой применяется завеса).
При этом последний фактор является,по-видимому, наиболее существенным. Данный вывод может бытьраспространен и на паровые завесы, которые принципиально не отличаютсяот азотных. Поэтому использование методики для расчета паровых завесв действующих нормативных документах безотносительно к виду проектнойаварии, для локализации которой предназначена завеса, может привестик ошибочным результатам.
Вследствие этого, при проектировании газовых,паровых и водяных завес следует четко определять вид максимальнойпроектной аварии, для ограничения которой применяется завеса с даннымипараметрами. При этом представляется целесообразным для каждогозащищаемого технологического участка проводить расчеты с использованием,например, программного продукта FDS 5, апробированного в настоящей работе.ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Экспериментально изучено влияние состава и вида окислительнойсреды (окислительные среды с различным содержанием кислорода (15, 20,6и 25 % (об.), закись азота) на показатели пожаровзрывоопасности горючихгазов (водород, метан) в присутствии флегматизаторов (трифторметан CF3H,пентафторэтан C2F5H, перфторбутан C4F10 и ингибитор АКМ).
Определеныконцентрационные пределы распространения пламени, а также следующиепоказатели пожаровзрывоопасности для смесей околопредельного иоколостехиометрического состава:- максимальное давление взрыва ΔРmax;- максимальная скорость нарастания давления взрыва (dP/dt)max;- нормальная скорость горения Su.2. Обнаружен эффект двоякого (промотирующего и ингибирующего)действия фторированных углеводородов на горение околопредельныхи околостехиометрических смесей горючее – флегматизатор – окислительнаясреда, проявляющийся в наличии максимумов в зависимостях ΔРmax, (dP/dt)maxи Su от концентрации флегматизатора.
При этом фторированные углеводородымогут проявлять как свойства дополнительного горючего (например, на нижнихветвях кривых флегматизации смесей метан – окислительная среда –фторированный углеводород), так и свойства дополнительного окислителя(например, на верхних ветвях кривых флегматизации смесей водород –окислительная среда – фторированный углеводород).Показано, что добавки фторированных углеводородов к околостехиометрическим газовым смесям могут одновременно приводить к росту ΔРmaxи падению (dP/dt)max и Su.363. Получены новые экспериментальные данные по предельнымконцентрациям флегматизаторов (азот N2, пентафторэтан C2F5H, трифторметанCF3H) по отношению к диффузионным факелам метана и водорода при иходновременной подаче в горючее и окислитель (воздух).
Найдено,что взаимосвязь указанных предельных концентраций даже качественноне описывается классическим правилом Ле- Шателье.Полученное аналитическое выражение, описывающее зависимостьпредельной концентрации флегматизатора, подаваемого с окислителем,от содержания флегматизатора в смеси с горючим существенно болееточно описывает экспериментальные данные, чем классическое правилоЛе- Шателье.4. Разработана новая методика оценки фрикционной искробезопасностиконструкционных материалов, сочетающая в себе одновременное воздействиена горючую смесь искр как удара, так и трения.5. На основе анализа экспериментальных данных по концентрационнымпределам распространения пламени в смесях горючий газ (водород, метан) –флегматизатор (как химически инертный, так и обладающий ингибирующимдействием) – воздух выявлены проявления эффекта самоингибирования приформировании концентрационных пределов распространения пламени.6.
На основе проведенных теоретических исследований выявленыграницы применимости классического правила Ле- Шателье по отношениюк пламенам предварительно перемешанных смесей и для смесей огнетушащихгазов, подаваемых в окислитель, по отношению к диффузионным факелам.7. Путем численного моделирования распространения плоскогоодномерного пламени в смеси водород – метан – воздух показано существенноеингибирующее действие добавок метана по отношению к водородовоздушномупламени, что является подтверждением важной роли эффектов самоингибирования при горении органических соединений.8. Путем численного моделирования самовоспламенения водородсодержащих смесей в присутствии флегматизаторов различной химическойприроды показано, что концентрации активных центров (H, OH, O) в течениепериода индукции самовоспламенения, когда температура смеси практическине изменяется, на несколько порядков превышают равновесные значения,то есть цепной взрыв предшествует тепловому.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
