Диссертация (1172857), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Выявлено, что HFCмогут быть как ингибиторами, так и промоторами горения газовых смесей. Приэтомфторированныеуглеводородымогутпроявлятьсвойствакакдополнительного горючего, так и дополнительного окислителя, что определяетсявидом горючего и составом окислителя. Тем не менее показатели пожарнойопасности смесей околостехиометрического состава изучены значительно слабее.В связи с вышеизложенным настоящий раздел работы посвященэкспериментальномуопределениюпоказателейпожарнойопасностиоколостехиометрических водородовоздушных и метановоздушных смесей пригорении в замкнутом сосуде. В дальнейшем изложении материала данной главысмесигорючегогазасокислителембудутпоумолчаниюсчитатьсястехиометрическими.
Термин «околостехиометрические» будет применяться по157той причине, что при введении в стехиометрическую смесь горючего сокислителемэтисмесииз-заучастияфторированныхуглеводородоввхимической реакции горения смеси могут становиться отличными по составу отстехиометрических.Опытыпроводилинаустановке«Вариант»,подробноописаннойво второй главе настоящей работы, при комнатной температуре и атмосферномдавлении. Определяли (dP/dt)max и Su.На рисунках 5.1 – 5.4 представлены графики, характеризующие влияниеконцентрации флегматизатора Cd на ΔPmax для стехиометрических смесей H2 –воздух и CH4 – воздух.
Для наглядности на рисунках 5.3 и 5.4 те же данныеприведеныдляслучая,когдапоосиабсциссотложенавеличина Сrel, представляющая собой отношение Cd к содержанию флегматизаторав точке флегматизации.Величина ΔPmax слабо зависит от Cd и Сrel при относительно малыхзначениях этих величин, имея небольшие максимумы. Вид зависимостей ΔPmax –Сd приблизительно одинаков для различных флегматизаторов.Рисунок 5.1 – Зависимость ΔPmax для смесей водорода с воздухом от Сd158Рисунок 5.2 – Зависимость ΔPmax для смесей метана с воздухом от CdРисунок 5.3 – Зависимость ΔPmax для смесей водорода с воздухом от Сrel159Рисунок 5.4 – Зависимость ΔPmax для смесей метана с воздухом от CrelРисунок 5.5 – Зависимость (dP/dt)max для смесей водорода с воздухом от Cd160Величина (dP/dt)max значительно падает с ростом Cd даже при малыхзначениях этой величины, хотя ΔPmax при этом изменяется слабо.
Это возможнолишь при существенном падении Su с ростом Cd содержания флегматизатора, чтоподтверждается данными, приведенными на рисунках 5.7, 5.8.Рисунок 5.6 – Зависимость (dP/dt)max для смесей метана с воздухом от CdРисунок 5.7 – Зависимость Su для смесей водорода с воздухом от Cd161Рисунок 5.8 – Зависимость Su для смесей метана с воздухом от Сd5.2 Исследование влияния фторированных углеводородов на показателипожарной опасности стехиометрических смесей вида H2 – (O2 + N2) приразличных концентрациях кислорода в окислителеНа рисунках 5.9 – 5.12 приведены зависимости ΔPmax от содержанияфлегматизатора для стехиометрических смесей вида H2 – (O2 + N2) при различныхконцентрациях кислорода в окислителе [O2].
Видно, что при относительнонебольших содержаниях CHF3 (Crel в диапазоне от 0 до 0,4) ΔPmax практически неизменяется. Однако при добавлении C2HF5 и C4F10 ΔPmax существенноуменьшается. Наблюдаемые эффекты обусловлены, по-видимому, конкуренциейдвух процессов. С одной стороны, это тепловыделение при превращениях HFC вреакциях с H2 (см. главу 3, реакции (3.XVII) – (3.XIX)). С другой стороны, HFC162приводят к обрыву реакционных цепей при взаимодействии с радикалами H, OH иO [47].Рисунок 5.9 – Зависимость ΔPmax для водородсодержащих смесей от Cd при[O2] = 25 % (об.)Рисунок 5.10 – Зависимость ΔPmax для водородсодержащих смесейот Crel при [O2]=25 % (об.)163Рисунок 5.11 – Зависимость ΔPmax для водородсодержащих смесей от Cd при[O2] = 15 %(об.)Рисунок 5.12 – Зависимость ΔPmax для водородсодержащих смесейот Crel при [O2]=15 % (об.)На рисунках 5.13, 5.14 приведены зависимости (dP/dt)max от Cd.
Видно, что(dP/dt)max быстро падает с ростом Cd. Аналогичным образом Su быстро падает сростом Cd (см. рисунки 5.15, 5.16).164Рисунок 5.13 – Зависимость (dP/dt)max для водородсодержащих смесейот Cd при [O2]=25 %(об.)Рисунок 5.14 – Зависимость (dP/dt)max для водородсодержащих смесейот Cd при [O2]=15 %(об.)165Рисунок 5.15 – Зависимость Su для водородсодержащих смесейот Cd при [O2] = 25 % (об.)Рисунок 5.16 – Зависимость Su для водородсодержащих смесейот Cd при [O2] = 15 % (об.)1665.3 Исследование влияния фторированных углеводородов на показателипожарной опасности стехиометрических смесей вида СH4 – (O2 + N2) приразличных концентрациях кислорода в окислителеНа рисунках 5.17 – 5.20 представлены зависимости ΔPmax от Cd дляметановоздушных смесейРисунок 5.17 –Зависимость ΔPmax для метансодержащих смесей от Cdпри [O2]=25 % (об.)Рисунок 5.18 – Зависимость ΔPmax для метансодержащих смесей от Crel при[O2] = 25 % (об.)167Рисунок 5.19 – Зависимость ΔPmax для метансодержащих смесей от Cd при[O2] = 15 % (об.)Рисунок 5.20 – Зависимость ΔPmax от Crel при [O2]=15 % (об.)Видно, что при [O2] = 25 % (об.) и Crel в пределах от 0 до 0,2 – 0,4 взависимости от вида флегматизатора происходит небольшой рост ΔPmax сдальнейшимегоснижениемприприближениикфлегматизирующимконцентрациям.
При [O2]=15 % (об.) максимумов в зависимости ΔPmax от Crel нет.168На рисунках 5.21, 5.22 представлены графики зависимостей (dP/dt)max отконцентрации HFC. При этом максимумов в зависимостях (dP/dt)max от Cd нет, и(dP/dt)max быстро падает с ростом величины Cd.Рисунок 5.21 – Зависимость (dP/dt)max от Cd при [O2]=25 % (об.)Рисунок 5.22 – Зависимость (dP/dt)max от Cdпри [O2]=15 % (об.)169Качественно аналогичная картина наблюдается и для зависимостинормальной скорости горения Su от содержания фторированного углеводорода Cd(см. рисунки 5.23, 5.24).Рисунок 5.23 – Зависимость Su от Cdпри [O2] = 25 % (об.)Рисунок 5.24 – Зависимость Su от Cd при [O2] = 15 % (об.)170Выводы по главе 5.1) В настоящей главе представлены результаты экспериментальногоисследованиявлияниясодержанияHFC(CHF3,C2HF5,C4F10)Cdна показатели пожарной опасности стехиометрических смесей водорода и метанав случае окислителей, представляющих собой смеси азота и кислорода сконцентрацией O2 15 и 25 % (об.).
Определены зависимости ΔPmax, (dP/dt)max и Suот Cd при различных [O2].2) Показано, что в зависимости от Cd, [O2] и параметра, по которомуоценивают эффект (ΔPmax, с одной стороны, и (dP/dt)max и Su с другой), можетиметь место как эффект промотирования, так и эффект ингибирования.171ГЛАВА 6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПООПРЕДЕЛЕНИЮ ОГНЕТУШАЩИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГАЗОВЫХСРЕДСТВ ТУШЕНИЯ ПО ОТНОШЕНИЮ К ДИФФУЗИОННЫМПЛАМЕНАМ МЕТАНА И ВОДОРОДА ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ ПОДАЧЕОГНЕТУШАЩИХ ГАЗОВ В ГОРЮЧЕЕ И ОКИСЛИТЕЛЬ6.1 Постановка задачиОбразование аварийных газовых факелов является одной из основныхопасностей предприятий нефтегазовой отрасли.
Для оценки этой опасностинеобходимо знать закономерности стабилизации указанных факелов, а такжеособенности их тушения газовыми составами. Решению этой задачи посвященнастоящий раздел работы.Изучение характеристик диффузионного горения газов до сих порпривлекаетвниманиемногихисследователей.Основытеориигашениядиффузионного пламени изложены в работах [121, 157].
Показано, чтопрекращение горения в газовом диффузионном факеле наступает тогда, когда изза подачи огнетушащего вещества скорость химической реакции во фронтепламени, локализованном в контуре стехиометрического состава, становитсянедостаточной для химического превращения при заданных скоростях горючего иокислителя. При этом флегматизатор может подаваться как с окислителем, так и сгорючим.Количество работ, посвященных определению минимальных огнетушащихконцентраций(предельныхконцентрацийфлегматизатораприподачевокислитель) весьма велико (см., например, [23, 24, 26, 31, 37, 88, 94, 98, 100, 101,107, 112, 140, 158, 159]). В работах [31, 100, 101, 107, 112] обнаружены эффекты172синергизма при подаче в окислитель флегматизаторов различной химическойприроды (например, химически инертных и обладающих ингибирующимдействием).
На основе использования эффектов синергизма предложены новыевысокоэффективные огнетушащие составы [88, 98]. Влияние агентов различнойхимической природы на гашение диффузионного пламени при их подаче вместе сокислителем изучали в работах [37, 94, 159]. При этом выявлены химическиемеханизмы ингибирования горения углеводородов посредством фторированныхагентов.Описаны в литературе также исследования, посвященные тушениюдиффузионных факелов путем подачи флегматизатора вместе с горючим [25, 29,33, 34, 160 – 170].
Одной из первых работ в этом направлении следует отметитьисследование[25],вкоторомизученыконцентрационныепределыдиффузионного горения смеси H2 + He в воздухе. Далее следует отметитьобширные исследования условий стабилизации диффузионных факелов смесейводорода и метана с различными инертными разбавителями [29, 160 – 162], вкоторых, однако, основное внимание уделялось газодинамическим эффектам присрыве пламени (см. также работы [33, 163 – 166]).
В работах [167 – 169] изученыпределы диффузионного горения при подаче огнетушащего агента либо сгорючим, либо с окислителем. Отмечено [169], что ингибиторы практическиодинаково эффективны при их введении как с окислителем, так и с топливом приучете их полного потока во фронт пламени. В работе [170] сформулированоэмпирическое правило Ле- Шателье для огнетушащих концентраций агентов,подаваемых как с горючим, так и с окислителем. Наблюдаемые заметныеотклонения экспериментальных данных от этого правила авторы [170] объясняютдиффузионными эффектами.Другим важным аспектом является методика определения минимальныхогнетушащих концентраций (МОК) средств объемного газового тушения.
Внастоящее время в Российской Федерации для этого существует стандарт [171], вкотором регламентированы методы определения МОК, среди которых наиболеечасто используемым является метод «чашечной горелки». При этом минимальная173огнетушащая концентрация определяется, исходя из времени тушения пламени 10± 2 с. Аналогичный подход регламентирован и в международном стандарте [104].В то же время известно, что в методе «чашечной горелки» время тушенияоднозначно связано с концентрацией огнетушащего агента в потоке воздуха,подаваемого в реакционный цилиндр, в котором локализовано диффузионноепламя. При этом время тушения с приближением концентрации огнетушащегогаза Согн к некоторому асимптотическому пределу Согн неограниченно возрастает[172−174]. В работах [164, 175, 176] именно этот асимптотический пределпредложено считать минимальной огнетушащей концентрацией, посколькуиспользование критерия времени тушения 10 ± 2 с может привести к переоценкевеличин МОК.Всвязисвышеизложеннымнастоящаяглавапосвященаэкспериментальному определению огнетушащих концентраций газовых средствобъемного тушения по отношению к факелу метана и водорода при иходновременной подаче в горючее и окислитель (данные такого рода для водородавлитературеотсутствуют)каксточкизренияопределенияусловийпожаробезопасного сброса горючих газов из технологического оборудования ваварийных условиях, так и с точки зрения совершенствования методаопределения минимальных огнетушащих концентраций.6.2 Результаты определения предельных концентраций огнетушащихгазов по отношению к диффузионному пламени метанаНа рисунках 6.1 – 6.3 представлены результаты определения предельныхдля гашения пламени концентраций флегматизаторов при их подаче с горючим(ось абсцисс) и с воздухом (ось ординат).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
