Диссертация (1172857), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Найдено, что в случае работы многих сопел угол наклонапод действием ветра меньше, чем в случае одного сопла. Изучены случаипромежутка между соплами 10, 20 и 40 см при расстоянии от источника СО 2(расход 15,6 л/с) 4 м. Получено, что завеса более чем в 2 раза снижаетконцентрацию СО2 за завесой (на расстоянии 1 м от нее).
Сделаны рекомендациипо расстоянию между соплами не более 0,3 м (лучше 0,1 м) при исходномдавлении пара в трубе не менее 0,5 МПа. Следует отметить, что ранеекачественно близкие результаты были получены в работе [312].В работе [313] исследовано влияние водяной завесы на распространениегазового облака при испарении проливов СПГ. Отмечено, что этот метод началиспользоваться в США и Японии для причалов перегрузки СПГ. Выполненыэксперименты с испарением СПГ из емкости диаметром около 3 м, окруженнойводяной завесой.
Найдено что действием завесы концентрация паров СПГ за нейможет понизиться на несколько десятков процентов в зависимости от расходаводы. В работе [314] выполнены крупномасштабные эксперименты по рассеяниютяжелых газов водяными завесами. Опыты проводили на площадке диаметромоколо 200 м (площадь 83000 м²). Скорость подачи воды в систему форсуноксоставляла от 3 до 3500 л/мин. Изучены два вида завес: а) форсунки направленывниз; б) форсунки направлены вверх. В случае а) форсунки располагались навысоте 3 м над поверхностью земли с шагом 0,33 м, длина завесы 17 м.
В случаеб) форсунки располагались у поверхности земли с шагом 0,33 м при длине завесы18 м. В качестве тяжелого газа использовали СО2. Эффективность завесыоценивали путем измерения концентраций СО2 в различных точках за завесой.Оказалось, что основным параметром, определяющим эффективность завесы,является поток импульса жидкости. Найдено, что направленные вверх водяныеструи несколько более эффективны (приблизительно на 17%) по сравнению соструями, направленными вниз.В работе [315] теоретически исследовано влияние водяных и паровых завесна рассеяние облаков тяжелых газов. Отмечен механизм действия завес поотношению к горючим и токсичным газам: а) разбавление и рассеяние газа за счет328подсоса окружающего воздуха (механический эффект); б) нагрев холодного газа(тепловой эффект); в) растворение газа в каплях воды (физико- химическийэффект).
Изучено влияние следующих параметров: тип распылительных форсуноки их расположение; скорость истечения из форсунок; возможность использованияхимическихдобавок к воде. Найдено, что с ростом диаметра капель увеличиваетсяпоток вовлекаемого воздуха, однако начиная с диаметра 1,0 – 1,5 мм это скоростьроста потока значительно уменьшается. Аналогичным образом происходитувеличение потока вовлекаемого воздуха с ростом высоты завесы Z (при диаметрекапель 1,0 мм до Z ~ 5 м).В работе [316] экспериментально изучено ослабляющее действие водянойзавесы по отношению к тепловому излучению очага пожара.Предложенаматематическая модель, описывающая ослабление теплового излучения завесой иучитывающая как поглощение, так и рассеяние излучения водяными каплями.Опыты сделаны с моделью завесы с расходом воды до 1 кг/с при давлении 800кПа.
Излучение генерировалось пламенем пропановой горелки с падающимтепловым потоком на завесу 7 кВт/м². Диаметр капель составлял от 40 до 500мкм. Плотность расположения сопел от 10 до 33 на 1 м. Полученоудовлетворительное согласие расчета с экспериментом, при этом поглощалось до60% падающего излучения.На основании проведенного анализа может быть сделан вывод о том, что влитературе достаточно подробно описано влияние паровых и водяных завес напредотвращение распространения горючих газов и паров, в то же время непредставлено работ по изучению действия газовых завес инертного газа(например, азота). В связи с вышеизложенным, настоящий раздел посвящентеоретическому исследованию возможности предотвращения распространенияаварийных утечек горючих газов и паров газовыми (азотными) завесами, что небыло изучено ранее.
Азот выбран для исследования в силу привлекательности егоиспользования с экономической точки зрения. В имеющихся в литературепубликациях не представлено достаточно точной модели влияния водяных завес.Решению указанных задач посвящены разделы 9.2 и 9.3.3299.2.1 Методика расчетаАнализ выполнен на модельном примере предотвращения распространенияоблака пропана в атмосфере в присутствии азотной завесы.Расчет распространения облака пропана проводился с помощью моделивычислительнойгидродинамики,реализованнойвпрограммномкодеFireDynamicSimulatorVersion 5.4.1 (FDS 5.4.1). Указанная модель в численномвиде решает систему уравнений Навье- Стокса, замкнутую уравнением состоянияидеального газа, для низкоскоростного потока газа, перемещающегося впространстве за счет неоднородностей полей температур и концентраций.Расчетная область представляет собой прямоугольный параллелепипед соснованием ширинойа=60 м и длиной b=80 м, высота расчетной областисоставляет h=25 м.
Расчетная область поделена на ячейки таким образом, чтобыодна ячейка представляла собой куб со стороной 0,5 м. Таким образом, врасчетной области содержится 960 000 ячеек. Отметим, что указанный размерячейки выбран из соображения минимизации времени расчета при сохранении егоудовлетворительнойточности.Разумеется,выбранныйразмерячейкинедостаточен для моделирования с удовлетворительной точностью процессов,протекающих в непосредственной близости от места истечения пропана изотверстия в резервуаре (процессы, связанные с нагревом пропана от температурыкипения до температуры окружающей среды, поступлением пропана в атмосферуи его последующим смешением с воздухом). Однако в настоящей работе стоитзадача определения концентраций пропана на расстояниях, превышающиххарактерный размер струи, образующейся при истечении пропана в окружающуюсреду, и в данном случае выбранный размер ячейки не сказываетсяпринципиальным образом на результатах расчета.При задании исходных данных в модели FDS 5.4.1 рассматривались двевозможности поступления пропана в окружающее пространство: 1) в результате330испарения из пролива; 2) в результате истечения из отверстия в резервуаре.
Впервом случае принималось, что пропан поступает в окружающее пространство сзеркала пролива квадратной формы площадь 10 м² с интенсивностью 0,05 кг/(м²с)[317]. Во втором случае предполагалось, что пропан поступает в окружающеепространство через отверстие в резервуаре диаметром 5 см с интенсивностью 25кг/с. При этом с определенным запасом надежности принималось, что весьистекающий пропан мгновенно испаряется, и образующиеся пары имеюттемпературу, равную температуре кипения продукта.Методика определенияинтенсивности истечения сжиженного газа из отверстия в резервуаре изложена в[318, 319].
Отверстие в резервуаре (источник сжиженного пропана) располагаетсяна высоте 1 м над поверхностью земли.В случае пролива сжиженного пропана на расстоянии 10 м от границыпролива, а в случае истечения пропана из отверстия в резервуаре на расстоянии 15м по направлению 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 из форсунок0,1 и 0,5 кг/с.Перед линией форсунок по всей ее длине расположен бортик высотой 2 мдля предотвращения проникновения горючего газа между азотными струями в ихнижней части.
Линия расположения форсунок перпендикулярна направлениюистечения сжиженного пропана. Расстояние между форсунками составляет 0,5 м.Концентрации пропана определялись рядом с источником поступления газа,перед азотной завесой, сразу за завесой, на расстоянии 3 м от завесы и нарасстоянии 10 м от завесы (все точки расположены на поверхности земли).Схема взаимного расположения источника истечения пропана, азотнойзавесы и датчиков концентрации пропана представлена на рисунке 9.5. Расчетыпроводили, если не оговорено особо, при нулевой скорости ветра.331Рисунок 9.5 – Схема взаимного расположения источника горючего газа, азотнойзавесы и датчиков концентраций горючего газа9.2.2 Результаты расчетов и их обсуждениеВначале были проведены расчеты для пролива пропана. Оказалось, чтоконцентрация пропана даже без завесы в месте ее расположения не превышает332нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), равного2,0% (об.) [147].
Этот результат совпадает с экспериментом [320], в которомпоказано, что при проливах СУГ диаметром 5 м размер взрывоопасной зоны поуровню концентраций, равных НКПР, не превышает радиуса пролива.На рисунке 9.6 представлены типичные результаты расчетов концентрацийпропана при истечении из отверстия при наличии азотной завесы, включаемойодновременно с началом истечения, при массовом расходе азота через единичнуюфорсунку 0,5 кг/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
