Диссертация (1172857), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Видно, что завеса эффективно предотвращает распространениегорючего газа. Так, типичные концентрации пропана непосредственно перед и зазавесой отличаются приблизительно на порядок (рисунки 9.6 б) и 9.6 в)).а)333б)в)334г)д)Рисунок 9.6 – Динамика концентраций пропана в различных точках приистечении горючего газа из отверстия и расходе азота через форсунку 0,5 кг/с привключении завесы одновременно с началом поступления горючего газа иотсутствии ветра: а) вблизи источника пропана; б) – перед завесой;в) – непосредственно за завесой; г) – на расстоянии 3 м от завесы; д) – нарасстоянии 10 м от завесы335Обращают на себя внимание существенные колебания во времениконцентрации горючего газа, что обусловлено, вероятно, турбулентностьюобразующихся газовых потоков.
Этот результат качественно совпадает с даннымиэксперимента [321], в котором изучалась динамика концентраций паров СПГ прикрупногабаритных проливах продукта на поверхности моря. Было показано, чтовременные флуктуации концентраций горючего газа вблизи НКПР могутдостигать 40 % (отн.). Временные профили концентраций пропана за завесойхарактеризуются наличием максимумов с дальнейшим спаданием концентрацийдо стационарных значений, существенно меньших НКПР. Наличие максимумаобусловлено,вероятно,динамикойформированиягазовыхпотоковпривзаимодействии струи горючего газа со струями азота, в результате чегостационарный уровень концентраций пропана за завесой формируется снекоторой задержкой.Для проверки этого предположения выполнены модельные расчеты сопережением включения завесы относительно начала истечения пропана на 30 с.Результаты расчетов представлены на рисунке 9.7 и качественно подобны случаюодновременного с началом истечения включения завесы.
При этом концентрациигорючего газа за завесой (рисунки 9.7 в), 9.8 г)) оказываются несколько ниже, чемв случае одновременного включения завесы.Для выявления влияния расхода азота через форсунки были выполненырасчеты динамики концентрации пропана в выбранных точках при его истечениииз отверстия и расхода азота через единичную форсунку 0,1 кг/с (рисунок 9.8).Сравнение экспериментальных данных, представленных на рисунках 9.6 и 9.8,показывает, что снижение расхода азота через единичную форсунку с 0,5 до 0,1кг/с приводит к существенному (около 2 раз) росту концентраций пропана зазавесой.
При этом содержание пропана в воздухе за завесой может превышатьНКПР, т.е. расход азота через единичную форсунку 0,1 кг/с являетсянедостаточным для защиты технологического оборудования с открытымпламенем или другим потенциальным источником зажигания, расположенным нарасстоянии менее 10 м от завесы.336Для изучения влияния ветра на функционирование газовой завесы былипроведены расчеты для случая истечения из отверстия с наличием завесы срасходом через единичную форсунку 0,5 кг/с в присутствии ветра, имеющегоскорость 5 м/с и направленного перпендикулярно завесе в направленииистекающей струи пропана (т.е. один из наиболее неблагоприятных случаев).Результатырасчетовприведенынарисунке9.9.Сравнениеданных,представленных на рисунках 9.6 и 9.9, показывает, что концентрация пропана вслучае ветра оказывается существенно выше, чем для случая безветрия, причемразличие может достигать 10 и более раз.а)337б)в)338г)д)Рисунок 9.7 – Динамика концентраций пропана в различных точках приистечении горючего газа из отверстия и расходе азота через форсунку 0,5 кг/с привключении завесы на 30 с раньше начала поступления горючего газа и отсутствииветра.
Обозначения те же, что и на рисунке 9.6339а)б)340в)г)341д)Рисунок 9.8 – Динамика концентраций пропана в различных точках приистечении горючего газа из отверстия и расходе азота через форсунку 0,1 кг/с привключении завесы одновременно с началом поступления горючего газа иотсутствии ветра. Обозначения те же, что и на рисунке 9.6а)342б)в)343г)д)Рисунок 9.9 – Динамика концентраций пропана в различных точках приистечении горючего газа из отверстия и расходе азота через форсунку 0,5 кг/с привключении завесы одновременно с началом поступления горючего газа и ветра соскоростью 5 м/с.
Обозначения те же, что и на рисунке 9.6344Это говорит о том, что наличие ветра неблагоприятного направлениязначительно снижает эффективность газовой завесы. Этот результат качественносовпадает с данными работы [320] для паровых завес, эффективность которыхтакже существенно уменьшается при наличии ветра.На рисунке 9.10 представлены результаты расчетов динамики концентрацийпропана при истечении горючего газа из отверстия с наличием завесы с расходомчерез единичную форсунку 1,0 кг/с в присутствии ветра, имеющего скорость 5 м/си направленного аналогично случаю, показанному на рисунке 9.9.
Сравнениеданных, приведенных на рисунках 9.9 и 9.10, показывает, что увеличение расходаазота через единичную форсунку с 0,5 до 1,0 кг/с приводит лишь к относительнонебольшим изменениям максимальных по времени концентраций пропана,проявляющихся наиболее существенно непосредственно за завесой (рисунок 9.9в) и 9.10 в)).а)345б)в)346г)д)Рисунок 9.10 – Динамика концентраций пропана в различных точках приистечении горючего газа из отверстия и расходе азота через форсунку 1,0 кг/с привключении завесы одновременно с началом поступления горючего газа и ветре соскоростью 5 м/с. Обозначения те же, что и на рисунке 9.6347В то же время на удалении от завесы на 3 и 10 м (рисунки 9.9 г), 9.9 д) ирисунки 9.10 г), 9.10д)), различие максимальных по времени концентрацийпропана невелики.
Это может быть объяснено тем обстоятельством, что приналичии ветра происходит заметный перенос горючего газа над завесой (какотмечено в работе [311]), вследствие чего концентрации пропана на удалении отнее оказываются близкими.На основании проведенных исследований может быть сделан вывод, чтоэффективность азотной завесы определяется рядом факторов (расход газа черезфорсунки; расстояние между завесой и защищаемым оборудованием; видомпроектной аварии, для ограничения последствий которой применяется завеса).При этом последний фактор является, по- видимому, наиболее существенным.Данный вывод может быть, на наш взгляд, распространен и на паровые завесы,которые принципиально не отличаются от азотных.
Поэтому использованиеметодики для расчета паровых завес [300, 301] безотносительно к виду проектнойаварии, для локализации которой предназначена завеса, может привести кошибочным результатам. Вследствие этого при проектировании газовых ипаровых завес следует четко определять вид максимальной проектной аварии, дляограничения которой применяется завеса с данными параметрами.
При этомпредставляется целесообразным для каждогозащищаемого технологическогоучастка проводить расчеты с использованием, например, программного продуктаFDS 5.4.1, апробированного в настоящей работе.Необходимо отметить также ограничения по применению газовых ипаровых завес, связанных с наличием ветра. При этом эффективность водяныхзавес будет выше, чем газовых и паровых. Действительно, рассеяние газовогооблака завесой во многом определяется импульсом потока среды, создающейзавесу [314]. При этом импульс водяной среды в силу существенно большейплотности воды (приблизительно на 3 порядка) оказывается заметно выше, чемазота или пара, тем самым существенно выше и эффективность водяной завесыкак средства предотвращения распространения утечек горючих газов и паров.348Выводы к разделу 9.2.1) Таким образом, в настоящем разделе работы проведено численноемоделирование действия газовой завесы (азотная завеса) для предотвращенияраспространения облаков, образующихся при аварийных утечках пропана.2) Изучено влияние способа поступления горючего продукта (испарение изпролива сжиженного газа, истечение жидкой фазы) из резервуара, интенсивностипоступления горючего газа, расхода азота через форсунки, наличие ветра надинамику концентраций пропана вблизи завесы на различных расстояниях от нее.3) Получено, что при расходах азота через единичную форсунку около 0,5кг/с может быть предотвращено рапространение пропанового облака с расходомпропана до 25 кг/с в отсутствии ветра.4) Показано, что расчет требуемых параметров завесы целесообразнопроводить для каждого технологического участка с учетом максимальнойпроектной аварии, для локализации которой предназначена завеса.9.3 Влияние водяных завес на предотвращение распространение аварийныхутечек горючих газов и паровВодяные завесы являются одним из широко распространенных средств дляограничения распространения облаков горючих газов и паров в атмосфере приаварийныхприменениевыбросахнапроизводственныхрегламентированообъектах.отечественнымииИхпрактическоемеждународныминормативными документами (см., например, [300 – 304]), а также техническимирегламентами Российской Федерации [322, 323].
В литературе описанодостаточно много экспериментальных и теоретических исследований влияниязавес на распространение горючих газов и паров, как отечественных, так и349зарубежных. Достаточно подробный анализ этих работ дан в разделе 9.2настоящейработы,гдетеоретическиизученарольгазовыхзавесвпредотвращении распространения аварийных утечек горючих газов и паров.
Здесьже полезно отметить исследование [324], в котором изучено влияние формыбарьера на распространение облака тяжелого газа.В работе [325] проведен анализ нормативной базы и проведено численноемоделирование с помощью компьютерного кода FDS 6.1 влияния водяной завесына распространение продуктов горения и ослабление теплового излучения очагапожара. Найдено, что водяная завеса уменьшает входящий поток воздуха черезвнешние проемы, что приводит к более высокой концентрации дыма. В то жевремя снижается температура газа в защищенном помещении и уменьшаетсярадиационный тепловой поток через проемы, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
