Автореферат (1172876), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Диссертация состоит из введения, четырёхглав, заключения, списка литературы и трёх приложений. Содержание работыизложено на 140 страницах текста, включает в себя 21 таблицу, 47 рисунков,список литературы из 96 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, определеныцель, задачи, объект и предмет исследования. Показана научная новизна работы, её теоретическая и практическая значимость.
Представлены положения,выносимые на защиту, и сведения о внедрении и апробации результатов работы.В первой главе «Анализ методик оценки зон воздействия поражающихфакторов при внешних взрывах газовоздушных смесей на пожаровзрывоопасных объектах» выполнен анализ существующих методик оценки последствийаварийных взрывов ГВС. Установлено, что существует две группы методик,соответственно основанных на:– энергопотенциале смеси, участвующей во взрыве;– расчёте параметров волн сжатия от сферы, расширяющейся во времени,математически описывающий дефлаграционный взрыв ГВС.Первая группа методик базируется на моделировании ударных волн (скорость распространения пламени превышает скорость звука в газе), образующихся при взрыве конденсированных взрывчатых веществ (ВВ).
Данный принцип теоретически обоснован и экспериментально подтверждён для воздушныхударных волн, возникающих при взрывах ВВ и детонационных взрывах ГВС.Основной показатель, характеризующий параметры ударной волны, определяется через энергопотенциал смеси. Вторая группа методик, как видно из названия, моделирует дефлаграционный взрыв, в котором скорость распространенияпламени существенно меньше (дозвуковая), в силу чего основное воздействиесоздаёт волна сжатия. В данных методиках основным фактором, влияющим начисленные значения параметров волны сжатия, является СРФП.6Анализ произошедших взрывов ГВС на объектах нефтегазовой отраслипоказал, что, как правило, реализуется дефлаграционный взрыв. Поэтомуосновное внимание было уделено методам оценки СРФП, содержащихся в:«Методике оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушныхсмесей» (утверждена приказом Ростехнадзора № 137 от 31.03.2016 г., далее –Методика Ростехнадзора); «Методике определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» (утверждена приказом МЧС России№ 404 от 10.06.2009 г., далее – Методика МЧС); «Методике определенияпараметров волны сжатия внешних дефлаграционных взрывов» (разработанаНТЦ «Взрывоустойчивость», 1998 г., далее – Методика Д.З.
Хуснутдинова);методике профессора В.И. Макеева.В результате анализа значений основных параметров взрыва (избыточноедавление и импульс фазы сжатия), полученных по рассматриваемым методикамустановлено, что они дают схожие результаты при одинаковой СРФП.Основное различие заключается в методе определения СРФП. Для одного и того же сценария взрыва ГВС методы определения СРФП дают существенноразные значения, что влияет на значения параметров взрыва. Таким образом,для корректного расчёта параметров воздушных волн давления при сгоранииГВС, необходимо исследовать вопрос о методе определения СРФП.Во второй главе «Модель фототеплового воспламенения для расчётапоказателей пожаровзрывоопасности газовых смесей» представлена математическая модель фототеплового воспламенения, позволяющая определять показатели пожаровзрывоопасности газовых смесей.
Например, при расчёте параметров взрыва необходимо знать массу горючей компоненты, которая лежитво взрывоопасных пределах, то есть между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени.Анализ существующих расчётных формул и моделей для определенияпоказателей пожаровзрывоопасности газовых смесей показал, что они даютудовлетворительный результат для веществ одного гомологического ряда илиблизких по строению молекул веществ и неприменимы для многокомпонентных смесей, где вещества могут вступать между собой в химическую реакцию.В связи с этим была разработана модель фототеплового воспламенения,в которой учитывается физико-химическая кинетика протекающей реакции.Для определения скорости химической реакции и последующего определенияскорости тепловыделения рассматривались стадии элементарных химическихреакций.
Источник воспламенения в модели заложен в виде тепла и/илиультрафиолетового излучения (УФ-излучение). Изменение температуры в смеси во времени описывается уравнением теплопроводности:λ 2 1 2 (1 − η)=+ 2) +,( 2+τ ρ ρ(1)где T – термодинамическая температура; τ – время; λ, c, ρ – соответственно коэффициент теплопроводности, молярная теплоёмкость и плотность реакционной смеси; η – коэффициент теплопотерь; x, r – координаты точки в цилиндри7ческом реакционном сосуде; q = ∑WiQi – скорость тепловыделения; Wi, Qi –скорость и тепловой эффект каждой стадии химической реакции.При решении уравнения теплопроводности значения коэффициентовтеплопроводности и теплоёмкости рассчитывали для исходного состава смеси,а в ходе химического превращения, учитывали их изменение только от температуры.Модель апробирована на воспламенении газовых смесей метана, хлорметана и дихлорметана с хлором.
Исходная смесь может содержать как один, таки несколько горючих и негорючих компонентов. В таблице 1 приведеныэлементарные реакции, происходящие в этих смесях.Таблица 1 – Элементарные реакции хлорирования метанаℎ, ТЭлементарные реакции2 →24 + → 3 + 3 + 2 → 3 + 3 + → 2 + 2 + 2 → 2 2 + 2 2 + → 2 + 2 + 2 → 3 + 3 + → 3 + 3 + 2 → 4 + 3 + → 3 2 + → 2 22 + → 33 + → 4 + + М → 2 + М∗– зарождение цепей– продолжение цепей– обрыв цепейРешая уравнение теплопроводности в системе MATLAB численным методом с применением явной конечно-разностной схемы, получали зависимоститемпературы горючей смеси от времени в любой точке исследуемой системы(рисунок 1), а также температурные поля (рисунок 2 а, б, в).Рисунок 1 – Изменение температуры в смеси 0,2СН4 + 0,8Сl2при интенсивности УФ-излучения:1 – I0; 2 – 0,3I0; 3 – 0,15I0; 4 – 0,1I08а) 0,209сб) 0,293ссв) 0,460сссРисунок 2 – Температурное поле в смеси 0,35CH4 + 0,65Cl2 на различные моменты времениот начала облучения УФ-излучением максимальной интенсивности I0 = 2∙1021 квант/(м2∙с)Изменяя исходные условия (начальную температуру, интенсивностьизлучения, концентрации компонентов исходной горючей смеси), устанавливали предельные параметры воспламенения, которые, по сути, и являются показателями пожаровзрывоопасности исследуемых горючих смесей.9Параллельно с этим проводили экспериментальные исследования и сравнивали результаты расчёта и эксперимента.
На рисунке 3 показаны расчётныезависимости максимальной температуры разогрева горючей газовой смеси отконцентрации горючего.Рисунок 3 – Расчётные зависимости максимальной температуры разогрева смесиот начального содержания метана при различных интенсивностях УФ-излучения:1 – I = I0; 2 – I = 0,25I0; 3 – I = 0,15I0; 4 – I = 0,1I0По этим зависимостям находили концентрационную область воспламенения (рисунок 4). Здесь же приведена и экспериментально установленнаяконцентрационная область воспламенения.Рисунок 4 – Зависимости концентрационных пределов фототеплового воспламенениясмеси СН4 + Сl2 от интенсивности УФ-излучения:1 – экспериментальная; 2 – расчётная10Аналогичные расчёты проводились для хлорметана и дихлорметана.Установленные предельные параметры (концентрационные пределы, критическая интенсивность УФ-излучения) приведены в таблице 2.Таблица 2 – Предельные параметры воспламенения газовых смесей с хлоромПредельныепараметрыКПВ, %(об.)Iкр / I0МетанРасчёт Эксперимент6,0–69,00,11I07,5–62,00,25I0ХлорметанРасчёт Эксперимент*9,0–73,00,025I09,0–68,00,047I0ДихлорметанРасчётЭксперимент*21,0–54,00,33I017,0–53,00,25I0* – экспериментальные значения для хлорметана и дихлорметана, установленные И.С.
Никитиными П.В. Комраковым.Как видно из таблицы 2, в целом, расчётные и экспериментальные значения лучше согласуются по концентрационным пределам, хуже – по критическим значениям интенсивности УФ-излучения.Вводя в исходную горючую смесь негорючий компонент и меняя егоконцентрацию можно рассчитывать значения минимальной флегматизирующейконцентрации (МФК). На рисунке 5 показаны расчётные зависимости концентрационных пределов воспламенения смеси хлора с хлорметаном от концентрации хлороформа и четырёххлористого углерода.Рисунок 5 – Расчётные зависимости концентрационной области фотовоспламенения смесиCH3Cl + Cl2 от концентрации флегматизатора:1 – четырёххлористый углерод; 2 – хлороформМФК для хлороформа составило 34 %(об.), а для четырёххлористогоуглерода 32 %(об.). Экспериментально установленные значения – 29и 34 %(об.), соответственно.Удовлетворительные расчётные результаты получены при определениитемпературы самовоспламенения.
В этом случае рассматривали только тепловое инициирование воспламенения горючей смеси. Изменяя температуру стенок реакционного сосуда определяли температуру, при которой происходит11воспламенение смеси. На рисунке 6 показаны температурные поля на различные моменты времени.а) 0,628ссссб) 3,561сссссв) 6,494ссссссРисунок 6 – Поля температур внутри реакционного сосуда при самовоспламенениисмеси 0,2СН4 + 0,8Сl212Нагрев смеси начинается у стенок сосуда, а воспламенение смеси происходит в центре сосуда. Таким образом, модель адекватно описывает физическую картину теплового взрыва. При температуре 613 К смесь 0,2СН4 + 0,8Сl2самовоспламеняется (рисунок 7).Рисунок 7 – Результаты расчёта изменения температуры смеси 0,20СН4 + 0,80Сl2при температуре стенок реакционного сосуда:1 – 612 К; 2 – 613 КЭкспериментально установленное значение температуры самовоспламенения для такой смеси составило 591 К, то есть абсолютная погрешность расчёта составила 22 К.В третьей главе «Исследования по определению скорости распространения фронта пламени в газовоздушных смесях» описана серия экспериментов,направленная на рассмотрение вопросов распространения пламени при горенииГВС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
