ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОРЕНИЯ И ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ГАЗОВЫХ ФОНТАНОВ

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ГОРЕНИЕ ГАЗОВЫХ ФОНТАНОВ И СПОСОБЫ ИХ ТУШЕНИЯ
1.1 Характеристика газового горения
1.2 Особенности тушения газовых фонтанов
1.3 Современные способы тушения газовых фонтанов
2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчет дебита газового фонтана
3.2 Расчет режима истечения газовой струи
3.3 Расчет температуры процесса горения
3.4 Расчет плотности лучистого потока
3.5 Расчет теоретического расхода воды на тушение фонтана
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

При расчете реальной температуры горения необходимо учитывать потери тепла при химическом недожоге в зоне горения при образовании продуктов неполного сгорания (С, СО, и пр.) и потери тепла при излучении факела пламени:,(12)где - общие теплопотери при горении газового фонтана, определяющиеся как доляот низшей теплоты сгорания ;- химический недожог (0,07);-коэффициент теплопотерьс излучением.Коэффициент , характеризующий теплопотери сизлучением от пламени газового фонтана определяетсяпо следующей формулеиз [2]:.(13)Молекулярная массафонтанирующего многокомпонентного газа () определяется по формуле (14):, (14)Определим молекулярную массугаза, содержащего метан, этан и бутан:Тогда коэффициент теплопотерь за счет излучения пламени фонтана:,Теперь найдем коэффициент общихтеплопотерь:.Действительную температуру горениягазового фонтана определим по формуле (15):(15).3.4 Расчет плотности лучистого потокаИнтенсивность лучистого потока тепла от факела пламени, приходящуюся на единицу площади поверхности окружающих тел, называют плотностью лучистого потока, либо облученностью (Е) и выражают в кВт/м2.Величиной облученности определяются границы локальной зоны теплового воздействия от факела пламени, в пределах которыхдействуют определенные требования к защитной экипировке личного состава, который выполняет боевые действия по тушению пожара, и времени нахождения в данных зонах. Расстояние от устья скважины, облученностьв пределах которого не выше 1,6 кВт/м2, безопасно для нахождения личного состава в течение неопределенно долгого периода времени. При пограничном уровне тепловой облученности 4,2 кВт/м2нахождение бойцов без специальной теплозащитной экипировки допустимов течение не более чем 15 минут при условии наличия защиты открытых кожных покровов (перчаток, защитных щитков)[2, 5].При облученности 14 кВт/м2специальное теплозащитное снаряжение в комплексес защитой с применением распыленных водяных струй позволяет вести боевые действия по тушению пожара в течение 5 минут.Величина облученности личного состава от факела пламенигорящего фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины рассчитывается по приведенным в [1] () формулам:,(16)Очевидно, что, (17)Откуда следует уравнение 18: (18)Для вычисления величины облученности пространства в зависимости от расстояния до факела пламени (скважины) в формуле (18) необходимо задавать значенияL, равными 20, 40, 60, 80, 100, 120, 150 и 200 м. Также подставим в формулу (37) высоту факела пламени равнуюНф=13 м, вычисленные значения секундного расхода газовой смесиVГ = 4,89м3/с и коэффициентатеплопотерьпри излучениил= 0,264.Рассчитаем облученность (Е) на минимальном расстоянии L= 20 м:кВт/м2.Для остальных значений L расчет проводят аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу2.Таблица 2.Результаты расчета облученности от факела газового фонтана в зависимости от расстояния до устья скважиныL,м20406080100120150Е, кВт/м27,682,070,930,530,340,240,17В графической форме зависимостьЕ = f(L) представлена на рис. 2.Рис. 2. Зависимость изменения облученности, создаваемой факелом пламени газового фонтана, от расстояния до устья скважиныС помощью данного графика можно определить границы локальных зон теплового воздействия факела горящего фонтана, уровень облученности на которых равен 1,6, 4,2 и 14 кВт/м2соответственно посредством нахождения расстояния от точки с соответствующей облученностью, до устья скважины. Границы зон также можно определять из формулы (18), подставляя в известные граничные значенияЕ и считая расстояние L неизвестной величиной. Так, при проведении тушения пожара газового фонтана под защитой водяных струй и в теплоотражательном костюме, граница зоны теплового воздействия находится на расстоянии:мПри пограничном уровне тепловой облученности:мПри безопасном уровне тепловой облученности: мИтак, расстояния до соответствующих локальных зон тепловых воздействийсоответственно равны45,6,27,7 и 14,1м от устья скважины.Следовательно, безопасным является расстояние 45,6 м от устья скважины. Пограничным – расстояние 27,7 м от устья и наиболее опсным, тушение пожара при котором невозможно даже при наличии специального снаряжения и водяной завесы – расстояние менее 14,1 м.Следовательно, для тушения данного газового фонтана можно использовать лафетные стволы и автомобили газоводяного тушения АГВТ-100 и АГВТ-150 (дальность – 15 м).3.5Расчет теоретического расхода воды на тушение фонтанаРасчет производим по формуле (18) из пособия [2]:qвт =(19)Коэффициент излучения лнайден ранее (л = 0,194).Коэффициент тврассчитываем из соотношения:(20)Для определения данного коэффициента рассчитаем действительную температуру горения с воздухом данной смеси горючих газов (при =1) , а также температуру горения смеси при ееконцентрации, равной нижнему концентрационному пределу .Преобразовав формулу (15), получим: , (21)По формуле (12) методического пособия[] находим Тгн:Находим предварительно избыточный объем воздуха: (22)Для этого рассчитываем теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания газовоздушной смеси заданного состава:,(23)Теоретический объем воздуха, необходимого для сгорания газовоздушной смеси, определяется по формуле:(24)Рассчитаем коэффициент избытка воздуха . По формуле Ле-Шательеопределим нижний концентрационный предел для данной многокомпонентной газовой смеси:,(25)где i – концентрация i – го горючего газа в смеси;iн – значение НКПР i – го компонента (табл. 7 пособия [2]).Отсюдаполучим выражение:(26)Тогда Vв = 9,55 . (1,84 − 1) = 8,0 м3/м3,а такжеСредняя теплоемкость воздуха в интервале температур298−2000 K равна 32,3 Дж/ (моль K), следовательно:Определим коэффициент т:Теоретический расход воды, необходимый для тушения газового фонтана, рассчитаемпо формуле (15)из[]:= 4570 кДж/кг (27)Низшая теплота сгорания газа выражаетсяв кДж/м3, следовательно, количество тепла, отнимаемое водой, выразим также в кДж/м3.При 298 K один килограмм воды занимает объем, равный приблизительно 1 л(10−3м3). Отсюда 4570 кДж/л = 4570000 кДж/м3 = 4,57.106кДж/м3.Подставимв формулу (19) из []известные значения и получим:(28)л/с.При коэффициенте использования воды (), равном 0,1, расход составит: qвпр= =л/с.ЗАКЛЮЧЕНИЕПодведем итоги проделанной работы.Расчетным способом определены основные следующие параметры горения газового фонтана (80% СН4, 6% С2Н6,3% С4Н10,5% СО2,6% СО): мощность фонтана (0,4225млн м3/сут), действительная температура горения фонтана (4233,5оС), а также построен график зависимости интенсивности лучистого теплового потока в зависимости от расстояния до устья скважины.Граница безопасной локальной зоны теплового воздействия факела пламени газового фонтана, за пределами которой личный состав при выполнении боевых действий по тушению газового фонтана может находиться неопределенно долгое время (Е = 1,6 кВт/м2), располагаетсяот устья скважины на расстоянии, равном45,6 м.Граница локальной зоны теплового воздействия факела пламени газового фонтана, на которой личный состав может работать без специального теплозащитного снаряжения не более 15 минут при условии защиты кожных покровов (Е = 4,2 кВт/м2), находится на расстоянии 27,7 м от устья скважины.Граница локальной зоны теплового воздействия факела пламени газового фонтана, на которой личный состав может вести боевую работу в специальном теплозащитном снаряжении под защитой распыленных водяных струй не более 5 минут (Е = 14 кВт/м2) находится на расстоянии 14,1 м от устья скважины. Для тушения газового фонтана рекомендуется использовать лафетные стволы и автомобили газоводяного тушения АГВТ-100 и АГВТ-150 (дальность – 15 м).Необходимый секундный расход воды с учетом коэффициента ее использования, равном 0,1, обеспечивающий прекращение горения газового фонтана с дебитом 0,4225млн. м3/сут, составляет 156 л/с.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫМарков В.Ф., Маскаева Л.Н., Миронов М.П., Пазникова С.Н. Физико-химические основы развития и тушения пожаров Екатеринбург: УрО РАН, 2009. - 274 с.МарковВ.Ф., МироновМ.П., МаскаеваЛ. Н., ГайнуллинаЕ.В.Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов. –Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России МЧС России, 2011. - 41 с.Абдурагимов И.М., Андросов А.С., Исаева Л.К., Крылов Е.В. Процессы горения М.: РИО ВИПТШ МВД СССР, 1976. - 113с.Рекомендации по тушению пожаров газовых и нефтяных фонтанов- М.: РИО ВИПТШ МВД СССР, 1976. - 83с.Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожара. – М.: Стройиздат, 1987. – 288 с.Ахметов Д.Г., Луговцов Б.А. Вихрепорошковый способ тушения пожаров на фонтанирующих газонефтяных скважинах / Тр. школы семинара «Физика нефтяного пласта» 2002. С. 7-14.Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой Л.: Химия, 1983. - 332 с.