Марков В.Ф., Миронов М.П., Маскаева Л.Н., Гайнуллина Е.В. (составители). Теоретический расчет основных параметров горения и т..

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ
ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Уральский институт государственной противопожарной службы МЧС России








Теоретический расчет основных
параметров горения и тушения пожаров
газовых фонтанов



Учебно(методическое пособие к курсовой работе

по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров»
для курсантов, слушателей и студентов факультета инженеров пожарной
безопасности по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность
















Екатеринбург 2009
Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов: Учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» для курсантов, слушателей и студентов факультета инженеров пожарной безопасности по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность Екатеринбург: Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России 2009. 36 с.



Составители: В.Ф. Марков, М.П. Миронов, Л. Н. Маскаева, Е.В. Гайнуллина


Рецензенты:
докт. хим. наук, профессор Уральского государственного технического университета(УПИ Ю.Н. Макурин,
докт. техн. наук, профессор кафедры физики и теплообмена Уральского института ГПС МЧС России Н.М. Барбин.




В учебно-методическом пособии рассмотрены закономерности процессов горения и тушения пожаров газовых фонтанов. Приведены примеры теоретических расчетов основных параметров горения и расхода воды на тушение горящего фонтана.
Пособие содержит теоретический материал по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров». Представлены варианты заданий по курсовой работе и справочные таблицы с термодинамическими характеристиками веществ, используемых в расчётах при выполнении курсовой работы.


Одобрено на методическом совете. Протокол № от « » 2009 г.




( УрИ ГПС МЧС России 2009
Содержание

13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc217282465" 14Введение 13 PAGEREF _Toc217282465 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc217282466" 141. Горение газов 13 PAGEREF _Toc217282466 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc217282467" 141.1. Общие закономерности кинетического режима горения 13 PAGEREF _Toc217282467 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc217282468" 141.3. Диффузионное горение газов 13 PAGEREF _Toc217282468 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc217282469" 141.4. Особенности горения газовых струй. Условия стабилизации пламени 13 PAGEREF _Toc217282469 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc217282470" 141.5. Оценка дебита горящих газовых фонтанов 13 PAGEREF _Toc217282470 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc217282471" 142. Методы тушения пожаров газовых фонтанов 13 PAGEREF _Toc217282471 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc217282472" 143. расчёт расхода воды, требуемого для прекращения горения газового фонтана 13 PAGEREF _Toc217282472 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc217282473" 144. выполение курсовой работы 13 PAGEREF _Toc217282473 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc217282474" 144.1. Задание на курсовую работу 13 PAGEREF _Toc217282474 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc217282475" 144.2. Порядок выбора варианта задания курсовой работы 13 PAGEREF _Toc217282475 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc217282476" 144.3. Требования к оформлению курсовой работы 13 PAGEREF _Toc217282476 \h 14231515
13 LINK \l "_Toc217282477" 144.4. Исходные данные для расчёта 13 PAGEREF _Toc217282477 \h 14241515
13 LINK \l "_Toc217282478" 145. Пример расчета основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана 13 PAGEREF _Toc217282478 \h 14261515
13 LINK \l "_Toc217282479" 14Приложение 13 PAGEREF _Toc217282479 \h 14381515
15
Введение

Увеличивающаяся с каждым годом добыча нефти и газа, ежегодный объем которой в настоящее время в стране составляет сотни млрд. м3, повышает вероятность аварийных ситуаций, которые могут сопровождаться крупными пожарами, большими материальными потерями, ухудшением экологической обстановки в зоне пожара и прилегающих районах, а нередко и человеческими жертвами. Это обусловливается отказом механизмов, нарушением технологии добычи, природными катастрофами и приводит к серьёзным авариям.
Борьба с пожарами на нефтяных и газовых месторождениях, часто находящихся в труднодоступных районах, требует привлечения огромных материально-технических ресурсов и может длиться неделями. Затраты на тушение нередко составляют миллионы рублей. Вред, нанесённый окружающей среде в зоне пожара и прилегающих районах, точно оценить практически невозможно.
Пожары на открыто фонтанирующих газонефтяных скважинах являются одними из наиболее сложных видов промышленных аварий.
Некоторое представление о пожаре на фонтанирующей скважине можно получить по следующим данным: дебит мощных газовых фонтанов может достигать 10 - 20 миллионов кубометров в сутки, высота горящего факела - 80 - 100 м, а интенсивность тепловыделения в факеле - несколько миллионов киловатт.
Целью курсовой работы “Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов” является выработка навыков использования теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» при проведении расчетов параметров пожаров и расхода огнетушащих веществ.
В результате выполнения курсовой работы курсант или слушатель должны знать и уметь оценивать расчетными методами:

· режим истечения газового фонтана;

· параметры пожара газового фонтана;

· адиабатическую и действительную температуры пламени;

· интенсивность облучённости от факела пламени в зависимости от расстояния до устья скважины;

· расход воды на тушение пожара газового фонтана.

1. Горение газов

При изучении дисциплины «Теория горения и взрыва» были рассмотрены различные режимы горения газов: кинетический и диффузионный, ламинарный и турбулентный. Кинетическое горение возможно только в предварительно перемешанных смесях горючего и окислителя. Во всех остальных случаях горение будет протекать в диффузионном режиме. При возрастании высоты пламени (обычно выше 30 см) ламинарное пламя практически всегда приобретает турбулентный характер.

1.1. Общие закономерности кинетического режима горения

Если с помощью оптического прибора рассмотреть кинетическое пламя в неподвижной горючей смеси, то можно увидеть следующую картину (рис. 1). Справа находятся нагретые до высокой температуры продукты горения (Тпг), слева
· холодная с температурой (Т0) исходная горючая смесь, а между ними
· ярко светящаяся полоска
· фронт пламени с толщиной ((). Горючий компонент во фронте пламени сгорает, и в продуктах горения его концентрация практически равна нулю. Естественно, температура продуктов горения, равная температуре зоны горения (Тг), больше температуры исходной смеси (Т0) Тпг = Тг >> Т0. Поскольку теплота передается от горячего тела к холодному, в сторону исходной смеси будет идти тепловой поток (q), нагревая прилегающий к ней слой, так называемую зону подогрева. Передача теплоты от нее осуществляется теплопроводностью.


Рисунок 1. Схема фронта (а) и изменение температуры и концентрации горючего (б) в кинетическом пламени: (ПОД – зона подогрева; (ГОР – зона горения; (ФП – фронт пламени; uн – нормальная скорость распространения пламени

Смесь в этом слое воспламенится при достижении температуры самовоспламенения (Тс(). Зона горения переместится в сторону исходной смеси, двигаясь от слоя к слою. Фронт пламени будет непрерывно перемещаться до самой границы горючей смеси. Такое распространение пламени называют нормальным или дефлаграционным горением.
Нормальное или дефлаграционное горение
· это распространение пламени по однородной горючей среде, при котором фронт пламени движется вследствие ее послойного разогрева по механизму теплопроводности от продуктов горения. Толщина фронта пламени ((фП), как правило, не превышает десятых долей миллиметра. Поэтому его обычно принимают за поверхность, отделяющую исходную смесь от продуктов горения. Как показали исследования, своим свечением фронт пламени обязан многоатомным радикалам: С=С:, :CH(, .HCO и др. Есть в пламени и ионы, концентрация которых достигает 1016
· 1017 м
·3. Возникновение ионов в пламени имеет химическую и термическую природу.



1.2. Влияние различных факторов на скорость распространения пламени

Нормальная скорость распространения пламени (uн) зависит от теплофизических свойств газовоздушной смеси. Но в еще большей степени скорость распространения зависит от ее физико-химических свойств
· скорости горения V, и температуры в зоне реакции горения, Тг:

13 EMBED Equation.3 1415 (1)
т.е. uн пропорциональна скорости реакции окисления (V) и находится в экспоненциальной зависимости от обратной температуры зоны горения (Тг). Определяющим параметром, безусловно, будет скорость реакции. Запишем уравнение скорости химической реакции горения:

13 EMBED Equation.3 1415, (2)
где k0 – предэкспоненциальный множитель из уравнения Аррениуса,
Сг, Сок – концентрации горючего и окислителя,
m, n – порядки реакции соответственно по горючему и окислителю,
Еа – энергия активации химической реакции.
Рассмотрим, как будет меняться скорость реакций окисления для смесей с разным соотношением горючего и окислителя (рис. 2).
Из графика видно, что для смеси стехиометрического состава (коэффициент избытка воздуха ( = 1) скорость реакции окисления максимальна.
При увеличении концентрации горючего в смеси выше стехиометрического количества, когда  ( становится < 1 (кислород находится в недостатке), горючее сгорает не полностью. В этом случае меньше выделится теплоты реакции горения Qгор и произойдёт снижение Tг.
Скорость реакции окисления по сравнению со стехиометрическим составом смеси уменьшится, причем как из-за снижения концентрации окислителя О2, так и температуры зоны горения. То есть при последовательном снижении ( (что эквивалентно увеличению концентрации Сг в смеси) скорость реакции окисления ( и температуры зоны горения Tг будут последовательно снижаться. На графике при Cг > Сгстех  кривая становится резко нисходящей. Снижение же скорости реакции окисления при ( > 1 объясняется уменьшением тепловыделения в зоне горения в связи с более низкой концентрацией в ней горючего.


Рисунок 2. Зависимость скорости горения от концентрации
горючего в смеси

Именно такая, как на рис. 2, зависимость скорости реакции горения от концентрации горючего компонента в исходной смеси предопределяет параболический вид зависимостей других параметров процесса горения от состава смеси: температуры самовоспламенения и минимальной энергии зажигания, концентрационных пределов распространения пламени. Вид параболы имеет также и зависимость нормальной скорости распространения пламени uн от концентрации горючего в смеси СГ. На рис. 3 приведены такие зависимости для случая горения воздушно-пропановой смеси при различных значениях начальной температуры.

Рисунок 3. Зависимость скорости распространения пламени от концентрации пропана в воздухе при начальной температуре 311 K (1); 644 K (2); 811 K (3)

Согласно описанным выше представлениям, максимальная скорость распространения пламени  (uнмах) должна соответствовать стехиометрической концентрации горючего. Однако экспериментально найденные её значения несколько сдвинуты в сторону богатых по содержанию горючих смесей. С увеличением начальной температуры смеси скорость распространения пламени должна повышаться, что и наблюдается на практике. Например, для воздушной смеси паров бензина и керосина она имеет вид, приведенный на рис. 4.

Рисунок 4. Зависимость скорости распространения пламени  от начальной
температуры воздушной смеси паров бензина и керосина с воздухом (( = 0.95).

Для различных веществ uн зависит от их химической природы и колеблется в довольно широких пределах (табл. 1). Для большинства смесей углеводородных топлив с воздухом uн < 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.

Таблица 1.
Нормальная скорость распространения пламени
для некоторых горючих смесей

Состав горючей смеси
Молекулярный состав
uн , м/с

Водород + воздух
Н2 + 0,5(О2 + 3,76N2)
1.60

Ацетилен + воздух
СН(СН+2,5(О2+ 3,76N2)
1.50

Ацетилен + кислород
СН(СН + 2,5О2
8.00

Этилен + воздух
СН2=СН2+3(О2 + 3,76N2)
0.60

Бутан + воздух
С4Н10 + 6,5(О2 + 3,76N2)
0.40

Метан + воздух
СН4 + 3(О2 + 3,76N2)
0.34


Введение в горючую смесь инертных и нейтральных газов: азота N2, аргона Аr, диоксида углерода СО2 разбавляет ее и тем самым снижает как скорость реакции окисления, так и скорость распространения пламени. Это хорошо видно из зависимостей, приведённых на рис. 5.
При этом при определённой (флегматизирующей) концентрации разбавителей горение вообще прекращается. Наиболее сильное влияние оказывает введение хладонов, так как они обладают ещё и ингибирующим действием на реакцию горения.

Как видно из рис. 5, введение в горючую смесь хладона (114В2) в 4–10 раз эффективнее, чем нейтральных газов - разбавителей.
Флегматизирующая способность газов - разбавителей зависит от их теплофизических свойств, и в частности, от их теплопроводности и теплоёмкости.



Рисунок 5. Влияние концентрации разбавителей и хладона 114В2 на скорость распространения пламени в пропано-воздушной смеси (( = 1.15)

1.3. Диффузионное горение газов

В реальных условиях в тех случаях, когда газ или пары воспламеняются после начала их аварийного истечения, наблюдается диффузионное горение. Типичным и довольно распространенным примером является диффузионное горение газа при разрушении магистральных трубопроводов, на аварийной фонтанирующей морской или сухопутной скважине газового или газоконденсатного месторождения, на газоперерабатывающих заводах.
Рассмотрим особенности такого горения. Предположим, что горит фонтан природного газа, основным компонентом которого является метан. Горение происходит в диффузионном режиме и имеет ламинарный характер. Концентрационные пределы распространения пламени (КПРП) для метана составляют 5 - 15 % об. Изобразим структуру пламени и построим графические зависимости изменения концентрации метана и скорости реакции горения от расстояния до осевой линии фонтана (рис. 6).


Рисунок 6. Схема диффузионного ламинарного пламени газового фонтана (а), изменение концентрации горючего (б), скорости реакции горения (в) по фронту пламени.

Концентрация газа снижается от 100 % на осевой фонтана до значения верхнего концентрационного предела воспламенения и далее до НКПР на его периферии.
Горение газа будет происходить только в интервале концентраций от ВКПР до НКПР, т.е. в пределах концентрационной области его воспламенения. Скорость реакции горения ((Т) будет равна нулю при концентрациях, выше ВКПР и ниже НКПР, и максимальной при 13 EMBED Equation.3 1415. Таким образом, расстояние между ХНКПР  и ХВКПР определяет ширину фронта диффузионного пламени:
(фп = ХНКПР 
· ХВКПР. (3)
Ширина фронта для таких пламён пламени имеет значения от 0.1 до 10 мм. Скорость реакции горения в этом случае определяется скоростью диффузии кислорода и по своей величине она примерно в 5(104 раз меньше скорости горения в кинетическом режиме. Во столько же раз ниже теплонапряженность, т.е. скорость выделения теплоты в диффузионно горящем факеле.
1.4. Особенности горения газовых струй. Условия
стабилизации пламени

Условия горения газовых фонтанов удобнее рассмотреть на примере газовых струй. В реальных условиях такие струи являются турбулентными. При воспламенении струи газа, вытекающей из скважины, образуется так называемый диффузионный факел, имеющий осесимметричную веретенообразную форму (рис. 6). Химические реакции горения идут в тонком поверхностном слое факела, который в первом приближении можно считать поверхностью, где концентрации топлива и окислителя обращаются в ноль, а диффузионные потоки топлива и окислителя к этой поверхности находятся в стехиометрическом соотношении. Диффузионный фронт горения имеет нулевую скорость распространения, поэтому самостоятельно удержаться на текущей вверх струе не может.
Стабилизация пламени на струе происходит в самой нижней части факела, где реализуется другой механизм горения. При истечении газа из отверстия на начальном не горящем участке поверхности струи образуется турбулентный слой смешения газа и окружающего воздуха. В этом слое концентрация газа в радиальном направлении плавно падает, а концентрация окислителя нарастает. В средней части слоя смешения возникает гомогенная смесь топлива и окислителя с составом, близким к стехиометрическому. При воспламенении такой подготовленной к горению смеси фронт пламени может распространяться в слое смешения с конечной скоростью даже навстречу потоку, если скорость горения превышает по величине локальную скорость потока. Но так как по мере приближения к выходному отверстию скорость струи нарастает, то на некоторой высоте скорость струи (uf) становится равной скорости горения ((t), и пламя стабилизируется на поверхности струи на этой высоте. Точно рассчитать скорость турбулентного горения ((t) не представляется возможным. Однако оценки показывают, что значение ((t) приблизительно равно пульсационным скоростям струи, величина которых пропорциональна осевой скорости (um). Из экспериментальных данных следует, что максимальные значения среднеквадратичных пульсаций продольной компоненты скорости составляют 0.2um. Принимая эту величину за скорость турбулентного горения, можно считать, что максимальная скорость распространения пламени навстречу фонтанирующей со скоростью 300-450 м/с струе газа будет порядка 50 м/с.

1.5. Оценка дебита горящих газовых фонтанов

При тушении пожаров мощных газовых фонтанов возникает необходимость в оценке дебита (D) горящего фонтана, так как расход газа является одним из основных параметров, определяющих объемы работ и материально-технических средств, необходимых для ликвидации аварии. Однако непосредственное измерение расхода горящего фонтана в большинстве случаев оказывается невозможным, а эффективных дистанционных способов определения расхода струи не существует. Расход мощных газовых фонтанов может быть достаточно точно определен по высоте факела (Н).
Известно, что высота турбулентного факела, образующегося при горении нормально расширенных газовых струй с дозвуковой скоростью истечения, не зависит от скорости или расхода струи, а определяется лишь диаметром отверстия (d), из которого струя вытекает, теплофизическими свойствами газа и его температурой (Т) на выходе из отверстия.
Известна эмпирическая формула расчёта дебита фонтана по высоте факела при горении природного газа:

D = 0.0025Hф 2, млн. м3/сутки. (4)

На реальных пожарах ламинарный режим горения практически не встречается. Газ, как в пласте газового месторождения, так и в транспортных трубопроводах и в технологических установках, находится под давлением. Поэтому расходы газа при аварийном истечении будут очень большими
· до 100 м3/с на пожарах фонтанирующих газовых скважин (до 10 млн. м3/сутки). Естественно, что в этих условиях режимы истечения, а значит, и режимы горения будут турбулентными.
Для расчета сил и средств на тушение горящих газовых факелов необходимо знать расход газа. Исходные данные для расчета практически всегда отсутствуют, поскольку неизвестны либо давление газа в технологическом оборудовании, либо в пласте месторождения. Поэтому на практике пользуются экспериментальной зависимостью (4) высоты пламени факела от расхода газа, расчётные данные при использовании которой приведены в табл. 2.
Таблица 2.
Зависимость высоты пламени от расхода газа газового фонтана при различных режимах горения
Режим горения
Расход газа, м3/с
Высота пламени, м

турбулентный
5
16


10
22


20
28


30
35

ламинарный
1.8.10
·6
25(10
·2




2. Методы тушения пожаров газовых фонтанов

До настоящего времени тушение пожаров газонефтяных фонтанов осуществляется одним из следующих способов: мощными водяными струями; струями огнетушащих порошков, подаваемых в факел сжатым газом; газоводяными струями, создаваемыми авиационными турбореактивными двигателями; взрывом мощного сосредоточенного заряда взрывчатого вещества, подвешиваемого вблизи основания факела. Эти способы пригодны для тушения пожаров фонтанов с расходом газа до 3
·5 млн. м3 в сутки, однако при тушении более мощных горящих фонтанов становятся малоэффективными. Применение этих методов требует привлечения большого количества людей и специальной техники, проведения сложных и дорогостоящих подготовительных работ, наличия больших запасов воды. Поэтому сроки ликвидации аварии на скважине нередко затягиваются на многие недели и месяцы, что приводит к истощению ресурсов месторождения и к угрозе гибели скважины.
Принципиально новый вихрепорошковый способ тушения пожаров газовых фонтанов практически любой возможной мощности разработан в Институте гидродинамики Сибирского отделения Российской академии наук совместно с работниками пожарной службы. Тушение факела по этому способу осуществляется путем воздействия на факел воздушным вихревым кольцом, заполненным распыленным огнетушащим порошком. Вихревое кольцо образуется при взрыве небольшого кольцевого заряда взрывчатого вещества, обложенного слоем огнетушащего порошка. Этот способ характеризуется высокой эффективностью, незначительным объемом подготовительных работ и малыми расходами огнетушащих материалов. Простота реализации данного способа позволяет осуществить тушение горящего газового фонтана в сжатые сроки при минимальных затратах людских и материальных ресурсов.

3. расчёт расхода воды, требуемого для
прекращения горения газового фонтана

Процесс прекращения горения газовых фонтанов водой включает несколько видов воздействия этого огнетушащего вещества. Главным из них можно считать охлаждение зоны горения. Кроме того, при использовании воды происходит разбавление зоны горения её парами, экранирование газа от факела пламени и механическое воздействие струи воды с целью его отрыва.
Согласно тепловой теории потухания прекращение горения наступает в результате понижения температуры пламени до некоторой критической величины, называемой температурой потухания Тпот. Это достигается путем увеличения интенсивности теплоотвода из зоны горения и (или) уменьшением интенсивности тепловыделения за счет снижения скорости реакции горения.
В результате введения воды в зону горения часть тепла химической реакции начинает затрачиваться на нагрев, испарение воды и нагрев образующегося пара. Учитывая высокие теплоёмкости воды и водяного пара, а также теплоту парообразования, всё это приводит к снижению температуры зоны горения. В то же время появление водяного пара уменьшает концентрацию молекул горючего и окислителя в зоне горения, т.е. приводит к ее разбавлению и снижению скорости реакции горения, а значит и тепловыделения.
В результате снижается нормальная скорость распространения пламени в газовой струе. Это приводит к нарушению устойчивости факела, что в ряде случаев сопровождается срывом пламени.
Теплоотвод от факела пламени горящего фонтана газа в основном происходит за счёт лучистой составляющей. В связи с этим температура пламени определяться из разности интенсивностей выделения тепла в зоне горения qп и его отвода излучением qлуч:
(q = qп + qлуч, (5)
Величину qлуч можно выразить через qп, обозначив её долю в тепловом балансе факела пламени как (луч:
(q = qп – (луч(qп, (6)
или
(q = (1 – (луч)(qп. (7)
Интенсивность теплоотвода из зоны горения, обеспечивающего охлаждение зоны горения до температуры потухания Тпот., также выразим в виде доли от qп, обозначив её (т.
Согласно тепловой теории, адиабатическая температура потухания кинетического пламени может быть легко найдена, если известна адиабатическая температура пламени. Для углеводородных горючих Тпот, как правило, составляет около 1000 оС.
Однако горение реальных газовых фонтанов является диффузионным, т.е. характеристики процесса определяются главным образом скоростью взаимной диффузии горючего и окислителя, а не скоростью химических реакций между ними. Значения энергии активации реакции горения в таких условиях фактически не играют роли. В таком случае за температуру потухания можно принять температуру горения смеси, в которой содержание горючего равно нижнему концентрационному пределу воспламенения 13 EMBED Equation.3 1415.
Допустим, что максимальная температура факела пламени равна температуре горения смеси стехиометрического состава 13 EMBED Equation.3 1415. Тогда количество тепла, которое необходимо отвести от пламени, будет пропорционально разности (Т = 13 EMBED Equation.3 1415– 13 EMBED Equation.3 1415. Отношение (Т/13 EMBED Equation.3 1415 фактически составит величину (т.
Таким образом, требуемая для потухания пламени интенсивность теплоотвода 13 EMBED Equation.3 1415 с учетом выражения (7) будет равна:
13 EMBED Equation.3 1415= (1–(л)((т(qп. (8)
Интенсивность тепловыделения рассчитывается по формуле
qп = Vг(13 EMBED Equation.3 1415((, (9)
где: Vг – секундный расход горючего газа, м3/с;
13 EMBED Equation.3 1415– низшая теплота сгорания газа, кДж/м3;
( – коэффициент полноты сгорания.
Коэффициент (л зависит от состава горючего газа. В общем случае для многокомпонентного газа его значение можно оценить из выражения:
(л = 0,048 13 EMBED Equation.3 1415, (10)
где Mi и (i – молярная масса и объемная доля i-го компонента горючего газа в смеси.
Действительную температуру горения 13 EMBED Equation.3 1415 находят по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415= Т0 + 13 EMBED Equation.3 1415, (11)
где 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415– число молей диоксида углерода, воды и азота, образовавшихся при сгорании исходной смеси в 1 м3;
13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415– удельная изобарная теплоемкость диоксида углерода, водяного пара и азота, Дж/(моль . град).
При концентрации горючего, равной НКПР, температура горения 13 EMBED Equation.3 1415 будет равна:
13 EMBED Equation.3 1415= Т0 + 13 EMBED Equation.3 1415, (12)
где (
·в = 13 EMBED Equation.3 1415(( – 1)/0,02445 – избыток воздуха, моль/м3;
13 EMBED Equation.3 1415 – теоретический объем воздуха, необходимый для обеспечения горения, м3;
( – коэффициент избытка воздуха;
0,02445 – объем, занимаемый 1 моль воздуха при 298 K;
13 EMBED Equation.3 1415 – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(моль . град).
Коэффициент избытка воздуха на нижнем концентрационном пределе воспламенения составит:
( = 13 EMBED Equation.3 1415, (13)
С использованием формул (11-13) находится коэффициент (т как отношение (13 EMBED Equation.3 1415–13 EMBED Equation.3 1415)/13 EMBED Equation.3 1415. Коэффициент полноты сгорания ( для газов можно принять равным 0,9. Низшую теплоту сгорания находят по таблицам или рассчитывают по известным формулам.
Количество тепла, которое способна отнять вода из зоны горения при полном ее испарении и нагреве водяного пара до температуры потухания пламени, рассчитывается по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, (14)
где Qн.в – количество тепла, затрачиваемое на нагрев воды до температуры кипения, кДж;
Qисп – количество тепла, затрачиваемое на испарение воды, кДж;
Qн.п – количество тепла, затрачиваемое на нагрев пара от 100 оС до температуры потухания пламени, кДж.
После подстановки в (14) массы воды и водяного пара (mв, mп) средних удельных теплоёмкостей воды и водяного пара (СРв, СРп), удельной теплоты парообразования воды Lв, получим:
13 EMBED Equation.3 1415, (15)
Если в качестве исходных данных в выражение(15) подставить mв=mп=1 кг, Ткип = 373 K, Т0 = 293 K, Lв = 2256 кДж/кг, 13 EMBED Equation.3 1415=4,18 кДж/(кг град), 13 EMBED Equation.3 1415=2,2 кДж/(кг град) в диапазоне температур 373-1373 K, получим:
Q=4570 кДж/кг.
В зависимости от температуры пламенного горения, удельная величина теплоотъёма может составить от 4400 до 5000 кДж на кг поданной в зону горения воды, при условии её полного испарения и нагрева водяного пара до Тпот.
При расходе воды nв (л/с) интенсивность отвода тепла (в кДж/с) от факела пламени при указанных условиях будет равна:
qотв = 13 EMBED Equation.3 1415(nв. (16)
Согласно тепловой теории, горение прекратиться, если фактическая интенсивность теплоотвода будет больше требуемой для прекращения этого процесса величины:
13 EMBED Equation.3 1415( 13 EMBED Equation.3 1415, (17)
С учётом выражений (8, 9, 16, 17), необходимый для прекращения горения расход воды рассчитывается по формуле:
nв ( 13 EMBED Equation.3 1415. (18)
В действительности расход воды, обеспечивающий тушение газовых факелов, может быть как выше, так и ниже значения nв, найденного таким способом. Это зависит от скорости истечения газовой струи. Чем ниже скорость истечения, тем меньше турбулентность потока газа и, соответственно, меньше степень дробления воды. В результате этого крупные капли выпадают из зоны горения, не все капли успевают испариться и не весь образовавшийся пар успевает нагреться до Тпот, т.е. фактическое значение 13 EMBED Equation.3 1415 будет меньше расчетного. Соответственно фактический расход воды может быть больше расчетного. С увеличением скорости истечения газа степень дробления воды возрастает. Соответственно увеличивается и её полезное использование. Кроме того, с увеличением скорости истечения газа все больше возрастает вклад аэродинамического фактора, способствующего нарушению устойчивости факела. Поэтому при большом дебите газового фонтана фактический расход воды, приводящий к прекращению горения, может быть меньше теоретического.

4. выполНение курсовой работы

4.1. Задание на курсовую работу


Курсант (слушатель), используя характеристики компактного газового фонтана компактного состава (табл. 3), истекающего через устье диаметром 13 EMBED Equation.3 1415 (табл. 4) и имеющего высоту факела пламени 13 EMBED Equation.3 1415ф (табл. 4), химический недожог в зоне горения составляет 13 EMBED Equation.3 1415 (табл. 5), должен рассчитать следующие параметры его горения и тушения:
1. дебит газового фонтана 13 EMBED Equation.3 1415 (млн. м3 /сутки);
2. адиабатическую температуру горения, 13 EMBED Equation.3 1415, K;
3. действительную температуру горения, 13 EMBED Equation.3 1415, K;
4. построить зависимость удельной интенсивности лучистого теплового потока (облучённости) в зависимости от расстояния до устья скважины Е (кВт/м2)=f(L);
5. определить безопасные расстояния от устья скважины, обеспечивающие возможность выполнения боевой работы в зависимости от вида экипировки;
6. рассчитать расход воды, необходимый для тушения горящего фонтана.
4.2. Порядок выбора варианта задания курсовой работы

Номер варианта задания курсовой работы составляется из трёх последних цифр номера удостоверения и последней цифры порядкового номера курсанта, студента или слушателя в журнале учебной группы. Например, три последних цифры номера удостоверения «397», а последняя цифра порядкового номера по журналу группы «2». Тогда номер варианта задания будет 3972. Последняя цифра «2» - определяет вариант состава газового фонтана (табл.3), предпоследняя цифра «7» - диаметр устьевого оборудования (табл. 4), цифра «9» определяет вариант высоты факела пламени (табл. 4) и первая цифра «3» - величину химического недожога.
4.3. Требования к оформлению курсовой работы

Расчетно-пояснительная записка представляется преподавателю на проверку в виде сброшюрованной рукописи. Текст располагается на одной стороне листа формата А4 (297Ч210 мм). Все страницы курсовой работы должны иметь сквозную нумерацию.
Образец титульного листа приведен в приложении. Расчетно-пояснительная записка должна начинаться с оглавления, затем на отдельной странице следует привести задание на курсовую работу с указанием исходных данных, необходимых для расчета. Теоретическая часть должна представлять краткий реферат с изложением основных понятий, используемых в курсовой работе. Каждое уравнение (формула) записывается отдельной строкой и нумеруется, необходимо использовать сквозную нумерацию уравнений и формул.
Рисунок можно оформить, используя компьютерную технику. Подпись рисунка размещается под ним.
В тексте курсовой работы обязательно должны быть ссылки на все использованные литературные источники. Их делают, например, так: “ для расчетов использованы справочные данные из работы [2]”.
В конце курсовой работы формулируются выводы.
Работа завершается списком использованной литературы.







4.4. Исходные данные для расчёта
Таблица 3.
Состав газового фонтана


п/п

Компонент
Содержание компонентов, об. %



Номер варианта



1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

1.
Метан
90
85
70
75
84
85
80
90
70
80

2.
Этан
-
10
20
-
6
-
-
8
-
6

3.
Пропан
-
-
-
10
-
-
15
-
20
-

4.
Сероводород
5
-
-
8
7
-
5
-
4
3

5.
Сероуглерод
-
-
4
-
-
10
-
2
-
-

6.
Азот
3
-
-
-
-
-
-
-
-
-

7.
Диоксид углерода
-
2
2
-
-
5
-
-
6
5

8.
Кислород
2
3
4
7
3
-
-
-
-
6


Таблица 4.
Параметры газового фонтана


вари
анта
Диаметр устьевого оборудования dу,
мм
Высота факела пламени Нф, м



Номер варианта



1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

0
160
14
35
35
28
35
34
27
27
40
28

1
180
49
29
24
35
45
13
44
27
28
35

2
200
35
15
34
20
19
35
34
15
14
20

3
220
20
28
49
13
28
25
14
45
44
13

4
230
34
35
14
48
28
25
28
35
34
48

5
240
14
35
35
28
35
34
27
27
40
28

6
250
20
28
49
13
28
25
14
45
44
13

7
260
19
48
21
24
15
45
44
45
45
24

8
280
34
35
14
48
28
25
28
35
34
48

9
300
49
29
24
35
45
13
44
27
28
35


Таблица 5
Химический недожог (в долях от низшей теплоты сгорания)


Вариант
Химический недожог 13 EMBED Equation.3 1415

1
0.05

2
0.10

3
0.08

4
0.12

5
0.07

6
0.10

7
0.15

8
0.07

9
0.15

0
0.10



Таблица 6
Значения стандартных теплот образования и средних приведенных теплоемкостей (в интервале температур 298
·2000 K) ряда веществ

Вещество
Химическая
формула
Стандартная мольная теплота образования 13 EMBED Equation.3 1415, кДж/моль
Изобарная
теплоемкость, Ср,298, Дж/(моль.K)

Метан
CH4

·74.85

·

Этан
C2H6

·84.67

·

Пропан
C3H8

·103.85

·

Сероводород
H2S

·20.60

·

Сероуглерод
CS2(Г)
115.30

·

Азот
N2
0
32.76

Диоксид
углерода
CO2

·393.51
53.14

Кислород
O2
0
34.73

Вода
H2O(г)

·241.81
42.34

Диоксид серы
SO2

·296.90
52.57


Таблица 7
Значения нижнего концентрационного предела распространения пламени
горючих газов

НКПР, об %
Метан
Этан
Пропан
Сероводород
Сероуглерод


5,3
2,9
2,3
4,3
1,0



5. Пример расчета основных параметров горения и тушения газового фонтана

Пример расчёта приведён для варианта № 3972 при следующих исходных данных: состав газа: СН4 – 85 об. %, С2Н6 – 10 об. %, СО2 – 2 об. %, О2 – 3 об. %, dу = 250 мм, Нф = 45 м, 13 EMBED Equation.3 1415=0,08.
1. Дебит газового фонтана (13 EMBED Equation.3 1415, млн. м3/сутки) может быть рассчитан из высоты факела пламени по формуле (4):
13 EMBED Equation.3 1415= 0.0025Ч 13 EMBED Equation.3 1415= 0.0025Ч 452 =5.0625 млн. м3/сутки (19)
Секундный расход газа составит Vг = 5.0625 / (24(60(60) = 58.6 м3/с.

2. Режим истечения газовой струи может быть определен из сравнения эффективной скорости истечения (Vэ) со скоростью звука (V0):

13 EMBED Equation.3 1415, (20)

где Vг
· секундный расход газа, м3/с,
13 EMBED Equation.3 1415у
· диаметр устья скважины, м.
Скорость звука в метане (V0) составляет 430 м/с. Расcчитанная скорость истечения газовой струи превышает скорость звука.

3. Для расчета адиабатической (Та) и действительной (13 EMBED Equation.3 1415) температуры процесса горения необходимо определить теплоту сгорания, т.е. количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 м3 фонтанирующего газа с учётом его химического состава.
Теоретическая (адиабатическая) температура процесса горения рассчитывается с учётом полного адиабатического сгорания газообразного вещества (теплопотерями в окружающую среду пренебрегают).
Остановимся на методике расчета Та, основываясь на анализе энергетического баланса химической реакции.
Для его упрощения можно воспользоваться значением стандартной энтальпии сгорания при 298.15 K (–13 EMBED Equation.3 1415), а вместо истинных теплоемкостей веществ их средними значениями, взятыми в температурном интервале 289–2000 K.
13 EMBED Equation.3 1415, (21)
где 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415
· теплоемкости исходных веществ и продуктов горения, в том числе свободного кислорода;
13 EMBED Equation.3 1415
· стехиометрические коэффициенты исходных веществ и продуктов горения соответственно;
Та
· адиабатическая температура процесса горения.
Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании одного моля, единицы массы или объёма вещества, называется теплотой сгорания (Qс, 13 EMBED Equation.3 1415сН). Стандартная энтальпия сгорания кислорода, жидкой воды, газообразного диоксида углерода (СО2) и других высших оксидов в стандартных состояниях равна нулю при любой температуре (13 EMBED Equation.3 1415), так они не способны окисляться.
Значения теплот сгорания органических соединений можно найти в справочной литературе или рассчитать, используя первое следствие из закона Гесса, которое гласит: тепловой эффект реакции равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.
Высшей теплотой сгорания Qсв (
·сНв) называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объёма горючего вещества при условии, что вода выделяется в конденсированном состоянии.
Низшей теплотой сгорания Qсн (
·сНн) называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объёма горючего вещества при условии, что вода выделяется в виде пара и происходит испарение влаги, содержащейся в горючем веществе.
В пожарно-технических расчетах обычно используют низшую теплоту сгорания, так как в условиях пожарах вода как продукт реакции находится в парообразном состоянии.
Используя справочную литературу для нахождения теплот (энтальпий) образования веществ и проводя теплотехнические расчеты, необходимо помнить, что тепловой эффект реакции
·rН0т и теплота сгорания Qс. имеют одинаковые численные значения, но разный знак, т.е. Qс =
·13 EMBED Equation.3 1415.
Рассчитаем теплоту сгорания (
·13 EMBED Equation.3 1415 = Qн) метана и этана, опираясь на первое следствие из закона Гесса. Запишем термохимические уравнения реакции их окисления:

СН4(г)+ 2О2 +2Ч3.76N2 = СО2(г) + 2Н2О(г) + 2Ч3.76N2 (22)
13 EMBED Equation.3 1415, кДж/моль
·74.85 0
·393.51
·241.81
Согласно первому следствию из закона Гесса, теплоты сгорания метана будет равна:
Qсн=
·{13 EMBED Equation.3 1415+213 EMBED Equation.3 1415
·13 EMBED Equation.3 1415} =
=
·{(
·393.51)+2(
·241.81)
·(
·74.85)} = 802.29 кДж/моль.
Значение низшей теплоты сгорания 1 м3 метана рассчитаем по формуле:
Qнс, об =
· QнсЧ1000/24,45, (23)
где 24,45 л
· объем одного моля газа при Т = 298 K.
Отсюда низшая теплота сгорания 1 м3 метана будет равна:
Qнс, об(СН4) = 802.29Ч1000 / 24, 45 = 32813.5 кДж/м3.
Запишем термохимическое уравнение реакции горения этана:
С2Н6(г)+3.5О2(г) + 3.5Ч3.76N2 = 2СО2(г) + 3Н2О(г)+3.5Ч3.76N2(24)
13 EMBED Equation.3 1415, кДж/моль
·84.67
·393.51
·241.81
Низшая теплота сгорания 1 моля этана составит: 
Qсн=
·{13 EMBED Equation.3 1415+213 EMBED Equation.3 1415
·13 EMBED Equation.3 1415} =

· {2(
·393.51) + 3(
·241.81)
· (
·84.67)} = 1427.81 кДж/моль.
Рассчитанная по аналогии с метаном теплота сгорания 1 м3 этана будет равна 58397,1 кДж/м3.
Поскольку в 1 м3 исходной газовой смеси содержится 85 об. % (0.85) метана и 10 об. % (0.10) этана, то общая теплота сгорания 1 м3 смеси составит
Qсн, об = 32813,5 Ч 0.85 + 58397,1 Ч 0.10 = 33731,2 кДж/м3.
Определим объем (V) и число молей (
·) продуктов горения, образовавшихся при сгорании исходной смеси, содержащей 85 об. % СН4, 10 об. % С2Н6, используя приведённые выше химические уравнения реакций их горения. Учтём также, что смесь в соответствии с заданием содержит дополнительно 2 об. % СО2, 3 об. % О2:
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415.
Суммарный объем продуктов горения составит:
Vпг = 1,07 + 2,00 + 7,71 + 0,03 = 10,81 м3/м3 или 442.13 моль/м3.

После интегрирования уравнения (21) получим выражение для расчёта адиабатической температуры горения:
13 EMBED Equation.3 1415
(25)
Для расчетов воспользуемся следующими средними значениями теплоемкостей для температурного диапазона 298
·2000 K:
13 EMBED Equation.3 1415=53,14; 13 EMBED Equation.3 1415=42,34; 13 EMBED Equation.3 1415=34,73; 13 EMBED Equation.3 1415=32,76 Дж/моль.K.
Подставив приведенные значения теплоемкостей и числа молей продуктов сгорания в формулу (25), получим:
13 EMBED Equation.3 1415Действительная температура горения всегда ниже адиабатической, так как часть тепла теряется с излучением. При расчете действительной температуры горения учитываются потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного сгорания (СО, С, 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 и др.) и потери тепла за счёт излучения факела пламени.
13 EMBED Equation.3 1415, (26)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - общие теплопотери при горении газового фонтана, представляющие собой долю от низшей теплоты сгорания 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415 - химический недожог (0,08);
13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент теплопотерь излучением.
Коэффициент теплопотерь излучением от пламени газового фонтана может быть определен в соответствии со следующей формулой [1]:
13 EMBED Equation.3 1415. (27)
Молекулярную массу фонтанирующего газа (13 EMBED Equation.3 1415), состоящего из нескольких компонентов, можно определить по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (28)
где 13 EMBED Equation.3 1415
· молекулярная масса i-гo горючего компонента газового фонтана;
13 EMBED Equation.3 1415
· доля i-гo горючего компонента.
Молекулярная масса горючего газа, содержащего метан и этан, будет равна:
13 EMBED Equation.3 1415
Коэффициент теплопотерь за счёт излучения пламени фонтана составит:
13 EMBED Equation.3 1415,
а коэффициент общих теплопотерь будет равен:
13 EMBED Equation.3 1415.
Действительная температура горения газового фонтана будет равна:
13 EMBED Equation.3 1415 (29)
13 EMBED Equation.3 1415.
4. Интенсивность лучистого потока от факела пламени, приходящаяся на единицу площади поверхности окружающих тел, называют плотностью лучистого потока или облучённостью (Е). Её обычно выражают в кВт/м2.
Величина облучённости определяет границы локальных зон теплового воздействия факела пламени, в пределах которого предъявляются определённые требования к экипировке личного состава, выполняющего боевые действия по тушению пожара, и времени пребывания в данных зонах.
Расстояние от устья скважины, в пределах которого облучённость не превышает 1,6 кВт/м2, является безопасным для нахождения в течении неопределённо долгого времени.
При граничном уровне облучённости 4,2 кВт/м2 допустимо нахождение не более 15 минут бойцов без специального теплозащитного снаряжения при условии защиты открытых кожных покровов (перчатки, защитные щитки). Специальное теплозащитное снаряжение и защита с использованием распылённых водяных струй позволяют вести работу в течение 5 минут при облучённости 14 кВт/м2.
Величину облучённости от факела пламени горящего фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины можно рассчитать по формулам, приведенным в [1] (п. 5.2, стр. 58-59):
13 EMBED Equation.3 1415, (30)
где 13 EMBED Equation.3 1415
· низшая теплота сгорания фонтанирующего газа, кДж/м3;

· секундный расход газа, м3/с;
R
· длина гипотенузы в треугольнике, катетами которого являются половина высоты факела фонтана и расстояние от устья скважины до места облучения (L), м.
Очевидно, что 13 EMBED Equation.3 1415, (31)
Тогда из (30) следует, что
13 EMBED Equation.3 1415 (32)
Для установления величины облучённости окружающего пространства факелом пламени в зависимости от расстояния до скважины в формуле (31) необходимо задаваться значениями L, принимая их равными 20, 40, 60, 80, 100, 120, 150 и 200 м. В формулу (31) подставляются также высота факела пламени Нф= 45 м, секундный расход газа VГ = 58,6 м3/с и коэффициент теплопотерь излучением (л = 0,19.
В качестве примера проведем расчёт облучённости (Е) на расстоянии L = 20 м:
13 EMBED Equation.3 1415 кВт/м2.
Рассчитанные значения облучённости сведём в табл. 8.
Таблица 8.
Величина облучённости от факела газового фонтана в зависимости
от расстояния до устья скважины

L, м
20
40
60
80
100
120
150

qл, кВт/м2
33,00
14,2
7,3
4,3
2,8
2,0
1,3


Зависимость Е = f(L) в графической форме представлена на рис. 7.

Рисунок 7. Зависимость изменения облучённости, создаваемой факелом
пламени газового фонтана, от расстояния до устья скважины

Построенный график можно использовать для определения границ локальных зон теплового воздействия факела горящего фонтана, на которых уровень облучённости составляет 1,6; 4,2 и 14 кВт/м2, путём нахождения расстояния от точки, имеющей соответствующую облучённость, до устья скважины. Также границы зон можно определить из формулы (32), подставив в неё известные значения Е, считая неизвестной величиной расстояние L.
Таким образом, расстояние до соответствующих локальных зон теплового воздействия составляют соответственно 136,6; 84,2 и 46 м от устья скважины.
5. Определение теоретического расхода воды на тушение газового фонтана производится по формуле (18):
nв = 13 EMBED Equation.3 1415
Коэффициент излучения (л был рассчитан ранее по формуле (27).
Коэффициент (т в свою очередь рассчитывается из соотношения:
13 EMBED Equation.3 1415 (33)
Для определения этого коэффициента необходимо рассчитать действительную температуру горения стехиометрической смеси горючих газов с воздухом (при (=1) 13 EMBED Equation.3 1415 и температуру горения при концентрации горючей смеси, равной нижнему концентрационному пределу 13 EMBED Equation.3 1415.
Согласно формуле (11):
13 EMBED Equation.3 1415,
По формуле (12) находим Тгн:
13 EMBED Equation.3 1415
Предварительно находим избыточный объём воздуха: (
·в = 13 EMBED Equation.3 1415(( – 1)/0,02445
Для этого рассчитываем теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания газовоздушной смеси заданного состава:
13 EMBED Equation.3 1415, (34)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - сумма произведений стехиометрических коэффициентов реакций горения каждого компонента горючей смеси (13 EMBED Equation.3 1415) на процентное содержание этого компонента ((i) в смеси;
13 EMBED Equation.3 1415 – процентное содержание кислорода в газовой смеси.
Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания газовоздушной смеси составляет:
13 EMBED Equation.3 1415
Коэффициент избытка воздуха ( определяют из соотношения (13).
Нижний концентрационный предел для многокомпонентной газовой смеси рассчитывается по формуле Ле-Шателье:
13 EMBED Equation.3 1415, (35)
где (i – концентрация i – го горючего газа в смеси;
(iн – значение НКПР i – го компонента (табл. 7).
13 EMBED Equation.3 1415
Отсюда 13 EMBED Equation.3 1415
Тогда (Vв = 9,6 (1,94
· 1) = 9,0 м3/м3
или 13 EMBED Equation.3 1415
Среднее значение теплоёмкости воздуха в интервале температур 298
·2000 K составляет 32,3 Дж/ (моль K). Отсюда:
13 EMBED Equation.3 1415
Определим коэффициент (т:
13 EMBED Equation.3 1415
Расход воды, требуемый для прекращения горения газового фонтана, рассчитываем согласно формуле (15): 13 EMBED Equation.3 14154570 кДж/кг.
Низшая теплота сгорания газовой смеси выражена в кДж/м3, поэтому количество тепла, которое вода отнимает из зоны горения, также выразим в кДж/м3.
При 298 K один килограмм воды занимает объём, приблизительно равный 1 л или 10
·3 м3.
Тогда 13 EMBED Equation.3 14154570 кДж/л или 4570000 кДж/м3
Подставив все известные значения в формулу (19), получим:
13 EMBED Equation.3 1415
С учетом коэффициента использования воды, равного 0,1, ее расход составит: 13 EMBED Equation.3 1415
ВЫВОДЫ:
Граница локальной зоны теплового воздействия факела пламени газового фонтана, за пределами которой личный состав при выполнении боевых действий может находиться неопределённо долгое время (Е = 1,6 кВт/м2), расположена на расстоянии 137 м от устья скважины.
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 84 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 распылённых водяных струй не более 5 минут (Е = 14 кВт/м2) находится на расстоянии 46 м от устья скважины.
Требуемый секундный расход воды с учетом коэффициента ее использования, обеспечивающий прекращение горения газового фонтана с дебитом 5,06 млн. м3 /сут, составляет 2280 л/с.

Библиографический список

1. Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Миронов М.П., Пазникова С.Н. Физико-химические основы развития и тушения пожаров Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 274 с.
2. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров М.: Стройиздат, 1990. 424 с.
3. Абдурагимов И.М., Андросов А.С., Исаева Л.К., Крылов Е.В. Процессы горения М.: РИО ВИПТШ МВД СССР, 1976. 113с.
4. Рекомендации по тушению пожаров газовых и нефтяных фонтанов- М.: РИО ВИПТШ МВД СССР, 1976. 83с.
5. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой Л.: Химия, 1983. 332 с.
6. Ахметов Д.Г., Луговцов Б.А. Вихрепорошковый способ тушения пожаров на фонтанирующих газонефтяных скважинах / Тр. школы семинара “Физика нефтяного пласта” 2002. С. 7-14.
Приложение

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ
ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
“УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ”


Кафедра химии и процессов горения





Курсовая работа по дисциплине
«Физико-химические основы развития и тушения пожаров»

Тема: “ Теоретический расчет основных параметров
горения и тушения газового фонтана”




Выполнил ______________________
_______________________________
(звание, ФИО)
Зачетная книжка № ______________
Домашний адрес (для слушателей ФЗО)
________________________________
________________________________
Руководитель ___________________
________________________________
(должность, звание, ФИО)
Курсовая работа защищена
“____” ____________________200_ г.
с оценкой _______________________




Екатеринбург
2009



Корректура


Подписано в печать « » 200 г. Формат 30(42 1/8.
Тираж 300 экз.
Объем 1,6 уч. изд. л. Печать термография. Бумага писчая.



Отпечатано в копировально-множительном бюро
Уральского института ГПС МЧС России

Екатеринбург, ул. Мира, 22










13PAGE 15


13PAGE 142715







Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 4104298
    Размер файла: 634 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий