Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Дебит — фонтан
Дебит фонтана указан для тушения одним пожарный автомобилем газоводжгого тушения. [1]
Дебит фонтана и давление на забое перед закачкой составляют 1 93 м3 / с и 11 1 МПа. [3]
Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно можно определить по следующим признакам. [4]
Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно можно определить по следующим признакам. Газонефтяной фонтан горит оранжевым пламенем, временами появляется черный дым; высота пламени несколько больше, чем у газовых фонтанов. Нефтяной фонтан горит оранжевым пламенем с выделением большого количества черного дыма. [5]
Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно можно определить по следующим признакам. Газонефтяной фонтан горит оранжевым пламенем, временами появляется черный дым. [6]
Существенного уменьшения дебита фонтана удается добиться при значительном числе разгрузочных скважин. Причем, указанные четыре скважины должны иметь с аварийной практически одинаковый забой. [7]
Если известна оценка дебита фонтана , то по этой формуле можно подобрать размеры отводов так, чтобы давление на головке не превышало заданной величины. [8]
Приведенным выше характеристикам соответствует дебит фонтана 140 м / с. Пусть для проведения устьевых работ, например для установки запорной арматуры, желательно уменьшить дебит фонтана вдвое. Положим QHa 70 м3 / с и выполним расчеты по приведенным выше формулам для различных глубин соединения. Результаты расчетов для двух значений давления на устье разгрузочных скважин приведены на рис. 5.7, а. Оно составляет 0 9 м / с и если для разгрузки используют колонны с проходным диаметром 0 2 м ( Q, 0 5 м / с), то таких скважин потребуется две. При увеличении глубины соединения требования к пропускной способности согласно рисунку ужесточаются. Интересно в связи с этим отметить, что при глушении закачкой жидкости в аварийный ствол ( см. гл. [9]
Нефть, накапливающуюся внутри обвалования, отводят в амбары ( вместимостью 10-суточного дебита фонтана ), сооружаемые в 150 — 200 м от устья скважины. Отводят нефть при помощи труб ( иглофильтров), которые пропускают в основание обвалований. Далее-обвалованную площадь постепено уменьшают, передвигая валы ближе к устью скважины, и при минимальной площади поверхности нефти ( десятки квадратных метров) ее начинают забрасывать крупными камнями, кусками металла, мешками с песком. Большая часть нефти отводится по иглофильтрам, меньшая часть и газ продолжают гореть на поверхности песка и металла, накаляя их. Применявшиеся до последнего времен методы тушения заключались в подаче 8 — 10 струй воды на раскаленные песок и металл; в результате бурного парообразования и обволакивания паром фонтана горение нефти часто удавалось прекратить после 1 — 2 атак. [10]
В том случае, когда конструкция разгрузочных скважин известна и требуется определить снижение дебита фонтана при их подключении, число неизвестных в системе оказывается равным числу уравнений. [11]
Указанные данные оператор вводит в ЭВМ и в результате расчета на печать будут выданы: дебит фонтана 173 м / с, забойное давление при фонтанировании — 15 9 МПа, а также зависимость необходимого для глушения объема задавочной жидкости от расхода закачки. [13]
В данном случае можно просто определить количество и размеры разгрузочных скважин, необходимых для снижения дебита фонтана до заданной величины. Действительно, пусть Ga задано, тогда из первого уравнения определяем Gp, а из второго находим давление на забое разгрузочной скважины. Далее, если выполнено условие (5.70), то снижение дебита до заданной величины теоретически возможно за счет выбора достаточно большой величины Qnp. Если же неравенство (5.70) не выполняется, то при данном числе разгрузочных скважин снижение дебита до заданной величины в принципе невозможно. В этом случае необходимо увеличить Np или снизить давление на устье разгрузочных скважин. [14]
В результате подключения разгрузочных скважин система сравнительно быстро выйдет на новый квазистационарный режим, характеризуемый уменьшенным дебитом фонтана . Определим этот дебит, а также рассмотрим задачу о возможности снижения его величины до желаемого предела за счет выбора пропускной способности разгрузочных скважин. [15]
Источник
Расчёт параметров газового фонтана
Введение
Адиабатический пожар газовый фонтан
Увеличивающаяся с каждым годом добыча нефти и газа, ежегодный объем которой в настоящее время в стране составляет сотни млрд. м 3 , 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.
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 расчёт 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 расчётов параметров пожаров и расхода огнетушащих веществ.
В результате выполнения курсовой работы студент должен знать и уметь оценивать расчётными 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;
Расчётная часть
Исходные данные
Адиабатический пожар газовый фонтан
Компактный газовый фонтан состава (см. ниже), истекающий через устье диаметром dy, имеет высоту факела пламени Hф. Химический недожог ηх в зоне горения составляет от низшей теплоты сгорания.
Содержание компонентов, % (об):
Параметры газового фонтана:
Диаметр устьевого оборудования (dy) — 250 мм
Высота факела пламени — 45 м
Химический недожог (в долях от низшей теплоты сгорания) — 0,15
Дебит газового фонтана;
Адиабатическую температуру горения Ta, ºС;
Действительную температуру горения Тг, ºС;
Изменение интенсивности лучистого теплового потока в зависимости от расстояния до устья скважины qл. Определить безопасное расстояние Lб;
Адиабатическую температуру потухания Тпот, ºС;
Минимальный секундный расход воды Vmin, л/с;
Удельный расход воды на тушение фонтана Vуд, л/м 3 ;
Коэффициент использования воды kв.
Расчёт параметров газового фонтана
1. Дебит газового фонтана ( 
, млн. м 3 /сутки) может быть рассчитан из высоты факела пламени по формуле (4):
= 0,0025× 
=0,0025×45 2 = 5,06 млн. м 3 /сутки
Секундный расход газа составит Vг = 5,06∙10 6 / (24×60×60) = 58,59 м 3 /с.
Режим истечения газовой струи может быть определён сравнением эффективной скорости истечения (Vэ) со скоростью звука (Vо)
Эффективная скорость истечения (Vэ) газовой струи может быть определена по уравнению:
— секундный расход газа, м 3 /с;- диаметр устья скважины, м.
Скорость звука в метане (V0) составляет 430 м/с
. Теплота пожара рассчитывается по формуле:
низшая теплота горения газовой смеси:
где Qнi — низшая теплота сгорания i-го горючего компонента, кДж/м 3 ;
φгi — содержание i-го горючего компонента в смеси, % об.
Низшая теплота сгорания отдельныхкомпонентов рассчитывается, выбирается в таблице 2 приложения.
Теплота пожара — тепловыделение в зоне горения в единицу времени (кВт)
q = Qн (1-ηх) ∙ V= 38263,2(1-0,15)∙58,59 = 1905688,7 кВт
. Мощность теплового излучения факела пламени
Для определения теплоотдачи излучением пламени (ηл) определим среднюю молекулярную массу фонтанирующей газовой смеси
Молекулярную массуфонтанирующего газа ( 
), состоящего из нескольких компонентов, можно определить по формуле:
,
где 
−молекулярная масса i-гoгорючего компонента газового фонтана;
− доля i-гo горючего компонента.
Молекулярная масса горючего газа, содержащего метан и сероуглерод, будет равна:
Коэффициент теплопотерь излучением от пламени газового фонтана может бытьопределён в соответствии со следующей формулой [1]:
.
,
Коэффициент общих теплопотерь будет равен:
,
где 
— общие теплопотери при горении газового фонтана, представляющие собой долюот низшей теплоты сгорания 
;
— химический недожог (0,15);
Мощность излучения от расстояния до устья скважины (L):
Для установления величины облучённости окружающего пространства факелом пламени в зависимости от расстояния до скважины в формуле (31) необходимо задаваться значениями L, принимая их равными 5, 10,20, 40, 60, 80, 100, 120, 150 и 200 м. В формулу (31) подставляются также высота факела пламени Нф= 45 м, секундный расход газа VГ = 58,59 м 3 /с и коэффициент теплопотерь излучением hл = 0,364.
В качестве примера проведём расчёт облучённости (qл) на расстоянии L, м:
кВт/м 2
Рассчитанные значения облучённости сведём в таблице 3.
Таблица 1 — Величина облучённости от факела газового фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины
| L,м | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 |
| qл, кВт/м 2 | 61,12 | 53,56 | 35,83 | 15,42 | 7,91 | 4,70 | 3,09 | 2,18 | 1,61 | 1,24 |
По результатам расчёта, представленным в таблице3, строится график зависимости мощности излучения от расстояния до устья скважины, по которому определяются границы зон I — IV.
ЗависимостьЕ = f(L) в графической форме представлена на рис. 1.
Рисунок 1 — Зависимость мощности теплового потока от расстояния до устья скважины
При расчёте расстояния L принимается, что источником излучения пламени фонтана является точка, расположенная в его геометрическом центре, — т.е. на высоте Нф/2 от устья скважины
Рисунок 2 — Схема для расчёта плотности теплового потокаТогда плотность потока излучения Eчерез сферу радиусом R равна
откуда расстояние R, на котором плотность лучистого теплового потока равна заданному значению qзад, определяется выражением
Очевидно, что соответствующее расстояние от скважины на уровне земли L равно:
Дляqзад = 4,2 кВт/м 2 :
Для qзад = 14 кВт/м 2 :
| Мощность теплового потока, кВт/м 2 | Граница зоны до устья скважины, м |
| 4,2 | 85,00 |
| 14,0 | 42,58 |
За адиабатическую температуру потухания как предельный параметр процесса горения может быть принята адиабатическая температура горения на нижнем концентрационном пределе распространения пламени (НКПР).
Определяется НКПР для индивидуальных компонентов смеси (СН4 и CS2) по аппроксимационной формуле или выбирается из таблицы приложения:
для метана φн = 5,28 %,
для сероуглерода φн = 1,0 %.
,
где ji — концентрация i-го горючего газа в смеси;
jiн — значение НКПР i-го компонента.
Для нахождения коэффициента избытка воздуха на НКПР для данной смеси газов рассчитаем теоретический объём воздуха:
,
где 
— сумма произведений стехиометрических коэффициентов реакций горения каждого компонента горючей смеси ( 
) на процентное содержание этого компонента (ji) в смеси;
— процентное содержание кислорода в газовой смеси.
Отсюда 
Тогда DVв =V теор в(α-1) = 10,19 (2,04 − 1) = 10,6м 3 /м 3
или 
Для расчёта адиабатической температуры потухания методом последовательных приближений — из уравнения химической реакции горения определяется объём и состав продуктов горения.
Определим объём (V) и число молей (ν) продуктов горения, образовавшихся при сгорании исходной смеси, содержащей 90об. % СН4, 8 об. % С2Н6, 2 об. %СS2, используя приведённые выше химические уравнения реакций их горения.
Суммарный объём продуктов горения с учётом избытка воздуха составит:
V*пг = Vпг+DVв=(1,08+ 2,04 + 0,04 + 8,05)+ 10,61= 10,79+10,61= 21,4 м 3 /м 3
Рассчитывается среднее теплосодержание продуктов горения
по таблице приложения определяется первая приближённая температура, ориентируясь на азот, количество которого в продуктах горения наибольшее
Рассчитывается теплосодержание притемпературеT1 = 1200 ºC
1 = 2718,5·1,08 + 2133,9·2,04 + 2735,2·0,04 + 1705,3·8,05 + 1720,4·10,6 = 39379,7 кДж/м 3 ;
Рассчитывается теплосодержание при температуре T2 = 1100 ºC
2 = 2460,4·1,08 + 1926,5·2,04 + 2488,8·0,04 + 1551,1·8,05 + 1554,9·10,6 = 35670,7 кДж/м 3
Методом линейной интерполяции определяем адиабатическую температуру потухания:
Расчёт теплосодержания теоретического объёма продуктов горения при температуре потухания проводится методом последовательных приближений с линейной интерполяцией, для чего используются данные табл. 2 приложения
Результаты сводятся таблицу 3.
Таблица 3 — Теплосодержание продуктов горения при температуре потухания
| № п/п | Продукт горения (теоретический) | Теплосодержание, кДж/м 3 |
| 1 | Диоксид углерода | 2640,8 |
| 2 | Пары воды | 2071,5 |
| 3 | Диоксид серы | 2661,0 |
| 4 | Азот | 1658,9 |
После интегрирования уравнения получим выражение для расчёта адиабатической температуры горения:
Для расчётов воспользуемся следующими средними значениями теплоёмкостей для температурного диапазона 298−2000 K:
=53,14; 
=42,34; 
=32,76; 
= 52,57 Дж/моль . K
Подставив приведённые значения теплоёмкостей и числа молей продуктов сгорания в формулу (25), получим:
Действительная температура горения всегда ниже адиабатической, так как часть тепла теряется с излучением. При расчёте действительной температуры горения учитываются потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного сгорания (СО, С, 
и др.) и потери тепла за счёт излучения факела пламени.
Действительная температура горения газового фонтана будет равна:
.
Теплосодержание продуктов горения при температуре потухания
пг = 2640,8∙1,08+2071,5∙2,04+2661,0∙0,04+1658,9∙8,05 = 20532,4 кДж/м 3
Количество тепла, которое должно быть отведено от зоны горения огнетушащим средством
Отвод тепла от зоны пламени происходит в результате нагрева воды от начальной температуры до температуры потухания. Охлаждающий эффект воды определяется
Источник