Компактный газовый фонтан состава

Теоретический расчёт основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов

Оценка адиабатической и действительной температур пламени. Знакомство с особенностями проведения теоретического расчета основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов. Характеристика компактного газового фонтана, основное предназначение.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	22.04.2014
Размер файла	267,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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;

адиабатический пожар газовый фонтан

Компактный газовый фонтан состава (см. ниже), истекающий через устье диаметром d_y, имеет высоту факела пламени H_ф. Химический недожог з_х в зоне горения составляет от низшей теплоты сгорания.

Содержание компонентов, % (об):

Параметры газового фонтана:

Диаметр устьевого оборудования (d_y) — 250 мм

Высота факела пламени — 45 м

Химический недожог (в долях от низшей теплоты сгорания) — 0,15

Дебит газового фонтана;

Адиабатическую температуру горения T_a, ?С;

Действительную температуру горения Т_г, ?С;

Изменение интенсивности лучистого теплового потока в зависимости от расстояния до устья скважины q_л. Определить безопасное расстояние L_б;

Адиабатическую температуру потухания Т_пот, ?С;

Минимальный секундный расход воды V_min, л/с;

Удельный расход воды на тушение фонтана V_уд, л/м 3 ;

Коэффициент использования воды k_в.

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 V_г = 5,06•10 6 / (246060) = 58,59 м 3 /с.

Режим истечения газовой струи может быть определён сравнением эффективной скорости истечения (V_э) со скоростью звука (V_о)

Эффективная скорость истечения (V_э) газовой струи может быть определена по уравнению:

V — секундный расход газа, м 3 /с;

d — диаметр устья скважины, м.

Скорость звука в метане (V₀) составляет 430 м/с

2. Теплота пожара рассчитывается по формуле:

низшая теплота горения газовой смеси:

где Q_нi — низшая теплота сгорания i-го горючего компонента, кДж/м 3 ;

ц_гi — 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 = Q_н (1-з_х) • V= 38263,2(1-0,15)•58,59 = 1905688,7 кВт

3. Мощность теплового излучения факела пламени

Для определения теплоотдачи излучением пламени (з_л) 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 Н_ф= 45 м, секундный расход газа V_Г = 58,59 м 3 /с и коэффициент теплопотерь излучением _л = 0,364.

В качестве примера проведём расчёт облучённости (q_л) на расстоянии L, м:

Рассчитанные значения облучённости сведём в таблице 3.

Таблица 1 — Величина облучённости от факела газового фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины

Источник

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров»

1 МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ БОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХБЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы А.С. Андросов КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» «Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана» Москва 003

2 МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ БОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХБЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы А.С. Андросов КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» «Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана» (задание и методические рекомендации по выполнению) Одобрено редакционно-издательским советом Академии ГПС МЧС России Москва 003

3 Андросов А.С. Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана: Курсовая работа по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров». М.: Академия ГПС МЧС России, с. Р е ц е н з е н т ы: начальник кафедры пожарной тактики и службы А.В. Подгрушный, начальник кафедры химии, к.т.н., доцент С.С. Воевода В методических указаниях рассмотрен расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов различного состава и дебита. Проводится сравнение результатов расчета с нормативными параметрами тушения компактного фонтана закачкой воды в скважину и водяными струями. Определяется коэффициент использования огнетушащего средства. Издано в авторской редакции. Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 003 3

4 Целью курсовой работы является привитие навыков использования теоретических знаний, полученных при изучении дисциплин «Теория горения и взрыва» и «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» при проведении расчетов параметров развития и тушения пожаров. В результате выполнения курсовой работы слушатель должен: знать и уметь оценивать расчетными методами — параметры пожара газового фонтана; адиабатическую и действительную температуры горения, интенсивность лучистого теплового потока в зависимости от расстояния до устья скважины, режим истечения и др.; — параметры тушения газового фонтана: температуру потухания, теоретические значения секундного и удельного расходов воды для прекращения горения фонтана, коэффициент использования огнетушащего средства при тушении пожара фонтана различными способами; — провести анализ на соответствие полученных расчетных результатов нормативным требованиям и сделать выводы. Задание: компактный газовый фонтан состава (см. табл. 1), истекающий через устье диаметром d у (табл. ), имеет высоту факела пламени Н (табл. ). Химический недожог в зоне горения составляет η х от низшей теплоты сгорания (табл. 3). Тушение пожара осуществляется одним из двух способов (табл. 4). Рассчитать: 1. Дебит газового фонтана D (млн. м 3 /сутки).. Адиабатическую температуру горения, Т о г, о С. 3. Действительную температуру горения, Т г, о С. 4. Изменение интенсивности лучистого теплового потока в зависимости от расстояния до устья скважины q л, квт/м. Определение безопасного расстояния, h б, м. 5. Адиабатическую температуру потухания, Т о п, о С. 6. Минимальный секундный расход воды, V, л/c. 7. Удельный расход воды на тушение фонтана, V уд, л/м Коэффициент использования воды, К и. 4

5 Исходные данные для расчета Состав газового фонтана Таблица 1 Содержание компонентов, % об. п/п Компонент Номер варианта Метан Этан Пропан Сероводород Сероуглерод Азот Диоксид углерода Кислород Таблица Параметры газового фонтана Диаметр устьевого Высота факела пламени, м вари- оборудования, Номер варианта анта мм Таблица 3 Химический недожог, (η х ), (в долях от низшей теплоты сгорания) Вариант Химический недожог 1 0,05 0,10 3 0,08 4 0,1 5 0,07 6 0,10 7 0,15 8 0,07 9 0, ,10 Способ тушения газового фонтана Вариант * Способ тушения 1 Закачка воды в скважину Водяные струи из лафетных стволов Таблица 4 * Для преподавателя! Для исходных данных, обозначенных в табл. черточкой снизу (14), задавать только вариант (табл. 4), а черточкой сверху (45) вариант 1. 5

6 Методические рекомендации по выполнению курсовой работы Для успешного выполнения курсовой работы необходимо пользоваться материалами лекций и практических занятий по дисциплинам «Физикохимические основы развития и тушения пожаров», «Теория горения и взрыва», а также следующей учебной, учебно-методической и нормативной литературой: 1. Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. «Физикохимические основы развития и тушения пожаров». РИО ВИПТШ МВД СССР, М., Драйздейл Д. «Введение в динамику пожаров». Стройиздат, М., Абдурагимов И.М., Андросов А.С., Исаева Л.К., Крылов Е.В. «Процессы горения». РИО ВИПТШ МВД СССР, М., Андросов А.С. Методические указания к решению задач по курсу «Процессы горения». РИО ВИПТШ МВД СССР, М., Рекомендации по тушению пожаров газовых и нефтяных фонтанов. ГУПО МВД СССР, М., Рекомендуемый порядок выполнения курсовой работы По выданному преподавателем варианту задания с помощью таблиц (1 4) выбираем условие задания к курсовой работе. Например, вариант По табл. 1 состав газового фонтана вариант; по табл. диаметр устьевого оборудования 5 вариант и высота факела пламени 9 вариант; по табл. 3 величина химического недожога 3 вариант: по табл. 4 способ тушения 1 вариант. 1. Дебит газового фонтана (V, млн. м 3 /сутки) может быть рассчитан по высоте факела пламени (Н ф, м) [1] (п. 5., стр. 55).. Режим истечения газовой струи может быть определен сравнением эффективной скорости истечения (V э ) со скоростью звука (V о ) 4V = (1) π d V э V секундный расход газа, м 3 /с; d диаметр устья скважины, м. Скорость звука в метане (V o ) составляет 430 м/с. 3. Расчет адиабатической ( Т ) о и действительной (Т г г) температур горения рассчитывается методом последовательных приближений по [4] (п. стр ) с учетом состава газового фонтана. 6

7 При расчете действительной температуры горения учитываются потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного горения (СО, С, С n, H m и др.) и потерь тепла излучением факела пламени η о = η х + η л () где η о — общие теплопотери при горении факела пламени (доли от низшей теплоты сгорания — Q н ); η х химический недожог (табл. 3); η л теплопотери излучением пламени. Теплопотери излучением пламени газового фонтана могут быть определены в соответствии с [1] (п. 5., стр. 59) (обозначается индексом f). Определение молекулярной массы (М) фонтанирующего газа, состоящего из нескольких компонентов, можно провести по соотношению: M n = M i i=1 ϕ i (3) М i молекулярная масса i-го составляющего компонента газового фонтана; ϕ i доля i-го компонента (табл. 1). 4. Изменение мощности (интенсивности) излучения факела пламени фонтана (q л, квт/м ) в зависимости от расстояния до устья скважины можно рассчитать по соотношениям, приведенным в [1] (п. 5., стр ): q л η Q V л п = (4) 4πR где Q п низшая теплота сгорания фонтанирующего газа, кдж/м 3 ; V секундный расход газа, м 3 /с; R расстояние от половины высоты факела пламени газового фонтана до поверхности земли, м. Очевидно, что R Тогда из (4) следует, что H = + L (5) q л η Q V л н = H 4π + По уравнению (6) строится график зависимости q л =f(l), по которому определяются: L (6) 7

8 — зона, в которой личный состав может работать длительное время в боевой одежде и в касках с защитными щитками без специального теплозащитного снаряжения [5]. Граница этой зоны определяется по мощности теплового потока 4, квт/м [6 кал/(см мин)]; — зона, в которой личный состав может вести боевую работу в течение не более 5 мин в специальном теплозащитном снаряжении под защитой распыленных водяных струй. Граница зона определяется мощностью теплового потока в 14 квт/м. 5. За адиабатическую температуру потухания можно принять минимально возможную адиабатическую температуру горения газового фонтана. Удобнее всего при расчетах эту температуру считать температурой горения на нижнем концентрационном пределе распространения пламени (НКПР). (ϕ н ) — определяется ϕ н для индивидуальных горючих компонентов газовой смеси, например, по аппроксимационной формуле [4] (гл. 3, стр ); — по уравнению Ле-Шателье определяется нижний предел для газовой смеси, ϕ см [4] (гл. 3, стр. 45). н При этом следует иметь в виду, что мольная (объемная) доля в уравнении принимается только для горючих компонентов газовой смеси, т.е. µ гi ϕ гi = ϕ Например, для варианта (3) (см. табл. 1) µ CH 4 гi 70 = = 0, µ = = 0,1 C H µ CS 4 = = 0, то есть сумма долей горючих компонентов смеси µ гi = 1. Поϕ см определяется коэффициент избытка воздуха на НКПР [3] (п. стр. 34). н ϕ см (7) н α = 100 (8) см ϕ V о н в 8

9 V о в — теоретический объем воздуха для газовой смеси, м3 /м 3. Теоретический объем воздуха рассчитывается по [4] (п. 1.1, стр. 4). Затем рассчитывается избыток воздуха V, [4] (п. 1.1, стр. 5) o V = V ( α 1) (9) в в и Т г рассчитывается аналогично пункта Для расчета удельного расхода воды необходимо оценить, какое количество тепла требуется отвести от зоны горения (Q отв, кдж/м 3 ), чтобы снизить температуру горения до температуры потухания Q отв = Q н — Q пг (10) где Q н низшая теплота сгорания газовой смеси, кдж/м 3 ; Q пг теплосодержание продуктов горения при температуре потухания, кдж/м 3. о Удельный расход воды ( V уд, л/м 3 ) на тушение определяется соотношением: о Qот V = уд Q (11) ох где Q ох охлаждающий эффект воды при ее нагревании от Т о до температуры потухания Q ох = C(Т кип -Т о ) + Q исп + С р (Т пот -Т кип ) (1) где Т кип, Т о соответственно температура кипения (100 о С) и начальная температура (0 о С) воды, о С; С теплоемкость воды (4, кдж/кг град); кдж С р теплоемкость водяного пара (,5 ); кг град Q исп скрытая теплота парообразования воды ( 60 кдж/кг). 7. Минимальный секундный расход воды (V min, л/с) составит o V = V V (13) min уд где V секундный расход газа, м 3 /с. Полученное по (13) расчетное значение секундного расхода воды сравнить с фактическим, приведенным в [5] (см. табл. 1 и приложения). 8. По данным табл. 1 или приложения рассчитать фактический удельный расход воды ( ) V Ф уд, л/м3 : ф V ф V = уд V (14) где V ф фактический секундный расход воды на тушение газового фонтана, л/с; V фактический секундный расход газа, м 3 /с. 9

10 9. Определить коэффициент использования огнетушащего средства при тушении пожаров газового фонтана сутки 10. Заполнить итоговую таблицу о V K = уд (15) u ф V уд Параметры фонтана Параметры пожара Параметры тушения Дебит, Режим Температура горения, о С Расстояние, м, при секун- удель- коэффимлн. м 3 истечения адиабатическательная квт/м квт/м действи- 4, 14 газа дный расход воды, л/с ный расход воды, л/м циент использования воды 10

11 П Р И Л О Ж Е Н И Е Требуемые расходы воды при тушении закачкой ее в скважину (фонтан компактный) Таблица 1 Диаметр устья, мм Требуемый расход воды, л/с, при дебите фонтана, млн. м 3 /сут. газа или тыс. м 3 /сут. нефти 1,0,0 3,0 4,0 5,0 6, Требуемые расходы воды при тушении водяными струями (фонтан компактный) Таблица Диаметр устья, Требуемый расход воды, л/с, при дебите фонтана, млн. м 3 /сут. газа или тыс. м 3 /сут. нефти скважины, мм 0,5 1,0 1,5,0 3,

12 Андросов Александр Сергеевич КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» «Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана» Подписано в печать Формат 60х90 1 /16. Бумага офсетная. Печ. л. 0,6. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 500 экз. Заказ 401 Академия ГПС МЧС России 19366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4 1

Источник