Физико-химические основы развития и тушения пожара

Задание

Компактный газовый состав (метан (СН4) — 84%, пропан (С3Н8) — 6%, сероводород (Н2S) — 10%), истекающий через устье скважины диаметром 200 мм, имеет высоту факела пламени Нф = 31 м. Химический недожог составляет 15% от низшей теплоты сгорания. Тушение пожара осуществляется водяными струями из лафетных стволов.

Рассчитать:

Дебит газового фонтана и эффективную скорость истечения газа из устья скважины.

Теплоту пожара.

Мощность (интенсивность) излучения на различных расстояниях от устья скважины.

Адиабатическую температуру потухания.

Удельный расход воды на тушение пожара.

Минимальный секундный расход.

Коэффициент использования воды.

Выполнение курсовой работы

Дебит фонтана:

Секундный расход газа:

Теплота пожара рассчитывается по:

низшая теплота горения газовой смеси:

где Qнi — низшая теплота сгорания i-го горючего компонента, кДж/м3; цГi — содержание i-го горючего компонента в смеси, % об.

Потери тепла за счет химического недожога согласно условию задания составили 15% от Qн, т. е. зх=0,15.

Мощность теплового излучения факела пламени рассчитывается по:

тушение пожар скважина.

Для определения теплоотдачи излучением пламени (зл) по:

определим среднюю молекулярную массу фонтанирующей газовой смеси по:

Тогда.

Мощность излучения от расстояния до устья скважины:

Задаваясь произвольно L, определяем qл Таблица 1.

№. п/п.	Расстояние до скважины, м.	Мощность излучаемого пламени, кВт/м2.
		72,9.
		67,1.
		52,3.
		38,2.
		27,8.
		20,6.
		15,6.
		12,1.
		9,7.
		7,9.
		6,5.
		5,4.
		4,6.
		4,0.

По результатам расчета, представленным в табл. 1, строится график зависимости мощности излучения от расстояния до устья скважины, по которому определяются границы зон I-IV (табл. 2).

Таблица 2.

Зоны теплового воздействия пламени.	Границы зоны до устья скважины, м.
I.
II.
III.
IV.

За адиабатическую температуру потухания как предельный параметр процесса горения может быть принята адиабатическая температура горения на нижнем концентрационном пределе распределения пламени (НКПР).

Определяется НКПР для индивидуальных компонентов смеси (СН4, С3Н8 и Н2S) по аппроксимационной формуле или выбирается из таблицы:

для метана цн = 5,3%,.

для пропана цн = 2,3%,.

для сероводорода цн = 4,3%.

По формуле Ле-Шателье рассчитывается НКПР смеси газов, для этого доля горючих компонентов приводится к единице (т.е. 100%).

Для нахождения коэффициента избытка воздуха на НКПР для данной смеси газов рассчитаем теоретический объем воздуха:

где nО2 — стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении химической реакции горения CH4, C3H8, H2S; цО2 — содержание кислорода в горючем газе (согласно условию задания 0% об.).

CH4 + 2O2 + 2· 3,76N2 = CO2 + 2H2O + 2· 3,76N2.

C3H8 + 5O2 + 5· 3,76N2 = 3CO2 + 4H2O + 5· 3,76N2.

H2S + 1,5O2 + 1,5· 3,76N2 = H2O + SO2 + 1,5· 3,76N2.

Для метана nО2 = 2, для пропана nО2 = 5, для сероводорода nО2 = 1,5.

Определяем коэффициент избытка воздуха и избыток воздуха.

Для расчета адиабатической температуры потухания методом последовательных приближений — из уравнения химической реакции горения определяется объем и состав продуктов горения.

Общий объем продуктов горения с учетом избытка воздуха.

— рассчитывается среднее теплосодержание продуктов горения.

— по таблице определяется первая приближенная температура, ориентируясь на азот, количество которого в продуктах горения наибольшее, Т1 = 1400 0С;

— рассчитывается теплосодержание при этой температуре.

• ?Нi — теплосодержание i-го продукта горения при Т1
• — проводится сравнение Q1ПГ и Qн. Видно, что Qн < Q1ПГ, следовательно, Т1 завышена, задается Т2< Т1, Т2 = 1300 0С.
• — проводится сравнение Q2ПГ и Qн. Видно, что Qн > Q2ПГ. Следовательно истинная температура потухания находится между температурами Т1 и ТМетодом интерполяции находится температура потухания.

0С Расчет теплосодержания теоретического объема продуктов горения при температуре потухания проводится методом последовательных приближений с линейной интерполяцией, для чего используются данные:

Результаты сводятся в таблицу 3.

Таблица 3.

Теплосодержание продуктов горения при температуре потухания.

№. п/п.	Продукт горения (теоретический).	Теплосодержание, кДж/м3.
	Диоксид углерода.	32,2· 102.
	Пары воды.	25,4· 102.
	Диоксид серы.	23,1· 102.
	Азот.	20,2· 102.

• — теплосодержание продуктов горения при температуре потухания:
• — количество тепла, которое должно быть отведено от зоны горения огнетушащим средством, рассчитывается
• — отвод тепла от зоны пламени происходит в результате нагрева воды от начальной температуры до температуры потухания. Охлаждающий эффект воды определяется:

Минимальный (теоретический) удельный расход воды на тушение определяется:

Минимальный секундный расход воды:

Находится фактический (нормальный) секундный расход воды на тушение фонтана дебитом 2,4 млн. м3/сутки, истекающим из скважины диаметром 200 мм.

Vф = 148 л/с Фактический удельный расход воды рассчитывается:

Коэффициент использования огнетушащего средства составит:

Заполняется итоговая таблица.

Таблица 4.

Дебит фонтана млн м3/сут.	Теплота пожара, кВт.	Границы зон теплового воздействия пожара, м.	Удельный расход воды, л/м3.	Коэффициент использования.
Мощность теплового потока, кВт/м2.
4,2.	8,4.	10,5.	14,0.	расчет.	факт.
2,4.						3,5.	5,3.	0,66.

Выводы

Технику рекомендуется держать на расстоянии 63 м от устья скважины. В зоне от 32 до 63 м личный состав может выполнять физическую работу не более 5 минут в теплозащитном снаряжении, под защитой распыленных водяных струй. На расстоянии более 63 метров личный состав может находиться и выполнять физическую работу длительное время в боевой одежде без специального теплозащитного снаряжения.