Концентрации недостающего
По величине концентрации насыщенных паров в резервуарах со стабилизированными нефтями можно предположить, что предотвращение образования горючей паровоздушной смеси в резервуарах с такими нефтями может быть достигнуто применением резервуаров с понтоном. При этом, как и в случае резервуаров с бензином, необходимо обеспечить интенсивное проветривание над-
кать в промежуточных и товарных парках НПЗ, где нефтепродукты с технологических установок вводятся в резервуары при повышенной температуре. JHgH нормальных температурах хранения в .жаркие, летние . дни мш^-'^ШисЕГоласними реактивное топливо и тракторный керосин, у которых вследствие перегрева поверхност-нргй„сдоя-_жидошстя концентрации насыщенных.ляр.ов„древышают НПВ. В этих случаях пожаровзрывобезопасность резервуаров может быть обеспечена применением легких понтонов, непрерывной азотной защиты или систем технологического водяного орошения.
Вопрос о состоянии обогреваемого пожаром негорящего резервуара является ключевым при исследовании стадии развития пожара, так как в результате теплового воздействия в состоянии соседних резервуаров происходят существенные изменения. При чрезмерно высоком нагреве может быть потеряна механическая прочность несущих конструкций, а при нагреве до температуры самовоспламенения металлические детали могут стать источниками зажигания горючей паровоздушной смеси. Даже незначительный перегрев сухой стенки вызывает конвективную перестройку газовой среды в резервуаре, а перегрев хотя бы части жидкой фазы — увеличение давления и концентрации насыщенных паров. В результате обогрева пожаром соседний резервуар может довольно быстро перейти из пожаробезопасного состояния в опасное и наоборот. При неблагоприятном сочетании опасных факторов может произойти распространение пожара. Тем не менее состояние резервуара при внешнем обогреве пожаром до последнего времени оставалось исследованным крайне недостаточно. Излагаемые здесь результаты экспериментально-теоретических исследований являются началом работ в этой области.
Необходимо иметь в виду, что температурные пределы воспламенения, применяемые для оценки опасности паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара, характеризуют опасность сравнительно равномерной концентрации насыщенных паров нефтепродуктов. Резкое изменение температуры, неравномерный обогрев стенок, а также проведение различных технологических операций (закачка или отбор) даже при постоянной температуре окружающей среды и продукта приводят к изменениям концентрации паров в резервуаре. При этом температурные пределы воспламенения паров не могут точно характеризовать опасность газовой среды в резервуаре и, следовательно, данный метод нужно применять критически в профилактической работе и при тушении пожаров в резервуарных парках.
Индивидуальные защитные приспособления. Для защиты от паров Hg — фильтрующий промышленный противогаз марки Г (желто-черная коробка). Срок действия коробки при концентрации насыщенных паров Hg (20°) 100 час; при применении противогаза той же марки, но с коробкой типа БКФ (с фильтром) — срок защитного действия при той же концентрации паров Hg 60 час. ~~ " фильтрующий противогаз марки О (желто-черная коробка)
Необходимо иметь в виду, что температурные пределы воспламенения, применяемые для оценки опасности паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара, характеризуют опасность сравнительно равномерной концентрации насыщенных паров нефтепродуктов. Резкое изменение температуры, неравномерный обогрев стенок, а также проведение различных технологических операций (закачка или отбор) даже при постоянной температуре окружающей среды и продукта приводят к изменениям концентрации паров в резервуаре. При этом температурные пределы воспламенения паров не могут точно характеризовать опасность газовой среды в резервуаре и, следовательно, данный метод нужно применять критически в профилактической работе и при тушении пожаров в резервуарных парках.
Образование над поверхностью горючего взрывоопасных концентраций газов (паров), соответствующих нижнему или верхнему пределам, происходит при определенной температуре. Это означает, что область воспламенения горючих жидкостей можно характеризовать также температурными пределами — температуры, при которых концентрации насыщенных паров над поверхностью горючего равны соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам взрываемостн (воспламенения) .
По величине концентрации насыщенных паров в резервуарах со стабилизированными нефтями можно предположить, что предотвращение образования горючей нефтевоздушной смеси в газовом пространстве резервуаров с такими нефтями может быть достигнуто применением резервуаров с понтоном. При этом, как и в случае резервуаров с бензином, необходимо обеспечить интенсивное проветривание газового пространства над понтоном для снижения концентрации паров ниже нижнего предела воспламенения.
те перегрева поверхностного слоя жидкости концентрации насыщенных паров превышают нижний предел воспламенения. В этих случаях пожаробезопасность газового пространства резервуаров может быть обеспечена непрерывной защитой азотом. Однако такую защиту, как правило, не применяют. Опасность реактивных топлив может быть устранена также применением резервуаров с понтоном. Такой вариант возможен при условии экономической эффективности с учетом сокращения потерь от испарения и затрат на устройство понтона.
Если ликвидации или пбстоянства объема газового пространства достигнуть не удается, то наибольший положительный эффект может быть достигнут снижением концентрации насыщенных паров Cs путем применения. дыхательных устройств с дисками-отражателями, понижения расчетной температуры насыщения (окраска внутренней и внешней поверхности наземных резервуаров, использование тепловой изоляции и подземных резервуаров), а также за счет применения полых микрошариков для покрытия зеркала испарения нефтепродуктов. Эти меры позволяют сократить потери от испарения и выброс паров на 25 — 80%.
ком нагреве может быть потеряна механическая прочность несущих конструкций. При нагреве до температуры самовоспламенения металлические детали могут послужить источником зажигания горючей паровоздушной смеси. Даже незначительный перегрев сухой стенки вызывает конвективную перестройку поля концентраций паров в газовом пространстве резервуаров. Перегрев хотя бы части жидкой фазы приводит к увеличению давления и концентрации насыщенных паров. В результате обогрева пожаром соседний резервуар может 'довольно быстро перейти из пожаробезопасного состояния в опасное и наоборот.
Структура фронта пламени. При распространении пламени в его фр°нте протекает комплекс взаимосвязанных сложных процессов: теплопередачи, диффузии и химического превращения. Они определяют величину ип и структуру зоны горения, т. е. характер пространственного изменения температуры, концентрации недостающего компонента смеси п^ и скорости реакции вдоль единственной координаты х (по нормали к фронту)*.
Ширина фронта наиболее медленных пламен при атмосферном давлении достигает 1 — 2 мм. При увеличении скорости пламени кривые Т, г, Ф (я) становятся круче, фронт пламени сужается. Так, у аналогичной вышеуказанной, но более медленно горящей смеси 16% СО+ +84% воздуха, у которой ип = 0,083 м/с, изменение концентрации недостающего компонента смеси — окиси углерода — в 2,1 раза приводит к изменению температуры горения «а 865 °С, нормальной скорости пламени в 3,8 раза, максимальной скорости реакции в пламени в 11,8 раза и ширины фронта .пламени в 1,8 раза.
Во всех реальных процессах горения безразмерная скорость реакции ср имеет острый максимум в зоне высоких температур, т. е. при z С 1. Это очевидно из следующих соображений. Температура в пламени возрастает по линейному закону с уменьшением концентрации недостающего компонента. В силу закона Аррениуса влияние повышения температуры, которое ускоряет реакцию, значительно сильнее, чем влияние уменьшения концентрации, которое происходит одновременно и замедляет взаимодействие. Такое соотношение эффектов сохраняется вплоть до состояния, близкого к израсходованию большей части компонента 1. В дальнейшем это утверждение проиллюстрировано численными примерами. Такая особенность функции ф, специфичная для любых процессов горения, позволяет получить приближенное решение уравнения (3.58) в квадратурах.
Здесь 5Х и s2 — порядок реакции по компонентам горючей смеси 1 и 2 соответственно недостающему и избыточному; s = sx + s2 суммарный порядок; пг и п2 — концентрации недостающего и избыточного компонентов. В первом приближении можно не-учитывать-изменения концентрации избыточного компонента, считая ее постоянной, и тогда:
Рис. 38 иллюстрирует изменение во времени безразмерной концентрации недостающего компонента z-= n1/nol для адиабатического теплового взрыва при Ть -= 2000° К, Т0 = 800° К, А' = = 40 ккал/моль, 6' = 31,8°. По оси абсцисс откладывалось безразмерное время от начала реакции у = Bt/Q'. Кривая / характеризует зависимость z (у), соответствующую приближенному уравнению (4.29), кривая 2 дает точную зависимость z (у), найденную путем численного интегрирования уравнения (4.24) без преобразования экспоненты*. В обоих случаях характер зависимости г (у) практически одинаков, а значения периода индукции мало отличаются ^ между собой. Как видно из графика, время превращения основной части реагирующих компонентов пренебрежимо мало по сравнению со временем предвзрывного разогрева, в течение которого состав практически не изменяется.
Рис. 38. Изменение безразмерной концентрации недостающего компонента при адиабатическом тепловом взрыве.
Тепловые потери излучением несущественны для быстрых пламен, поскольку потери лишь незначительно снижают температуру пламени. Однако по мере удаления состава смеси от стехиометри-ческого или увеличения содержания инертного компонента температура горения, а с. нею и нормальная скорость пламени настолько понижаются, что потери излучением приводят к заметной неадиа-батичности горения. При дальнейшем понижении концентрации недостающего компонента достигается критическое значение ип, и горение становится невозможным. Так, потери излучением, не зависящие от аппаратурных условий, становятся важнейшим фактором, определяющим границы стационарного горения в бесконечном пространстве. Их значение устанавливает концентрационные пределы взрываемости — наиболее существенную для целей техники безопасности характеристику горения.
С изменением Т0 (см. гл. 2) изменяется общий запас энергии единицы массы горючей среды. Изменение Т0 влияет тем самым на величину ип, что эквивалентно соответствующему варьированию концентрации недостающего компонента смеси. Рост температуры при сгорании Ть—Т0 существенно больше изменения начальной температуры сжигаемого газа То — То, которое может быть практически осуществлено в лабораторных условиях. Поскольку теплоемкости возрастают с повышением температуры, эффект начального нагревания еще более ослабляется: изменение величины Ть заметно меньше изменения Т0. Поэтому повышение начальной температуры оказывается эквивалентным лишь сравнительно небольшому изменению состава.
Мы ограничимся (для первого принципа безопасности) такими процессами, для которых специальные приемы позволяют сделать заведомо безопасными смеси компонентов, способных образовывать взрывчатые системы. Здесь используются следующие методы: 1) применение флегматизирующих добавок; 2) обеспечение достаточного избытка одного из компонентов реакции; 3) ограничение концентрации недостающего компонента, окислителя или горючего, в безопасных пределах. К решению таких задач относится также разработка методов дозировки опасного компонента и ограничения его содержания в газовой фазе. 212
Замена избыточного горючего инертным компонентом делает более взрывоопасными богатые смеси пропилена: при увеличении концентрации СО2 от нуля до 40% предельная концентрация кислорода понижается от 46 до 32%. Вследствие ненасыщенности этилена абсолютное значение предельной концентрации недостающего компонента в богатых смесях С2Н4 не снижается при увеличении содержания инертного разбавителя.
Такая особенность горения газов обусловлена тем, что при Ф=1 перенос химической и тепловой энергий происходит с равными скоростями: диффузией отводится из любой зоны пламени такое количество недостающего компонента смеси, запас химической энергии которого как раз соответствует теплу, доставляемому в зону пламени теплопроводностью. Это совпадение не случайно, оно является следствием подобия явлений молекулярного переноса. Постоянство удельной энтальпии по ширине пламени позволяет заключить, что в процессе стационарного горения поля температуры и концентрации недостающего компонента подобны: при соответствующем выборе масштаба они являются зеркальными изображениями! В результате подобия задача определения нормальной скорости пламени сводится к решению одного дифференциального уравнения (3.43), в котором величина Ф -после замены а\ переменной / при помощи уравнения (3.47) оказывается функцией единственной переменной /; при этом граничные условия имеют вид:
 Читайте далее:
 Конструировании оборудования
Конструкций помещений
Конструкций промышленных
Конструкциями помещений
Конструкции аппаратов
Конструкции необходимо
Конструкции перекрытия
Конструкции промышленных
Конструкции выполненные
Конструкцию оборудования
Квазиоптимальных альтернативных
Конструктивных элементах
Конструктивных особенностей
Конструктивными особенностями
Конструктивным исполнением
|
