Предварительно перемешанной
ПРЕДЕЛЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ПЛАМЕНА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПЕРЕМЕШАННЫХ СМЕСЕЙ
Перед тем, как будут рассмотрены пламена предварительно перемешанных смесей, уместно проанализировать несколько подробнее пределы воспламенения и определить условия воспламенения смесей газообразных горючих веществ и воздуха или другой окислительной среды.
3.2. СТРУКТУРА ПЛАМЕНИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПЕРЕМЕШАННЫХ СМЕСЕЙ
3.3. ТЕПЛОПОТЕРИ ПЛАМЕН ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПЕРЕМЕШАННЫХ СМЕСЕЙ
6.6.1. Тушение пламени предварительно перемешанных смесей
Устойчивость пламен предварительно перемешанных смесей была рассмотрена в разд. 3.3_ в связи с существованием пределов воспламенения. В ограниченном пространстве созданием и поддержанием атмосферы, срывающей распространение пламени даже при наиболее неблагоприятных условиях (разд. 3.1 и рис. 3.12), можно предотвратить взрыв, возникающий вследствие выхода воспламеняющихся газов. Этот способ таким образом скорее сводится к некоторому демпфированию, нежели к активному тушению. Пламя предварительно перемешанной смеси можно погасить,.если быстро вспрыснуть в смесь перед фронтом пламени соответствующий химический ингибитор. Это достигается с помощью систем взрывного типа, содержащих ингибиторы. Для срабатывания таких устройств они оснащаются датчиками раннего обнаружения возникновения пламени. Обычно с их помощью регистрируется слабое повышение давления внутри помещения, после чего происходит быстрая активация подачи химического ингибитора [37], [287]. Типичными ингибиторами являются галогенозамещенные углеводороды CF2Br2 и CF2BrCl , а также некоторые порошковые огнетушащие вещества (см. разд. 1.2.4). Что касается газов-флегматизаторов, таких, как азот и диоксид углерода, то они пригодны лишь как разбавляюще-демпфирующие вещества, так как для быстрого подавления с их помощью потребовался бы громадный расход этих флегматизаторов.
Пламена предварительно перемешанных смесей могут быть также погашены путем непосредственного мгновенного охлаждения. Сюда относится охлаждение зоны реакции. Собственно в этом, по существующим взглядам, состоит главный механизм действия огнепреградителя. Такое устройство состоит из многочисленных узких каналов, каждый из которых обладает эффективным внутренним диаметром, меньшим, чем длина зоны охлаждения, через которые пламя не сможет распространиться. Механизм этот описан в разд. З.За. Огнепреградители обычно
Диффузионные пламена могут быть погашены с помощью прекращения подачи паров горючего (т. е. путем закрытия клапана для прекращения утечки газа или перекрытия поверхности горящей жидкости путем вспрыскивания соответствующей огнетушащей пены). Кроме этих средств, диффузионные пламена можно потушить с помощью тех же флегматизаторов и ингибиторов, которые использовались для тушения пламен предварительно перемешанных смесей. Но в связи с наличием значительного тепловыделения диффузионного пламени требуются менее активные пожаротушащие вещества. На практике эта разница между указанными типами пламен становится не столь существенной по мере увеличения размеров пожара. Предполагается, что механизм, с помощью которого происходит гашение диффузионных пламен, в основном является тем же, что и механизм, применяемый к пламенам предварительно перемешанных смесей. Таким образом, демпфирующие разбавители (например, N2 и СО2) охлаждают зону реакции путем увеличения эффективной теплоемкости атмосферы (на моль кислорода) (разд. 1.2.5 и 3.5.4), а химические ингибиторы, такие, как галогеноза-мещенные углеводороды, подавляют развитие пламенных реакций (разд. 1.2.4 и 3.5.4).
Имея в виду указанные выше особенности распространения пламени в жидкостях, сосредоточим теперь наше внимание на процессе распространения пламени по горючим твердым веществам, систематически анализируя факторы, приведенные в табл. 7.1. Фундаментальную роль при определении скорости распространения играет механизм, с помощью которого происходит теплообмен между фронтом пламени и незажженным горючим. Это положение носит достаточно общий характер. Как уже отмечалось, существует значительный, если не сказать преобладающий, вклад теплообмена в механизм распространения пламени предварительно перемешанных смесей (разд. 3.2).
В работе [433] приводится обзор современных представлений о распространении пламени; автор работы делает попытку обобщения всех типов процесса распространения пламени (пламен предварительно перемешанных смесей, тлеющих пожаров, лесных пожаров и т. п.) с помощью концепции поверхности зарождения пожара. Это понятие впервые было использовано в ряде работ, в том числе [122], [134], [ 402]; для описания массовых пожаров, с помощью этого понятия определялась граница между горящим и свежим горючим. Тогда скорость распространения пожара определялась интенсивностью теплообмена через эту поверхность. Основным уравнением распространения пламени является элементарное уравнение сохранения энергии [433]:
Механизм распространения тлеющего горения не настолько хорошо понят, как механизм пламен предварительно перемешанных смесей и распространения пламен по жидким и твердым горючим веществам. Простейшим подходом для изучени этого механизма является применение концепции поверхности зарождения пожара, которая была введена в разд. 7.2. С помощью этой концепции должен быть проанализирован механизм переноса тепла из зоны активного горения. Основным выражением для описания этого механизма является следующее (см. выражение (7.11)):
выделением большого количества тепла и света. Обычно в качестве окислителя в этом процессе участвует кислород воздуха, которого содержится около 21%. Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник воспламенения, инициирующий реакцию между горючим и окислителем. Этот источник должен обладать определенным запасом энергии и иметь температуру, достаточную для начала реакции. Горючее и окислитель должны находиться в определенных соотношениях друг с другом. Горение, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (жидкости, твердые материалы), для возникновения и поддержания горения должны подвергаться газификации (испарению, разложению), в результате которой образуются горючие пары и газы в количестве, достаточном для горения. Горение отличается многообразием видов и особенностей, обуславливаемыми процессами тепломассообмена, газодинамическими эффектами, кинетикой химических превращений и др., а также обратной связью между внешними условиями и характером развития горения. В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ горение может быть гомогенным и гетерогенным. При гомогенном горении компоненты горючей смеси находятся в газообразном состоянии. Причем, если компоненты перемешаны, то происходит горение предварительно перемешанной смеси, которое иногда называют кинетическим (поскольку скорость горения в этом случае зависит только от кинетики химических превращений). Строго говоря, термин "кинетическое горение" недостаточно точен, так как любой вид горения зависит от кинетики химических реакций. Если газообразные компоненты не перемешаны, то происходит диффузионное горение (например, при поступлении горючих паров в воздух от поверхности горючей жидкости или при горении стеариновой свечи). Горение, характеризуемое наличием раздела фаз в горючей системе (например, горение твердых материалов), является гетерогенным. Хотя, как отмечалось выше, реакция окисления, обуславливающая возникновение и развитие горения, протекает в газовой фазе, при гетерогенном горении большое значение приобретают также процессы, ведущие к изменению фазового состояния. Для поддержания гетерогенного горения важную роль играет также интенсивность потока образуемых из конденсированных материалов горючих паров.
Пламя предварительно перемешанной смеси можно изучить экспериментальным путем, если стабилизировать пламя на газовой горелке. Простейшей является горелка Бунзена, работающая при полной аэрации
(рис. 3.13, а). Для пламени предварительно перемешанной смеси характерно наличие голубого конуса. Этот конус, несмотря на некоторую стабилизацию в пространстве, распространяется навстречу газовому потоку. Однако горелка, оснащенная пористым диском, разработанная Ботой и Сполдингом [48], является более подходящей для проведения экспериментальной работы, так как она позволяет создавать стационарное плоское пламя, идеальное для проведения измерений (рис. 3.13,6). Изменения темпераутр и концентрации по высоте пламени могут быть получены с помощью соответствующих зондов [139]. Эти изменения анлогичны тем, что показаны на рис. 3.14. Эти графики указывают на существенное изменение температуры по пламени. Начало оси приходится на передней границе пламени. Можно выделить следующие три четкие зоны пламени:
Рис. 3.13. Пламя предварительно перемешанной смеси, стабилизированное а - на горелке Бунзена; б- на пористом диске
При значениях параметров k, p, Su и Ср соответствующих условиям окружающей среды TJ '0 * 0,3 мм. Этим выводом подчеркивается существование и важность зоны предварительного нагрева. Если пламя предварительно перемешанной смеси подойдет достаточно близко к поверхности твердого тела, что это может внести возмущение в зону предварительного нагрева, тогда тепло будет передаваться этой поверхности, а пламя начнет охлаждаться (разд. 3.3).
Однако при свободном распространении пламени по однородной смеси его скорость будет зависеть от эффективности, с какой будет передаваться тепло перед второй зоной. (Этот общий подход можно применить к почти всем типам распространения пламени или пожара, см. гл. 7.) Всесторонний анализ распространения фронта пламени предварительно перемешанной смеси должен покоиться на четырех уравнениях сохранения массы, импульса, энергии и химического состава [430], тем не менее для бесконечной плоской адиабатической волны можно получить приближенное решение на основе уравнения ее собственной энергии [сравни с уравнением (2.14)], т. е.
Рис. 3.17. Соотношение между теплопотерями и температурой пламени предварительно перемешанной смеси согласно уравнению (3.15) [260]
Рис. 3.18. Распространение фронта пламени предварительно перемешанной смеси в трубе или канале [ 260] 1 - пламя; 2 — воспламеняющаяся смесь
Рис. 3.20. Предел воспламенения для пламени предварительно перемешанной смеси, не ограниченной сосудом, при наличии лучистого теплоотвода [ 260], при С, > С, > С3 (схематически)
Рис. 3.21. Распространение пламени предварительно перемешанной смеси по горючей смеси в канале после зажигания от источника на закрытом конце канала
Рис. 3.29. Измеренная температура горения предварительно перемешанной смеси во время взрыва сферических бомб диаметром 3,7 м, в которые были помещены стехиометрические метано-воздушные смеси с добавлением а - азота и б - CF3Br [167] 1 - инертная концентрация N}; 2 - инертная концентрация CF3Br
 Читайте далее:
 Предотвращение загрязнения
Подвешенном состоянии
Предотвратить дальнейшее
Предотвратить распространение
Предполагается использовать
Предприятий допускается
Предприятий использующих
Предприятий нефтехимической
Предприятий опознавательная
Перильное ограждение
Предприятий производящих
Предприятий проводится
Подвергшиеся воздействию
Предприятий утверждены
Предприятиях химической
|
