Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов

Курсовой проект - Безопасность жизнедеятельности

Другие курсовые по предмету Безопасность жизнедеятельности

?его компонента.

Молекулярная масса горючего газа, содержащего метан, этан и сероводород, будет равна:

 

Мг = МCH4 ?CH4 + МC2H6 ?C2H6 + МH2S ?H2S =160,84 + 300,06 + 340,07= =17,62 г/моль.

 

Коэффициент теплопотерь за счёт излучения пламени фонтана составит:

?л=0,048 v17,62 = 0,2.

Тогда для общих теплопотерь будет равна:

?= 0,08 + 0,2 = 0,28.

Действительная температура горения газового фонтана будет равна:

 

(30)

д= 298 + 34033,9 103 (1 - 0,28)/(39,2653,14 + 78,9642,34 + 306,79832,76 + 2,8652,57 + 1,2334,73) = 1862 К.

 

. Интенсивность лучистого потока от факела пламени, приходящаяся на единицу площади поверхности окружающих тел, называют плотностью лучистого потока или облучённостью (Е). Её обычно выражают в кВт/м2.

Величина облучённости определяет границы локальных зон теплового воздействия факела пламени, в пределах которого предъявляются определённые требования к экипировке личного состава, выполняющего боевые действия по тушению пожара, и времени пребывания в данных зонах.

Расстояние от устья скважины, в пределах которого облучённость не превышает 1,6 кВт/м2, является безопасным для нахождения в течение неопределённо долгого времени.

При граничном уровне облучённости 4,2 кВт/м2 допустимо нахождение не более 15 минут бойцов без специального теплозащитного снаряжения при условии защиты открытых кожных покровов (перчатки, защитные щитки). Специальное теплозащитное снаряжение и защита с использованием распылённых водяных струй позволяют вести работу в течение 5 минут при облучённости 14 кВт/м2.

Величину облучённости от факела пламени горящего фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины можно рассчитать по формулам:

 

,(31)

 

где ? низшая теплота сгорания фонтанирующего газа, кДж/м3;

VГ ? секундный расход газа, м3/с;

R ? длина гипотенузы в треугольнике, катетами которого являются половина высоты факела фонтана и расстояние от устья скважины до места облучения (L), м.

Очевидно, что

 

, (32)

 

Тогда из (31) следует, что

(33)

 

Для установления величины облучённости окружающего пространства факелом пламени в зависимости от расстояния до скважины в формуле (32) необходимо задаваться значениями L, принимая их равными 20, 40, 60, 80, 100, 120, 150 и 200 м. В формулу (32) подставляются также высота факела пламени Нф=13 м, секундный расход газа VГ=4,8 м3/с и коэффициент теплопотерь излучением ?л= 0,2.

В качестве примера проведем расчёт облучённости (Е) на расстоянии

L = 20 м:

Е = (0,234033,94,8)/(43,14[(13/2)2 + 202 ] ) = 5,88 кВт/м2 .

Остальные значения получим по аналогии, используя формулу (33).

Рассчитанные значения облучённости сведём в табл. 8.

 

Таблица 8.

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

L, м20406080100120150200qл, кВт/м25,881,580,710,400,260,180,120,06

Зависимость Е = f(L) в графической форме представлена на рис. 11.

Рисунок 11. Зависимость изменения облучённости, создаваемой факелом пламени газового фонтана, от расстояния до устья скважины

 

Построенный график можно использовать для определения границ локальных зон теплового воздействия факела горящего фонтана, на которых уровень облучённости составляет 1,6; 4,2 и 14 кВт/м2, путём нахождения расстояния от точки, имеющей соответствующую облучённость, до устья скважины. Также границы зон можно определить из формулы (34), подставив в неё известные значения Е и положив неизвестной величиной расстояние L.

Таким образом, расстояние до соответствующих локальных зон теплового воздействия составляют соответственно 39,8; 24 и 12 м от устья скважины.

 

5. Определение теоретического расхода воды на тушение газового фонтана производится по формуле (18):

 

nв =

 

Коэффициент излучения ?л был рассчитан ранее по формуле (28).

Коэффициент?т в свою очередь рассчитывается из соотношения:

 

(34)

 

Для определения этого коэффициента необходимо рассчитать действительную температуру горения стехиометрической смеси горючих газов с воздухом (при ?=1) и температуру горения при концентрации горючей смеси, равной нижнему концентрационному пределу .

Согласно формуле (11):

 

Тгст = Т0 + Qнс, об (1- ?л) / (?CO2 CP,CO2 + ?H2O CP,H2O + ?N2 CP,N2 + ?SO2 CP,SO2) = 298 + 34033,9 103 (1 - 0,2)/(39,2653,14 + 306,79832,76 + 78,9642,34 + 2,8652,57) = 2040 К.

 

По формуле (12) находим Тгн:

 

Тгн = Т0 + Qнс, об (1- ?л) / (?CO2 CP,CO2 + ?H2O CP,H2O + ?N2 CP,N2 + ?SO2 CP,SO2 +?? CP,в).

 

Предварительно находим избыточный объём воздуха:?Vв =Vв0 (? - 1).

Для этого рассчитываем теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания газовоздушной смеси заданного нам состава:

в0 = (?i ? i - ? O2)/21.(35)

 

где - сумма произведений стехиометрического коэффициента реакций горения каждого компонента горючей смеси (?i) на процентное содержание этого компонента (?i) в смеси;

- процентное содержание кислорода в газовой смеси.в0 = (284 + 3,56 + 37 - 3)/ 21=9,9 м3 /м3 .

Коэффициент избытка воздуха ? определяют из соотношения (13).

Нижний концентрационный предел для многокомпонентной газовой смеси рассчитывается по формуле Ле-Шателье:

? нсм = 100/ (? ? i / ? iн ), [%]

где ji - концентрация i - го горючего газа в смеси;

jiн - значение НКПВ i - го компонента (табл. 4).

? нсм = 100/(84/5,3 + 6/2,9 + 7/4,3) = 5,1 %.

 

Отсюда ? = (100 - НКПР) / (НКПРVв0 ) = (100 - 5,1) / (5,19,9) = 1,88.

 

Тогда DVв = 9,9 (1,88 - 1) = 8,7 м3/м3

или ??в = 8,7/0,02445=355,83 моль/м3 .

Среднее значение теплоёмкости воздуха в интервале температур 298-2000 К сост?/p>