Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов
Курсовой проект - Безопасность жизнедеятельности
Другие курсовые по предмету Безопасность жизнедеятельности
трачиваемое на нагрев пара от 100 оС до температуры потухания пламени, кДж.
После подстановки в (14) массы воды и водяного пара (mв, mп) средних удельных теплоёмкостей воды и водяного пара (СРв, СРп), удельной теплоты парообразования воды Lв, получим:
, (15)
Если в качестве исходных данных в выражение(15) подставить mв=mп=1 кг, Ткип = 373 К, Т0 = 293 К, Lв = 2256 кДж/кг, =4,18 кДж/(кг град),
=2,2 кДж/(кг град) в диапазоне температур 373-1373 К, получим:=4570 кДж/кг.
В зависимости от температуры пламенного горения, удельная величина теплоотъёма может составить от 4400 до 5000 кДж на кг поданной в зону горения воды, при условии её полного испарения и нагрева водяного пара до Тпот.
При расходе воды nв (л/с) интенсивность отвода тепла (в кДж/с) от факела пламени при указанных условиях будет равна:
qотв = nв. (16)
Согласно тепловой теории, горение прекратиться, если фактическая интенсивность теплоотвода будет больше требуемой для прекращения этого процесса величины:
> , (17)
С учётом выражений (8, 9, 16, 17), необходимый для прекращения горения расход воды рассчитывается по формуле:
nв >= . (18)
В действительности расход воды, обеспечивающий тушение газовых факелов, может быть как выше, так и ниже значения nв, найденного таким способом. Это зависит от скорости истечения газовой струи. Чем ниже скорость истечения, тем меньше турбулентность потока газа и, соответственно, меньше степень дробления воды. В результате этого крупные капли выпадают из зоны горения, не все капли успевают испариться и не весь образовавшийся пар успевает нагреться до Тпот, т.е. фактическое значение будет меньше расчетного. Соответственно фактический расход воды может быть больше расчетного. С увеличением скорости истечения газа степень дробления воды возрастает. Соответственно увеличивается и её полезное использование. Кроме того, с увеличением скорости истечения газа все больше возрастает вклад аэродинамического фактора, способствующего нарушению устойчивости факела. Поэтому при большом дебите газового фонтана фактический расход воды, приводящий к прекращению горения, может быть меньше теоретического.
4. Задание на курсовую работу (вариант 5603)
Используем характеристики компактного газового фонтана состава:
- Метан СН4 84%
- Этан С2Н6 6%
- Сероводород H2S(Г) 7%
- Кислород О2 3%
истекающего через устье диаметром =250мм и имеющего высоту факела пламени ф=13м, химический недожог в зоне горения составляет =0,08.
Таблица 3
Значения стандартных теплот образования и средних приведенных теплоемкостей (в интервале температур 298?2000 K) ряда веществ
ВеществоХимическая формулаСтандартная мольная теплота образования , кДж/мольИзобарная
теплоемкость, Ср,298, Дж/(моль.K)МетанCH4?74.85?ЭтанC2H6?84.67?ПропанC3H8?103.85?СероводородH2S?20.60?СероуглеродCS2(Г)115.30?АзотN2032.76Диоксид углеродаCO2?393.5153.14КислородO2034.73ВодаH2O(г)?241.8142.34Диоксид серыSO2?296.9052.57
Таблица 4
Значения нижнего концентрационного предела распространения пламени горючих газов
НКПР, об %МетанЭтанПропанСероводородСероуглерод5,32,92,34,31,0
Необходимо рассчитать следующие параметры его горения и тушения:
1.дебит газового фонтана (млн. м3 /сутки);
.адиабатическую температуру горения, , К;
.действительную температуру горения, , К;
.построить зависимость удельной интенсивности лучистого теплового потока (облучённости)в зависимости от расстояния до устья скважины Е (кВт/м2)=f(L);
5.определить безопасные расстояния от устья скважины, обеспечивающие возможность выполнения боевой работы в зависимости от вида экипировки;
6.рассчитать расход воды, необходимый для тушения горящего фонтана.
5. расчет основных параметров горения и тушения газового фонтана
1. Дебит газового фонтана (, млн. м3/сутки) может быть рассчитан из высоты факела пламени по формуле (4):
= 0,0025 = 0,0025 132 =0,4225 млн.м3/сутки (19)
Секундный расход газа составит Vг =0,4225/ (24?60?60) = 4,8 м3/с.
. Режим истечения газовой струи может быть определен из сравнения эффективной скорости истечения (?э) со скоростью звука (?0):
Э =4Vг /? у 2 =(4 4,8)/ (3,14 0,252 )= 98 м/с. (20)
где Vг ? секундный расход газа, м3/с,
у ? диаметр устья скважины, м.
Скорость звука в метане (?0) составляет 430 м/с. Рассчитанная скорость истечения газовой струи меньше скорости звука почти в 4,4 раза.
. Для расчета адиабатической (Та) и действительной () температуры процесса горения необходимо определить теплоту сгорания, т.е. количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 м3 фонтанирующего газа с учётом его химического состава.
Теоретическая (адиабатическая) температура процесса горения рассчитывается с учётом полного адиабатического сгорания газообразного вещества(теплопотерями в окружающую среду пренебрегают).
Остановимся на методике расчета Та, основываясь на анализе энергетического баланса химической реакции.
Для его упрощения можно воспользоваться значением стандартной энтальпии сгорания при 298.15 K (-),а вместо истинных теплоемкостей веществ - их средними значениями, взятыми в температурном интервале 289-2000 К.
, (21)
где ? теплоемкость исходных веществ;
? теплоемкость продуктов горения (в том числе свободного кислорода);
Та ? адиабатическая температура процесса горения.
Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании одного моля, единицы массы или объёма вещества, называется теплот