Введение к работе
Актуальность проблемы. Во всех развитых странах мира наблюдается тенденция к расширению использования горючих газов (ГГ) в различных отраслях промышленности . Повышенная пожаро- и взрыво-опасность ГГ, о чем свидетельствует значительное количество крупных аварий, связанных с пожарами и взрывами ГГ при утечке или аварийном выбросе из технологического оборудования, выдвигает на особое место вопросы обеспечения безопасности. Система пожаро-взрывобезопасности должна базироваться на достижениях современной теории горения и взрыва. Переоценка реальной опасности и неоправданное вследствие этого завышение требований безопасности приводят к ненужному удорожанию объектов. С другой стороны, занижение оценки реальной пожарной и взрывной опасности может привести к катастрофическим результатам.
Однако в настоящее время ряд важных с практической точки зрения закономерностей горения газовоздушных смесей выявлены в научном плане недостаточно, что не позволяет во многих случаях прогнозировать действительную опасность возможных аварийных ситуаций. Отметим некоторые из них.
В нормативных документах не учитывается возможность взрыва локального горючего облака в помещении , что может привести к занижению категории помещения.
Действие ОНТП 24-86 не распространяется на наружные установки.
Не учитывается влияние формы газовоздушного облака и расположение его относительно поверхности земли на параметры генерируемых в окружающем пространстве взрывных волн при оценке их воздействия на окружающие объекты.
Не рассматривается возможность перехода от медленного горения к детонации от слабого источника при искусственной турбулизации газовоздушного облака - при загромождении пространства, подаче ог-
нетушалщ веществ и т.п.
Эти вопросы являются предметом исследований настоящей работы, чем и определяется ее актуальность.
В качестве объекта изучения были выбраны водородно-воздушные и метано-воздушные смеси, в том числе обогащенные кислородом.
Работа является частью исследований, проведенных в рамках Программы по обеспечению безопасности космической системы "Энергия-Буран", самолета на жидком водороде и метане ТУ-155, а также Комплексной программы по противопожарной защите объектов добычи и транспортировки природного газа полуострова Ямал.
Цель работы состояла в изучении закономерностей горения газовоздушных смесей и разработке на основе результатов исследования методов оценки параметров взрывопожароопасности горючих газов при аварийных выбросах или утечках из технологического оборудования и предложений по совершенствованию нормативных документов по категорированию помещений по взрывопожарной опасности.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
изучение закономерностей горения локальных объемов однородных и неоднородных по концентрации горючего водородно-воздушных смесей в замкнутом помещении;
определение влияния формы облака и расположения его относительно поверхности земли на параметры распространяющихся в окружающую атмосферу ударных волн;
выявление возможности перехода-от дефлаграционного горения к детонационному в горючих смесях при наличии турбулизирующих препятствий на пути распространения фронта пламени, в том числе при подаче огнетушащих веществ в горючее облако;
изучение параметров пожаровзрывоопасности при крупномасштабных выбросах газообразного метана из буровых скважин.
Научная новизна результатов работы. Теоретически и экспери-
ментально исследовано сгорание локального объема предварительно перемешанных водородно-воздушных смесей в закрытом сосуде и впервые установлено , что максимум зависимости прироста давления от состава значительно смещен от стехиометрии в сторону бедных смесей. Разработана и экспериментально апробирована методика оценки максимального относительного давления для локальных неоднородных водородно-воздушных смесей в.замкнутом объеме.
Экспериментально изучено влияние ориентации и формы облака, а также места расположения источника зажигания на параметры ударных волн при дефлаграции и детонации газовых смесей в открытом и частично' загроможденном пространстве. Впервые получен переход от сферической дефлаграции к детонации при слабом инициировании в смесях CH4+2(02+N2) и 2H2+02+3.2N2 большого объема. Дан прогноз по критическим размерам загромождения, при котором возможен детонационный процесс сгорания: для водородно-воздушной смеси - порядка 1 м , метано-воздушной - 10 м . Экспериментально показано, что турбулизация фронта горения и исходной смеси на чередующихся в объеме препятствиях, создаваемых дисперсными струями мелкораспыленной воды, приводит к ускорению процесса горения вплоть до перехода в детонацию.
Проведено изучение параметров пожаровзрывоопасности крупномасштабных настильных и рассеянных факелов природного газа и показано, что при истечении в открытое пространство опасность взрывных волн для окружающих объектов можно не рассматривать. На основе проведенных исследований усовершенствованы методы оценки взрывопожарной опасности технологических процессов с участием горючих газов.
Практическая ценность. Комплекс проведенных исследований позволяет оценивать параметры пожаровзрывоопасности, необходимые при анализе опасности объектов производства, хранения и потребле-
ния ГГ. Результаты диссертационного исследования нашли применение при оценке аварийных ситуаций, связанных с выбросами водорода на атомных станциях с реакторами РБМК; при разработке технических предложений на постановку работ по обеспечению пожаровзрывобезо-пасности космической станции "Мир" и комплекса ТУ-155; при разработке рекомендаций по противопожарной защите объектов добычи и транспортировки природного газа полуострова Ямал.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX (г.Суздаль,1989г.) и X (п.Черноголовка,1992г.) симпозиумах по горению и взрыву; Х,Х1 и XII Всесоюзных научно-практических конференциях .ВНИШІ0 (г.Балашиха, 1989,1991,1993 гг.); международном семинаре по водородной безопасности АХ (г.Сухуми,- 1989г.); IV международном семинаре по структуре пламени (г.Новосибирск,1992г.); Российско-японском семинаре ло горению (П.Черноголовка,1993г.); на заседаниях спецсекции Научно-технического совета ВНИШІ0 МВД РФ.
По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе 14 статей и 1 авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, включая выводы, списка литературы и приложений. Она изложена на 175 страницах машинописного текста, иллюстрирована 49 рисунками, содержит 8 таблиц, 3 приложения и список информационных источников, включающий 150 наименований.
