Введение к работе
Актуальность работы. Пожарная опасность объектов нефтегазового комплекса обусловлена наличием большого количества легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.
Основными защитными устройствами, обеспечивающими предотвращение распространения пожаров через дыхательные клапана резервуаров, газоуравнительную обвязку, факельные установки и технологические трубопроводы являются кассетные огнепреградители.
На объектах нефтегазового комплекса неоднократно имели место случаи, когда огнепреградители не обеспечивали локализацию пламени и последствия пожаров значительно усугублялись (распространение пламени по газоуравнительным и факельным системам на группу технологических аппаратов, проникновение пламени через дыхательные клапана внутрь резервуаров с последующим взрывом и т.п.).
В качестве одного из недавних примеров можно отметить пожар, который произошел 22 августа 2009 года в резервуарном парке линейной производственно-диспетчерской станции «КОНДА» на территории Кон-динского района Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. В ходе расследования было установлено, что распространение пожара произошло по газоуравнительной обвязке резервуаров вследствие проскока пламени через огнепреградитель. Пожаром причинен значительный экологический, экономический и социальный ущерб.
Указанные данные свидетельствуют о недостаточной эффективности используемых в настоящее время промышленных огнепреградителей. Мероприятия, направленные на повышение эффективности локализации пламени, предлагаемые предыдущими исследователями, ведут к увеличению сопротивления газовому потоку или габаритных размеров огнепреградителей и снижению их надежности.
Таким образом, актуальность диссертации обусловлена необходимостью улучшения эксплуатационных и пламегасящих характеристик кассетных огнепреградителей для повышения уровня пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса.
Цель диссертационной работы - оценка влияния текстуры поверхности1 пламегасящего элемента на эффективность огнепреградителей и их сопротивление газовому потоку.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
' В диссертации под текстурой поверхности понимается совокупность нанесенных на поверхность твердого тела одинаковых элементов шероховатости по заданному закону распределения
создать виртуальную модель гашения пламени в каналах огнепрегра-дителей для оценки влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пламенепроницаемость и сопротивление газовому потоку;
на основе виртуальной модели провести исследования влияния различной текстуры поверхности пламегасящих элементов на эффективность гашения пламени и сопротивление газовому потоку;
разработать методику экспериментального исследования кассетных пламегасящих элементов на пламенепроницаемость, провести эксперименты и установить зависимости влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания бензиновоз-душной смеси на пламенепроницаемость;
разработать методику экспериментального определения сопротивления газовому потоку кассетных пламегасящих элементов, провести эксперименты и установить зависимости влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания горючей смеси на сопротивление газовому потоку;
разработать способ повышения эффективности кассетных огнепре-градителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящих элементов;
разработать усовершенствованные конструкции промышленных ог-непреградителей для локализации пламени на технологических системах объектов нефтегазового комплекса.
Объект исследования - пламегасящие элементы кассетных огнепре-градителей.
Предмет исследования - пламегасящие и гидравлические характеристики кассетных огнепреградителей.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием методов компьютерного моделирования при помощи пакета прикладных программ Fluent и путем проведения натурных экспериментов. При обработке результатов использовались методы математической статистики и системного анализа.
Научная новизна заключается в следующем:
- впервые использованы положения теории пограничного слоя
Г. Шлихтинга для обоснования возможности повышения эффективности
кассетных огнепреградителей;
с использованием пакета прикладных программ Fluent разработана виртуальная модель гашения пламени в каналах огнепреградителей;
выявлены закономерности влияния избыточного давления сгорания смеси паров бензина с воздухом и текстуры поверхностей пламегасящих
элементов на пламенепроницаемость огнепреградителей;
установлены закономерности влияния текстуры поверхностей на сопротивление пламегасящих элементов газовому потоку;
на основе проведенных исследований разработаны усовершенствованные конструкции огнепреградителей.
Практическая значимость состоит в том, что в результате проведенной работы:
предложен и апробирован метод повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения определенной текстуры на поверхность пламегасящего элемента;
разработаны новые конструкции огнепреградителей, которые могут быть применены для защиты от распространения пожаров через дыхательную арматуру и по газоуравнительным обвязкам резервуаров с нефтью и нефтепродуктами.
Достоверность изложенных в диссертации положений и выводов подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, использованием современных и апробированных математических методов; высокой сходимостью результатов модельного и натурного экспериментов; согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований, достаточной апробацией научных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
виртуальная модель гашения пламени в каналах огнепреградителей, позволяющая проводить оценку влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пламенепроницаемость и сопротивление газовому потоку;
результаты модельного и натурного экспериментов по исследованию влияния текстуры поверхности пламегасящих элементов на эффективность гашения пламени и сопротивление газовому потоку;
способ повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящих элементов.
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были доложены на следующих конференциях:
четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербург, 21-22 апреля 2009 года;
тринадцатой Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», Санкт-Петербург, 18 мая 2009 года;
второй международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», Санкт-Петербург, 29-31 октября 2009 года;
тринадцатой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 5-8 апреля 2010 года;
четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации», Екатеринбург, 15 апреля 2010 года;
четырнадцатой Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах», Санкт-Петербург, 13-14 мая 2010 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ.
Реализация результатов исследования. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России и используются в производственной деятельности ООО «Пожобо-ронпром Плюс» и ООО «Технологии безопасности» при разработке усовершенствованных конструкций огнепреградителей и при проектировании комплексных систем противопожарной защиты объектов нефтегазового комплекса.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованных литературных источников из 116 наименований и 4 приложений. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 15 таблиц и 62 рисунка.
