Пожарная опасность аварийных выбросов горючих газов

• Автор: Карпов, Вадим Леонидович
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 331 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Характерные особенности аварийных ситуаций, связанных с выбросами горючих газов, на различных объектах

1.1.1. Объекты газодобывающих предприятий

1.1.2. Объекты подготовки и транспортировки газа.

1.1.3. Объекты переработки газа газоперерабатывающие

заводы.

1.1.4. Авиационнокосмические объекты

1.1.5. Пожарная опасность выбросов горючих газов из технологического оборудования

1.2. Закономерности горения турбулентных диффузионных

пламен
1.3. Предельные условия стабилизации турбулентного диффузионного пламени.
1.3.1. Присопловой факел.
1.3.2. Оторванный факел
1.4. Размеры диффузионных факелов.
1.5. Выводы и задачи исследования.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ СТАБИЛИЗАЦИИ, РАЗМЕРОВ И КОНФИГУРАЦИИ
ТУРБУЛЕНТНЫХ ДИФФУЗИОННЫХ ФАКЕЛОВ.
2.1. Предельные условия устойчивого горения турбулентных диффузионных факелов в неподвижной атмосфере
2.1.1. Оторванный факел
2.1.2. Присопловой факел
2.1.3. Посадка факела на срез сбросного отверстия.
2.1.4. Диаграмма характерных областей устойчивости
диффузионного пламени
2.2. Предельные условия устойчивого горения и газодинамического тушения диффузионных факелов в подвижной атмосфере.
2.2.1. Присопловой факел.
2.2.2. Оторванный факел
2.2.2.1. Оторванный факел в соосном потоке воздуха.
2.2.2.2. Оторванный факел в потоке воздуха произвольного направления
2.3. Размеры и конфигурация диффузионных факелов.
2.3.1. Длина факела в неподвижной атмосфере
2.3.2. Размеры факела в поперечном потоке воздуха
2.3.3. Конфигурация факела в поперечном потоке воздуха
2.4. Стабилизация оторванного факела в сносящем потоке воздуха
3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СТЕНДОВ И
МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований
3.2. Многофункциональный экспериментальный комплекс для изучения характеристик пожарной опасности выбросов горючих.
3.2.1. Стенд для изучения параметров диффузионных факелов экспериментальная установка Факел.
3.2.2. Установка для изучение предельных условий стабилизации и тушения диффузионных факелов при изменении концентрации кислорода в окружающем пространстве экспериментальная установка Кислород.
3.2.3. Установка для изучение геометрических параметров диффузионных факелов при выбросах горючего газа в непосредственной близости от технологического оборудования экспериментальная установка Технология
3.2.4. Установка для исследования параметров диффузионных факелов в условиях разреженной атмосферы экспериментальная установка Вакуум.
3.2.5. Методика измерения основных параметров.
3.3. Полигонный экспериментальный стенд для проведения крупномасштабных экспериментальных исследований характеристик пожарной опасности аварийных выбросов природного газа.
3.3.1. Методика проведения крупномасштабных экспериментальных исследований характеристик пожаровзрывоопасности аварийных выбросов природного
3.3.1 Л. Методика проведения экспериментальных исследований геометрических параметров и интенсивности
теплового излучения факелов природного газа.
3.3.1.2. Методика проведения экспериментальных
исследований параметров волн сжатия.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ТУРБУЛЕНТНЫХ ДИФФУЗИОННЫХ ФАКЕЛОВ.
4.1. Предельные условий стабилизации и тушения диффузионных
факелов в неподвижной атмосфере.
4.1Л. Оторванный факел
4.1.1. Присопловой факел.
4.1.3. Высота отрыва основания факела от среза сбросного устройства
4.1.4. Обобщенный график характерных областей устойчивости диффузионного факела.
4.1.5. Влияние концентрации кислорода в окружающем пространстве на стабилизацию диффузионных факелов
4.1.6. Влияние формы проходного сечения горелки на условия стабилизации диффузионного факела
4.1.7. Влияние формы проходного сечения горелки на условия стабилизации диффузионного факела
4.1.8. Горение диффузионных факелов в условиях разреженной атмосферы
4.2. Пределы устойчивого горения диффузионных факелов в подвижной атмосфере
4.2.1. Присопловой факел
4.2.2. Оторванный факел в соосном потоке воздуха
4.2.3. Оторванный факел в сносящем потоке воздуха.
4.3. Размеры и конфигурация турбулентных диффузионных
факелов
4.3.1. Длина факела в неподвижной атмосфере.
4.3.2. Длина факела при имитации реальных аварийных
выбросов горючего газа
4.3.3. Влияние направления газосброса на размеры факела
4.3.4. Размеры факела, развивающегося в поперечном потоке воздуха
4.3.5. Конфигурация факела, развивающегося в потоке воздуха
4.3.5.1. Координаты оси факела, развивающегося в потоке воздуха
4.3.5.2. Форма турбулентного диффузионного факела
5. КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ВЫБРОСОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА
5.1. Геометрические параметры диффузионных факелов природного газа.
5.1.1. Размеры и конфигурация свободных факелов.
5.1.2. Размеры настильных факелов.
5.1.3. Геометрические параметры рассеянных факелов
5.2. Тепловое излучение факелов природного газа
5.2.1. Горизонтальные и настильные факелы.
5.2.2. Рассеянные факелы
5.3. Параметры взрывоопасности струйных выбросов природного
6. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСОВ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ РЕЖИМОВ ГАЗОСБРОСА
6.1. Методика расчета предельных условий стабилизации и газодинамического тушения турбулентных диффузионных
факелов.
6.2. Методика расчета размеров и конфигурации диффузионных факелов.
6.3. Методика определения оптимальных пожаробезопасных режимов сброса горючих газов
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


По количеству одновременно фонтанирующих скважин фонтаны разделяются на одиночные и групповые. Групповые фонтаны в основном возникают при кустовой разработке месторождения, когда на сравнительно небольшом участке размещаются несколько скважин. Дебиты промышленных скважин могут изменяться в широких пределах 0,5 3 млн. Для оценки среднего дебита конкретной скважины можно воспользоваться методами гидрогазодинамического расчета скважин, изложенными в работах 4, 5, 8. К Н , Р . Рпляе 2ухт 1. Здесь РМ,К,Н пластовые давления, проницаемость, эффективная толщина пласта в месте расположения скважины, соответственно р вязкость флюида, вычисляемые при среднем давлении в призабойной зоне Р, давление на забое Рс радиус скважины X пьезопроводность т пористость г время. Если фонтан произошел во время бурения при вскрытии пласта, то приведенная формула даст несколько завышенные значения дебита. Одной из особенностей рассматриваемых задач является достижение критических условий истечения в выходном сечении, через которое газ попадает в атмосферу. Аварийное фонтанирование до воспламенения может продолжаться некоторое время, и в течение этого периода вблизи фонтана образуется зона, характеризующаяся наличием пожаровзрывоопасного газовоздушного облака. Воспламенение облака может сопровождаться взрывом газовоздушной смеси по всему объему взрывоопасной зоны с последующим образование горящего факела в зоне выброса газа, а при наличии растекания нефти или конденсата происходит распространение горения по всей площади разлития. Через минут после начала горения, а иногда и быстрее, металлоконструкции в зоне пламени могут потерять несущую способность, деформироваться, обрушиться и загромоздить устье скважины. Длительное воздействие пламени может привести к деформации ствола, растеплению грунта, изменению характера фонтанирования и дебита фонтана, а в отдельных случаях и к полному выходу из строя колонной головки и потере скважины 6. Основными технологическими объектами по подготовке и транспортировке газа являются установки комплексной подготовки газа, дожимные компрессорные станции, компрессорные станции магистральных газопроводов, магистральные газопроводы с сетью запорной и регулирующей арматуры. Магистральные газопроводы. Интенсивность аварий на магистральных трубопроводах определяется инженернотехническими показателями глубина заглубления, возраст трубопровода, толщина стенки трубы, наличие защиты от коррозии, внутритрубная диагностика и т. Аварии на газопроводах происходят, в основном, изза коррозии труб, механических повреждений открытой части, проседания и сдвига грунтов, при плохой катодной и протекторной защите. При аварийных разрывах на магистральных газопроводах формируются нестационарные газодинамические процессы, определяющие динамику выброса природного газа в атмосферу. Расход аварийно истекающего газа может достигать десятков м3с, при этом образуются зоны загазованности, размеры которых зависят от многих факторов, главные из которых расход газа, форма и направление газовой струи, метеоусловия и рельеф местности и т. Анализ аварий 6 показал, что на старых газопроводах диаметром г мм могут происходить множественные фрагментарные разрушения, с разлетом осколков в пределах 0 г 0 м. При аварийных разрывах на трубопроводах Ду мм из сталей с повышенными вязкостными характеристиками имеют место, как правило, либо развальцовка тела трубы по верхней образующей без ее выброса из траншеи, либо образование х крупных фрагментов с выбросом их из траншеи в пределах нескольких десятков метров. При этом для трубопроводов с диаметрами Ду мм в особенности, проложенных в слабонесущих или оторфованных грунтах наиболее вероятными будут линейные размеры разрушения от до 0 калибров, причем со смещением концов труб относительно исходной оси и, как следствие, с независимыми или лишь с частично взаимодействующими потоками газа, истекающими в закритическом режиме из двух концов трубопровода в виде настильных или слабо наклонных к горизонту струй с возможным отклонением от исходной оси градусов.