DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 25.04.2011

Материалы

загрузка...

Методологические и нормативные основы конструирования, испытания и эксплуатации промышленных огнепреградителей

Хорошилов Олег Анатольевич, 25.04.2011

 

Научно-практическая конференция «Совершенствование работы в области обеспечения безопасности людей на водных объектах», Санкт-Петербург, 7 июля 2010 года.

The 3rd international Scientific Conference «Fire engineering», Technical University in Zvolen, 5th – 6th Oct. 2010.

II международная научно-практическая конференция «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте», Санкт-Петербург, 16-18 ноября 2010.

Научный семинар «Актуальные проблемы отраслей науки», Санкт-Петербург, 19 ноября 2010 года.

XVIII международная научно-методическая конференция «Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовании и науке», Санкт-Петербург, 17-18 февраля 2011 года.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 62 печатных работы, из них:

16 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ;

1 монография (удостоена премии Национальной академии наук пожарной безопасности);

3 патента Российской Федерации на полезную модель;

42 публикации в научных журналах и трудах международных, всероссийских, региональных и ведомственных конференций.

Реализация результатов исследования. Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России и используются в производственной деятельности ООО «Технологии безопасности», ООО «Пожинжиниринг», ООО «Пожоборонпром Плюс», ЗАО «Научно-производственное объединение специальных материалов» и на Красносельской нефтебазе ООО «Киришиавтосервис».

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, отражены цель, задачи, объект и предмет исследования, научная новизна и практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен комплексный анализ теоретических, методологических и нормативных подходов к конструированию, испытанию и эксплуатации промышленных огнепреградителей.

Показано, что в зависимости от исполнения пламегасящих элементов все применяемые в промышленности огнепреградители можно разделить на две группы ? сеточные, в которых гашение пламени происходит в ячейках тонкой сетки, и канальные, в которых пламя гасится при прохождении через один или несколько каналов, длина которых определяется высотой пламегасящего элемента. Условия локализации пламени могут существенно различаться в зависимости от места расположения огнепреградителя, условий инициирования горения и отвода продуктов реакции.

Проанализированы теоретические и экспериментальные работы по гашению пламени в различных конструкциях огнепреградителей. В ходе анализа установлено, что в настоящее время в качестве основной теории, описывающей процессы распространения и гашения пламени в огнепреградителях, принята теория Я.Б. Зельдовича, в соответствие с которой на пределе гашения пламени должно достигаться постоянство безразмерного критерия Пекле Ре. При этом основным параметром, определяющим пламегасящую способность огнезадерживающих элементов, является критический диаметр их каналов.

Численное значение критерия Пекле на пределе гашения пламени приблизительно равно 65. С учетом этого критерия размер критического диаметра гашения пламени dкр, вычисляется по формуле:

где dкр – критический диаметр гашения пламени, м; Рекр – значение критерия Пекле на пределе гашения пламени (Рекр ? 65); а – коэффициент температуропроводности исходной смеси, м2?с-1; uн – нормальная скорость распространения пламени, м?с-1.

Учитывая, что выражение (1) получено, исходя из ряда допущений и упрощений, при разработке конструкций огнепреградителей безопасный диаметр огнегасящего канала dбез принимают в два раза меньше расчётного критического диаметра гашения пламени, вычисленного через критерий Пекле. Окончательно огнегасящий диаметр определяют экспериментально.

Данный подход положен в основу существующей системы нормирования требований к конструированию и испытанию огнепреградителей, которые регламентируются ГОСТ Р 12.3.047 – 98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» и ГОСТ Р 53323 – 2009 «Огнепреградители и искрогасители. Общие технические требования. Методы испытаний».

Следует отметить, что в большинстве теоретических и экспериментальных исследований условий гашения пламени указывается на то, что изменение длины каналов L (высоты пламегасящего элемента) значительно не влияет на условия гашения пламени в том случае, если величина L много больше диаметра каналов. Однако строгих закономерностей при этом обнаружено не было.

Вместе с тем, при выборе огнепреградителей должна учитываться не только их способность гасить пламя, но и способность оказывать наименьшее сопротивление движущемуся через пламегасящий элемент газовому потоку. В этом отношении наиболее приемлемы огнепреградители с минимальной длиной пламегасящих каналов.

В первой главе проанализированы существующие методы испытаний промышленных огнепреградителей. Показано, что принятый в настоящее время нормативный метод испытания огнепреградителей, регламентированный ГОСТ Р 53323 – 2009, не позволяет в полной мере проводить испытания данных защитных устройств на пламегасящую способность, огнестойкость и детонационную стойкость, поскольку не учтены особенности их размещения на технологическом оборудовании и особенности эксплуатации отдельных видов огнепреградителей. Вопросы, связанные с испытанием коммуникационных огнепреградителей на стойкость к воздействию детонационной волны, а также вопросы, регламентирующие требования к эксплуатации промышленных огнепреградителей, в стандарте вообще не освещены. Аналогичные зарубежные стандарты имеют такие же недостатки.

С учетом этого обозначена необходимость разработки новых методологических и нормативных подходов к конструированию и испытанию промышленных огнепреградителей, а также подготовки отдельного стандарта применительно к огнепреградителям, учитывающего специфику их эксплуатации на технологических системах потенциально опасных промышленных объектов.

Во второй главе разработаны теоретические и методологические основы конструирования, испытания и повышения эффективности промышленных огнепреградителей, предназначенных для локализации пламени в условиях неподвижной горючей смеси.

Разработана модель, учитывающая влияние длины каналов огнепреградителей на эффект гашения пламени. Для обоснования модели использованы основные характеристики волны газофазного горения, которая схематически показана на рисунке 1.

При поджигании горючей парогазовой среды пламенем, нагретой стенкой или электромагнитным излучением волна горения образуется в пристеночной области и распространяется внутрь объема горючей среды.

Слева от волны горения находятся продукты горения (ПГ). Зона горения (г при горении паров и газов представляет узкую светящуюся полоску. Справа от нее расположена зона прогрева Lпр. Плоскость, разделяющую зону горения и зону прогрева, будем называть фронтальной плоскостью распространения горения. Максимальную температуру в зоне горения, соответствующую на схеме точке А, будем называть температурой горения Тг, а температуру фронтальной плоскости, соответствующую точке В – температурой зажигания Тз.

Рисунок 1 ? Схема волны горения:

кривая АВС – эпюра волны горения; прямая АВС – вспомогательная прямая;

– ширина зоны прогрева

При отсутствии конвективных потоков и других искажающих факторов волна горения и фронт горения будут перемещаться вправо с постоянной скоростью uн, нормальной к фронтальной плоскости горения.

В связи с существенным различием температур в зоне горения и зоне подогрева тепловыделением в зоне прогрева можно пренебрегать и считать, что окислительные процессы, сопровождающиеся тепловыделением, протекают только в зоне горения.

Для вывода нужных соотношений принято, что в зоне горения реакция окисления протекает с постоянной скоростью W и процесс нагревания от ТЗ до ТГ также протекает с постоянной скоростью Р+, К?с-1.

При распространении горения в канале горючая смесь тепловым потоком от пламени через площадь поперечного сечения канала S нагревается от начальной температуры Тн до температуры зажигания Тз. Затем эта смесь нагревается от температуры зажигания ТЗ до температуры горения ТГ.

Мощность, затрачиваемая на нагревание этой массы от начальной температуры до температуры зажигания, определяется выражением

– плотность, кг?м-3.

Теплоёмкость нагреваемой массы

где Vг – объём этой массы, м3.