Главная


Найти: на:
 

МЧС РОССИИ
АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ
СЛУЖБЫ
УТВЕРЖДАЮ
Начальник кафедры



План лекции

  1. Возникновение и развитие пожара на резервуаре
  2. Параметры пожара резервуара
  3. Распределение температуры в жидкости по высоте резервуара
  4. Вскипание и выброс жидкости при горении в резервуаре


2005 г.
Фондовая лекция по дисциплине
«Физико-химические основы развития и тушения яожаров»
ТЕМА: ПОЖАРЫ РЕЗЕРВУАРОВ
Специальность 330400 «Пожарная безопасность»
Рассмотрена и одобрена
на заседании методической секции
протокол №   от «   »__________ 2005 г
МОСКВА 2005г.


1


ПОЖАРЫ РЕЗЕРВУАРОВ Возникновение и развитие пожара на резервуаре
Проблема обеспечения пожарной безопасности резервуаров с горю­чими жидкостями в России возникла с момента пуска в эксплуатацию пер­вого вертикального металлического резервуара для хранения нефти в 1878 году. Резервуары для горючих жидкостей, особенно нефти и нефтепродук­тов, относятся к промышленным сооружениям повышенной пожарной опасности. Как правило, пожары резервуаров с нефтью и нефтепродуктами являются сложными, ликвидируются с большим трудом и наносят не толь­ко материальный, но и большой экологический ущерб.
В настоящее время многие процессы и явления, связанные с возник­новением и развитие пожаров на резервуарах могут быть объяснены и спрогнозированы на основании имеющихся научных представлений.
Как известно, пожар возникает, когда во времени и пространстве сов­падают три фактора: горючее вещество, окислитель и источник зажигания, т.е. появляется "треугольник горения". Вероятность и место возникновения такой ситуации определяется конструкцией резервуара, свойствами нахо­дящейся в нем жидкости, характером выполняемой технологической опе­рации, климатическими условиями.
В настоящее время для хранения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей применяются в основном резервуары следующих типов: с ста­ционарной крышей и свободной поверхностью жидкости, с стационарной крышей и понтоном, с плавающей крышей (рис. 1).
При эксплуатации резервуара, имеющего стационарную крышу, го­рючая газовая среда может образовываться как внутри его, так и снаружи.
При свободной поверхности жидкость интенсивно испаряется. Кон­центрация паров внутри таких резервуаров быстро достигает равновесных значений, которые определяются температурой жидкости. Технологиче-


екая температура жидкости, как правило, значительно выше верхнего тем­пературного предела распространения пламени. Соответственно концен­трация пара в парогазовом пространстве таких резервуаров обычно пре­вышает верхний концентрационный предел, т.е. газовая среда внутри ре­зервуара является негорючей. Во время откачивания жидкости внутрь ре­зервуара поступает воздух, смесь разбавляется и попадает в область вос­пламенения. В такой ситуации пожар, как правило, начинается со взрыва паровоздушной смеси, частичного или полного отрыва крыши и воспламе­нения жидкости на всей свободной поверхности. Если смесь находится вблизи нижнего или верхнего концентрационного пределов, то давление взрыва, как правило, оказывается достаточным лишь для частичного отры-
парогазовоаяушная смесь

Рис. 1. Резервуары: а. - с стационарной крышей; б.- с понтоном, в.- с плавающей крышей.
ва крыши в местах ее крепления к верхнему поясу резервуара. В этих слу­чаях в начале воспламеняются пары, выходящие в местах отрыва крыши. Затем происходит деформация и обрушение крыши внутрь резервуара, го­рение распространяется на всю свободную поверхность жидкости.
При наполнении резервуара, а также при "малых дыханиях", пары стравливаются в атмосферу через дыхательные клапаны, разбавляется воз­духом, и образуют горючую смесь. Т.е. в окрестности резервуара форми-



3


4


руется взрывоопасная зона. По мере удаления от места истечения (выбро­са) паров их концентрация уменьшается. На внешней границе зоны она" равна нижнему концентрационному пределу распространения пламени.
Наибольшую протяженность взрывоопасная зона имеет при наполне­нии резервуара. В этом случае ее размеры при прочих равных условиях определяются производительностью операции и текущим содержанием го­рючих паров в парогазовом пространстве резервуара. Расчет по стандарт­ной методике [1] показывает, в сухую безветренную погоду, внешняя гра­ница взрывоопасной загазованной зоны в сухую безветренную погоду может выходить за пределы резервуарного парка. Чем больше протяжен­ность взрывоопасной зоны, тем выше вероятность воздействия случайного источника зажигания (разряда атмосферного электричества, капли рас­плавленного металла, электрических или фрикционных искр и т.д.) и, со­ответственно, взрыва, пожара.
После взрыва (вспышки) наружной паровоздушной смеси, если не произошло разрушения резервуара, пожар локализуется в виде факельного горения у места истечения паров. Чаще всего, факельное горение происхо­дит на дыхательном клапане. Под действием тепловых потоков от факела пламени крыша резервуара деформируется и разрушается, горение (со взрывом или без) переходит на свободную поверхность жидкости.
Наличие в резервуаре понтона на поверхности жидкости препятствует ее испарению. Однако возможность образования горючей смеси внутри ре­зервуара при этом все равно сохраняется. Во время откачивания жидкости происходит ее испарение со стенок резервуара, и в надпонтонном про­странстве постепенно накапливаются ее пары. Концентрация паров возрас­тает медленно т. к. при каждом откачивании в резервуар поступает воздух. Поэтому парогазовое пространство в резервуаре с понтоном длительное время находится во взрывоопасном состоянии. При появлении источника


зажигания воспламеняется, чаще всего, обедненная горючая смесь - близ­кая к нижнему концентрационному пределу распространения пламени.
Вероятность факельного горения на дыхательном клапане или других устройствах (например, пенокамерах) при наличии понтона в целом ниже, чем при свободной поверхности жидкости и возрастает со временем экс­плуатации резервуара по мере накопления паров в надпонтонном про­странстве. Если факельное горение возникает, то пожар развивается по то­му же сценарию, что и на резервуаре без понтона. При этом в случае не­полного разрушения и затопления понтона возникают дополнительные сложности в ходе тушения пожара.
В резервуаре с плавающей крышей горючая смесь образуется у мест выхода в атмосферу паров и газов через неплотности герметизирующего затвора. При появлении источника зажигания возникает локальный факел пламени, под действием которого постепенно разрушается гидрозатвор, крыша теряет плавучесть и тонет, пламенное горение распространяется на поверхность горючей жидкости. Кроме того, в результате нарушения тех­нологического режима откачивания может произойти отрыв поверхности жидкости от плавающей крыши и образование паровоздушной смеси внут­ри резервуара со всеми вытекающими последствиями.
Технические причины возникновения и все возможные варианты раз­вития пожаров в резервуарах и резервуарных парках приведены в работах [2,3].
Параметры пожара резервуара
Рассмотрим горение жидкости в промышленном резервуаре (т.е. диа­метром не менее 3-5м) для случая, когда части конструкции резервуара, ограничивающие приток воздуха в зону горения (крыша, понтон) отсутст­вуют. Наиболее полно горение жидкостей в резервуарах исследовано в



5


6


фундаментальной работе В.И. Блинова и В.Н. Худякова "Диффузионное горение жидкостей", опубликованной в 1961г.[4].
Основными параметрами пожара резервуара являются скорость выго­рания жидкости, интенсивность излучения, высота и температура пламени. Все они взаимосвязаны. Так, скорость выгорания определяет высоту и форму пламени, интенсивность излучения из зоны горения в окружающую среду. Чем больше потери тепла излучением, тем ниже температура и, со­ответственно теплосодержание пламени. В свою очередь от интенсивности излучения и размеров пламени зависит величина теплового потока, па­дающего на поверхность жидкости, соответственно и скорость ее испаре­ния/выгорания.
От интенсивности излучения из зоны горения и размеров пламени за­висит протяженность зоны теплового воздействия факела на окружающие объекты. Конвективные потоки при открытых пожарах оказывают крайне слабое воздействие на окружающие объекты. Их влияние может прояв­ляться на уровне верхней кромки резервуара, если под действием ветра они оказываются направленными параллельно плоскости земли. Однако, даже в этом случае, их действие не является устойчивым.
Для жидкостей наряду с массовой скоростью выгорания часто исполь­зуют и линейную ил - расстояние, на которое опускается уровень жидкости в единицу времени. Обе скорости взаимосвязаны через плотность жидко­сти р: v р, кг/(с-м \
мл
Так же как и в газовом фонтане, на резервуаре образуется и горит по­ток газо(паро)воздушной смеси. Горение в обоих случаях является диффу­зионным и турбулентным. Однако, над резервуаром, в отличие от газового фонтана, факел пламени формируется восходящими конвективными пото­ками продуктов сгорания. Скорость его "истечения" несоизмеримо мень-


ше, чем у газового факела и зависит от свойств горючего, а также ряда внешних факторов. В свободно восходящей конвективной струе продуктов сгорания критическое значение числа Рейнольдса составляет 150, что при­мерно в 10 раз меньше обычно принятого. Чем больше масса вещества, ис­паряющегося и сгорающего в единицу времени, тем выше скорость восхо­дящего потока, тем сильнее он турбулизован. Вместе с тем, турбулизация потока пара создает лучшие условия для образования и сгорания горючей смеси.

Режим горения зависит от диаметра резервуара. В горелках диаметром менее 0,03м пламена жидкостей ламинарные, с увеличением диаметра ско­рость выгорания уменьшается, как это видно на примере бензина (рис. 2)[4]. В диапазоне от 0,03 до 1м наблюдается переходный режим от лами­нарного к турбулентному. При горении в резервуарах диаметром более 1 м пламена полностью турбулентные и скорость выгорания жидкости практи­чески не зависит от диаметра.


Диаметр резервуара, м
Рис. 2. Влияние диаметра резервуара на скорость выгорания бензина. В свою очередь скорость выгорания определяется соотношением ле­тучести жидкости и относительной излучательной способности. Свети-



мость пламени обусловлена присутствием частиц углерода в продуктах го­рения. Излучение сажи увеличивает теплоотдачу пламени в окружающую среду. Соответственно, и большая часть энергии тратится на испарение жидкости.
Например, при горении в резервуаре диаметром 0,3м, первая фракция нефти (самая легкая) - бензиновая имеет относительную излучательную способность 0,59+0,72, керосин - 0,37, моторный бензин - 0,36. Пламя ме­танола практически невидимо. Относительная излучательная способность метанола - 0,07. При этом тепловой поток, падающий на поверхность зер­кала жидкости от пламени (дл:щ) у бензина и керосина больше, чем требу­ется для поддержания стационарного горения (<7треб)> а у метанола — значи­тельно меньше [5]:
Яфеб, кВт                           дпгд, кВт
Бензиновая фракция............... 1,23                                    2,51
Керосин...................................... 1,05                                    1,08
Бензин.......................................... 2,23                                    2,51
Метанол.................................... 1,22                                     0,21
В результате этого процесс горения нефти и большинства нефтепро­дуктов в резервуарах не является устойчивым (рис.3).
(, , г

Рис. 3. Изменение высоты пламени при горении нефтепродуктов.


За счет разности этих тепловых потоков над зеркалом жидкости нака­пливаются пары несгоревшего горючего, соответственно пламя вытягива­ется. Постепенно в зоне горения формируется облако, которое всплывает вверх, перемешивается с воздухом и сгорает за пределами основного факе­ла пламени. После этого высота пламени уменьшается, и процесс повторя­ется (см. рис. 3).
Пламя спиртов является мерцающим. В этом случае недостаток лучи­стой энергии компенсируется конвективными тепловыми потоками, кото­рые периодически достигают поверхности жидкости, вызывая ее испаре­ние и сгорание (рис.4).


=г^

Рис. 4. Изменение формы пламени при горении спирта Теплота, выделяющаяся в окружающую среду, в виде лучистой энер­гии, поглощается более холодными зонами пламени и близлежащими слоями окружающей среды. Чем дальше от зоны горения, тем меньше плотность падающего теплового потока. Так же как и при горении газового фонтана, протяженность зоны теплового воздействия пожара резервуара зависит от коэффициента излучения/= q„y4lq„. При этом коэффициент из­лучения зависит не только от вида горючего, но и от диаметра резервуара.
На рис. 5 приведены значения коэффициента излучения из зоны горе­ния в окружающую среду для некоторых нефтепродуктов [6].
Интенсивность излучения q^ во всех случаях измерялась на уровне борта резервуара на расстоянии L, равном 5D. Как видно из этих данных доля излучения составляет 30 - 50% от теплоты пожара при горении угле­водородов в резервуарах диаметром до 2м. С увеличением диаметра резер-



9


10


вуара коэффициент излучения снижается до 0,07 (диаметр 30м) и 0,04 (диаметр 50м) при горении керосина. Доля излучения при горении метано­ла в резервуаре диаметром 1,25м составляет около 0,17, что намного меньше, чем при горении углеводородов.


Диаметр резервуара, м
Рис. 5. Зависимость коэффициента излучения от диаметра резервуара.
Как известно, излучательная способность пламени обусловлена теп­ловым излучением частиц углерода размером 10-100 нм, которые образу­ются в зоне горения. Находясь в пламени, они ведут себя как абсолютно черное или серое тело. Увеличение притока воздуха в зону горения приво­дит к увеличению полноты сгорания. Соответственно, с увеличением диа­метра резервуара концентрация частиц углерода в пламени, его общая из­лучательная способность и скорость выгорания жидкости должны умень­шаться. В действительности это происходит до определенного предела.
При горении жидкости на большой площади окислителя не хватает для образования горючей паровоздушной смеси над всей поверхностью одновременно. С увеличением диаметра резервуара высота пламени (Н) уменьшается и для нефтепродуктов не превышает (1-И,5) диаметра D. При соотношении HID < 1 пламя разделяется на ряд небольших очагов. Эти


«4


очаги не зависят друг от друга, не являются устойчивыми. Они случайным образом возникают и исчезают на произвольных участках поверхности зеркала жидкости. В результате пламя имеет неоднородную температуру, и дым образуется не только на периферии, но и в объеме зоны горения. Ин­тенсивное сажеобразование увеличивает поглощение излучения. Поэтому приборы, установленные за пределами больших резервуаров регистрируют меньший тепловой поток.
Степень облученности объектов вокруг горящего резервуара зависит от высоты пламени Н. Установлено, что для маленьких резервуаров высота пламени фактически не зависит от их диаметра D. При этом если высота пламени, приведенная к диаметру резервуара {HID) больше 6, то величина HID пропорциональна 0,23 qn , м. В резервуарах большого диаметра HID < 6. При HID < 2 величина HID почти линейно зависит от (qJD 2).
В результате обработки опубликованных данных о пожарах резервуа­ров и разливов жидкостей было получено выражение, приведенное в рабо­те [5]:
H=0,23qn215 -1,02Дм.                                            (1)
Следует иметь в виду, что значение Н, получаемое по данной форму­ле, соответствует некой усредненной высоте т. к. пламя над резервуаром непрерывно пульсирует по причинам рассмотренным выше.
Формула (1) учитывает массовую скорость выгорания и низшую теп­лоту сгорания жидкости т.к. эти параметры определяют величину qn. Если в резервуаре горит однокомпонентная (индивидуальная) жидкость, то ско­рость выгорания быстро достигает максимального значения, соответст­вующего температуре кипения и в дальнейшем не изменяется. Низшая те­плота сгорания в этом случае также остается постоянной. При горении многокомпонентных жидкостей (сложного состава) состав верхнего про­гретого слоя изменяется т.к. происходит разгонка смеси. Характерным



И


12


примером таких жидкостей является нефть, которая состоит из фракций, кипящих в разных интервалах температур:
бензиновая..................................... 40- 180°С
лигроиновая................................... 120-200°С
керосиновая.................................... 150 - 300°С
минеральные масла..................... >350°С.
По мере улетучивания компонентов, имеющих низкую температуру кипения, температура кипения прогретого слоя возрастает (рис. 6). Соот­ветственно изменяются скорость выгорания и низшая теплота сгорания, что должно сказываться на высоте пламени.


поверхности жидкости, тратится на парообразование. Чем выше теплота парообразования, тем больше это различие.
Распределение температуры жидкости по глубине резервуара носит различный характер (рис.7). В некоторых жидкостях по мере удаления от


Уровень жидкости
^ КИП_____ fc_/Ж

Уровень жидкости
Т             Т
1кип           __ 1 ж



 




Время свободного горения
Рис. 6. Изменение температуры поверхностного слоя индиви­дуальной (а) и многокомпонентной жидкости (б) при горении.
Ткип , Ти,,, , Ткя/«^максимальная температура кипения соответствующей фракции.
Распределение температуры в жидкости по высоте резервуара
После воспламенения температура поверхностного слоя жидкости быстро повышается и достигает максимального значения. Следует отме­тить, что для однокомпонентных (индивидуальных) жидкостей это значе­ние немного ниже температуры кипения т.к. часть тепла, поступающего к

Гомотермический слой

Уровень жидкости

Рис. 7. Распределение температуры в жидкости необразующей (а) и обра­зующей гомотермический слой (б).
поверхности температура плавно понижается (рис. 7а). В других формиру­ется слой, практически равномерно прогретый до температуры, близкой к температуре кипения (рис. 76). Этот слой называется гомотермический. Он может образовываться как в индивидуальных, так и в поликомпонент­ных жидкостях (т.е. в жидкостях сложного состава). Такие распределения



13


14


температуры принято называть распределением первого и второго рода соответственно.
В индивидуальных жидкостях, например в диэтиловом эфире, со вре­менем растет толщина гомотермического слоя, а температура остается по­стоянной. В поликомпонентных жидкостях его температура повышается, как показано на рис. 66.
При возникновении гомотермического слоя жидкость как бы разделя­ется на два слоя. В верхнем нагретом слое с увеличением расстояния от поверхности жидкости температура понижается очень медленно. Разность температур на поверхности и на нижней границе гомотермического слоя очень мала. В нижнем слое температура быстро падает по мере удаления от нижней границы гомотермического слоя (см. рис. 16).
Природа гомотермического слоя до конца не ясна. Достоверно из­вестно следующее.
В верхнем и нижнем слоях горящей жидкости действуют конвектив­ные потоки. Причем в верхнем слое они значительно более интенсивные, чем в нижнем. В результате этого происходит перемешивание жидкости и выравнивание ее температуры по толщине слоя.
Гомотермический слой имеет предельную толщину, т.е. его нижняя граница может не достигать дна резервуара. Причем предельная толщина возрастает с увеличением диаметра резервуара.
Чем ниже теплопроводность стенок, тем медленнее растет толщина гомотермического слоя.
При охлаждении борта резервуара рост толщины гомотермического слоя замедляется, а в лабораторных условиях может прекратиться совсем.
Гомотермический слой значительной толщины возникает в жидкостях с температурой кипения (начала кипения жидкостей сложного состава) не более 100°С.


На основании экспериментальных данных, как собственных, так и по­лученных другими исследователями, В.И. Блинов и В.Н.Худяков предпо­ложили, что в механизме образования и роста гомотермического слоя ве­дущую роль играет стенка резервуара.
Вначале, по истечении нескольких минут горения, температура стенки резервуара оказывается везде выше температуры жидкости (рис. 8). После того, как стенка достаточно прогреется, на ней начинается кипение жидко­сти. Пузырьки пара поднимаются вверх и вызывают интенсивное движе­ние в верхнем слое горящей жидкости. Эти потоки перемешивают соответ­ствующий слой и выравнивают его температуру - происходит зарождение гомотермического слоя.


Рис. 8. Распределение темпера­туры в бензине и на стенке резервуа­ра. Z - расстояние от верхней кромки борта резервуара.

Нагретый слой жидкости ускоряет прогрев стенки, на соответствую­щей ее части начинается кипение, ведущее, в свою очередь, к росту тол­щины гомотермического слоя. Перемещение границы гомотермического слоя приводит к нагреванию следующей части стенки резервуара и про­цесс повторяется.



15


16


Высказывалось также предположение, что в поликомпонентных жид­костях (в частности нефти) плотность гомотермического слоя выше, чем ч плотность исходной жидкости из-за выгорания легких фракций.
В результате этого гомотермический слой как бы продавливается че­рез жидкость, находящуюся ниже. Однако прямые измерения плотности нефти при горении в резервуаре показали, что это не так. Средняя плот­ность жидкости, находящейся в гомотермическом слое, ниже исходной.
Вместе с тем, совершенно очевидно, что плотность жидкости, из ко­торой удаляются (выгорают) легкие фракции, должна возрастать. Посколь­ку в гомотермическом слое этого не происходит, можно предположить, что разгонка протекает в тонком поверхностном слое. Жидкость, обогащенная тяжелыми фракциями, оседает вниз и на нижней границе гомотермическо­го слоя отдает избыточное тепло исходной жидкости. Последняя нагрева­ется и вплывает к верхней границе гомотермического слоя. Возникающий противоток обеспечивает почти равномерное распределение плотности и температуры во всем нагретом слое и постепенное увеличение его толщи­ны [7]. При этом, если скорость выгорания жидкости слишком велика, большое количество тепла уносится из поверхностного слоя при испаре­нии. В результате теплосодержания отяжелевшей жидкости может быть недостаточно для прогрева нижних слоев. Тогда гомотермический слой в поликомпонентной жидкости может не образовываться, что и наблюдается в ряде случаев при горении бензина в резервуарах большого диаметра, ко­гда влияние стенки ослаблено [7]. Описанный механизм применим только к жидкостям сложного состава, и не объясняет образование гомотермиче­ского слоя, например, в диэтиловом эфире, ацетоне.
Таким образом, в настоящее время не существует единого общепри­знанного механизма формирования гомотермического слоя при горении жидкостей в резервуарах. Одни исследователи [4] отдают предпочтение


процессам кипения жидкости у нагретой стенки, другие [7] - конвекции, возникающей за счет разности плотностей в верхнем слое. Очевидно, в ре­альности имеют место оба этих процесса. Вклад каждого из них в зарож­дение и рост гомотермического слоя, по-видимому, определяется природой жидкости и размерами резервуара.
Вскипание и выброс жидкости при горении в резервуаре
Пожары резервуаров часто сопровождаются вскипанием и (или) вы­бросом горящей жидкости. Чаще это происходит при горении нефти и нефтепродуктов. Примерно 60% пожаров резервуаров с нефтью сопровож­дается вскипанием, а каждый четвертый - выбросом [3]. Вскипание прояв­ляется как бурное вспенивание жидкости. Горящая пена переливается че­рез борт резервуара, попадает в обвалование, выводит из строя технологи­ческое и пожарное оборудование, приводит к срыву пенной атаки.
Наиболее опасным является выброс. При этом большие массы горя­щего продукта взлетают на высоту иногда равную 3-5 диаметрам резер­вуара, падая на землю, покрывают большие площади и продолжают гореть. Выбросы наносят большой материальный ущерб и часто сопровождаются человеческими жертвами.
Уже первые исследования этих явлений показали их связь с образова­нием гомотермического слоя. Было установлено, что вскипание нефти и высококипящих нефтепродуктов представляет собой вспенивание жидко­сти, которое происходит в результате вскипания капель воды диспергиро­ванных в массе вещества. Схема этого процесса показана на рис. 9.
Если вода и горючая жидкость невзаиморастворимы, то капли воды могут находиться во взвешенном состоянии продолжительное время толь­ко при достаточно высокой вязкости жидкости. К таким жидкостям отно­сятся, например, нефть, минеральные масла, мазут и т.д.



17


18


Гомотермический слой, образующийся при возникновении горения (см. рис. 9а), в силу более высокой температуры имеет меньшую вязкость, * чем остальная масса жидкости. Присутствие воды увеличивает скорость опускания его нижней границы и, в то же время, замедляет рост темпера­туры.

Рис. 9. Схема процесса вскипания жидкости при пожаре резервуара.
В результате этого капли воды, опускаясь вниз, концентрируются вблизи нижней границы гомотермического слоя (см. рис. 96). Когда темпе­ратура гомотермического слоя достигает температуры кипения воды, кап­ли превращаются в пар и вспенивают жидкость (см. рис. 9в).
Вскипание может быть многократным. Его интенсивность зависит от длительности горения резервуара и степени обводненности нефтепродукта. При содержании влаги менее 0,3% вскипание нефти обычно не происхо­дит, а при 20% и более вспенившаяся масса не горит. При влажности неф­ти 0,6% первое вскипание наступает примерно через 50 - 50 мин, а при 0,9% - через 40 - 50 мин.
Вскипание также происходит при подаче пены на поверхность жидко­сти, нагретой до температуры выше 100°С. Это относится как к "сухим", так и обводненным жидкостям.


Причиной выбросов при пожарах резервуаров с нефтепродуктами яв­ляется вскипание воды, находящейся на дне резервуара или раствора пено­образователя, скопившегося там в результате разрушения пены, подавае­мой на тушение (рис. 10).
а.                        5                        $,
Рис. 10. Схема процесса выброса при горении нефтепродуктов в резервуарах.
Вскипание воды, находящейся на дне резервуара, носит взрывной ха­рактер т.к. под слоем жидкости вода способна перегреваться до температур значительно выше 100°С. Чем выше температура перегретой воды, тем большее количество тепла аккумулируется в ее массе и затем расходуется на образование пара:


(2)

Q= ]cp(T-TJSdz,
где: Q - количество тепла, аккумулированное в перегретом слое воды; zo - тол­щина слоя воды, в котором температура выше температуры кипения; с, р и Тк - тепло­емкость, плотность и температура кипения воды соответственно; Т - температура пере­гретого слоя воды на расстоянии z от поверхности; S - площадь зеркала жидкости.
Сила выброса растет с увеличением степени перегрева. Как считается [3], выбросы нефтепродуктов происходят, когда температура гомотерми­ческого слоя достигает 200°С и выше.



19


20


Как правило, выброс носит пульсирующий характер с нарастанием высоты и объема факела и может длиться от 3 до 10 мин. Причиной растя-» гивания этого процесса по времени считается неодновременное соприкос­новение прогретого слоя с водой [3].
Время тв от начала пожара до наступления выброса оценивают по формуле:
x, = (H-h)l(un + u^ + v)                                            (3)
где: Н - начальная высота слоя нефти в резервуаре, м; h - толщина слоя воды на дне резервуара, м; ип - линейная скорость выгорания жидкости; м^ - линейная ско­рость роста гомотермического слоя; v - линейная скорость откачки жидкости из резер­вуара.
В зависимости от выбранной единицы измерения линейных скоростей значение тв получается в м/мин или мАь Их значения, рекомендуемые [8] для расчета, приведены в таблице. Следует иметь в виду, что реальное время выброса может весьма существенно (на несколько часов) отличаться от расчетного как в большую, так и в меньшую сторону. Это связывают со вскипанием в результате пенной атаки или наличия взвешенной воды в го­рящей жидкости.
Линейная скорость выгорания и некоторых жидкостей

Жидкость

Линейная скорость выго-

Линейная скорость роста

 

рания, м/ч

гомотермического     слоя, м/ч

Бензин

До 0,30

До 0,10

Смесь нефти и газо-

До 0,20

До 0,40

вого конденсата

 

 

Нефть

До 0,15

До 0,40

Мазут

До 0,10

До 0,30


Хотя закономерность не выявлена, можно предположить, что после самопроизвольного вскипания выброс должен наступать раньше т. к. тем­пература гомотермического слоя либо не изменяется, либо продолжает расти, а расстояние от нижней его границы до воды уменьшается в резуль­тате перелива части жидкости через борт резервуара. Выброс после вски­пания в результате пенной атаки должен наступать позже т.к. поток рас­твора пенообразователя, образующийся при разрушении пены, охлаждает жидкость и замедляет рост температуры гомотермического слоя.
Кроме того, вода может находиться не только на дне резервуара, но и скапливаться на деформированной поверхности затонувших или переко­шенных понтона, плавающей или стационарной крыши, и т.д. В результате выброс может произойти при вскипании воды, находящейся значительно выше расчетного уровня.
Из всего изложенного следует, что вскипание и выброс могут проис­ходить при горении в резервуарах на только нефти и нефтепродуктов. В общем случае, для вскипания и выброса необходимо, чтобы в горящей жидкости или под ней находилась другая жидкость, которая нерастворима (или ограниченно растворима) в горящей и, кроме того, имеет меньшую температуру кипения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 
Hosted by uCoz