Пожарная тактика (стр. 16 )

Одним из факторов, препятствующих ликвидации пожаров газовых фонтанов, является высокая интенсивность теплового излучения факела пламени. Поэтому при тушении газового фонтана большие расходы воды необходимо предусматривать на орошение поверхности земли вокруг скважины в радиусе 10-15 м для снижения температуры в этой зоне, а также на защиту от теплового излучения личного состава и техники, принимающих участие в ликвидации пожара.

Интенсивность излучения компактного вертикального факела газового фонтана в безветренную погоду может быть рассчитана по формуле

  (3. 3.)

где f - коэффициент излучения факела пламени, учитывающий долю тепла, рассеивающегося излучением в окружающее пространство; - количество тепла, выделяемого факелом пламени; R— расстояние от центра пламени до рассматриваемой точки на поверхности земли.

Значение f принимается: для метана - 0,2, пропана - 0,33, других углеводородов - 0,4.

Теплота пожара определяется по формуле:

       (3. 4)

Где - низшая теплота сгорания газа, Дж/м3; - расход (дебит) газового фонтана, м3/ч; в - коэффициент неполноты сгорания.

Зная величину интенсивности теплового излучения, которую выдерживает личный состав , можно рассчитать предельное расстояние (рис. 3.1.) от центра факела пламени по формуле:

  (3. 5)

На рис. 3.2. показана зависимость интенсивности теплового излучения от времени теплового воздействия при максимальных болевых ощущениях. Из графика видно, что с увеличением тепловых нагрузок время резко сокращается. При интенсивности излучения (3-4)· Дж/(мІ·ч) время реакции человека (~5 с) оказывается больше, чем время достижения болевых ощущений, что может привести к сильным ожогам людей, находящихся вблизи устья фонтана при неожиданной его вспышке. При расчетах принимают, что тепловое излучение с интенсивностью в 5,6· Дж/(мІ·ч) является безопасным и личный состав может выдерживать такие тепловые нагрузки без специальной защиты в течение неограниченного времени.

Безопасное расстояние (рис. 3.1.), на котором могут работать участники тушения пожара, рассчитывается по формуле:

  (3. 6.)

Рис. 3. 1. Принципиальная схема расчета безопасного расстояния до горящего факела газового фонтана.

Рис. 3. 2. Зависимость интенсивности теплоизлучения от времени воздействия при максимальных болевых ощущениях

При сильном  ветре пламя факела газового фонтана отклоняется от вертикального положения (рис. 3.3.), поэтому проекция зоны теплового воздействия будет иметь форму эллипса. В этом случае безопасное расстояние от устья скважины в противоположном направлении ветра увеличивается и может быть рассчитано по формуле:

  (3.7.)

Рис. 3. 3. Принципиальная схема расчета безопасного расстояния для наклонного факела пламени

Для двух горелок различных диаметров при одинаковой скорости смеси в них, считая нормальную скорость константой, тепловые напряжения объема факела обратно пропорциональны радиусу горелки:

  (3. 8.)

       Это объясняется тем, что горение смеси происходит по поверхности факела. С уменьшением радиуса горелки увеличивается поверхность пламени, приходящаяся на единицу объема факела, что приводит к увеличению теплового напряжения. Такой вид горения наблюдается и на реальных пожарах при горении распыленных газовых фонтанов (рис. 3.4.), например, когда на устье скважины находится буровое оборудование или скважина оборудована фонтанной арматурой (елкой). Фронт пламени имеет развитую поверхность горения, что уменьшает инертный объем факела и увеличивает тепловое напряжение факела горения. При этом факел пламени имеет незначительную длину (высоту) и большой поперечный размер (ширину, диаметр). При встрече струи с фонтанной арматурой за плохо обтекаемыми телами образуется разрежение, вызывающее циркуляцию мощного потока высоконагретых продуктов горения. Факел горения принимает вид полого расходящегося конуса, в котором зажигание осуществляется как изнутри, так и по наружной поверхности. Тушение мощных распыленных фонтанов значительно труднее, чем компактных. Из-за сильно развитой поверхности горения, горение является более устойчивым. На практике распыленный фонтан, как правило, приводят к компактному и только затем приступают к  его тушению. Кроме того, встречаются комбинированные фонтаны с компактным факелом сверху (или наклоненном под углом к горизонту) и распыленными у устья (на арматуре), а также групповые (кустовые) фонтаны с одновременным горением двух и более скважин.

Рис. 3. 4. Виды факелов пламени распыленных газовых фонтанов

а – вертикальный; б - горизонтальный

3.3. Динамика развития пожаров в резервуарах с горячими жидкостями

Горение жидкости в резервуаре представляет собой горение паровоздушной смеси, образующейся над зеркалом горючей жидкости.

Поток пара к зоне горения поступает непрерывно благодаря процессу испарения, который, в свою очередь, определяется интенсивностью лучистого теплового потока из зоны горения к зеркалу горючей жидкости. Кислород, необходимый для горения, поступает в зону горения из окружающей среды вместе с воздухом, интенсивно притекающим в зону горения под действием сил конвективной молярной диффузии. Поэтому пламя горючих жидкостей в резервуарах является диффузионным, когда процесс перемешивания горючего и окислителя происходит непосредственно перед зоной протекания химических реакций. Молярная диффузия в значительной степени определяет интенсивность горения, полноту сгорания, скорость выгорания, скорость распространения горения, температуру пламени и другие параметры пожара.

       Известно, что характер, форма и размеры пламени при прочих равных условиях определяются видом горючей жидкости, ее температурой и размерами сосуда. Для небольших сосудов характерны ламинарные режимы горения. С увеличением объемов сосудов режим горения переходит в турбулентный. Горение жидкостей в технических резервуарах в большинстве случаев бывает турбулентным.

Высота пламени горящего резервуара прямо пропорциональна его диаметру. Для турбулентных пламен резервуаров диаметром от 2 до 23 м относительная высота пламени может быть принята равной:

       - для бензина ;

       - для дизельного топлива ;

       - для этилового спирта .

На высоту факела пламени резервуара большое влияние оказывает скорость ветра. Ветер дополнительно интенсифицирует процесс горения за счет лучшего притока кислорода в зону горения.

При скорости ветра >1 м/с относительное увеличение высоты пламени и отклонение его от вертикальной оси горючих жидкостей различно. При скорости ветра около 4 м/с и более отклонение факела пламени от вертикальной оси составляет 60-70°, т. е. пламя практически горизонтально, и массовая скорость выгорания горючей жидкости возрастает на 45-50%.

При тушении горящих жидкостей в резервуарах, необходимо знать температуру факела пламени и его лучистый тепловой поток. На температуру большое влияние оказывают турбулентные пульсации и метеорологические условия, поэтому она непрерывно изменяется. В табл. 3.1. приведены средние температуры и лучистые тепловые потоки факела пламени горящей жидкости в  резервуаре с нефтепродуктами и этилового спирта при различных его диаметрах. Из табл. 3.1. видно, что с увеличением диаметра резервуара средняя температура факела пламени уменьшается, а лучистый тепловой поток возрастает. 

Таблица 3.1.

Горючие жидкости	Диаметр резер- вуара, м		q, Вт/мІ
Бензин А-66	22,8 18,6	1097 1102	83000 82000
Дизельное топливо	22,8 2,7	1022 1260	63000 14600
Этиловый спирт	2,7 8,5	- -	30100 59000

Лучистый тепловой поток факела пламени при горении жидкостей в резервуарах в основном определяется излучением сажистых частиц и промежуточных продуктов разложения, которые присутствуют в пламени. Как известно, при горении жидкостей со свободной поверхности в большинстве случаев образуется светящееся пламя. Светимость пламени возникает в результате процесса разложения (пиролиза) паров горючих жидкостей при их движении с поверхности зеркала к фронту горения. В результате этого возникают новые фазы – твердого сажистого углерода, жидких и твердых промежуточных углеводородных соединений.