Файл: Kindeev - Prognozirovaniye opasnikh faktorov pozhara 2016.pdf

26 

Рассматривая факелы газонефтяных фонтанов, можно пользоваться (с 

некоторыми  поправками)  основными  закономерностями  турбулентных 

газовых  струй,  так  как  при  соотношении  массы  жидкой  фазы  (нефти)  к 

массе  газа  около  единицы  отношение  объемов  газа  и  нефти  будет  около 

тысячи.  По  мере  удаления  от  среза  трубы  (за  счет  массообмена  струи  с 

окружающим  воздухом)  это  соотношение  будет  увеличиваться  в  десятки 

раз.  Скорость  движения  капелек  нефти  в  струе  будет  приблизительно 

равна  скорости  движения  газовой  фазы.  Поэтому  такую  двухфазную 

струю  можно  рассматривать  как  свободную  затопленную  турбулентную 

струю.  

Существуют  три  области  равных  концентраций,  соответствующие 

нижнему 

концентрационному 

пределу 

воспламенения, 

стехиометрическому  составу  смеси  и  верхнему  концентрационному 

пределу 

воспламенения. 

Ниже 

нижнего 

и 

выше 

верхнего 

концентрационных пределов воспламенений горение невозможно, так как 

ниже  нижнего  концентрационного  продела  воспламенения  имеется 

избыток воздуха, а выше верхнего - избыток горючего газа. Горение будет 

идти  с  максимальной  скоростью  в  области,  соответствующей 

стехиометрическому составу смеси.  

При  турбулентном  диффузионном  горении  концентрации  газа  и 

кислорода  падают  до  нуля  в  зоне  горения,  а  концентрация  продуктов 

горения и их температура достигают максимума. Образующиеся продукты 

горения  диффундируют  как  в  окружающее  пространство,  смешиваясь  с 

воздухом, так и внутрь факела, смешиваясь с горючим газом. 

Распространение  пламени  и  воспламенение  новых  порций  газа  при 

турбулентном 

диффузионном 

горении 

осуществляется 

теплопроводностью и диффузией горячих продуктов горения. Положение 

27 

поверхности  горения  и  скорость  горения  определяются  интенсивностью 

турбулентной диффузии. 

Температура  газа  в  ядре  постоянных  скоростей  близка  к  температуре 

истечения  газа.  Максимальная  температура  пламени  находится  на 

поверхности  стехиометрнческого  состава.  Воспламенение  турбулентной 

струи  газа  осуществляется  по  периферии  (по  кольцевой  области),  где 

скорость  распространения  пламени  имеет  максимальное  значение.  По 

мере  удаления  от  среза  трубы  зона  высоких  температур  приближается  к 

оси  струи  и  на  некотором  расстоянии  от  среза  трубы  зона  высоких 

температур достигает оси трубы. Это расстояние называется длиной зоны 

воспламенения. 

Длина зоны воспламенения тем больше, чем выше молекулярная масса 

горючего,  так  как  для  сгорания  единицы  массы  газа  должно  поступить 

большее количество воздуха из окружающей атмосферы. И наоборот, чем 

меньше  молекулярная  масса  горючего,  тем  меньше  длина  зоны 

воспламенения. 

В  зоне  догорания  происходит  догорание  отдельных  молей  горючего, 

на  которые  разбивается  струя  в  результате  турбулентных  пульсаций. 

Процесс  смешения  в  этой  зоне  осуществляется  в  основном  за  счет 

молекулярной  диффузии,  кроме  того,  эта  зона  характеризуется 

значительным недостатком кислорода, поэтому сгорание газа происходит 

очень медленно, что обусловливает значительную длину зоны догорания. 

Длина  зоны  догорания  определяется  протяженностью  пути  движения 

молей газа за время их выгорания и пропорциональна скорости движения 

газа. 

Фронт  горения  в  турбулентном  факеле  пламени  из-за  турбулентных 

пульсаций  масс  горючего,  воздуха  и  продуктов  горения  получается 

28 

размытым, раздробленным на отдельные части и неустойчивым. Особенно 

это проявляется в зоне догорания. 

Одним  из  важных  параметров  газового  факела  является  его  длина 

(высота).  Под  высотой  факела  горения  понимается  наблюдаемая 

визуально или "фотографическая" длина факела. 

Исследованиями установлено, что с увеличением расхода  газа высота 

факела  пламени  растет  медленно,  причем  на  нее  не  оказывает 

существенного влияния диаметр насадка.  

Высота  пламени  у  газонефтяных  фонтанов  несколько  больше,  чем  у 

газовых. Нефтяные фонтаны с большим дебитом нефти и незначительным 

содержанием  газа  имеют  небольшую  высоту  факела  пламени,  примерно 

20...30  м.  Пламя  газового  фонтана  имеет  светло-желтую  окраску.  При 

пожарах  газонефтяных  фонтанов  вся  нефть,  как  правило,  сгорает  в 

воздухе,  пламя  имеет  оранжевый  цвет,  иногда  горение  сопровождается 

клубами  черного  дыма.  При  пожарах  нефтяных  фонтанов  только 

незначительная  часть  нефти  успевает  испариться  и  сгореть  в  воздухе,  а 

большая ее часть выпадает на землю, разливается вокруг устья скважины 

и  продолжает  гореть.  Нефтяной  фонтан  горит  темным  оранжевым 

пламенем  с  большим  выделением  черного  дыма.  Процесс  истечения  и 

горения  факела  фонтана  сопрово  ждается  сильным  шумом  (ревом), 

достигающим у устья 130 децибелл.  

Для  устойчивого  горения  факела  пламени  необходимо  равенство 

скоростей распространения пламени и встречного газового потока.  

Одним  из  факторов,  препятствующих  ликвидации  пожаров  газовых 

фонтанов,  является  высокая  интенсивность  теплового  излучения  факела 

пламени. Поэтому при атаке на газовый фонтан большое количество воды 

(до 500 л/с) тратится на орошение поверхности земли вокруг скважины в 

радиусе  10...15  м  для  снижения  температуры  в  этой  зоне,  а  также  на 

29 

защиту от теплового излучения личного состава и техники, принимающих 

у

частие в ликвидации пожара. 

Особенности пожаров в резервуарах 

с горючими 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.  

30 

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  более  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

º

,  т.е.  пламя  практически 

горизонтально. 

При  тушении  горящих  жидкостей  с  поверхности  резервуаров 

необходимо знать температуру факела пламени и его лучистый тепловой 

поток.  На  температуру  большое  влияние  оказывают  турбулентные 

пульсации  и  метеорологические  условия,  поэтому  она  непрерывно 

изменяется.  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  ГЖ  или 

ЛВЖ  при  их  движении  с  поверхности  зеркала  к  фронту  горения.  В 

результате  этого  возникают  новые  фазы  -  твердого  сажистого  углерода, 

жидких и твердых промежуточных углеводородных соединений. 

Зона  теплового  воздействия  при  пожаре  в  резервуаре  определяется  в 

большинстве случаев лучистым тепловым потоком. Поэтому необходимо 

знать, какую долю тепла составляет лучистый тепловой поток от общего 

количества  тепла  при  горении  паров  жидкости  над  резервуаром.  Для 

большинства  углеводородных  горючих  жидкостей  это  отношение  равно 

0,4...0,5.  Зная  общую  потерю  тепла  за  счет  излучения  пламени,  можно 

рассчитать  количество  тепла,  излучаемого  в  направлении  зеркала