Горение паро-газо-воздушного облака

1.

Системный анализ и моделирование процессов
Горение паро-газо-воздушного облака
C
0 1 2 .. n
ВКПР
НКПР
R
Первая стадия горения протекает при
коэффициенте расхода воздуха
соответствующем предельно богатой
газо-воздушной смеси:
n 1,15
Г
Г
О2
0,21(100 eв )
eвVOтеор
2
где eв - верхний концентрационный
предел зажигания газо-воздушной смеси.
Средняя максимальная температура зоны горения в конце первого этапа
горения tg,, oC может быть приближённо определена из выражения:
Q Qнед
t g 2050( n 1
0,075),
Vпг * I m
В момент достижения максимальной температуры средний радиус зоны
горения равен
R 3
3G n 1 t g 273
Vпг (
),
4 0
273
где G - масса углеводородного газа в кг, o - плотность газа, кг/м3.

2.

Системный анализ и моделирование процессов
Горение паро-газо-воздушного облака
Средняя скорость перемещение фронта горения равна
u ср 0,5(u n uT ),
где un - нормальная скорость распространения пламени,
uТ - турбулентная скорость распространения пламени
0 , 26
0 , 24
T
n
u 0,18u
Re
Критерий Рейнольдса принимает следующее значение:
Re
2 Ru n
Время достижения максимальной температуры зоны горения
2R u
ср
Плотность теплового потока излучения зоны горения
2
R
q пад 5,67 (
)4 * 2
.
2
100
R h
Tg

3.

Системный анализ и моделирование процессов
Горение паро-газо-воздушного облака
1 exp[ K осл ( pH O pCO ) S эф
2
2
S эф 1,3R
К осл
0,8 1,6 pH 2O
( pH 2O pCO2 ) S эф
(1 0,38
Tg
1000
)

4.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака
Допущения:
-
в образовавшемся облаке ТВС участвует вещество одного типа;
-
после инициирования ТВС имеет место взрывное превращение
(дефлаграция или детонация)
В зависимости от размеров облака, свойств смеси, параметров
подстилающей поверхности и т.п. может иметь место как
дефлаграционное (скорость распространения пламени ниже скорости
звука),
так и детонационное (скорость распространения пламени выше
скорости звука) горение.

5.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака (продолжение)
Блок – схема модели
Исходные данные:
характеристики горючего вещества облака ТВС
агрегатное состояние ТВС
средняя концентрация горючего вещества в облаке ТВС, сг
стехиометрическая концентрация горючего вещества с воздухом, сст
масса горючего вещества в облаке, Мг
з
Q
удельная теплота сгорания горючего вещества, н
информация об окружающем пространстве
Определение эффективного энергозапаса ТВС
E = Mг Q нз при cг сст или E = Mг Q нз сст/ cг при cг > сст
При расчете параметров взрыва облака, лежащего на поверхности земли
величина эффективного энергозапаса удваивается
Определение ожидаемого режима взрывного превращении
1
3
Расчет безопасного расстояния Rx R /( E / P0 )
1
Расчет параметрического расстояния
100R / E 3
0
Детонация
Дефлаграция

6.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака
Степень загроможденности:
Вид 1. Наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей
смесью.
Вид 2. Сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых
объемов, высокая плотность размещения оборудования, лес, большое
количество повторяющихся препятствий.
Вид 3. Средне загроможденное пространство: отдельно стоящие
технологические установки, резервуарный парк.
Вид 4. Слабо загроможденное пространство.

7.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного
Классификация паро – газовоздушных смесей по степени чувствительности
Класс 1. Особо
чувствительные вещества
Вещество
Ацетилен
1,1
Винилацетилен
1,03
Водород
2,73
Гидразин
0,44
Изопропилнитрат
0,41
Метилацетилен
1,05
Нитрометан
0,25
Окись пропилена
Окись этилена
0,62
Этилнитрат
0,3
Класс 2 Чувствительные
вещества
Вещество
Акрилнитрил
–
Акролеин
0,62
Бутан
1,04
Бутилен
1,0
Бутадиен
1,0
1,3 пентадиен
1,0
Пропан
1,05
Пропилен
1,04
Сероуглерод
0,32
Этан
1,08
Класс 3. Средне
чувствительные вещества
Вещество
Ацетальдегид
0,56
Ацетон
0,65
Бензин
1,0
Винилацетат
0,51
Винилхлорид
0,42
Гексан
1,0
Изооктан
1,0
Металамин
0,7
Пиридин
0,77
Сероводород
0,34
Спирты:
0,52
-метиловый
0,62
-этиловый
0,69
-пропиловый
0,79
Класс 4. Слабо чувствительные
вещества
Вещество
Аммиак
0,42
Бензол
0,88
Декан
1,0
Дизельное топливо
1,0
О – дихлорбензол
0,42
Бензолдодекан
1,0
Керосин
1,0
Метан
1,14
Митилбензол
1,0
Метилмеркаптан
0,53
Нафталин
0,91
Окись углерода
0,23
Дихлорэтан
0,25
трихлорэтан
0,14

8.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака
Класс
смеси
Вид окружающего пространства
1
2
3
4
1
Ожидаемый диапазон скорости взрывного
превращения
1
1
2
3
2
1
2
3
4
3
2
3
4
5
4
3
4
5
6

9.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака
Диапазоны взрывного превращения
Диапазон 1:
Детонация или горение со скоростью фронта
пламени более 500 м/с;
Диапазон 2:
Детонация, скорость фронта пламени 300…500
м/с;
Диапазон 3: Дефлаграция, скорость фронта пламени 200…300
м/с;
Диапазон 4: Дефлаграция, скорость фронта пламени 150…2500
м/с;
Диапазон 5:
Дефлаграция, скорость фронта пламени
определяется соотношением
wф = 43 Мг1/6
Диапазон 6: Дефлаграция, скорость фронта пламени
определяется соотношением
wф = 26 Мг1/6,

10.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака
Образующееся паро– газовоздушное облако может быть
гетерогенным (более 50% топлива содержится в виде капель) и
газовым ( в виде капель содержится менее 50% топлива).
К гетерогенным облакам можно отнести облака веществ с
низким давлением насыщенного пара, к газовым – облака
летучих веществ.

11.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака (продолжение)
Блок – схема модели
Дефлаграция
Детонация
Облако газовой ТВС
Облако гетерогенной ТВС
ln Px 1,124 1,66 ln Rx 0,26(ln Rx ) 2
Px 0,125R x 1 0,137 R x 2 0,023R x 2
ln I x 3,4217 0,898 ln Rx
I x 0,022 R z 1или
0,0096(ln Rx ) 2
Px 0,271 1 0,62 2 0,236 3
I x 0,047 1
Px ( wф / a)[( 1) / ](0,83R x 1 0,14 R x 2
I x ( wф / a)[( 1) / ][1 0,4( 1) wф /
/ a](0,06 R x 1 0,01R x 2 0,0025 R x 1 )
Определение размерных величин PxP0 и I = Ix(P0)2/3 E1/3 /C0