авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Совершенствование метода защиты нефтегазового оборудования при пожарах

-- [ Страница 2 ] --

На следующем этапе работы проводилось исследование препятствия тепловым потоком сетчатой конструкции, заполненной пеной. При проведении испытаний определялись следующие параметры и характеристики: разность температур на внутренней и внешней стенках; характер возрастания температуры на внешней стенке конструкции; факторы, влияющие на возрастание температуры. Основываясь на результатах проведенных испытаний, можно сделать вывод о том, что данная конструкция способна эффективно препятствовать тепловому потоку в течение 5 минут. Исходя из этого подача воздушно-механической пены должна осуществляться постоянно, либо через определенный временной интервал, чтобы сетчатая конструкция при воздействии на нее теплового излучения была постоянно заполнена пеной. Также в ходе исследования был учтен факт влияния размеров прослоек, их геометрических форм на процесс распространения тепла в ограниченном пространстве.

В ходе экспериментальной работы с СМЛ определялись следующие параметры: величина перфорации листа, при которой воздушно-механическая пена удерживается в конструкции; термическое сопротивление конструкции, выполненной из перфорированного стекломагниевого листа и заполненной воздушно-механической пеной. В экспериментах был использован стекломагниевый лист класса «Премиум» толщиной 8 мм, обладающий надежными физико-механическими и пожарно-техническими свойствами. Результаты опытно-поисковой работы показали, что величина перфорации плоскостей из стекломагниевого листа существенно не влияет на время устойчивости пены в данной конструкции. Это объясняется тем, что общая площадь перфорации в стекломагниевом листе составляет 10 % от всей его плоскости. Вследствие этого пена удерживается в этом объеме дольше, чем в металлической сетке, так как на пену нет воздействия внешних факторов. При проведении огневых испытаний температура на поверхности испытываемой конструкции составляла 820…830 °С.

Огневые испытания показали, что конструкция, не заполненная пеной, способна поглощать тепловое излучение на 90 %. При этом температура в тыловой части конструкции с увеличением времени возрастает и держится в пределах 10 °С, так как через отверстия перфорации нагревается внутренняя часть конструкции. Однако при заполнении пеной данная конструкция поглощает тепловое излучение на 100 %, и время устойчивости пены средней кратности составляет 720 секунд, время устойчивости пены высокой кратности составляет 920 секунд. В работе приведена сравнительная характеристика исследуемых устройств. Разработанные устройства способны эффективно поглощать тепловое излучение, однако при использовании конструкций, выполненных из металлических сеток, потребуется большее количество пенообразователя. В конструкцию, выполненную из СМЛ, можно подавать воздушно-механическую пену высокой кратности, кроме того, затраты на ее выполнение значительно ниже, чем на выполненную из металлических сеток.

В третьем разделе получены формулы для решения уравнения теплопроводности на основе метода конечных разностей, позволяющие найти распространение тепла вдоль бесконечной неоднородной стенки, наполненной средой (воздушно-механическая пена) с изменяющимися теплофизическими характеристиками во времени (распад воздушно-механической пены):



, (2)

где – теплоемкость проводящей среды, ; – теплопроводность проводящей среды, ; – удельная плотность среды,

Вследствие того что теплофизические характеристики пены менялись как во времени, так и в пространстве, то получить аналитическое решение уравнения (2) оказалось затруднительным. Для решения этого уравнения использовался численный подход, основанный на методе конечных разностей.

Для определения температуры в точках разбиения отрезка использовался конечно-разностный аналог уравнения теплопроводности:

(3)

Коэффициенты для системы уравнений (4) определялись по следующим выражениям:

, (4); , (5); , (6); , (7);

, (8); , (9); , (10);

, (11); , (12); , (13)

В выражениях (3) – (13) приняты следующие обозначения: – шаг во времени, причем ; – шаг в пространстве , причем ; – значение коэффициента теплопроводности в точке с координатами в момент времени ; – объемная теплоемкость пены; – температура пены в точке в момент времени .

Вариант конечно-разностного аналога уравнения теплопроводности (3) решался с учетом граничных условий второго типа:

, (14)

где ; ; – коэффициент поверхностного теплообмена; – температура окружающей среды.

Для расчета температурного поля ограждений различных конструкций была написана программа в среде программирования Delphi, в которой реализован алгоритм численного решения уравнения (3). Результаты расчета по этому алгоритму были проверены на решении тестового примера. Численный эксперимент показал, что с увеличением числа интервалов разбиения отрезка в четыре раза ошибка уменьшилась практически в 10 раз. Таким образом, появилась возможность за счет выбора шагов разбиения во времени и пространстве гарантировать заданную точность расчетов. В программе предусмотрены варианты расчета температурного поля с выбором типа ограждения (в виде металлической сетки или стекломагниевого листа) и заполнителя (воздушно-механической пены).

На следующем этапе исследования была проведена оценка удельной теплоемкости, коэффициента теплопроводности для пены заданной кратности. Временную зависимость этих величин считали известной из результатов эксперимента.

Дополнительно рассчитывалось временное изменение температуры на внешней стенке ограждения при наличии пены. Причем отвод тепла от внутренней стенки осуществлялся за счет теплообмена с поверхности металлической сетки.

На рисунке 2 приведены график рассчитанной зависимости температуры от времени на внешней стороне конструкции из металлических сеток и экспериментальные точки. Наблюдается достаточно хорошее согласование с учетом того, что часть характеристик пены экстраполировалась линейным образом от теплофизических характеристик воздуха к теплофизическим характеристикам воды.

В качестве параметра теплофизических характеристик пены использовалось число кратности. Плотность пены заданной кратности находилась на основе следующей зависимости:

, (15)

где – число кратности пены.

  График зависимости-48

Рисунок 2 – График зависимости температуры от времени
в заданном сечении на внешней стороне конструкции
из металлических сеток

Коэффициент поверхностного теплообмена был принят равным
= 8 Вт/м2К. Он является типичным значением, свойственным для металлических поверхностей в отсутствии сильной конвекции. Коэффициент теплопроводности пены принят равным его значение обусловлено теплопроводностью водяной пленки в пене. Воздух в пузырьках имеет коэффициент теплопроводности, составляющий величину порядка которая в 30 раз меньше соответствующего значения для воды. Поэтому теплопроводностью за счет воздуха в данном случае пренебрегли. Для удельной теплоемкости принята закономерность, суть которой заключается в том, что значение удельной теплоемкости напрямую связано с плотностью пены, значит и с числом кратности. Если принять линейный вариант изменения удельной теплоемкости проводящей среды и считать, что максимальная кратность пены находится в районе , то для этого значения кратности пена практически состоит из воздуха, и вклад в удельную теплоемкость проводящей среды от воды практически равен нулю. Основанная на этом предположении линейная зависимость имеет вид:

, . (16)

Таким образом, были связаны все теплофизические характеристики пены с числом ее кратности. Приведенный пример расчета на рисунке 2 основан на использовании предложенных закономерностей. Нужно отметить достаточно хорошее согласование рассчитанных и экспериментальных значений температуры на внешней стенке ограждения при наличии в качестве наполнителя пены заданной кратности.

Для расчета ограждающей конструкции, в которой в качестве стенок используется стекломагниевый лист толщиной 8 мм, использовались следующие теплофизические характеристики составной среды, а именно: значение теплопроводности для стекломагниевого материала принималось равным среднему значению из имеющихся в литературе значений, которые находятся в интервале; теплопроводность воздушно-механической пены обусловлена теплопроводностью водяной пленки; плотность стекломагниевого листа принята равной и равна среднему значению из известных данных; плотность пенного заполнителя, как и в предшествующим случае, обусловлена числом кратности пены.

В качестве удельной теплоемкости стекломагниевого листа принята теплоемкость, равная а теплоемкость пены определялась числом ее кратности Все расчеты производились с числом кратности пены .

На рисунке 3 представлены график временной зависимости температуры на внешней стороне конструкции из СМЛ, заполненной пеной средней кратности, и набор экспериментальных точек.

  График зависимости-60

Рисунок 3 – График зависимости температуры от времени
в заданном сечении на внешней стороне конструкции
из СМЛ

Анализ численных расчетов конструкции из СМЛ показывает, что основное падение температуры происходит в пенном слое на расстоянии порядка 20…30 см, что позволяет заметным образом сократить расход пены, так как остальная часть ограждающей конструкции работает в низком интервале перепада температур. Это свидетельствует об эффективности использования разработанного метода, позволяющего оценить и спрогнозировать конструктивные параметры устройств (конструкций), а также заданное время защиты нефтегазового оборудования при пожарах.

Результаты исследовательской работы, включающей в себя проведение описанных экспериментов, позволяют сделать вывод о том, что поставленные задачи исследования решены.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

  1. В результате проведенного анализа пожаров и способов противопожарной защиты объектов хранения переработки и транспортировки углеводородного сырья было установлено, что для предотвращения развившегося пожара наиболее эффективны способы, которые поглощают тепловое излучение и тем самым препятствуют распространению пожара.
  2. На основании проведенных опытно-поисковых исследований были разработаны конструкции, поглощающие тепловое излучение. Применение данных конструкций при пожарах позволит кратно снизить тепловое воздействие на технологическое оборудование.
  3. Получены формулы для решения уравнения теплопроводности на основе метода конечных разностей, позволяющие определить температурное поле в составной среде ограждения. Предложены зависимости, описывающие теплофизические характеристики пенной среды в зависимости от ее кратности.
  4. На основании результатов численных расчетов создана методика, при помощи которой определяется время термического сопротивления разработанных устройств в зависимости от начальных условий, что позволяет спрогнозировать их конструктивные параметры для заданного времени защитного действия.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:





Ведущие рецензируемые научные журналы

  1. Бараковских С.А., Арканов П.В. Оценка теплофизических характеристик составной среды огнезащитных конструкций при пожарах на нефтегазовых объектах // Научно-технические ведомости СПбГПУ: Сб. научн. тр. – СПб., 2011. – Вып. 2. – С. 291-294.
  2. Бараковских С.А., Иванов В.А. Разработка устройств для ослабления теплового излучения при противопожарной защите объектов нефтегазового комплекса // Изв. вузов «Нефть и газ». – Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. – Вып. 1. – С. 61-66.
  3. Бараковских С.А., Иванов В.А., Акулов А.Ю. Разработка конструкций для локализации пожара на нефтегазовых объектах // Безопасность жизнедеятельности. – М., 2011. – Вып. 4. – С. 40-43.
  4. Бараковских С.А., Иванов В.А., Плотников С.А. Исследование конструкций для предотвращения распространения пожара на объектах нефтегазового комплекса // Научно-технические ведомости СПбГПУ: Сб. научн. тр. – СПб., 2010. – Вып. 4. – С. 266-270.

Прочие печатные издания

5. Бараковских С.А., Борисов С.А. Применение противопожарных преград с использованием воздушно-механической пены // Совершенствование противопожарной защиты объектов с повышенной пожарной опасностью. Матер. межвузовск. научн.-практ. конф., посвященной 80-летию Уральского института ГПС МЧС России. – Екатеринбург, 2008. – С. 87-88.

6. Бараковских С.А., Третьякова Е.А., Скурихин С.А. Обеспечение пожарной безопасности рыночных комплексов в современных условиях // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации. Матер. Второй междунар. научн.-практ. конф. – Екатеринбург, 2008. –
С. 232-233.

7. Бараковских С.А., Третьякова Е.А. Обеспечение пожарной безопасности объектов массового пребывания населения // Безопасность мегаполиса: промышленно-экологический аспект. Матер. научн.-практ. конф. в рамках V Междунар. научн.-практ. форума «Грани безопасности – 2008». – Екатеринбург, 2008. – С. 82-84.

8. Назаров В.П., Орлов С.А., Бараковских С.А. Перспективы применения пенных противопожарных преград // Безопасность критичных инфраструктур и территорий. Тез. докл. II Всеросс. научн.-техн. конф. – Екатеринбург, 2008. – С. 63-64.

9. Бараковских С.А., Берг В.И., Якименко К.Ю. Анализ аварийности по причине пожаров на резервуарных парках // Проблемы эксплуатации систем транспорта. Матер. Всеросс. Научн.-техн. конф., посвященной
10-летию со дня основания Института транспорта Тюменского государственного нефтегазового университета. – Тюмень, 2009. –
С. 38-41.

10. Бараковских С.А., Ильин Н.А., Михеев А.В. Новое устройство, препятствующее распространению пожара на объектах переработки нефти // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Матер. 67-ой Всеросс. научн.-техн. конф. / Самарск. гос. архитектурн.-строительн. ун-т. – Самара, 2010. – С. 561.

11. Бараковских С.А., Акулов А.Ю. Разработка устройств, препятствующих распространению пожара на объектах нефтегазового комплекса // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации. Матер. IV Всеросс. научн.-практ. конф., посвященной 20-летию образования МЧС России / Урал. ин-т ГПС МЧС России. – Екатеринбург, 2010. – С. 5-6.

12. Иванов В.А., Бараковских С.А. Анализ аварийных ситуаций на резервуарных парках по причине пожаров // Мегапаскаль. Сб. научн. тр. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. – Вып. 3. – С. 28-29.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати 21.06.2012 г. Бумага писчая.

Заказ № 167. Тираж 100 экз.

Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.