Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов

Задание на курсовую работу (вариант 5603)

Используем характеристики компактного газового фонтана состава:

· Метан СН4 84%

· Этан С2Н6 6%

· Сероводород H2S(Г) 7%

· Кислород О2 3%

истекающего через устье диаметром =250мм и имеющего высоту факела пламени ф=13м, химический недожог в зоне горения составляет =0,08.

Таблица 3

Значения стандартных теплот образования и средних приведенных теплоемкостей (в интервале температур 298−2000 K) ряда веществ

Таблица 4

Значения нижнего концентрационного предела распространения пламени горючих газов

Необходимо рассчитать следующие параметры его горения и тушения:

1. дебит газового фонтана (млн. м3 /сутки);

2. адиабатическую температуру горения, , К;

3. действительную температуру горения, , К;

4. построить зависимость удельной интенсивности лучистого теплового потока (облучённости)в зависимости от расстояния до устья скважины Е (кВт/м2)=f(L);

5. определить безопасные расстояния от устья скважины, обеспечивающие возможность выполнения боевой работы в зависимости от вида экипировки;

6. рассчитать расход воды, необходимый для тушения горящего фонтана.

Расчет основных параметров горения и тушения газового фонтана

1. Дебит газового фонтана (, млн. м3/сутки) может быть рассчитан из высоты факела пламени по формуле (4):

= 0,0025× = 0,0025× 132 =0,4225 млн.м3/сутки (19)

Секундный расход газа составит Vг =0,4225/ (246060) = 4,8 м3/с.

2. Режим истечения газовой струи может быть определен из сравнения эффективной скорости истечения (э) со скоростью звука (0):

VЭ =4Vг /π у 2 =(4× 4,8)/ (3,14× 0,252 )= 98 м/с. (20)

где Vг − секундный расход газа, м3/с,

у − диаметр устья скважины, м.

Скорость звука в метане (0) составляет 430 м/с. Рассчитанная скорость истечения газовой струи меньше скорости звука почти в 4,4 раза.

3. Для расчета адиабатической (Та) и действительной () температуры процесса горения необходимо определить теплоту сгорания, т.е. количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 м3 фонтанирующего газа с учётом его химического состава.

Теоретическая (адиабатическая) температура процесса горения рассчитывается с учётом полного адиабатического сгорания газообразного вещества(теплопотерями в окружающую среду пренебрегают).

Остановимся на методике расчета Та, основываясь на анализе энергетического баланса химической реакции.

Для его упрощения можно воспользоваться значением стандартной энтальпии сгорания при 298.15 K (-),а вместо истинных теплоемкостей веществ - их средними значениями, взятыми в температурном интервале 289-2000 К.

, (21)

где − теплоемкость исходных веществ;

− теплоемкость продуктов горения (в том числе свободного кислорода);

Та − адиабатическая температура процесса горения.

Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании одного моля, единицы массы или объёма вещества, называется теплотой сгорания (Qс, ΔсН). Стандартная энтальпия сгорания кислорода, жидкой воды, газообразного диоксида углерода (СО2) и других высших оксидов в стандартных состояниях равна нулю при любой температуре (), так они не способны окисляться.

Значения теплот сгорания органических соединений можно найти в справочной литературе или рассчитать, используя первое следствие из закона Гесса, которое гласит: тепловой эффект реакции равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.