автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Повышение эффективности кассетных огнепреградителей нанесением текстуры на поверхность пламегасящего элемента

На правах рукописи 10

Потеряев Юрий Константинович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КАССЕТНЫХ ОГНЕПРЕГРАДИТЕЛЕЙ НАНЕСЕНИЕМ ТЕКСТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПЛАМЕГАСЯЩЕГО ЭЛЕМЕНТА

05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 (.,;-,г ¿и и

Санкт-Петербург -2011

4841426

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент, Хорошилов Олег Анатольевич

доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы РФ Таранцев Александр Алексеевич;

кандидат технических наук, доцент Янковский Иван Григорьевич

Санкт-Петербургский филиал Федерального государственного учреждения «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» (ВНИИПО) МЧС России

Защита состоится «25» марта 2011 года в часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.01 при Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149).

Автореферат разослан « 24 » р>ОЛ Д 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета О.А. Хорошилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пожарная опасность объектов нефтегазового комплекса обусловлена наличием большого количества легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Основными защитными устройствами, обеспечивающими предотвращение распространения пожаров через дыхательные клапана резервуаров, газоуравнительную обвязку, факельные установки и технологические трубопроводы являются кассетные огнепреградители.

На объектах нефтегазового комплекса неоднократно имели место случаи, когда огнепреградители не обеспечивали локализацию пламени и последствия пожаров значительно усугублялись (распространение пламени по газоуравнительным и факельным системам на группу технологических аппаратов, проникновение пламени через дыхательные клапана внутрь резервуаров с последующим взрывом и т.п.).

В качестве одного из недавних примеров можно отметить пожар, который произошел 22 августа 2009 года в резервуарном парке линейной производственно-диспетчерской станции «КОНДА» на территории Кон-динского района Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. В ходе расследования было установлено, что распространение пожара произошло по газоуравнительной обвязке резервуаров вследствие проскока пламени через огнепреградитель. Пожаром причинен значительный экологический, экономический и социальный ущерб.

Указанные данные свидетельствуют о недостаточной эффективности используемых в настоящее время промышленных огнепреградителей. Мероприятия, направленные на повышение эффективности локализации пламени, предлагаемые предыдущими исследователями, ведут к увеличению сопротивления газовому потоку или габаритных размеров огнепреградителей и снижению их надежности.

Таким образом, актуальность диссертации обусловлена необходимостью улучшения эксплуатационных и пламегасящих характеристик кассетных огнепреградителей для повышения уровня пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса.

Цель диссертационной работы - оценка влияния текстуры поверхности1 пламегасящего элемента на эффективность огнепреградителей и их сопротивление газовому потоку.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

' В диссертации под текстурой поверхности понимается совокупность нанесенных на поверхность твердого тела одинаковых элементов шероховатости по заданному закону распределения

- создать виртуальную модель гашения пламени в каналах огнепрегра-дителей для оценки влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пламенепроницаемость и сопротивление газовому потоку;

- на основе виртуальной модели провести исследования влияния различной текстуры поверхности пламегасящих элементов на эффективность гашения пламени и сопротивление газовому потоку;

- разработать методику экспериментального исследования кассетных пламегасящих элементов на пламенепроницаемость, провести эксперименты и установить зависимости влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания бензиновоз-душной смеси на пламенепроницаемость;

- разработать методику экспериментального определения сопротивления газовому потоку кассетных пламегасящих элементов, провести эксперименты и установить зависимости влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания горючей смеси на сопротивление газовому потоку;

- разработать способ повышения эффективности кассетных огнепре-градителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящих элементов;

- разработать усовершенствованные конструкции промышленных ог-непреградителей для локализации пламени на технологических системах объектов нефтегазового комплекса.

Объект исследования - пламегасящие элементы кассетных огнепре-градителей.

Предмет исследования - пламегасящие и гидравлические характеристики кассетных огнепреградителей.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием методов компьютерного моделирования при помощи пакета прикладных программ Fluent и путем проведения натурных экспериментов. При обработке результатов использовались методы математической статистики и системного анализа.

Научная новизна заключается в следующем:

- впервые использованы положения теории пограничного слоя Г. Шлихтинга для обоснования возможности повышения эффективности кассетных огнепреградителей;

- с использованием пакета прикладных программ Fluent разработана виртуальная модель гашения пламени в каналах огнепреградителей;

- выявлены закономерности влияния избыточного давления сгорания смеси паров бензина с воздухом и текстуры поверхностей пламегасящих

элементов на пламенепроницаемость огнепреградителей;

- установлены закономерности влияния текстуры поверхностей на сопротивление пламегасящих элементов газовому потоку;

- на основе проведенных исследований разработаны усовершенствованные конструкции огнепреградителей.

Практическая значимость состоит в том, что в результате проведенной работы:

- предложен и апробирован метод повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения определенной текстуры на поверхность пламегасящего элемента;

- разработаны новые конструкции огнепреградителей, которые могут быть применены для защиты от распространения пожаров через дыхательную арматуру и по газоуравнительным обвязкам резервуаров с нефтью и нефтепродуктами.

Достоверность изложенных в диссертации положений и выводов подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, использованием современных и апробированных математических методов; высокой сходимостью результатов модельного и натурного экспериментов; согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований, достаточной апробацией научных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- виртуальная модель гашения пламени в каналах огнепреградителей, позволяющая проводить оценку влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пламенепроницаемость и сопротивление газовому потоку;

- результаты модельного и натурного экспериментов по исследованию влияния текстуры поверхности пламегасящих элементов на эффективность гашения пламени и сопротивление газовому потоку;

- способ повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящих элементов.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были доложены на следующих конференциях:

- четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербург, 21-22 апреля 2009 года;

- тринадцатой Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», Санкт-Петербург, 18 мая 2009 года;

- второй международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», Санкт-Петербург, 29-31 октября 2009 года;

- тринадцатой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 5-8 апреля 2010 года;

- четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации», Екатеринбург, 15 апреля 2010 года;

- четырнадцатой Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах», Санкт-Петербург, 13-14 мая 2010 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ.

Реализация результатов исследования. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России и используются в производственной деятельности ООО «Пожобо-ронпром Плюс» и ООО «Технологии безопасности» при разработке усовершенствованных конструкций огнепреградителей и при проектировании комплексных систем противопожарной защиты объектов нефтегазового комплекса.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованных литературных источников из 116 наименований и 4 приложений. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 15 таблиц и 62 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, определяются объект и предмет исследования, показана научная новизна и практическая значимость; приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведена классификация сухих огнепреградителей, используемых для защиты технологических систем объектов нефтегазового комплекса от распространения пожара, проведен анализ их основных конструкций, рассмотрены принципы гашения пламени в огнепреградителях, проанализированы теоретические модели и формулы для расчета критического диаметра гашения пламени. Показано, что пламенепроницаемость является основной эксплуатационной характеристикой для сухих кассетных огнепреградителей.

Изложены общие сведения и принципы моделирования процессов гашения пламени. Рассмотрено развитие моделей гашения пламени в узких каналах промышленных огнепреградителей.

Критически проанализирована теория пограничного слоя Г. Шлих-тинга. Так, рис. 1 иллюстрирует увеличение коэффициента сопротивления Ас„, вызванное круглым отверстием с диаметром У и глубиной -И при скорости потока и. Прослеживается следующая зависимость: повышение сопротивления газовому потоку тем меньше, чем меньше отношение глубины к к толщине <5 пограничного слоя.

/к'»- /\

0,2 ш

Рисунок 1 - Зависимость коэффициента сопротивления Дс„ круглых отверстий различной глубины -И в плоской стенке от соотношения М5, согласно исследованиям

Г. Шлихтинга.

Все кривые имеют общие максимумы при /¡/¿/=-0,5 и, значительно меньшие по величине, при /г/^-0,1 и 1,0. В промежутках между максимумами 0,2; Л/с^-0,8 и 1,35) имеют место минимумы. Очевидно, что в зависимости от глубины отверстий возникают различные правильные вихри, которые по-разному влияют на сопротивление. Из симметрии полученных кривых относительно нулевой точки следует, что мелкие выемки, для которых отношение -/г/У не превышает 0,1, дают приблизительно такое же повышение сопротивления, как и аналогичные возвышения.

Допустимой высотой элементов текстуры называется та предельная высота элементов текстуры, которая при обтекании стенки еще не вызывает увеличения сопротивления по сравнению с сопротивлением гладкой пластины.

Таблица 1 - Зависимость допустимой высоты шероховатости от числа Рейнольдса йе;,

согласно Г. Шлихтингу.

V 105 10б ю7 ю8 109

допустимая относительная шероховатость V 1 'доп КГ3 10"4 ю-5 10"6 ю-7

Формула, определяющая допустимую высоту элементов текстуры к„ш совершенно не зависит от длины пластины / и определяется исключительно максимальной скоростью течения U и кинематической вязкостью v.

(1)

Отсюда вытекает, что если при испытании модели скорость и кинематическая вязкость имеют такие же значения, как и при испытании натурного объекта, то в обоих случаях абсолютные допустимые высоты элементов текстуры должны быть одинаковыми.

Анализ изученных теоретических материалов позволил выработать рабочую гипотезу:

1. Процесс гашения в пламегасящем элементе определяется теплооб-менными процессами в пограничном слое.

2. В пламегасящих каналах с нанесенной текстурой прохождение волны горения в режиме детонации сопровождается сложной системой взаимодействующих отраженных волн, гасящих взаимно друг друга. Более сильные волны вызывают воспламенение смеси у элементов шероховатости. В режиме дефлаграционного горения в трубах с нанесенной на поверхность текстурой возможность воспламенения еще меньше, снижается скорость горения.

3. Для отверстий в пламегасящих каналах огнепреградителей существует оптимальное соотношение глубины и диаметра отверстия, которое не вызывает значительного сопротивления газовому потоку при различных значениях скоростей, но при этом способствует интенсификации теплообмена.

Во второй главе описано моделирование процессов гашения пламени в узких каналах и сопротивления кассетных огнепреградителей газовому потоку.

Математические эксперименты производились с помощью программного пакета Fluent на основе систем дифференциальных уравнений.

Каждое уравнение описывает конкретный параметр рассчитываемой системы.

Состояние газа в любой точке рассматриваемой области определяется следующими параметрами:

- давлением р\

- температурой 7;

- вектором скорости с или его компонентами .

Кроме того, для описания свойств вязкого сжимаемого газа необходимо знать плотность р и вязкость /д которые могут быть вычислены с помощью указанных выше параметров. Таким образом, состояние любой точки потока вязкой теплопроводной жидкости или газа задается несколькими переменными. Соответственно, для их определения необходима система следующих уравнений:

1. Уравнение движения в форме Навье-Стокса: ди

ди ди

р — + р-и--

5/ дх

Г ди ду ^(Зу дх

р ■ V

ду

ди .. др . д ( ди) д р ■ н-— = р - X ~ — + 2— р— + — х д: дх дх ^ дх) ду

д + —

д:

(ди дм

2д_ Здх

(ди ду йс

дV' ду ду ду „ др д

Р-+ Р - и--1- Р - У-+ р - М-= р-1--— +-

д1 дх ду д: ду дх

( ди ду^ Щ — + —

[ду дх

+ 2-

ду

( ду) д /

р— н-- м

1 ду) & V

ду дм дг ду

2д_ Ъду

ди ду дм

— н---1--

дх ду &

дм дм Эи' дм др д

р--у р-и — + р ■ у— + р - м— = р- 2 ——-1--х

5/ дх ду дг дг дх

ди дм

А— +

дх)} ду

ду дм \дг ду)_

~ д ( ЗиЛ 2 д

■2— и— +---х

& I &) 3 &

(2)

(ди ду ЗиЛ

М

. ч

дх ду дг 2. Уравнение энергии:

"дТ дТ дТ дТ

р-ср | — + и — + V--1- М-

д1 дх ду д:

др др др др — + и — + V— + м — д1 дх ду дг

дх V дх) Зу^ ду) ЗД & где Ф - диссипативная функция:

+ М-Ф,

Ф = 2

( сНЛ (ду ди^ 2 г дм

+ - + — + — + — + — + -

^йг ду] [ду ЭzJ

(ди ЭиЛ* + — + -

I дг дх

ди ду дчг — + — + —

дх ду дг

3. Уравнение неразрывности:

дри | д{ри) | д(ру) | д(ри>) д1

= 0.

(5)

дх ду дг 4. Для описания зависимости плотности от температуры и давления в большинстве случаев достаточно известного уравнения состояния идеального газа:

Р

Р =

ЯТ

(6)

5. Вязкость чаще всего задается в виде зависимости от температуры. Для этого часто используется зависимость Сатерленда:

( Т V 273 + С

(7)

\21Ъ) Т + С

Таким образом, расчетное определение параметров потока в любой точке расчетной области сводится к решению сопряженной нелинейной системы дифференциальных уравнений. Дополнительную нелинейность задают коэффициенты, характеризующие свойства газа, которые в основном определяются температурой. Нелинейность и сопряженность исходной системы уравнений приводит к тому, что получить ее аналитическое решение возможно только с использованием численных методов.

Идея применения численных методов состоит в отыскании дискретных значений переменной в некоторых точках расчетной области, по которым можно построить распределение искомого параметра. При этом в рассматриваемых точках исходные дифференциальные уравнения заменяются алгебраическими (дискретными аналогами). Дискретный аналог связывает значение искомой переменной в нескольких узловых точках. В результате задача сводится к отысканию решения алгебраических уравнений.

Таким образом, процесс численного решения осуществляется в следующей последовательности:

- дискретизация - деление расчетной области на точки;

- замена исходных дифференциальных уравнений алгебраическими аналогами в окрестностях тока;

- решение системы алгебраических уравнений.

Преимущество данного метода заключается в возможности визуально оценивать распределение плотностей потока газа в зависимости от высо-

ты/глубины шероховатостей поверхности, скорости, давлений, интенсивности турбулентности. Результаты расчетов представляются в виде расчетной области с градиентной окраской. Числовое значение цветов расшифровывается в левой части графического окна в шкале-легенде. Инструменты пакета прикладных программ Fluent позволяют создавать любые текстуры и конфигурации гасящих каналов, статические и динамические элементы огнепреградите-лей. В качестве граничных условий для расчета можно задавать из обширной библиотеки материалов вид газовой или жидкой среды (вязкость, плотность, теплопроводность и другие параметры); характеристику течения потока в зависимости от числа Рейнольдса (ламинарный, турбулентный, переходный); давление и температуру на входной и выходной областях.

Принимая во внимание тот факт, что большинство пожаров происходит на резервуарах с бензинами (53,9 % среди наземных резервуаров), в качестве рабочей горючей смеси для моделирования и проведения практических экспериментов принята смесь паров бензина Аи-95 с воздухом.

Для компьютерного моделирования, в качестве элементов текстуры, выбраны отверстия, расположенные в шахматном порядке.

Имитация процессов пламегашения в узких каналах проводилась на электронных трехмерных моделях каналов огнепреградителей с текстурой поверхности и без текстуры. Каналы имели длину 120 мм и в поперечном сечении образовывали правильные шестигранники с длиной стороны 1,5 мм. Текстура сформирована отверстиями в стенках каналов диаметром 0,5 мм и глубиной, соответствующей половине толщины металлической ленты, используемой при производстве огнегасящих кассет. Межосевое расстояние между отверстиями текстуры 1 и 4,5 мм. Указанные геометрические параметры текстуры поверхности предложены Г. Шлихтингом и использованы для сопоставления.

Рабочая среда - смесь стехиометрического состава паров бензина с воздухом. Плотность рабочей среды в канале распределяется по закону Менделеева-Клапейрона, теплоемкость, теплопроводность, вязкость, молекулярная масса постоянны и соответствуют значениям, приведенным в библиотеке данных программы Fluent. В качестве модели турбулентности принята RNG -к-£ модель.

Моделирование процессов пламегащения в кассетах сухих огнепреградителей производилось в диапазоне избыточных давлений, близких к давлению, возникающему при воспламенения горючей смеси над дыхательной арматурой (вне резервуара).

Примеры полученных результатов проиллюстрированы на рис. 2 и 3.

На рисунках сверху вниз расположены каналы: без текстуры; с отверстиями диаметром 0,5 мм и межосевым расстоянием 4,5 мм; с отверстиями диаметром 0,5 мм и межосевым расстоянием 1 мм.

147(1 Температура. К 1420 136(1 1300 125(1 1190 ИЗО 1080 1020 962 905 848 792 733 678 621 564 507 450 393 337

Канал без текстуры Канал с отверстиями диаметром 0.5 мм и межосевым расстоянием 4,5 мм Канал с отверстиями диаметром 0.5 мм и межосевым расстоянием 1 мм

I_1_I_|_I_1_I

>

0 X

2-Х

20

40

60 НО 100 120

длина лл&мегасящсго канала, мм

Шкала-легенда температур указана в Кельвинах. Рисунок 2 - Изотермическая поверхность со значением температуры самовоспламенения бензиновоздушной смеси в огнегасящих каналах при избыточном давлении 11 ООО Па.

Канал без текстуры

Канал с отверстиями диаметром 0.5 мм и межосевым расстоянием 4.5 мм

I 1000

10500 Избыточное давление сгорания 99Ю паровоздушной смеси. Па 9360 8810 8260 7710 7160 6610 6060 5510 4960 4410 3860

3310 ^ 2760 2210 1660 1110 564 14.7

Канал с отверстии диаметром 0.5 мм и межосевым расстоянием

J>

о

20

40

60 80 100 120 длина пламегасящего канала, мм

х

¿—х

Шкала-легенда избыточного давления указана в паскалях Рисунок 3 - Изобары в продольном сечении огнегасяших каналов при избыточном давлении 11000 Па.

140

-канал о« текстуры

■:,™л с

отверстиями с межкевым расстоянием 4,5 мм

-канал с отверстиями с межосевым расстоянием 1 мм

3 5 7 9 И

Ве.шшпш избыточного давления сгорания смеси бензина с воздухом

сгехпометртесюнконцентращпг, кПа

Рисунок 4 - Зависимость длины канала, необходимой для снижения температуры горящей смеси ниже температуры самовоспламенения, от величины избыточного давления сгорания смеси бензина с воздухом стехиометрической концентрации для узких каналов с различными текстурами.

Основные результаты компьютерного моделирования пламенепрони-цаемости в узких каналах представлены на рис. 4.

Для оценки эффективности нанесения текстуры на кассету огнепре-градителя введен коэффициент сравнительной эффективности, определяемый по формуле:

I _ бе? текстуры

ср.*р. ~ г

С текстурой

(8)

где ¿без текстуры длина канала без нанесенной текстуры, необходимая для снижения температуры горящей смеси ниже температуры самовоспламенения, мм;

и текстурой — длина канала с нанесенной текстурой, необходимая для снижения температуры горящей смеси ниже температуры самовоспламенения, мм.

1,60

Й Й

а,зб

5 1,20

1,17

0,50

й аьи

~ 0.40

0,20

1,18 —П—

1.:/

1,35

-канал с отверстиям! 1С межисевым расстоянием 4.5 мм -кннач с oтвq)c■mя^ИIC межосевым расстоянием I мм -кппплбе1 отверстии

Величина избыточного давления сгорания смеси бензина с воздухом стехиометрической концентрации Д Р, кПа

Рисунок 5 - Распределение коэффициента сравнительной эффективности в зависимости от нанесенной на поверхность огнегасящего канала текстуры при различных значениях величины избыточного давления сгорания смеси паров бензина и воздуха стехиометрической концентрации.

При нанесении отверстий с межосевым расстоянием 4,5 мм коэффициент сравнительной эффективности лежит в пределах от 1,14 до 1,18 в диапазоне избыточных давлений 3-11 кПа. При нанесении отверстий с межосевым расстоянием 1 мм коэффициент сравнительной эффективности изменяется в пределах от 1,34 до 1,40 в том же диапазоне давлений.

Таблица 2 - Результаты моделирования сопротивления газовому потоку при среднем номинальном расходе воздуха (200 л/час) для кассет огнепреградителей.

Измеряемая величина Текстура

Канал без текстуры Канал с отверстиями с межосевым расстоянием 4,5 мм Канал с отверстиями с межосевым расстоянием 1 мм

Разница давлений, Па/мм вод. ст. 617/63 647/66 671/69

Из таблицы 2 видно, что при нанесении на пламегасящие элементы огнепреградителей текстуры, сопротивление газовому потоку при среднем номинальном расходе воздуха увеличивается на 8,8 %.

Третья глава посвящена экспериментальному определению пламене-проницаемости и сопротивления газовому потоку пламегасящих элементов кассетных огнепреградителей, используемых для защиты технологических систем объектов нефтегазового комплекса от распространения пожара.

Для проверки адекватности результатов компьютерного моделирования

производились эксперименты на описанных ниже установках.

Для экспериментального определения пламенепроницаемости на базе ООО «Мобильные Лазерные Технологии» были созданы лазерной перфорацией экспериментальные пламегасящие элементы в поперечном сечении образующие правильные шестигранники с гранью 1,5 мм и с длиной каналов 15 мм. Количество пламегасящих элементов: 8 с гладкой поверхностью, 8 с текстурой, сформированной отверстиями в стенках каналов диаметром 0,5 мм и глубиной, соответствующей половине толщины металлической ленты. Межосевое расстояние между отверстиями текстуры 1 мм.

Экспериментальное определение пламенепроницаемости проводилось на установке, приведенной на рис. 6.

1 - камера сгорания реакционная; 2 -камера сгорания контрольная; 3 - манометр самопишущий МТ2С-712 М1 двухзаписной; 4 - регистратор щитовой электронный многоканальный Ф1771-АД; 5 - термоэлетрический преобразователь типа ТХА по ГОСТ 50431 с диаметром 1,5 мм; 6 - штуцер для подключения манометра; 7 - штуцер для внесения ЛВЖ; 8 - сменный блок насадки; 9 - вентилятор; 10 - откидной клапан; 11 - активатор горения (спираль накаливания с трансформатором).

Рисунок 6 - Схема лабораторной установки по определению пламенепроницаемости огнепреградителей.

В камерах сгорания создается взрывоопасная смесь паров бензина. В сменном блоке насадки 8 размещается пламегасящий элемент. В реакционной камере сгорания 1 воспламеняется горючая смесь. В случае, если воспламеняется горючая смесь в контрольной камере сгорания, срабатывает откидной клапан 10 и это свидетельствует о том, что пламегасящий элемент не выдержал испытания. Если же откидной клапан в контрольной камере сгорания не сработал, значит, пламегасящий элемент испытание выдержал.

Оценка достоверности результатов экспериментальных данных проводилась на основе распределения Стьюдента.

Таблица 3 - Приведенные значения длины пламегасящего элемента, необходимой для _____гашения газовой смеси, Р=0,95._

Измеряемая величина Поверхности пламегасящего элемента без текстуры Поверхности пламегасящего элемента с отверстиями с межосевым расстоянием 1 мм

Длина пламегасящего элемента, мм 73,5±3,2 45,8±3,6

Данные экспериментов подтверждают результаты компьютерного моделирования.

Создание универсальной установки для определения сопротивления ог-непреградителей газовому потоку в рабочем режиме (при среднем номинальном расходе) и при горении в дефлаграционном режиме паровоздушной смеси затруднительно вследствие значительной разницы между скоростями паровоздушной смеси. Поэтому исследование сопротивления газовому потоку в рабочем режиме (при среднем номинальном расходе) производилось экспериментально и с помощью компьютерного моделирования. Исследование сопротивления газовому потоку огнепреградителей при горении паровоздушной смеси в дефлаграционном режиме производилось с помощью компьютерного моделирования.

Принципиальная схема установки для проверки сопротивления кассетных огнепреградителей газовому потоку в рабочем режиме, позволяющая определять расход газовой смеси, представлена на рис. 7.

ходной регулируемый; 6 - маностат с уравнительным сосудом; 7 - газовые часы ГСБ-400; 8 - манометр дифференциальный наклонный; 9 - кассета огнепреградителя. Рисунок 7 - Принципиальная схема установки для оценки сопротивления огнепреградителей газовому потоку с измерением расхода газовой смеси.

Экспериментальные величины сопротивления газовому потоку и объ-

емного расхода для испытуемых образцов пламегасящих элементов представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Приведенные значения сопротивления газовому потоку и расхода для __кассет огнепреградителей, Р=0,95._

Измеряемая величина Текстура

Канал без текстуры Канал с отверстиями с межосевым расстоянием 4,5 мм Канал с отверстиями с межосевым расстоянием 1 мм

Расход воздуха, литр/час 201,1±0,3 198,9±0,2 196,7±0,4

Д Р, мм вод. ст. 60,5±0,5 61,0±1,0 65,0±0,5

Из таблицы видно, что при нанесении на кассеты огнепреградителей текстуры, сопротивление газовому потоку увеличивается с 60,5 мм вод. ст. до 65 мм вод. ст. (или на 7,3 %), а объемный расход снижается с 201,1 л/час до 196,7 л/час (или на 2,2 %). Учитывая погрешность газовых часов, делаем вывод о том, что нанесенная текстура не влияет на сопротивление пламегасяще-го элемента газовому потоку.

В четвертой главе описаны конструктивные особенности и принципы работы усовершенствованных конструкций огнепреградителей, предназначенных для защиты технологических систем объектов нефтегазового комплекса от распространения пожара, на которые оформлены патенты.

В первом случае описан огнепреградитель, состоящий из корпуса и пламегасящего элемента, выполненного намоткой на общую ось гофрированной и плоской лент, имеющих перфорацию в виде отверстий, диаметр которых не превышает величину критического диаметра гашения пламени.

За счет такого технического решения обеспечивается разрушение пограничного слоя паро- или газовоздушной смеси у стенок пламегасящих каналов, происходит турбулизация газового потока и увеличивается теплоотдача от горючей смеси к пламегасящему элементу. Следствием этих процессов является повышение эффективности огнепреградителя.

Цель второго устройства - повышение способности к локализации пламени быстрогорящих смесей.

Технический результат достигается технологией изготовления пламегасящего элемента. На металлическую ленту наносятся элементы текстуры поверхности (например, цилиндрической формы) размером, сопоставимым с критическим диаметром гашения пламени. Цель достигается путем увеличения площади теплообмена и разрушения пограничного слоя, имеющего значительное термическое сопротивление.

Третья предложенная конструкция огнепреградителя, обладает повышенной эффективностью и способностью снижать избыточное давление при детонационном горении в коммуникационном трубопроводе.

В случае возникновения детонационного режима горения, газовый поток, попадая в огнепреграждающий элемент, заставляет вращаться пламега-сящие элементы. Вращающиеся пламегасящие элементы и их расположение (любые два рядом расположенных вращаются в разные стороны за счет симметрии угла наклона гофра относительно поперечной оси) позволяют снижать избыточное давление сгорания газовой смеси и повышают эффективность пламегашения.

Предложенные на основе исследований новые конструкции огнепре-градителей обладают повышенной эффективностью пламегашения и позволяют снизить давление взрывной волны в коммуникационном огнепрегради-теле; обеспечивают разрушение пограничного слоя паро- или газовоздушной смеси у стенок пламегасящих каналов, турбулизуя газовый поток и увеличивая теплоотдачу от горючей смеси к пламегасящему элементу.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что нанесение текстуры с определенными геометрическими параметрами на поверхность пламегасящих элементов способствует повышению их эффективности, причем геометрические характеристики текстуры не приводят к увеличению сопротивления газовому потоку. На основе полученных результатов предложены усовершенствованные конструкции промышленных огнепреградителей, предназначенных для защиты технологических систем объектов нефтегазового комплекса от распространения пожара.

В заключении излагаются итоги работы. Перечисляются полученные научные и практические результаты, приводятся сведения о внедрении и практическом использовании полученных результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан способ повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящего элемента.

2. Разработана виртуальная модель гашения пламени в каналах огнепреградителей для оценки влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пламенепроницаемость и сопротивление газовому потоку и проведены исследования.

3. Разработана методика экспериментального исследования кассетных пламегасящих элементов на пламенепроницаемость. Установлена зависимость влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания горючей смеси на пламенепроницаемость. Зависимость оценивалась длиной канала огнепреградителя, необходимой для снижения температуры газовой смеси ниже температуры самовоспламенения посредством коэффициента эффективности. Эффективность нанесения в исследованном диапазоне давлений достигала 40 %.

4. Разработана методика экспериментального определения сопротивления газовому потоку кассетных пламегасящих элементов. Установлена зависимость влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания горючей смеси на сопротивление газовому потоку. При горении бензиновоздушной смеси сопротивление пламегасящего элемента газовому потоку с нанесенной текстурой при среднем номинальном расходе неизменно. Результаты математического моделирования адекватны физическим экспериментам.

5. Разработаны усовершенствованные конструкции промышленных ог-непреградителей с повышенной способностью к локализации и гашению пламени за счет интенсификации теплоотвода путем разрушения пограничного слоя текстурированной внутренней поверхностью огнегасящего канала.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Потеряев Ю.К., Киселев Я.С., Хорошилов O.A. О двух способах предотвращения горения в узких каналах // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. № 4. 2009. 0,25/0,1 п.л.

2. Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Котов И.Ю. Принципы конструирования резервуарных огнепреградителей, используемых для ограничения распространения пожаров на объектах нефтегазового комплекса // Проблемы управления рисками в техносфере, №4(16), 2010 г. 0,6/0,4 п.л.

3. Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Котов И.Ю., Сытдыков М.Р. Методологические и нормативные основы испытания промышленных огнепреградителей на детонационную стойкость // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. № 2.2010. 0,55/0,3 пл.

4. Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Котов И.Ю., Мамонтов В.В. Принципы конструирования коммуникационных огнепреградителей, используемых для снижения риска крупных пожаров на объектах нефтегазового комплекса // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. № 2. 2010. М.: Изд. ВНИИОЭНГ. 0,75/0,4 п.л.

Патенты:

5. Огнепреградитель. Патент на полезную модель № 105514 от 18.11.2010 / Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Котов И.Ю. и др.

Публикации во всероссийских, региональных и ведомственных научных журналах и изданиях:

6. Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Ивахнюк Г.К., Котов И.Ю. Повышение

эффективности кассетных огнепреградителей нанесением текстуры на поверхность пламегасящего элемента // Вопросы оборонной техники №1. 2011. М.: НТЦ «Информтехника». 0,6/0,4 пл.

7. Потеряев Ю.К., Ивахнюк Г.К., Хорошилов O.A. Влияние текстуры внутренних поверхностей сухих огнепреградителей на пламенепроницаемость // Журнал «ЭКОЛОГИЯ, ЭКОНОМИКА, ЭНЕРГЕТИКА». Выпуск XI «Пожарная, промышленная и экономическая безопасность». Межвуз. сб. науч. тр. СПб: Изд. «Синтез», 2009 г. с. 0,25/0,1 пл.

8. Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Марухин П.Н. Создание лаборатории по испытаниям и сертификации сухих промышленных огнепреградителей // Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы: Материалы II международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 29-31 октября 2009. - С-Пб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2009.0,1/0,03 пл.

9. Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Котов И.Ю. Компьютерное моделирование процессов теплообмена в каналах огнепреградителей // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции, часть 3, Екатеринбург, 15 апреля 2010. - Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2010. -Ч.З. 0,1/0,03 пл.

10.Потеряев Ю.К., Хорошилов O.A., Котов И.Ю., Сытдыков М.Р. Испытание промышленных огнепреградителей на пламенепроницаемость // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции, часть 3, Екатеринбург, 15 апреля 2010. - Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2010. -4.3.0,1/0,03 пл.

11.Защита дыхательной арматуры и газоуравнительных обвязок резервуаров от распространения пожаров с помощью сухих огнепреградителей / O.A. Хорошилов, Ю.К. Потеряев, A.C. Крутолапов, М.Р. Сытдыков // Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах: Материалы XIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы, 18 мая 2009 года, Санкт-Петербург. Том 2. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. 0,2/0,05 пл.

12.Хорошилов O.A., Потеряев Ю.К., Турсенев С.А. Возможности компьютерного моделирования систем пожарной и промышленной безопасности // Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы: Материалы II международной научно-практической конференции. Том II. Санкт-Петербург, 29-31 октября 2009. - СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2009. 0,2/0,1 пл.

13.Использование промышленных огнепреградителей для ограничения распространения пожаров на потенциально опасных объектах нефтегазовой от-

расли / O.A. Хорошилов, И.Ю. Котов, Ю.К. Потеряев, П.Н. Марухин // Актуальные проблемы защиты и безопасности: Труды тринадцатой Всероссийской научно-практической конференции, 5-8 апреля 2010 года, Санкт-Петербург. Том 2. - СПб.: Изд-во PAP АН, 2010. 1,1/0,3 п.л.

14.Испытание сухих промышленных огнепреградителей в статических условиях / O.A. Хорошилов, И.Ю. Котов, Ю.К. Потеряев, М.Р. Сытдыков // Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы XIV Всероссийской конференции, 13-14 мая 2010 года, Санкт-Петербург. Том 2. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. 0,2/0,05 п.л.

15.Результаты исследования сетчатых огнепреградителей на пламенепрони-цаемость / O.A. Хорошилов, И.Ю. Котов, М.Р. Сытдыков, Ю.К. Потеряев // Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы XIV Всероссийской конференции, 13-14 мая 2010 года, Санкт-Петербург. Том 2. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010.0,18/0,05 п.л.

16.Хорошилов O.A., Потеряев Ю.К., Котов И.Ю. Использование пакетов прикладных программ для газодинамических расчетов в каналах огнепреградителей // Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы XIV Всероссийской конференции, 13-14 мая 2010 года, Санкт-Петербург. Том 2. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010.0,18/0,06 п.л.

17.Хорошилов O.A., Потеряев Ю.К. Защита дыхательной арматуры и газоуравнительных обвязок на нефтеперерабатывающих предприятиях в условиях чрезвычайных ситуаций // Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму: Труды четвертой Всероссийской научно-практической конференции, 21-22 апреля 2009 года, Санкт-Петербург. -СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2009. 0,2/0,1 пл.

18.Испытание сухих промышленных огнепреградителей в динамических условиях / O.A. Хорошилов, И.Ю. Котов, М.Р. Сытдыков, Ю.К. Потеряев // Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы XIV Всероссийской конференции, 13-14 мая 2010 года, Санкт-Петербург. Том 2. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010.0,18/0,05 п.л.

Подписано в печать (8.01 .ЮН Формат 60*84 шб

Печать цифровая Объем 1,3 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149

Условные обозначения.

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

- 1.1. Классификация огнепреградителей и характеристика их конструкций

1.1.1. Сетчатые огнепреградители.

1.1.2. Кассетные огнепреградители.

1.1.3. Пластинчатые огнепреградители.

1.1.4. Огнепреградители с насадкой из гранулированного материала.

1.1.5. Огнепреградители с насадкой из пористого материала. Огнепреградители из цеолитов.

1.1.6. Огнепреградители комбинированного типа. Огнепреградители с устройствами интенсификации теплоотвода.

1.2. Механизм гашения пламени в сухих огнепреградителях.

1.3. Особенности гашения пламени в узких каналах с точки зрения теории теплообмена между истекающим газовым потоком и металлическими поверхностями.

1.3.1. Конвективный теплообмен.

1.3.2. Режим течения газового потока.

1.3.3. Теплообмен газового потока и плоской стенки.

1.4. Интенсификация процесса теплообмена.

1.4.1. Увеличение коэффициента теплоотдачи.

1.4.2. Влияние искусственных шероховатостей на режим течения газа.

1.5. Особенности исследования сопротивления огнепреградителей газовому потоку.

1.6. Выводы. Цель и задачи исследования.

2. Моделирование процессов гашения пламени и сопротивления газовому потоку в узких каналах кассетных огнепреградителей.

2.1. Задание параметров для моделирования.

2.2. Обоснование выбранной горючей смеси.

2.3. Результаты компьютерного эксперимента по исследованию пламенепроницаемости и сопротивлению газовому потоку.

Поля температур.

Поля скоростей.

Поля избыточного давления.

2.4. Результаты исследования пламенепроницаемости.

2.5. Результаты исследования сопротивления пламегасящих элементов газовому потоку.

2.6. Выводы.

3. Экспериментальное определение пламенепроницаемости и сопротивления газовому потоку пламегасящих элементов кассетных огнепреградителей.

3.1. Создание экспериментальных пламегасящих элементов.

3.2. Исследование пламенепроницаемости.

3.2.1. Обоснование и выбор экспериментальной установки.

3.2.2. Исходные данные для проведения эксперимента.

3.2.3. Методика проведения эксперимента.

3.2.4. Методика определения необходимого количества ЛВЖ в камерах сгорания.

3.2.5. Методика определения максимального избыточного давления сгорания для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в замкнутом объеме.

3.2.6. Математическая обработка результатов.

3.2.7. Результаты эксперимента по исследованию пламенепроницаемости.

3.3. Исследование сопротивления газовому потоку.

3.3.1. Описание экспериментальной установки.

3.3.2. Методика проведения эксперимента.

3.3.3. Результаты физических экспериментов по определению гидравлического сопротивления.

3.4. Выводы.

4. Разработка конструкций с повышенной эффективностью локализации пламени.ЮО

4.1. Огнепреградитель.

4.2. Огнепреградитель для быстрогорящих смесей.

4.3. Коммуникационный огнепреградитель.

4.4. Выводы.

Нефтеперерабатывающая промышленность является значительной частью топливно-энергетического комплекса в большинстве стран и относится к числу ключевых отраслей. Аварии на объектах этой отрасли зачастую приводят к пожарам и, как следствие, к значительным экономическому и экологическому ущербу.

Пожарная опасность предприятий нефтеперерабатывающей промышленности обусловлена наличием большого количества пожароопасных веществ.

Основными защитными устройствами, обеспечивающими предотвращение распространения пожаров через дыхательные клапана резервуаров, газоуравнительную обвязку, факельные установки и технологические трубопроводы являются кассетные огнепреградители.

На объектах нефтегазового комплекса неоднократно имели место случаи, когда огнепреградители не обеспечивали локализацию пламени и последствия пожаров значительно усугублялись (распространение пламени по газоуравнительным и факельным системам на группу технологических аппаратов, проникновение пламени через дыхательные клапана внутрь резервуаров с последующим взрывом и т.п.).

В качестве одного из недавних примеров можно отметить пожар, который произошел 22 августа 2009 года в резервуарном парке линейной производственно-диспетчерской станции «КОНДА» на территории Кондинского района Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. В ходе расследования было установлено, что распространение пожара произошло по газоуравнительной обвязке резервуаров вследствие проскока пламени через огнепреградитель. Пожаром причинен значительный экологический, экономический и социальный ущерб.

В настоящее время все нормативные документы, регламентирующие проектирование резервуаров, предусматривают установку огнепреградителей независимо от назначения, ведомственной принадлежности и масштабов.

Для огнепреградителей определяются следующие эксплуатационные характеристики:

- пламенепроницаемость;

- пропускная способность;

- огнестойкость;

- сопротивление потоку парогазовой среды; механическая прочность (для коммуникационных огнепреградителей).

Имеются возможности для повышения способности огнепреградителя локализовать пламя. Мероприятия по повышению эффективности локализации пламени, предлагаемые предыдущими исследователями, ведут к увеличению сопротивления газовому потоку или габаритных размеров огнепреградителей и снижению их надежности.

Повышение эффективности локализации пламени кассетными огнепре-градителями, изучение процессов пламегашения и определение силовых нагрузок, возникающих при распространении пламени актуально, поскольку приводят к повышения уровня безопасности объектов нефтегазового комплекса.

Многие исследователи в процессе изучения данной проблемы предлагают дополнительные механические конструктивные элементы (элементы, сигнализирующие о наличии пламени; мембраны, перекрывающие сечение подводящего газопровода при взрыве и повышении давления в газоотводя-щей системе; приспособления, прерывающие поток газа в процессе нагрева термочувствительного элемента под действием пламени и др.), однако подобные усовершенствования снижают общую надежность огнепреградителя.

Проблемами огнестойкости и пламегашения в узких каналах занимались К.И. Щелкин, H.H. Семенов, Я.Б. Зельдович, И.И. Стрижевский, В.Ф. Заказнов, А.И. Розловский, Я.С. Киселев, О.Г. Крошкина, В.К. Битюцкий, В.Б. Улыбин, O.A. Хорошилов и другие ученые.

Объект исследования - пламегасящие элементы кассетных огнепреградителей.

Предмет исследования - пламегасящие и гидравлические характеристики кассетных огнепреградителей.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием методов компьютерного моделирования при помощи пакета прикладных программ Fluent и путем проведения натурных экспериментов. При обработке результатов использовались методы математической статистики и системного анализа.

Научная новизна исследования заключается в:

- использовании положений теории пограничного слоя Г. Шлихтинга для обоснования возможности повышения эффективности кассетных огнепреградителей;

- применении пакета прикладных программ Fluent для разработки компьютерной модели гашения пламени в каналах огнепреградителей;

- выявлении зависимости влияния избыточного давления сгорания смеси паров бензина с воздухом и текстуры поверхностей! пламегасящих элементов на пламенепроницаемость огнепреградителей;

- получении зависимости влияния текстуры поверхностей на сопротивление пламегасящих элементов газовому потоку;

- разработке усовершенствованных конструкций огнепреградителей.

Практическая значимость состоит в том, что в результате проведенной работы:

- предложен и апробирован метод повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения определенной текстуры на поверхность пламегасящего элемента;

- разработаны новые конструкции огнепреградителей которые могут быть применены для защиты от распространения пожаров через дыхатель

1 в диссертации под текстурой поверхности понимается совокупность нанесенных на поверхность твердого тела одинаковых элементов шероховатости по заданному закону распределения ную арматуру и по газоуравнительным обвязкам резервуаров с нефтью и нефтепродуктами.

Основные положения, выносимые на защиту:

- компьютерная модель гашения пламени в каналах огнепреградителей для оценки влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пла-менепроницаемость и сопротивление газовому потоку;

- результаты численного и натурного экспериментов по исследованию влияния текстуры поверхности пламегасящих элементов на эффективность гашения пламени и сопротивление газовому потоку;

- способ повышения эффективности кассетных огнепреградителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящих элементов.

4.4. Выводы

Предложенные на основе исследований новые конструкции огнепре-градителей обладают повышенной эффективностью пламегашения и позволяют снизить давление взрывной волны в коммуникационном огнепрегради-теле (раздел 4.2); обеспечивают разрушение пограничного слоя паро- или газовоздушной смеси у стенок пламегасящих каналов, турбулизуя газовый поток и увеличивая теплоотдачу от горючей смеси к пламегасящему элементу.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что нанесение текстуры с определенными геометрическими параметрами на поверхность пламегасящих элементов способствует повышению их эффективности, причем геометрические характеристики текстуры не приводят к увеличению сопротивления газовому потоку. На основе полученных результатов предложены усовершенствованные конструкции промышленных огнепреградителей.

Заключение

При решении поставленных в диссертационной работе задач получены следующие основные результаты:

Выдвинута рабочая гипотеза, адаптирующая основные положения теории пограничного слоя Г. Шлихтинга и заключающаяся в возможности интенсификации теплообмена между газовым потоком и пламегасящим элементом локальным разрушением пограничного слоя, не переводя дефлагра-ционный режим горения в детонационный и значительно не увеличивая гидравлическое сопротивление.

2. Разработана компьютерная модель гашения пламени в каналах огне-преградителей для оценки влияния текстуры поверхностей пламегасящих элементов на пламенепроницаемость и сопротивление газовому потоку и проведены исследования.

3. Установлена зависимость влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания горючей смеси на пламенепроницаемость. Зависимость оценивалась необходимой длиной канала огнепреградителя, для снижения температуры газовой смеси ниже температуры самовоспламенения посредством коэффициента эффективности. Эффективность нанесения в исследованном диапазоне давлений достигала 40 %.

4. Установлена зависимость влияния текстуры поверхности кассетных пламегасящих элементов и избыточного давления сгорания горючей смеси на сопротивление газовому потоку. При горении бензиновоздушной смеси сопротивление пламегасягцего элемента газовому потоку с нанесенной текстурой возрастает до 31,7%, а при среднем номинальном расходе неизменно. Результаты компьютерного моделирования адекватны физическим экспериментам.

5. Разработан способ повышения эффективности кассетных огнепре-градителей путем нанесения текстуры на поверхность пламегасящих элементов. Полученные в диссертации зависимости подтверждает выдвинутую в главе гипотезу.

6. Предложены усовершенствованные конструкции промышленных ог-непреградителей с повышенной способностью к локализации и гашению пламени за счет интенсификации теплоотвода путем разрушения пограничного слоя текстурированной внутренней поверхностью огнегасящего канала.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России и используются в производственной деятельности ООО «Пожоборонпром Плюс» и ООО «Технологии безопасности при разработке усовершенствованных конструкций огнепре-градителей и при проектировании комплексных систем противопожарной защиты объектов нефтегазового комплекса.

1. Нормативно-правовые источники:

2. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

3. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЭ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 31 марта 2009 г. № 272 «О порядке проведения расчетов по оценке пожарного риска».

5. Приказ МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах».

6. ГОСТ Р 53323-2009. Огнепреградители и искрогасители. Общие технические требования. Методы испытаний.

7. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

8. ГОСТ 12.1.004-91 *. Пожарная безопасность.Общие требования.

9. ГОСТ 16263-70. Метрология. Основные термины и определения.

10. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократным наблюдением. Методы обработки результатов наблюдений.

11. РТМ 6-28-006-88. Огнепреградители общепромышленные.

12. СТ СЭВ 543-77. Числа. Правила записи и округления.

13. СП 4.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям.

14. МИ 1552-86. Оценивание погрешностей результатов измерений.

15. МИ 1317-86. ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерения. Формы представления.

16. МИ 2247-93. Метрология. Основные термины и определения.

17. Р.50.1.040 2002. Статистические методы. Планирование экспериментов. Термины и определения.

18. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах. Приложение к приказу МЧС России от 10.07.2009 № 404.

19. Информационное письмо «О конструктивных недостатках огнепрегра-дителей, используемых на химической промышленности». ВНИИТБХП, Се-веродонецк, 1975.1. Литература:

20. Алексеев М.В. Пожарная профилактика технологических процессов производств: (Учебник для вузов МВД СССР), М.: ВИПТШ, 1986. 370 с.

21. Алексеев М.В. Основы пожарной профилактики в технологических процессах производств. -М.: ВШ МВД СССР, 1972, -339 с.

22. Алехин Е.М., Брушлинский H.H. Пожары в России и в мире. Статистика, анализ, прогнозы. М.: Академия ГПС МЧС России, 2002, 160 с.

23. Архаров A.M., Исаев С.И., Кожинов И.А. и др. Теплотехника. М.: Машиностроение, 1986 432 с.

24. Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт O.K. и др. Теплотехника. М.: Энергоатом-издат, 1991 224 с.

25. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. М.: Химия, 1991-432 с.

26. Битюцкий В.К. Исследование условий локализации пламени при различных режимах распада ацетилена и разработка огнепреградителя повышенной надежности с неорошаемой насадкой. Автореф. дис. на соиск. учен. степ, канд. техн. наук. (05.26.01) 1979

27. Браславская М.М., ред. Справочник по пожарной безопасности и противопожарной защите на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М. «Химия», 1975 456 с. ,

28. Бровко В.Н., Волянюк Б.И., Сурков И.Г., Филатов B.C. Противопожарная защита современных нефтеперерабатывающих предприятий. Л.: Химия, 1984-200 с.

29. Брушлинский H.H. и др. Моделирование пожаров и взрывов. Под общ. редакцией Брушлинского H.H. и Корольченко А .Я. М.: «Пожнаука», 2000 -482 с.

30. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / пер. с англ. Г.Л. Агафонова. Под ред. П.А. Власова. М/. ФИЗМАТЛИТ, 2003. -352 с.

31. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд.5-е, стереотипное. М. Наука, 1988. 480 с.

32. Волков О.М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. -М.: Недра, 1984.-151 с.

33. Голованов H.H. Геометрическое моделирование. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.-472 с.

34. Горшков В.И. Тушение пламени горючих жидкостей. М.: Пожнаука, 2007.-268 с.

35. Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойства горючих веществ. М.: «Химия», 1973 г., 248 с.

36. Дубинин М.М. Физико-химические основы сорбционной техники. Москва-Ленинград: государственное химико-техническое издательство, 1932 -381 с.

37. Звонов B.C., Иванов А.Н., Поляков A.C. Физика. Физические измерения: Учебно-методическое пособие. СПб. СПб ИГПС МЧС России, 2004 81 с.

38. Зельдович Я.Б. Теория предела распространения тихого пламени. Ж.Э.Т.Ф., №1, т.159, 1941

39. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980 478 с.

40. Иевлев В.М. Численное моделирование турбулентных течений. М.: Наука, 1990-216 с.

41. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: «Химия», 1976 512 с.

42. Киселев Я.С. Элементарная модель гашения пламени в сухих огнепре-градителях: СПб.: Санкт-Петербургский институт пожарной безопасности, 1998 - 19 с.

43. Киселев Я.С. Физические модели горения в системе предупреждения пожаров. СПб, Санкт-Петербургский университет МВД России, 2000 — 264 с.

44. Клубань B.C. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса: Учеб. для курсантов и слушателей пожарно-техн. уч-щ. М., Стройиздат, 1987. 476, с.

45. Корольченко А.Я., Д.А. Корольченко. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Асс. «Пожнаука», 2004.

46. Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва. М.: «Пожнаука», 2007 — 266 с.

47. Кошманов В.В.Основные физические величины : Справ, пособие / Крас-нояр. Гос. Техн. Ун-т. Красноярск: КГТУ, 1996 - 32 с.

48. Кошмаров Ю.А., Рыжов Ю.А. Прикладная динамика разреженного газа. М.: «Машиностроение», 1977 184 с.

49. Крошкина О.Г. Огнепреградители для длительной локализации пламени. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. (05.26.01) 1984

50. Круг Г.К. Статистические методы в инженерных исследованиях. Лабораторный практикум. М. Высш. школа, 1983 216 с.

51. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты. Практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени. М.: «Ось-89», 1997 — 208 с.

52. Кузнецов В.Р., Сабельников. Турбулентность и горение. М.: Наука, 1986 288 с.

53. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. Изд. 2-е. М., «Наука», 1962 349 с.

54. Лойцянский Л.Г. Ламинарный пограничный слой. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962 — 478 с.

55. Малинин В.Р., Хорошилов O.A. Методика анализа пожаровзрывоопас-ности технологий: Учебное пособие. С-Пб.: Санкт-Петербургский университет МВД России, 2000 274 с.

56. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е стереотип. М.: «Энергия». 1977 344 с.

57. Никущенко Д.В. Применение расчетного комплекса Fluent для моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости: Учеб. пособие. СПб.: Изд. СПбГМТУ, 2005, 97 с.

58. Патанкар С., Сполдинг Д. Тепло- и массообмен в пограничных слоях. Пер. с англ. З.П. Шульмана и Г.Н. Пустынцева. Под ред. A.B. Лыкова. М.: «Энергия», 1971 129 с.

59. Пилюгин Л.П. Прогнозирование последствий внутренних аварийных взрывов. М.: «Пожнаука», 2010 380 с.

60. Потеряев Ю.К., Киселев Я.С., Хорощилов O.A. О двух способах предотвращения горения в узких каналах // «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе» № 4. М.: Изд. ВНИИОЭНГ, 2009.

61. Прандтль JI. Гидроаэромеханика / Пер. со второго немецкого издания Г.А. Вольперта. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000 -576 с.

62. Райзберг Б.А. Диссертация и ученая степень. Пособие для соискателей. -3-е изд., доп. М.: ИНФРА-М. 2003 411 с.

63. Репик Е.У., Соседко Ю.П. Турбулентный пограничный слой. Методика и результаты экспериментальных исследований. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007 — 312 с.

64. Роев Э.Д. Пожарная защита объектов хранения и переработки сжиженных газов. М.: Недра, 1980 — 184 с.

65. Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 1972 — 368 с.

66. Сполдинг Д.Б. Основы теории горения / Пер с англ. Л.А. Клячко и М.П. Самозванцева. Под ред. Д.Н. Вырубова. Москва-Ленинград: государственное энергетическое издание, 1959 320 с.

67. Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен / Пер.с англ. Р.Н. Гизатуллина и В.И. Ягодкина. Под ред. В.Е. Дорошенко. М.: Машиностроение, 1985 240 с.

68. Стрижевский И.И., Заказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. М.: «Химия», 1974 264 с.

69. Таубкин С.И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. М.: издательство ВНИИПО, 1999. - 600 с.

70. Теребнев В.В., Артемьев Н.С., Подгрушный A.B., Тараканов ДВ. Пожаротушение на объектах добычи, переработки и хранения горючих жидкостей и газов. М. : Пожнаука, 2009. - 244 с.

71. Теребнев В.В., Артемьев Н.С., Подгрушный A.B. Объекты добычи, переработки и хранения горючих жидкостей и газов. М. : Пожнаука, 2007. -325 с.

72. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров / Пер. с англ. В.В. Яковлева, В.И. Колядина. М.: Атомиздат, 1979 -216 с.

73. Хорошилов О. А. Экспериментальное исследование критических конструктивных параметров пламегашения огнезадерживающих элементов сухих огнепреградителей. Автореф. дис. на соиск. учен. степ, к.т.н. Спец. 05.26.03 — 2001.

74. Чечеткин A.B., Занемонец H.A. Теплотехника. М.: Высшая школа, 1986 -344 с.

75. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. 512 с.

76. Чмутов К.В. Хроматография. М.: Химия, 1978. - 128 с.

77. Шароварников А.Ф., Молчанов В.П., Воевода С.С., Шароварников С.А. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. М.: «Пожнаука», 2007. 380 с.

78. Шиллер JI. Движение жидкостей в трубах, Москва, 1936.

79. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. Г.А. Вольперта. Под ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Наука, 1974 713 с.

80. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности / Пер. с нем. Г.А. Вольперта. Под ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Издательство иностранной литературы, 1962-205 с.

81. Busemann А. Gasstromung mit laminarer Grenzschicht entlang einer Platte. ZAMM 15, 23-25 (1935).

82. Carman P.C., Trans. Inst. Chem. Eng., London, 15, 150, (1937).

83. Crocco L. Sulla trasmissione del calore da una lamina piana a un fluido scor-rente ad alta velocita. L'Aerotecnica 12, 181-197 (1932).

84. Forschungshefte für Schiffstechnik 1, 65-81 (1953).

85. Grootenhuis Р., ibid., 168 (34), 827 (1954).

86. Jones W.P., Launder B.E. The prediction of laminarisation with a 2-equation model of turbulence // Int.J.Heat Mass Transfer. 1972. - v. 15 - pp.310-314.

87. Kindey B.C., Aero I.R. Soc., 63, 597 (1959).

88. Kolodzie P.A., Van Winkle M., Am. Inst. Chem. Eng., 3,303 (1957).

89. Nikuradse J., Turbulente Strömung in nicht kreisförmigen Rohren. Ing. Arch. 1,306-332 (1930).

90. Quinton P.G., Drit. Chem. Eng., 7, № 12, 914 (1962).

91. Rose H.E., Proc. Inst. mech. Eng. London, 135, 141 (1945).

92. Wieghardt K. Erhöhung des turbulenten Reibungswiderstandes durch Ober-flachenstorungen. Techn. Berichte 10, вып. 9 (1943).

93. Yakhot V., Orzag S.A. Renormalization Group Analysis of Turbulence I Basic Theory // Journal of scientific Computing/ 1986-v. 1 -№1 - pp. 1-51.

94. Патент Российской Федерации на полезную модель № 63231 от 27.05.2007. «Огнепреградитель (варианты)». Автор: Вершинин С.Н.

95. Патент Российской Федерации на изобретение № 2296603 от 10.04.2007. «Огнепреградитель». Автор: Шимчук Ф.С.

96. Патент Российской Федерации на изобретение № 44942 от 10.04.2007. «Огнепреградитель». Автор: Шимчук Ф.С.

97. Патент СССР на изобретение № 986431 от 17.07.1981. «Огнепреградитель». Автор: Маринин В.П.

98. Патент Российской Федерации на полезную модель № 18636 от 10.07.2001. «Установка для испытания огнепреградителей». Авторы: Мали-нин В.Р., Хорошилов O.A.

99. Заявка на полезную модель Российской Федерации от 01.07.2010 г. № 2010127041/12(038527) «Коммуникационный огнепреградитель». Авторы: Потеряев Ю.К., Ивахнюк Г.К., Смирнов В.Н. и др.

100. Заявка на полезную модель Российской Федерации от 01.07.2010 г. № 2010127040/12(038526) «Огнепреградитель для быстрогорящих смесей». Авторы: Потеряев Ю.К., Ивахнюк Т.К., Смирнов В.Н. и др.