8.2. Расчет расхода воды, требуемой для прекращения горения газового фонтана

При тушении пожаров газовых фонтанов возникает необходимость в оценке расхода газа (дебита D) фонтана, так как его величина определяет расход воды на тушение пожара. Непосредственное измерение расхода газа для горящего фонтана в большинстве случаев невозможно, а эффективных дистанционных способов определения расхода струи не существует. Достаточно точно дебит мощных газовых фонтанов может быть определен по высоте факела Н_ф в млн. м³/сут:

D = 0.0025  . (8.24)

Секундный расход воды для прекращения пламенного горения газового фонтана можно определить по эмпирической формуле

(8.25)

где  секундный расход газа, м³/c;  удельный расход воды на тушение факела пламени, л/м³; ( ≈ 1 л/м³ для метано-воздушной смеси);  коэффициент запаса воды.

Горение газового фонтана характеризуется высоким уровнем теплового излучения. Интенсивность лучистого потока от факела пламени, приходящаяся на единицу площади поверхности окружающих тел, называют плотностью лучистого потока, или облучённостью (Е). Её обычно выражают в кВт/м².

Величина облучённости определяет границы локальных зон теплового воздействия факела пламени, в пределах которого предъявляются определённые требования к экипировке личного состава, выполняющего боевые действия по тушению пожара, и ко времени пребывания в данных зонах.

Величину облучённости от факела пламени горящего фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины можно рассчитать следующим образом

, (8.26)

где − коэффициент потерь тепла излучением; − низшая теплота сгорания фонтанирующего газа, кДж/м³; V_Г − секундный расход газа, м³/с; R − длина гипотенузы в треугольнике, катетами которого являются половина высоты факела фонтана и расстояние от устья скважины до места облучения (L), м (см. рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема для расчёта облучённости от факела пламени газового фонтана

Очевидно, что

. (8.27)

Тогда из (8.26 и 8.27) следует, что

. (8.28)

Расстояние от устья скважины, в пределах которого облучённость не превышает 1,6 кВт/м², является безопасным для работы личного состава без специальных средств защиты в течение неопределённо долгого времени.

При уровне облучённости до 4,2 кВт/м² допустимо нахождение бойцов без специального теплозащитного снаряжения не более 15 мин при условии защиты открытых кожных покровов (перчатки, защитные щитки). Специальное теплозащитное снаряжение и защита с использованием распылённых водяных струй позволяют вести работу при облучённости до 14 кВт/м².

8.3. Определение критической и оптимальной интенсивности подачи раствора пены

Процесс прекращения горения пеной можно условно разделить на две стадии: растекание пены по поверхности горения и накапливание изолирующего слоя. На обеих стадиях происходит разрушение пены под действием различных факторов. Накопление пены на поверхности горючего происходит, если интенсивность её подачи больше интенсивности разрушения. Необходимо помнить, что интенсивность подачи I, л/(м² ∙ с) всегда задаётся по пенообразующему раствору и ее можно определить по формуле

_{, (8.29)}

где q  производительность пеногенератора по раствору, л/с²;  число пеногенераторов;  площадь поверхности горения, м².

Интенсивность подачи, при которой количество подаваемой пены равно количеству разрушаемой, называется критической I_кр.

Очевидно, что объём слоя пены, накопленного за время тушения, равен разности объёмов пены поданной и разрушенной. Соответственно интенсивность накопления пены (I_нак) равна I − I_кр. Отсюда критическая интенсивность подачи раствора

_{. (8.30)}

Интенсивность накопления пены вычисляют по формуле

_(8.31)

где  толщина слоя пены;  кратность пены;   продолжительность подачи пены.

Оптимальной является интенсивность подачи I_опт, при которой удельный расход раствора пенообразователя минимален. Значение оптимальной интенсивности подачи пены рекомендуется определять по эмпирической формуле:

_{. (8.32)}

Для более точного определения I_опт строят график зависимости удельной подачи пены как функции подачи пенообразователя в единицу времени g_уд = f(I) и находят значение I, при котором значение g_уд минимально.

Характеристикой изолирующей способности пены является высота тушащего слоя h_т, м,

h_т = 10⁻³(I – I_кр)K_пτ_т , (8.33)

где I_кр – критическая интенсивность подачи; л/(м²  с); K_п – кратность пены; τ_т – время тушения, с; 10⁻³ – коэффициент перевода литров в кубические метры.