Горение жидкостей. Учебно-методическое пособие

более глубокие слои жидкости. Это в свою очередь увеличивает температуру стенок сосуда, прилегающих к нижней границе прогретого слоя, где также возникает кипение и усиление конвективных потоков, приводящее к дальнейшему увеличению толщины прогретого слоя.

Процесс увеличения толщины прогретого слоя будет продолжаться до тех пор, пока подвод тепла со стороны пламени не станет меньше, чем потери тепла в окружающую среду через стенки сосудов. Только после этого процесс прекращается, и прогретый слой сформируется полностью.

Вскипание и выброс

В процессе горения жидкостей могут возникнуть такие опасные явления как вскипание и выброс горящей жидкости.

Вскипание горящий жидкости протекает довольно спокойно и результатом его становится переливание жидкости через стенки резервуара. Выброс горящей жидкости имеет взрывной характер и на практике известны случаи, когда десятки тонн горящей нефти выбрасывались на десятки метров от горящего резервуара.

Причиной данных явлений является наличие воды в объёме горящей жидкости

ина дне резервуара, в котором она хранится. В процессе прогрева горючей жидкости, влага, находящаяся в верхних слоях, частично опускается в нижележащие

слои и на границе прогретых и холодных слоев создаёт слой с повышенным содержанием влаги. При повышении температуры данного слоя до 1000С, частицы воды превращаются в пар, пузырьки которого при подъеме к поверхности горящей жидкости обволакиваются плёнкой нефтепродукта и выходят на поверхность в виде пены. Пены образуется настолько много, что она начинает переливаться через стенки, то есть происходит вскипание горящей жидкости.

Пузырьки пара образуются в центрах парообразования, которые представляют собой инородные вкрапления в жидкости, например, пылинки или пузырьки газа. Еще одним центром парообразования становятся стенки сосуда, имеющие определённую шероховатость своего материала. Вблизи подобных шероховатостей

ив их порах всегда находятся пузырьки газа. При нагревании давление газа внутри пузырька увеличивается и постепенно сравнивается с внешним давлением. Именно в этот момент происходит отрыв газового пузырька от поверхности сосуда и его дальнейшее всплытие к поверхности.

Если горючую жидкость тщательно очистить, удалив тем самым центры парообразования, то даже при нагревании жидкости выше температуры кипения она

не закипает. Например, очищенную от пузырьков воздуха воду можно разогревать до 2000С и закипания очищенной воды не произойдёт. Такое состояние перегретой жидкости не может быть устойчивым. Любое, пусть даже небольшое количество любых механических примесей, внесенных в перегретую жидкость, вызывает её взрывное закипание и выброс горящей жидкости (рисунок 10).

21

Рисунок 10. Выброс горящих нефтепродуктов при пожаре

Взрывное закипание перегретой жидкости и её последующий выброс может возникнуть и без внесения примесей, а только за счёт более сильного перегрева жидкости. Например, если температура прогретого слоя нефти достигнет 3000С, то данный слой расширится до подстилающего слоя воды, вызывая её нагрев. При столь высокой температуре в воде возникают самопроизвольные зародыши паровой фазы, и произойдёт закипание воды с выделением большого количества водяного пара, приводящего к выбросу горящей нефти.

Выбросы горящей жидкости наблюдаются только у нефти и мазута. Эти жидкости прогреваются вглубь с наибольшей интенсивностью, и температура их прогретого слоя всегда выше 1000С. Другие нефтепродукты, например, бензин, дизельное топливо, керосин, имеют температуру прогретого слоя менее температуры кипения воды, и поэтому выбросы в них маловероятны.

Скорость прогревания нефти определяет промежуток времени от начала горения жидкости до наступления выброса. Поэтому для приблизительного расчёта данного времени нужно знать толщину слоя нефти до подстилающего слоя воды и скорость прогрева нефти. Время выброса можно рассчитать по формуле [18]:

где τ – время от начала пожара до момента выброса, ч; Н – высота слоя нефти в резервуаре до начала пожара, м; h – высота слоя водяной подушки, м;

υ – линейная скорость выгорания нефти, м/ч;

V – скорость понижения уровня жидкости вследствие откачки, м/ч. Характерными признаками приближающегося выброса нефти являются

вибрация стенок резервуара и возрастание размеров факела пламени и изменение его цвета. Практика показывает, что продолжительность выбросов может составлять

22

от 3 до 10 минут. Столь затянувшееся время выбросов объясняется тем, что соприкосновение прогретого слоя с водой происходит не одновременно по всей площади слоев. Поэтому выброс носит пульсирующий характер, при этом увеличение объёма и высоты пламени происходит в процессе самого выброса.

Вскипание происходит гораздо раньше выброса. Практика показывает, что нефть, содержащая 1% воды, вскипает примерно через час после начала горения, и характерными признаками начала вскипания являются увеличение факела пламени и сильный шипящий звук. Особую опасность вскипания заключается еще и в том, что оно может начаться во время тушения пожара при подаче огнетушащего вещества на поверхность горящей жидкости.

23

Список использованной литературы

1.Справочник по автономному и резервному газоснабжению // ООО

«Газтехника», Санкт-Петербург, 2015.

2.Галдин В.Д. Сжигание газа. Газогорелочные устройства: Учебное пособие // Омск: Изд-во СибАДИ, 2008.

3.Марков В.Ф., Миронов М.П., Маскаева Л. Н., Гайнуллина Е.В. Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов// Учебно-методическое пособие. Екатеринбург: Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, 2011.

4.Булат П.В., Упырев В.В. Детонация и её инициирование – история экспериментального и численного исследования // Санкт-Петербург.

5.Хзмалян Д.М., Каган Я.А., Теория горения и топочные устройства //Учебник для ВУЗов. М.: Энергия, 1976.

6.Спейшер В.А. Сжигание газа на электростанциях и в промышленности // издание 2. Издательство «Энергия». М., 1967.

7.ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.

8.Комина Г.П., Шкаровский А.Л., Мариненко Е.Е. Газоснабжение. Горение газов // Учебное пособие. Волгоград, 2010.

9.Катин В.Д. Теория горения и взрыва : сб. лекций. В 2 ч. Ч. 1 // Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013.

10.Карауш С.А., Оценка параметров промышленного взрыва. Учебное пособие

//Издательство ТГАСУ. Томск, 2014.

11.Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойство горючих веществ. Учебное пособие для пожарно-технических училищ // М., 1981.

12.Станюкович К.П., Баум Ф.А., Шехтер Б.И. Физика взрыва // Издательство Рипол Классик, М., 2013.

13.Говоров В.И., Плотников В.М., Каратай Е.В.Теоретические основы горения и взрыва // Темиртау: КГИУ, 2007.

14.Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва // Пожнаука, М., 2007.

15.Зеленкин В.Г., Боровик С.И., Бабкин М.Ю. Теория горения и взрыва // Издательский центр ЮУрГУ, Челябинск, 2011.

16.Семенов Н. Н. Тепловая теория горения и взрывов //УФН №3, 1940.

17.ГОСТ 12.1.004 91. Пожарная безопасность.

18.Тимофеева С.С., Дроздова Т.И., Плотникова Г.В., Гольчевский В.Ф. Физико-химические основы развития и тушения пожаров // Учеб. пособие. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2013.

19.Воднев П.П. Теория горения и взрыва // УВАУ ГА, Ульяновск, 2010.

20.Бобков С. А., Бабурин А. В., Комраков П. В. Примеры и задачи по курсу «Физико-химические основы развития и тушения пожара»: Учеб. пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2010.

21.Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение // Изд. «Химия», М., 1991.

24

22.Архипов В.А., Синогина Е.С. Горение и взрывы. Опасность и анализ последствий. Учебное пособие // Издательство Томского государственного педагогического университета. Томск, 2007.

23.ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ.

24.Баринов А.В., Батырев В.В., Укке О.В., Тугушов К.В. Теория горения и взрыва (учебное пособие). Книга 1. Теория горения. // Новогорск, Академия гражданской защиты МЧС России, 2006.

25.ГОСТ 12.1.018-93 Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования.

26.ГОСТ Р 12.3.047-2012 ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

27.ГОСТ 12.1.041-83 ССБТ. Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования.

25

Учебное издание

Николай Яковлевич Илюшов

Лариса Петровна Власова

Горение жидкостей

Учебно-методическое пособие

Редактор: Ю.С. Щербаков Корректор: И. Л. Гончарова

Принято редакционно-издательским советом № 3 от 19.12.2017, подписано в печать 21.12.2017,

п. л. 1,6, заказ № 172, 26 стр., электронная версия – 793 Кб

Редакционно-издательский отдел СибГУТИ 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, офис 105 тел. (383) 269-83-56

26