4.4. Прогрев жидкости при горении

Повышение поверхностного слоя жидкости до температуры кипения вызывает поток тепла вглубь жидко­сти. Теплопередача от поверхностного к нижележащим слоям реализуется в основном по механизму теплопроводности и ламинарной конвекцией. Прогрев жидкости за счет теплопроводности осуществляется на глубину в несколько сантиметров.

Ламинарная конвекция возникает при горении жидкостей в резер­вуарах с металлическими стенками. Стенки при горении нагреваются бы­стрее жидкости, поэтому и жидкость у стенок резервуара имеет более вы­сокую температуру, чем в центре. В случае горения легко кипящих жидко­стей возможно даже закипание жидкости вблизи стенки резервуара. Обра­зующиеся при этом пузырьки пара способствуют интенсивному переме­шиванию жидкости и быстрому ее прогреву на большую глубину. В по­добных случаях возможно образование гомотермического слоя, т. е. слоя жидкости с постоянной температурой. С течением времени толщина гомотермического слоя увеличивается.

Образование гомотермического слоя возможно также при горении смесей жидкостей с разными температурами кипения, например, нефтепродуктов. При нагреве поверхностного слоя до температур, близких температуре кипения, из него преимущественно испаряются легкокипящие компоненты, а оставшаяся жидкость обогащается более высококипя­щими, которые имеют соответственно и большую плотность. Перемеще­ние более плотных слоев вниз интенсифицирует процесс прогрева.

Установлено, что чем выше температура кипения горящей жидкости, тем труднее образуется гомотермический слой.

Знание условий образования гомотермического слоя особенно важно для обеспечения безопасности при тушении пожаров резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. В процессе длительной эксплуатации резервуаров в придонном пространстве скапливается вода, содержащаяся в нефти. При возникновении горения образующийся гомотермический слой с температурой выше 100 ⁰С достигает воды и вызывает ее вскипание. Возникающие при этом пузырьки пара устремляются вверх. Массовое вскипание воды сопровождается выбросом горящей жидкости из резервуара (см. рис. 4.4, 4.5).

Вскипание и выбросы в процессе горения жидкостей представляют большую опасность, так как внезапно выброшенная горящая жидкость может покрыть большую площадь вблизи очага горения вместе с находящимися на ней людьми, строениями и пожарной техникой. Из­вестны случаи, когда десятки тонн нефти выбрасыва­лись на расстояние несколько десятков метров от очага горения. Однако выброс, имеющий характер сильного взрыва, явление сравнительно редкое. Чаще бывает более или менее спокойное переливание нефти через борт резервуара, так называемое вскипание жидкости. Установлено, что выбросов и вскипания не происходит при горении таких продуктов переработки нефти, как керосин, дизельное топливо, бензин. Следовательно, яв­ление вскипания и выброса тесно связано с наличием воды, которая всегда содержится в том или ином коли­честве в самой нефти и на дне резервуара. Эти явления связаны с осо­бым характером прогревания сырой нефти и влажного мазута и возникающим при этом процессом кипения пе­регретой воды.

Рис. 4.4. Схема процесса выброса горящей жидкости

Рис. 4.5. Схема процесса вскипания