Устройство для гашения факела пламени струи горючего газа

 

Использование: изобретение относится к пожаротушению газовых факелов на газопроводах, а также любых струй газа высокого давления. Сущность изобретения: предлагаемое устройство для гашения факела пламени струи горючего газа, истекающей из газопровода, содержит резервуар с пламягасящим веществом, соединенный с трубопроводами. Последние оснащены кранами и имеют форсунки на концах для подачи пламягасящего вещества вокруг струи. Средний диаметр положения форсунок соответствует условию, указанному в описании. Полость наддува резервуара соединена трубопроводом с газопроводом высокого давления с заборником газа высокого давления из истекающей струи. Использование изобретения повышает эффективность гашения факела пламени струи горючего газа и снижает затраты энергии, времени, специальной техники, людских ресурсов. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к пожаротушению газовых факелов на газопроводах и может использоваться для гашения факелов пламени, образующихся при горении любых струй газа высокого давления. Проблема быстрой ликвидации пожаров на газопроводах и газовых скважинах по-прежнему остается актуальной и до конца не разрешенной особенно в труднодоступных местностях (например Западная Сибирь) в связи с трудностями доставки людей и необходимой техники к месту аварии.

Известны устройства для гашения факелов пламени (тушения пожаров) на газовых скважинах, а также струи горючих газов [1] Недостатком известных устройств является необходимость привлечения внешних энергоисточников, большого количества людей, специальной техники и значительных материальных затрат для их доставки к месту аварии, а также проведения длительных подготовительных работ.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство для гашения факела пламени струи горючего газа, основанное на образовании двухфазного потока огнетушащей жидкости путем торможения ее совместно с истекающей струей газа для создания условий термобарического воздействия пламягасящего вещества (жидкого, газожидкостного, с добавкой порошка и др.). Последнее заключается в том, что распыленное пламягасящее вещество, например вода, попадая в струю газа, на начальном участке движения прогревается до максимально возможной равновесной температуры Т_р, соответствующей температуре пламени Т_г и давлению насыщенных паров этого пламягасящего вещества в потоке. При температуре Т_г насыщения паров происходит мгновенное вскипание капель жидкости, что обеспечивает эффект тушения за счет одновременного снижения температуры пламени и паровой изоляции факела от окружающего воздуха (окислителя). Устройство содержит источник пламягасящего вещества, например резервуар, и форсунки для подачи пламягасящего вещества вокруг устья скважины (отверстия, из которого истекает струя) [2] Недостатком данного устройства является косвенное воздействие на зону стабилизации горения в факеле пламени, неоптимальность процесса изоляции факела пламени от воздуха. Суть неоптимальности заключается в том, как показали исследования, проведенные на нашем предприятии, в результате постепенного (а не мгновенного) испарения всей массы пламягасящего вещества, подводимой в виде струек воды, часть пара вступает в реакцию с пламенем, усиливая интенсивность свечения факела пламени. Кроме того, результаты экспериментов, проведенных в ЦАГИ, и литературные данные (см. например, Аннушкин Ю.М. Свердлов Е. Д. Исследование устойчивости диффузионных затопленных пламен при дозвуковом и нерасчетном сверхзвуковом истечении газообразного топлива. "Физика горения и взрыва", N 5, 1978, с. 53-63) свидетельствуют, что стабилизация диффузионного горения в факеле пламени турбулентной струи высокого давления происходит в кольцевой зоне. Зона стабилизации горения начинается на определенном расстоянии от отверстия, из которого истекает струя, за сечением максимального диаметра струи (D_м) после ее расширения на начальном участке (см. Глотов Г.Ф. Фейман М.И. Исследование параметров осесимметричных недорасширенных струй газа, истекающих в затопленное пространство. "Ученые записки ЦАГИ", т. II, N 4, 1971, с. 69-75) и простирается за максимальное сечение факела пламени D_ф. Эти особенности не учитываются в известном устройстве. Следует отметить также, что использование данного устройства требует наличия внешних энергоресурсов для подачи пламягасящего вещества, что усложняет задачу гашения пламени и снижает эффективность пожаротушения.

Задачей изобретения является повышение эффективности гашения факела пламени струи горючего газа и снижение затрат энергии, времени, специальной техники, людских ресурсов и оргтехмероприятий.

Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагается устройство для гашения факела пламени струи горючего газа, которое снабжено резервуаром с пламягасящим веществом, соединенным с трубопроводами, оснащенными кранами и имеющими форсунки на концах для подачи пламягасящего вещества вокруг струи, средний диаметр (D_к) положения которых соответствуют условию: D_м<D<SUB>к

На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемого устройства с одним из вариантов системы отбора газа высокого давления; на фиг.2 другой вариант системы отбора газа высокого давления; на фиг.3 расчетные и экспериментальные зависимости расхода пламягасящего вещества (воды) относительно расхода струи водорода G_ж/G_г от относительного давления выдува струи P_ос/P_н, (где P_н давление окружающего воздуха), отделяющие область гашения пламени от области горения.

Предлагаемое устройство состоит из резервуара 1 с пламягасящим веществом 2, системы отбора газа высокого давления и вытеснительной системы подачи пламягасящего вещества к форсункам 3. Вытеснительная система подачи пламягасящего вещества 2 включает помимо резервуара 1 трубопроводы 4 с кранами 5, соединяющими резервуар с коллектором 6. Коллектор 6 образован не менее чем из двух составных частей с форсунками 3 или представляет собой набор трубопроводов 4 с кранами 5 и форсунками 3 на концах.

Система отбора газа высокого давления выполнена в двух вариантах, Первый вариант состоит из выполненного в газопроводе 7 приемного отверстия (приемника) 8, соединенного трубопроводом 9, имеющим кран 10, с резервуаром 1. Второй вариант состоит из заборника 11 газа высокого давления, установленного в струе 12, истекающей из отверстия 13 в газопроводе 7, соединенного трубопроводом 14, имеющим кран 15, с резервуаром 1.

Работа устройства заключается в следующем.

Части коллектора 6 устанавливают вокруг отверстия 13, из которого истекает струя 12 газа. Для подачи пламягасящего вещества 2 создают наддув в резервуаре 1 с использованием давления горючего газа 16. Для этого открывают кран 10 трубопровода 9 и подводят газ высокого давления 16 в резервуар 1. Отсюда пламягасящее вещество 2 по трубопроводам 4 через коллектор 6 и форсунки 3 подают вокруг струи в виде струйной завесы 17. После гашения пламени закрывают краны 5 и прекращают подачу вещества.

В другом варианте системы отбора газа высокого давления заборник 11 газа высокого давления устанавливают в струе у отверстия 13 и через трубопровод 14 подают газ высокого давления 16 в резервуар 1. При этом пламягасящее вещество 2 через трубопроводы 4, коллектор 6 и форсунки 3 подают вокруг струи. После гашения факела пламени подачу вещества прекращают путем закрытия кранов 5 в трубопроводах 4.

В обоих вариантах имеют возможность повторных гашений пламени при включении (выключении) подачи пламягасящего вещества путем открытия (закрытия) кранов 5. После окончания работы устройства закрывают кран 10 или 15.

Для оптимизации процесса гашения пламени необходимо воздействовать струйной завесой 17 на зону стабилизации горения в струе. Для этого средний диаметр расположения форсунок вокруг струи (D_к) выбирают из условия D_м> D_к< D_ф. Количество жидкости, потребное для гашения пламени, определяют по данным типа приведенных на фиг.3 из условия: > и отсюда определяют необходимое количество форсунок. Для пересчета данных фиг.3 на другие топлива и натурные условия можно использовать критерии подобия, изложенные в упомянутых выше литературных источниках.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность гашения пламени, без привлечения специальной техники, используя подсобные средства трубы и сварку, которые всегда есть на буровых. Это дает возможность изготовить устройства заранее, но их можно изготовить на месте и в период аварии за короткое время.

Отпадает также необходимость в использовании специальных насосов (помп) высокого давления, используемых обычно для подачи пламягасящих веществ.

Благодаря возможности повторных включений устройства повышается надежность гашения факела пламени и экономичность этого процесса, снижается время ликвидации аварии энерго-и трудозатраты.

По изобретению в ЦАГИ выполнены расчетные и экспериментальные исследования, подтвердившие возможность реализации предлагаемого устройства для гашения факела пламени струи горючего газа высокого давления.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ СТРУИ ГОРЮЧЕГО ГАЗА, содержащее резервуар с пламягасящим веществом, соединенный с трубопроводами, оснащенными кранами и имеющими форсунки на концах для подачи пламягасящего вещества вокруг струи горючего газа, истекающего из газопровода, и систему подачи пламягасящего вещества, отличающееся тем, что положение форсунок вокруг струи горючего газа из газопровода соответствует условию D_м < D_к < D_ф, где D_м максимальный диаметр струи после ее расширения на начальном участке, м; D_к средний диаметр расположения форсунок вокруг струи горючего газа из газопровода, м; D_ф максимальный диаметр факела пламени, м.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система подачи пламягасящего вещества выполнена в виде трубопровода, связывающего резервуар с пламягасящим веществом с газопроводом горючего газа.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система подачи пламягасящего вещества выполнена в виде заборника газа, размещенного в струе горючего газа, истекающего из газопровода, и связанного трубопроводом с резервуаром с пламягасящим веществом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3