Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время водород широко используется в различных областях современной промышленности (химия и нефтехимия, энергетика, транспорт и т.д.), однако, еще более широкое применение ожидает его в будущем. Среди этих применений в первую очередь следует отметить водороднув энергетику, в которой водород будет кспольвоваться в качестве экологически чистого топлива, sana-сы которого в морях и океанах, а также в космосе неисчерпаемы.- Водород может быть испольэован практически на всех видах транспорта (авиации, морском флоте, автомобилестроении). Водород применяется в химической и нефтехимической промышленности (например, в качестве одного ив компонентов при синтезе аммиака).
Водород может быть не только полезным энергоносителем или сырьем, но и побочным продуктом в определенных технологических процессах, повышая их пожароопасность. Наиболее ярким примером данного явления является наработка водорода в реакторных установках атомных станций за счет радиолиза водного теплоносителя, пароциркониевой реакции и других фивико-химических процессов, протекающих как при нормагьном режиме работы, так и в аварийных ситуациях. Учитывая повышенные пожаровврывоопасные свойства водорода и имевшие место в практике эксплуатации атомных станций крупные аварии с горением водорода (Три Майн Айленд, США, 1979г.; Чернобыльская АЭС, СССР, 1986.), можно сделать вывод о важности и актуальности проблемы обеспечения водородной пожаровврывобевопасности как реакторных установок АЭС, так и других технологических процессов с участием водорода.
Диссертационная работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД РФ в рамках программы на 1986-1990гг. 0.74.07, утвержденной Постановлением ГКНТ СССР, Госплана СССР и Минфина СССР от 30.10.85, за N 555.
Дель работы. Исследование -и разработка способов обеспечения водородной пожаровэрывобезопасности помещений и технологического оборудования путем нейтрализации водорода.
Для достижения поставленной цели решаются следующие вадачи:
1. Изучение влияния повышенных давлений и температур на концентрационные пределы распространения пламени (КНР) в смесях вида
водород-кислород-инертный разбавитель и создание метода расчета КПР для смесей указанного вида для температур до 250С и давлений до 2,0 Ша.
-
Исследование процессов горения водородовоздушных смесей при принудительном сжигании в замкнутом сооуде большого объема при многоточечном инициировании горения и в потоке распыленной воды.
-
Исследование возможности термокаталитического окисления водорода для нормальных условий состояния среды и при повышенных давлениях и температурах. Разработка конструкций пассивных сжигателей водорода.
Структура поставленных задач исследования представлена на рис.1.
Научная новизна. Получены новые экспериментальные данные по концентрационным пределам распространения пламени в смесях водород-кислород-инертный разбавитель (азот, гелий, аргон, диоксид углерода, водяной пар) при теыпературах до 250 С й давлениях до 2,(f МПа. Выявлено аномальное влияние гелия на величину нижнего концентрационного предела распространения пламени в смесях водород-кислород- гелий. Обнаружен эффект синергизма для составных химически инертных флегматизаторов гелий-диоксид углерода' и гелий-водяной пар. Создан новый расчётный метод определения КПР смесей вида водород- кислород- инертный составной разбавитель для начальных температур от 20 до 250С и давлений от 0,1 до 2,0 МПа.
Выявлены основные закономерности влияния параметров распыла жидкости на полноту выгорания водорода и взрывные нагрувки при сгорании бедных вадсродововдушных смесей в замкнутом сосуде. Определены новые закономерности процесса горения водородовоэдушных смесей в большом объёме при наличии многоточечного зажигания.
Созданы и экспериментально подтверждена работоспособность он тимальных конструкций пассивного каталитического сжигателя водоро да, пламенного сжигателя водорода, пассивного воспламенителя водородовоздушных смесей.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при разработке технической документации для реакторных установок АСТ-5О0, ВПВЭР-600 и РШК-1000, регламентирующей вопросы пожаровзрнвобевопасности в связи с образованием и накоплением водорода; яри разработке нормативного документа "Обеспечение водородной вврывозащиты и взрывопредупреждение на атомных станциях"; в проектной документации для реакторной установки нового
поколения повышенной безопасности НП-600. На баее полученных в диссертационной работе экспериментальных данных разработана и прошла аттестационные испытания, программа расчета концентрационных пределов распространения пламени в водородосодержащх парогазовых смесях при повышенных давлениях и температурах; создан и прошел испытания каталитический сжигатедь водорода.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Ш Всесоюзной научно-практической конференции "Взрывобезопасносгъ технологических процессов, -пожаро- и варывоэашита оборудования и вданий" (Северодонецк, 1990), на X» XI и XII Всесоюных (Всероссийской') Научно-практических конференциях (Балашиха, 1990, 1992, 1993), на Симпозиуме "Гидродинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения" (Алма-Ата, 1991), на IV Международном семинаре по структуре пламени (Новосибирск, 1992), на научно-практической конференции "В8рывобезопасность технологических процессов" (Северодонецк, 1992), на IV Ежегодной Научно-Технической конференции Ядерного Общества (Нижний Новгород, 1993), на Российско-Японском семинаре по горению (Черноголовка, 1993), на II Международной азиатской конференции по горению и использованию анергии (Пекин, КНР'. 1993)', на X Симпозиуме по горению (Черноголовка, 1992), на I Международном симпозиуме по пожарной "науке и технологии (Хефей, КНР, 1992), на Российско-китайской конференции по пожарной безопасности в химической промышленности (Циндао, КНР,1993), на научно-технической конференции "Научно-технические решения и разработки по предотвращению и ликвидации пожаров. Формула безопасности-94" (Москва, 1994), на заседаниях научно-технического Совета Российского Научно-Испытательного Центра Пожарной Безопасности ВНИИІГО МВД РФ.
Публикации.По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка испольэованной литературы и приложений, в ней содержится 222 страница, из них 137 страниц машинописного текста, 85 рисунков, 17 таблиц,* список литературы из 127 наименований.
На защиту выносятся;
- результаты экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени в смесях водорода с кислородом с различными инертными разбавителями при повышенных начальных давлениях (до 2,0 Ша):-ктемпературах (до 250С);
расчетные методы определения КПР смесей иа%уцт-ш<і:т<у-. род-составной разбавитель при повышенных начальных павятщкК температурах;
закономерности интенсификации горения бедных водородовоздуш-ных смесей в потоке распыленной воды;
результаты экспериментальных исследований горения бедных во-дородово8Дуиных смесей при многоточечном инициировании горения;
оптимальная конструкция пассивного беспламенного ложаровзры-вобевопасного сжигателя водорода на основе гидрофобивированного ка-таливатора, функционирующего в различных условиях (нормальные и повышенные давления и температури, присутствие водяного пара);
оптимальная конструкция пламенного сжигателя водорода.
