Введение к работе
Актуальность работы
Нефтегазовый комплекс (НГК) является важнейшей структурной составляющей экономики России, поэтому проблемам обеспечения безопасности объектов НГК уделяется особое внимание.
Анализ статистических данных показал, что аварийные ситуации на этих объектах в большинстве случаев сопровождаются пожарами, а средний убыток от одного пожара в 7 раз больше среднего убытка, приходящегося на один пожар по всей стране. При пожарах горение углеводородов сопровождается выделением большого количества теплоты, значительная часть которой посредством излучения передается к объектам, окружающим очаг пожара. Попадающее на смежные объекты излучение превышает величину критической плотности излучения материалов или веществ с заданными свойствами, и происходит возникновение новых очагов возгораний. Поэтому ограничение распространения пожара является одним из основных аспектов противопожарной защиты, который, в свою очередь, реализуется за счет применения ряда конструктивно планировочных решений, а также различных конструкций и устройств, поглощающих или отражающих лучистую энергию. Эффективность применения таких конструкций и устройств обосновывается результатами экспериментально-поисковых и теоретических исследований, а также использованием достоверных методов расчета, учитывающих теплофизические и конструктивные особенности в условиях пожара.
В связи с этим разработка метода защиты технологического оборудования и способов, ограничивающих распространение пожара, а также оценка времени их защитного действия являются актуальным научным исследованием.
Цель работы – повышение безопасности нефтегазового оборудования при пожарах путем разработки теоретически обоснованного метода защиты на основе устройств с использованием воздушно-механической пены.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
анализ причин пожаров и методов противопожарной защиты нефтегазовых объектов, соответствующих им;
оценка и подбор материалов для создания устройств огнезащиты нефтегазового оборудования и пожарных подразделений;
разработка устройства огнезащиты нефтегазового оборудования;
создание методики расчета характерных размеров устройств, гарантирующих обеспечение заданного времени защиты нефтегазового оборудования при пожарах.
Методы решения поставленных задач
При разработке и решении поставленных задач применялись общенаучные методы исследования: группировка статистических данных и системный анализ причин пожаров, методов и устройств противопожарной защиты на объектах нефтегазовой отрасли; методы экспериментально-поисковых исследований тепломассообмена в огнезащитных конструкциях; численный подход к решению уравнения теплопроводности, основанный на методе конечных разностей, позволяющий определить температурное поле составной среды, являющейся основой предлагаемых огнезащитных устройств.
Научная новизна результатов работы
Разработан и обоснован метод защиты нефтегазового оборудования при пожарах с использованием результатов численных расчетов на основе математической модели, базирующейся на уравнении теплопроводности составной среды, что позволило определить температурное поле и величины тепловых потоков на стенках ограждающих устройств, заполненных воздушно-механической пеной.
Для описания характеристик составной среды установлены аналитические зависимости плотности, теплоемкости и теплопроводности воздушно-механической пены от числа ее кратности.
Разработана программа расчета температурного поля в воздушно-пенном объеме огнезащитных устройств, позволяющая найти время их защитного действия, в зависимости от конструктивных параметров и кратности пены.
Разработана методика, позволяющая определить характеристики огнезащитных устройств, для заданного времени защиты технологического оборудования.
На защиту выносятся:
результаты проведенных экспериментальных исследований по определению температуры внешней стенки комплексных устройств, предназначенных для поглощения тепловой радиации от огнеисточника;
результаты численных расчетов по определению времени защитного действия разработанных устройств, проведенных на основе математической модели, описывающей процессы распространения тепла в составной среде;
аналитические зависимости для описания теплофизических характеристик пенной среды, в частности ее коэффициента теплопроводности.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Определены теплофизические и физико-технические характеристики конструкций, предназначенных для поглощения теплового излучения при пожарах, которые позволяют защищать технологическое оборудование от тепловой радиации, тем самым предотвращая появление новых очагов возгораний.
Разработанные методики расчета внедрены и используются в ГУ МЧС России по Тюменской области при разработке мероприятий, направленных на предотвращение распространения и тушение пожаров.
Результаты теоретического исследования используются в образовательной практике преподавания специальных дисциплин Уральского института ГПС МЧС России и Уральского федерального университета.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались на научных конференциях и семинарах:
научно-практической конференции «Безопасность мегаполиса: промышленно-экологический аспект» в рамках V Международного научно-практического форума «Грани безопасности-2008» (г. Екатеринбург, 2008 г.);
Второй международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации» (г. Екатеринбург, 2008 г.);
II Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (г. Екатеринбург, 2008 г.);
Международной научно-практической конференции «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири» (г. Тюмень, 2009 г.);
учебно-практической конференции «Передовые технологии и инновации в области предупреждения и тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ» (г. Екатеринбург, 2010 г.);
Региональной научно-практической конференции курсантов слушателей и студентов «Актуальные вопросы противопожарного водоснабжения» (г. Иваново, 2011 г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 118 наименований, 3 приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 27 таблиц.
