4.5. Факторы, влияющие на скорость выгорания жидкостей. Нефть массовая скорость выгорания


Лекция 14 Скорость выгорания жидкостей, влияющие факторы.

При определённой температуре, выше tвс , раз подожжённая жидкость продолжает гореть после удаления источника зажигания. Такая минимальная температура называется температурой воспламенения (tвос). Для ЛВЖ она выше tвс на 1-5 оС, для ГЖ - на 30-35 оС.

Линейная скорость выгорания - высота столба жидкости, выгорающая в единицу времени :

Массовая скорость выгорания - масса жидкости, выгорающая в единицу времени с единицы площади поверхности :

Wг =

М

W г=   Gг

ежду линейной и массовой скоростями горения существует зависимость :

(следует следить за размерностями величин и при необходимости вводить поправочный коэффициент).

Прогрев жидкости по глубине. Нагрев поверхности жидкости лучистым потоком от пламени сопровождается передачей тепла вглубь ее. Этот теплоперенос осуществляется в основном тепло­проводностью и ламинарной конвекцией за счет движения нагре­тых и холодных слоев жидкости. Прогрев жидкости теплопровод­ностью осуществляется на небольшую глубину (2-5 см) и может быть описан уравнением вида

где Тх — температура слоя жидкости на глубине х, К;

Тк — температура поверхности (температура кипения), К; к — коэффициент пропорциональности, м—К

Этот тип температурного поля называется распределением тем­пературы первого рода .

Ламинарная конвекция возникает в результате различной тем­пературы жидкости у стенок резервуара и в его центре, а также вследствие фракционной разгонки в верхнем слое при горении смесей. Дополнительная передача тепла от нагретых стенок ре­зервуара к жидкости приводит к прогреву ее слоев у стенок до более высокой температуры, чем в центре. Более нагретая у стенок жидкость (или даже пузырьки пара в случае ее перегрева у сте­нок выше температуры кипения) поднимается вверх, что способ­ствует интенсивному перемешиванию и быстрому прогреву слоя жидкости на большую глубину. Образуется так называемый гомотермический слой, т. е. слой с практически постоянной темпе­ратурой, толщина которого растет во времени горения. Такое температурное поле называют распределением температуры второго рода (рис. 7.7). Образование гомотермического слоя воз­можно также и в результате фракционной перегонки приповерх­ностных слоев смесей жидкостей, имеющих различную температу­ру кипения. По мере выгорания таких жидкостей приповерхност­ный слой обогащается более плотными высококипящими фракциями, которые опускаются вниз, способствуя тем самым конвек­тивному прогреву жидкости.

Определяющее влияние перегрева жидкости у стенок резервуа­ра на формирование гомотермического слоя подтверждают сле­дующие экспериментальные данные. При горении бензина в ре­зервуаре диаметром 2,64 мм без охлаждения стенок приводило к достаточно быстрому образованию гомотермического слоя. При интенсивном охлаждении стенок прогрев жидкости на глубину осуществлялся главным образом теплопроводностью и в процес­се всего времени горения имело место распределение температу­ры первого рода. Установлено, что чем выше температура кипе­ния жидкости (дизельное топливо, трансформаторное масло), тем труднее образуется гомотермический слой. При их горении темпе­ратура стенок резервуара редко превышает температуру кипения. Однако при горении влажных высококипящих нефтепродуктов вероятность образования гомотермического слоя также высока. При прогреве стенок резервуара до 100°С и выше образуются пу­зырьки водяного пара, которые, устремляясь вверх, вызывают интенсивное перемешивание всей жидкости и быстрый прогрев вглубину. Возможность образования достаточно толстого гомотермического слоя при горении влажных нефтепродуктов чревата явле­ниями вскипания и выброса жидкости.

Исходя из рассмотренных выше представлений о механизме выгорания жидкости, проанализируем влияние некоторых факто­ров на массовую скорость.

Скорость выгорания зависит от : рода жидкости, температуры, диаметра резервуара, уровня жидкости, скорости ветра .

Для горелок малых диаметров скорость сгорания сравнительно велика. При увеличении диаметра скорость сначала снижается из-за нагрева от стенок, затем возрастает, т.к. ламинарное горение переходит в турбулентное и остаётся постоянным при диаметрах  2 м.

При турбулентном горении ниже полнота горения (появляется копоть), увеличивается тепловой поток от пламени, быстрее отводятся пары, увеличивается скорость испарения.

При снижении уровня жидкости затрудняются процессы тепломассопереноса (отток продуктов горения, приток окислителя, пламя удаляется от поверхности жидкости), поэтому скорость горения падает и при определённом расстоянии жидкости от верхнего борта резервуара (критическая высота самотушения) горение становится невозможным. Критическая высота самотушения при  = 23 м равна 1 км (реальная высота резервуара= 12 м).

Оценив доли тепла от общего тепловыделения при горении жидкости, которая затрачивается на ее подготовку следует, что менее 2% от общего тепловыделения при горении жидкости затрачивается на поставку ее паров в зону горения. В момент установления процесса выгора­ния температура поверхности жидкости резко возрастает от тем­пературы воспламенения до температуры кипения, которая в дальнейшем по мере выгорания остается неизменной. Однако это справедливо только для индивидуальных жидкостей. В процессе горения смеси жидкостей, имеющих разную температуру кипения (бензины, нефть и т. д.), происходит как бы их фракционная перегонка. Вначале происходит выход легкокипящих фракций, затем всех более высококипящих. Этот процесс сопровождается постепенным (квазистациоиарным) повышением температуры на поверхности жидкости. Влажное горючее может быть представлено как смесь двух жидкостей (горючее + вода), в процессе горения которых проис­ходит их фракционная разгонка. Если температура кипения горю­чей жидкости меньше температуры кипения воды (100°С), то происходит преимущественное выгорание горючего, смесь обога­щается водой, скорость выгорания снижается и, наконец, горение прекращается. Если температура кипения жидкости больше 100°С, напротив, вначале преимущественно испаряется влага, концентрация ее снижается: скорость выгорания жидкости возрастает, вплоть до скорости горения чистого продукта (рис. 7.11).

Влияние скорости ветра. Как правило, с повышением скорости ветра скорость выгорания жидкости увеличивается. Ветер интенси­фицирует процесс смешения горючего с окислителем, повышая температуру пламени и приближая пламя к поверхно­сти горения.

Все это повышает интенсивность теплового потока, поступаю­щего на нагрев и испарение жидкости, следовательно, приводит к росту скорости выгорания. При большей скорости ветра пламя может срываться, что приведет к прекращению горения. Так,- на­пример, при горении тракторного керосина в резервуаре диамет­ром З'М наступал срыв пламени при достижении скорости ветра 22 м-с-1.

Влияние концентрации кислорода в атмосфере. Большинство жидкостей не способны к горению в атмосфере с содержанием кислорода менее 15%. С повышением концентрации кислорода выше этого предела скорость выгорания возрастает (рис. 7.12). В атмосфере, обогащенной кислородом, горение жидкости проте­кает с выделением большого количества сажи в пламени и на­блюдается интенсивное кипение жидкой фазы. Для многокомпо­нентных жидкостей (бензин, керосин и т. п.) температура поверх­ности с увеличением содержания кислорода в окружающей среде возрастает (рис. 7.13).

Повышение скорости выгорания и температуры поверхности жидкости с ростом концентрации кислорода в атмосфере обусловлено увеличением излучающей способности пламени в результате роста температуры горения и высокого содержания сажи в нем.

10

studfiles.net

Скорость - выгорание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Скорость - выгорание

Cтраница 2

Скорость выгорания горючего определяется температурой предпламенной зоны, в которой концентрация кислорода равна нолю.  [17]

Скорость выгорания газа, вытекающего через отверстие, - это количество газа, сгорающего в единицу времени; фактор площади здесь не учитывается.  [18]

Скорость выгорания веществ свидетельствует об интенсивности возможного пожара и характеризует весовое или объемное количество вещества, сгорающего в единицу времени с единицы площади горения.  [19]

Скорость выгорания полимера является одной из основных характеристик процесса горения полимеров. В литературе ее принято выражать в виде массовой либо линейной скорости выгорания. Массовая скорость выгорания, кг / ( м2 - с), представляет собой массу полимерного горючего, сгорающего в единицу времени с единицы поверхности. Линейная, или нормальная, скорость выгорания, м / с, представляет скорость перемещения горящей поверхности по отношению к несгоревшим продуктам. Скорость выгорания полимерсодержащих материалов зависит от сложных физико-химических процессов, протекающих в различных зонах, от интенсивности тепловыделения в каждой из стадий процесса горения, интенсивности тепло - и массообмена на различных стадиях.  [20]

Скорость выгорания веществ не является физико-химической константой. Эта важная количественная характеристика горючести вещества зависит от его природы, но в еще большей степени - от условий тепло - и массообмена в зоне пожара. Само понятие скорости выгорания для различного агрегатного состояния веществ имеет различный смысл.  [21]

Скорость выгорания океа с исследуемых образцов катализаторов измеряют несколькими способами.  [22]

Скорость выгорания газа, вытекающего через отверстие, - это количество газа, сгорающего в единицу времени; фактор площади Лдесь не учитывается.  [23]

Скорость выгорания газообразных веществ с момента воспламенения быстро достигает своего максимального значения и остается постоянной в процессе горения.  [24]

Скорость выгорания углистых отложений при регенерации алюмосиликатных катализаторов крекинга изучена достаточно подробно [120, 166-170], причем получены следующие закономерности. Диффузионное торможение наблюдается [166-168] при температуре выше 500 - 600 С.  [25]

Скорость выгорания углистых отложений определяли по количеству образующегося СО2, поглощаемого аскаритом в трубочках, которые переключались через 1, 2 или 3 мин; общая погрешность в определении скорости выгорания не превышала 15 отн.  [26]

Скорость выгорания твердых материалов зависит от влажности, объемного веса, удельной загрузки ( количество материала, приходящееся на 1 м2 площади пола), отношения площади поверхности материала к его объему, от доступа воздуха, скорости и направления ветра и других факторов.  [28]

Скорость выгорания гидрида натрия с поверхности расплава, защищенной плавающей крышкой, прямо пропорциональна периметру щели между стенками ванны и крышки.  [29]

Скорость выгорания углистых отложений изучалась весовым методом на проточной установке с пружинными кварцевыми весами при температуре 350 - 500 С, парциальном давлении кислорода в азотно-кислородной смеси 0 0118; 0 00246 и 0 0034 МПа, линейной скорости подачи регенерирующего газа 0 68 см / с и навеске закоксованного цеолита 0 3 г. Продолжительность опыта 60 мин. Таблетированные цеолиты СаА ( Ц-202-295), СаХ ( Ц-202 - 496) и NaX ( партия товарная) получены из Горьковской опытной базы Института по переработке нефти и газа. Закоксование этих цеолитов проводилось на проточной установке пропусканием различного количества крекинг-бензина при 350 С в одинаковых условиях с последующей отдувкой при 500 С в токе гелия в течение 5 - 6 ч для удаления летучих компонентов. Наиболее однородно закоксованные ( по внешнему виду) таблетки дробились до величины зерен 1 - 2 мм.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Выгорание твердых материалов

Одновременно с распространением пламени по поверхности материала начинается процесс его выгорания. Закономерности выгорания твердых материалов существенно зависят от характера превращения твердой фазы в газообразные продукты.

Если разложение твердой фазы протекает в узком приповерхностном слое без образования углистого слоя, то в этом случае горение протекает с постоянной скоростью. На поверхности твердой фазы после воспламенения устанавливается постоянная температура, равная температуре кипения или возгонки вещества.

Механизм горения твердых веществ, протекающий с образованием углистого остатка на поверхности горения, более сложен. Так горят практически все вещества растительного происхождения, некоторые пластмассы, содержащие в своем составе негорючие или трудногорючие наполнители (тальк, сажу и т.п.). К наиболее распространенным горючим веществам растительного происхождения такого типа относится древесина. В момент воспламенения за счет теплового потока от зоны пламени температура поверхностного слоя древесины быстро возрастает до 450-500оС. Происходит интенсивное разложение веществ с образованием летучих продуктов и древесного угля, при этом температура на поверхности повышается до 600оС.

По глубине горящей древесины имеют место области с различными физическими и физико-химическими характеристиками. Условно их можно разделить на 4 зоны:

I - древесный уголь, состоящий на 99% из углерода;

II - древесина с различной степенью пиролизованности;

III - непиролизованная, сухая древесина;

IV - исходная древесина.

По мере выделения летучих продуктов из твердой фазы при горении древесины протекает переугливание материала на все большую глубину. Рост толщины углистого слоя обусловливает повышение его термического сопротивления и, следовательно, снижает скорость прогрева и пиролиза еще не разложившихся слоев древесины, и скорость пламенного горения постепенно снижается. Пламенное горение древесины прекращается при снижении массовой скорости выделения летучих до 5 г/(м2·с). Толщина слоя угля при этом достигает 15-20 мм.

Прекращение пламенного горения древесины открывает доступ кислорода воздуха к нагретому до температуры 650-700оС углю. Начинается второй этап горения древесины - гетерогенное окисление углистого слоя в основном по реакции С + О2 ® СО2 + 33000 кДж/кг, температура углистого слоя возрастает до 800оС, и процесс гетерогенного горения угля еще более интенсифицируется.

Реальная картина перехода гомогенного горения в гетерогенное несколько отличается от приведенной.

Основным количественным параметром, характеризующим процесс выгорания твердых материалов, является массовая скорость выгорания, которая представляет собой один из параметров, обусловливающих динамику пожара.

Приведенная массовая скорость выгорания представляет собой количество вещества, выгорающего в единицу времени с единицы площади пожара.

Горение металлов

По характеру горения металлы делятся на две группы: летучие и нелетучие.

Летучие металлы имеют Тпл < 1000 К, Ткип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций).

Нелетучие металлы имеют Тпл >1000 К, Ткип >2500 К. Механизм горения во многом определяется свойствами оксида металла. Тпл летучих металлов ниже Тпл их оксидов. При этом последние представляют собой достаточно пористые образования.

При поднесении ИЗ к поверхности металла происходит его испарение и окисление. При достижении концентрации паров, равной нижнему концентрационному пределу воспламенения, происходит их воспламенение. Зона диффузионного горения устанавливается у поверхности, большая доля тепла передается металлу и он нагревается до Ткип. Образующиеся пары, свободно диффундируя через пористую оксидную пленку, поступают в зону горения. Кипение металла вызывает периодическое разрушение оксидной пленки, что интенсифицирует горение. Продукты горения (оксиды металлов) диффундируют не только к поверхности металла, способствуя образованию корки оксида, но и в окружающее пространство, где, конденсируясь, образуют твердые частички в виде белого дыма. Образование белого плотного дыма является визуальным признаком горения летучих металлов.

У нелетучих металлов, обладающих высокими температурами фазового перехода, при горении на поверхности образуется весьма плотная оксидная пленка, которая хорошо сцепляется с поверхностью металла. В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку резко снижается и крупные частицы, например, алюминия и бериллия, гореть не способны. Как правило, пожары таких металлов имеют место в том случае, когда они находятся в виде стружки, порошков и аэрозолей. Их горение происходит без образования плотного дыма. Образование плотной оксидсидной пленки на поверхности металла приводит к взрыву частицы. Это явление, особенно часто наблюдающееся при движении частицы в высокотемпературной окислительной среде, связывают с накоплением паров металлов под оксидной пленкой с последующим внезапным ее разрывом. Это, естественно, приводит к резкой интенсификации горения.

Горение пылей

Пыль - это дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды (воздух и т.д.) и твердой дисперсной фазы (мука, сахар, древесина, уголь и т.д.).

Факторы, влияющие на скорость распространения пламени по пылевоздушным смесям:

1) Концентрация пыли.

Как и в случае горения гомогенной газовоздушной смеси, максимальная скорость распространения пламени имеет место для смесей несколько выше стехиометрического состава. Для торфяной пыли это 1,0-1,5 кг/м3.

2) Зольность.

При увеличении зольности уменьшается концентрация горючего компонента и, соответственно, уменьшается скорость распространения пламени.

3) Содержание кислорода в окружающей среде.

С уменьшением содержания кислорода скорость распространения пламени снижается.

Классификация пылей по взрывопожарной опасности.

По взрывопожарной опасности пыли делятся на классы:

I класс - наиболее взрывоопасная - jн до 15 г/м3;

II класс - взрывоопасная - 15 г/м3< jн< 65 г/м3;

III класс - наиболее пожароопасная - jн > 65 г/м3; Тсв до 250оС;

IV класс - пожароопасная - jн > 65 г/м3; Тсв > 250оС.

Похожие статьи:

poznayka.org

4.5. Факторы, влияющие на скорость выгорания жидкостей

Влияние природы жидкости. На скорость выгорания оказывают влияние интенсивность теплового потока, поступающего от пламени к зеркалу жидкости и теплофизические параметры горючего: температура кипения, теплоемкость и теплота испарения. Отношение скоростей выгорания наиболее быстрокипящих жидкостей к наиболее медленно горящим относительно невелико и составляет 3,0-4,5.

Влияние диаметра резервуара. Зависи­мость скорости выгорания от диаметра резервуара для всех горючих жид­костей одинакова. При увеличении диа­метра скорость выгорания вначале быстро снижается, затем скорость снижения уменьшается. Далее наблюдается возрастание скорости выгора­ния с увеличением диаметра резервуара и последующее приближение скорости выгорания к предельному значению. Этот предел достигается при диаметрах порядка 1,2-1,3 м.

Таким образом, вся область рассматриваемой зависимости делится на три части, в каждой из которых наблюдаемая зависимость определяет­ся особенностями процесса выгорания. Уменьшение скорости выгорания с ростом диаметра на первом участке кривой объясняется условиями под­вода тепла от факела пламени к поверхности жидкости. Количество тепла, поступающего излучением, пропорционально площади поверхности жид­кости, а количество тепла, поступающего теплопроводностью за счет на­грева стенок сосуда, пропорционально периметру сосуда. При этом доля тепла, передаваемого жидкости стенками, к теплу, поставляемому лучи­стым потоком, будет пропорциональна отношению периметра сосуда к площади поверхности жидкости, т. е. к площади поперечного сечения со­суда. Таким образом, с ростом диаметра теплоподвод от стенок сосуда снижается, и скорость выгорания становится меньше. Сказанное справедливо для ламинарного процесса выгорания.

При увеличении диаметра сосуда свыше 1,3 м происходит переход от ламинарного горения к турбулентному. Рост скорости выгорания в этой области обусловлен повышением количества тепла, поступающего к по­верхности жидкости от зоны горения. Турбулентность увеличивает объем факела и, соответственно, количество тепла, поглощаемое жидкостью. Причем, это дальнейшее увеличение диаметра резервуара свыше 1,3 м приводит к формированию развитого турбулентного режима, при котором величина теплового потока от факела пламени к поверхности жидкости стабилизи­руется и скорость выгорания практически не изменяется.

Влияние начальной температуры. С уве­личением Т0 скорость выгорания возрастает, поскольку снижа­ются затраты тепла на прогрев жидкости до температуры кипения.

Влияние уровня жидкости в резервуаре. С понижением уровня жидкости происходит снижение скорости выгорания вплоть до прекращения горения. Поскольку подвод воздуха, необходимого для горения, за счет диффузии из окружающей среды непосредственно вовнутрь ре­зервуара невозможен, то при понижении уровня жидкости происходит удаление зоны пламени от поверхности горения. Величина лучистого потока к зеркалу жидкости снижается, а следовательно, уменьшается и скорость выгорания вплоть до затухания. При горении жидкостей в резервуарах большого диа­метра предельная глубина, при которой происходит затуха­ние горения, очень большая. Так, для резервуара с диаметром 5 м она составляет 11 м, а с диаметром 5 м – около 35 м.

Влияние влажности жидкости. Содержание влаги понижает скорость выгорания жидкости, во-первых, вследствие дополни­тельных затрат тепла на ее испарение; во-вторых, в результате флегматизирующего влияния паров воды в газовой зоне. Последнее приводит к снижению температуры пламени, а следовательно, уменьшается и его излучательная способность. Строго говоря, скорость выгорания влажной жидкости не постоянная, она увеличивается или уменьшается в процессе горения в зависимости от величины температуры кипения жидкости.

Влажное горючее может быть представлено как смесь двух жидкостей (горючее + вода), в процессе горения которых проис­ходит их фракционная разгонка. Если температура кипения горючей жидкости меньше температуры кипения воды (100 0С), то происходит преимущественное выгорание горючего, смесь обога­щается водой, скорость выгорания снижается и, наконец, горение прекращается. Если температура кипения жидкости больше 100 0С, напротив, вначале преимущественно испаряется влага, концентрация ее снижается и скорость выгорания жидкости возрастает, вплоть до скорости горения чистого продукта.

Влияние скорости ветра. Как правило, с повышением скорости ветра скорость выгорания жидкости увеличивается. Ветер интенсифицирует процесс смешения горючего с окислителем, повышая температуру пламени и приближая пламя к поверхно­сти горения. Все это повышает интенсивность теплового потока, поступаю­щего на нагрев и испарение жидкости, следовательно, приводит к росту скорости выгорания. При большей скорости ветра пламя может срываться, что приведет к прекращению горения. Так, на­пример, при горении тракторного керосина в резервуаре диамет­ром 3 м наступал срыв пламени при достижении скорости ветра 22 м/с.

Влияние концентрации кислорода в атмосфере. Большинство жидкостей не способны к горению в атмосфере с содержанием кислорода менее 15 %. С повышением концентрации кислорода выше этого предела скорость выгорания возрастает. В атмосфере, обогащенной кислородом, горение жидкости проте­кает с выделением большого количества сажи в пламени и на­блюдается интенсивное кипение жидкой фазы. Для многокомпо­нентных жидкостей (бензин, керосин и т. п.) температура поверх­ности с увеличением содержания кислорода в окружающей среде возрастает. Повышение скорости выгорания и температуры поверхности жидкости с ростом концентрации кислорода в атмосфере обуслов­лено увеличением излучающей способности пламени в результате роста температуры горения и высокого содержания сажи в нем.

studfiles.net