Дайджест - Промышленная безопасность. Процесс горения нефти


Условия воспламенения и горения нефтепродуктов — доклад

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

 ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

"КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКМЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО КНИТУ)

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Вариант 15

 

по дисциплине: Теория горения и взрыва

 

ШИФР________________________

 

 

 

 

                   Выполнил:

                  студент _2_ курса

                  группы 1213-Ц6

                  КМИЦ«Новые технологии»

                  Карпеева А.В

                  Проверил:

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань. 2012

Введение:

 

Горение является первым сложным техническим процессом, освоенным человеком. В истории прогресса техники этот процесс занимал и продолжает занимать очень важное место, являясь основой современной энергетики, многих технологических производств, транспорта и быта.

В то же время, процессы горения различных веществ играют значительную роль в безопасности жизнедеятельности. Огромный ущерб растительному покрову Земли наносят пожары. Ежегодно на всех континентах возникает около 200 тысяч лесных пожаров. Лишь около 3 % из них было вызвано молниями. Остальные – следствия неосторожного обращения людей с огнем. В России за последние три года наблюдается рост пожаров в учреждениях образования – школах, училищах, вузах, в социально значимых учреждениях – больницах, интернатах, домах престарелых. Поэтому знание основных процессов физики горения необходимо для оценки пожароопасности различных веществ и помещений и разработки эффективных мероприятий по предотвращению и тушению различных пожаров.

На различных промышленных сооружениях растет количество взрывных аварийных происшествий. При этом наряду с авариями на объектах, непосредственно  связанных с хранением и использованием энергоемких или взрывчатых материалов, все чаще встречаются случаи, когда причиной взрыва были внешне безопасные объекты.

Во взрывоопасных технологических процессах (угледобыча, нефтепереработка, химическая технология) предпринимаются серьезные усилия для предотвращения взрывов и ослабления их нежелательных последствий. В других отраслях народного хозяйства при проектировании оборудования часто исходят из гипотезы о взрывобезопасности многих объектов, которые, однако, потенциально способны породить взрывные явления. В связи с этим, весьма актуальной является проблема доведения до сознания широкого круга специалистов основных представлений о возможных источниках и последствиях взрывов. К последним относятся фугасное действие воздушной ударной волны, осколочное действие разрушенных и разлетающихся элементов оборудования и тепловое воздействие от выгорания энергоносителя.

Процессы горения и  взрыва играют большую роль в жизнедеятельности человека. С одной стороны, эти процессы широко используются в различных отраслях современной техники и технологии. Отметим лишь такие важнейшие отрасли как теплоэнергетика, двигателестроение, транспорт, ракетная техника и авиация, в которых основными источниками энергии являются управляемые процессы горения. С другой стороны, процессы горения и взрыва часто приводят к катастрофическим последствиям – лесные пожары, взрывы паровых котлов и газопроводов, ядерные взрывы и т.д. Для оценки характеристик и последствий этих явлений необходимо знать основные закономерности процессов, протекающих при горении и взрыве различных веществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условия  воспламенения  и горения нефтепродуктов

 

Горение – это сложный  физико-химический процесс, при котором 

превращение вещества сопровождается интенсивным выделением тепла, ярким свечением и тепло массообменном с окружающей средой.

В большинстве случаев горение происходит в результате экзотермического окисления вещества, способного к горению (горючего), некоторым окислителем (кислородом воздуха, хлором, закисью азота и т.д.).

При этом в процессе участвуют  два основных компонента – горючее и             окислитель.

 По этому механизму  происходит горение газов, нефти,  бензина, керосина, древесины, торфа  и других горючих веществ –  углеводородов, содержащих в химической  формуле углерод и водород.

Однако процесс горения  может протекать не только при реакция соединения горючего вещества с окислителем, но и при других реакциях, связанных с выделением значительного количества теплоты и с быстрым химическим превращением. К ним относятся разложение взрывчатых веществ и озона, взаимодействие оксидов натрия и бария с диоксидом углерода, распад ацетилена и т. д. Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения (например, бурта зерна или торфяника), либо инициировано

Процессы горения жидких, твердых и газообразных топлив широко

используются практически во всех отраслях современной техники и технологии. Отметим наиболее важные направления использования процессов горения. Наиболее важную роль процессы горения играют в теплоэнергетике. Тепловые электростанции используют энергию горения угля, горючих газов, и жидких углеводородов. В технологии получения черных и цветных металлов, стекла, керамики, цемента, и других необходимых материалов также используется энергия горения для нагрева и плавления соответствующих компонентов и сырья.

 

Артиллерия, стрелковое оружие и другие виды вооружений ис-

пользуют в качестве источника  энергии взрывчатые вещества различных 

классов.

– Большое народнохозяйственное значение имеют взрывные техно-

логии, применяемые для добычи угля и других полезных ископаемых,

при строительных работах (возведение плотин, прокладка туннелей и 

т.д.), при разрушении ледяных заторов.

– Важным направлением в науке  о горении являются экологические 

аспекты горения, получившие большое  развитие в последнее время. К 

ним относятся технология сжигания  бытовых отходов, изучение меха-

низмов образования экологически вредных продуктов сгорания (оксиды

азота, сажа, соединения хлора). Эти  исследования позволяют найти ус-

ловия, при которых концентрация токсичных веществ в выбросах минимальна.

– Одним из важнейших направлений науки о горении является изучение пожаров (в жилых помещениях, лесных массивов и т.д.) и разработка методов пожаротушения. Для тушения пожаров используются как физические, так и химические способы, которые способствуют обрыву цепей химической реакции горения.

– Отдельно следует отметить роль процессов горения в двигателест-

роении, авиации и ракетной технике. Процессы горения используются

для получения движущей энергии  различных транспортных средств,

начиная от паровоза и  вплоть до современных ракетных двигателей, автомобилей, самолетов, судов и т.д. Горение веществ возможно только при наличии горючего вещества, кислорода воздуха (или другого окислителя) и достижения температуры, способной вызвать процесс горения.

Воздух и горючее  вещество составляют систему, способную  гореть,

а температурные условия  обуславливают возможность самовоспламенения и горения системы. При установившемся режиме горения изменение состава системы и температурных условий ведет к изменению скорости горения или его прекращению.

 Например, изменение  концентрации горючего вещества в газовых или пылевых смесях первоначально изменяет скорость горения в ту или иную сторону, а затем ведет к уменьшению скорости и прекращению горения.

Из составных частей воздуха в горении участвует только кислород.

Азот и редкие газы, находящиеся в воздухе, в этом процессе не участвуют. Изменяя концентрацию кислорода в воздухе, можно изменить скорость горения веществ. Наибольшая скорость горения получается при

горении вещества в чистом кислороде, наименьшая (прекращение горения) – при содержании 14÷15% кислорода.

Горение веществ может  происходить за счет кислорода, находящегося

в составе других веществ, способных легко его отдавать. Такие вещества

называются окислителями. Приведем наиболее известные окислители.

– Бертолетова соль (KClO3).

– Калийная селитра (KNO3).

– Натриевая селитра (NaNO3).

– Нитрат аммония (Nh5NO3).

– Марганцево-кислый калий (KMnO4).

– Перхлорат аммония (Nh5ClO4).

В составе окислителей содержится кислород, который может быть выделен путем разложения соли, например:2 KClO3=2 KCl+3 O2

Разложение окислителей  происходит при нагревании, а некоторых  из

них даже под воздействием сильного удара. Для того, чтобы вещество горело за счет кислорода окислителя, необходимо как горючее, так и окислитель измельчить и тщательно перемешать для увеличения площади соприкосновения реагирующих веществ. Горение таких смесей происходит с большой скоростью, так как кислород в момент выделения находится в атомарном состоянии. Пример таких смесей – черный порох, термит, пиротехнические составы, смесевые твердые ракетные топлива. Для прекращения горения необходимо нарушить вызывающие его условия.

 

Так, при тушении водой  происходит охлаждение горящего ве-

щества и уменьшение концентрации горючих газов за счет образования

паров воды. При тушении  нефти пеной прекращается подача теплоты от

пламени к нефти и  затрудняется его поступление в  зону горения.

Горение всех веществ  начинается с их воспламенения. У большинства горючих веществ момент воспламенения характеризуется появлением пламени. У тех веществ, которые горят без пламени, например, у термитных составов, использующихся для сварки металлов, момент воспламенения характеризуется появлением свечения (накала). Известны два вида воспламенения веществ – самовоспламенение и зажигание (вынужденное воспламенение). При самовоспламенении равномерно нагревается вся горючая смесь. При зажигании используется явление распространения фронта пламени от местного относительного небольшого по размерам источника зажигания (пламя, искра, и т.п.). Таким образом, зажигание представляет собой два последовательных

процесса – сначала  начальное очаговое зажигание, которое  вызывает

первичное пламя, и затем  распространение пламени от источника по

всему объему горючей  смеси. Температура, до которой необходимо нагреть горючее вещество, что-бы оно воспламенилось, называется температурой самовоспламенения. Химическая реакция может закончиться самовоспламенением при следующих условиях.

– Выделение теплоты в результате реакции, то есть экзотермичность реакции.

– Возможность протекания реакции при температурах более низких, чем температура самовоспламенения.

– Способность реакции  к резкому ускорению при повышении температуры (по закону Аррениуса). Процесс самовоспламенения веществ происходит следующим образом.

При нагревании горючей  смеси (например, смеси паров бензина 

с воздухом) можно достигнуть такой температуры, при которой  в смеси 

начинает протекать  медленная реакция – окисление. Эта реакция сопровождается выделением теплоты, и смесь начинает нагреваться выше той

температуры, до которой  ее нагрели.

Одновременно с тепловыделением и нагревом смеси происходит теплоотдача от смеси в окружающую среду за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Если скорость реакции окисления мала, то теплоотдача превышает выделение теплоты. При этом, после некоторого  повышения температуры, скорость реакции начинает снижаться и самовоспламенения не происходит.

Если смесь нагреть  извне до более высокой температуры, то вместе

с увеличением скорости реакции увеличивается и количество теплоты,

выделяемой в единицу  времени. При достижении определенной температуры Т*

которая зависит от внешних условий, скорость тепловыделения начинает превышать скорость теплоотдачи, в результате чего реакция интенсивно ускоряется. В этот момент происходит самовоспламенение вещества. Таким образом, температура самовоспламенения реагирующего вещества – это такое значение температуры, при котором скорость тепловыделения Q+

(Дж/с) становится равной скорости тепло-отвода Q-(Дж/с): Q+(Т) = Q- (Т).

Зависимости Q+(Т) и Q- (Т), построенные на одном графике, называются диаграммой Семенова Точка пересечения кривых теплоприхода и теплоотвода определяет величину температуры самовоспламенения. Количественная теория теплового самовоспламенения была развита академиком Н.Н. Семеновым в 1928 г. на основе механизма цепных реакций. Согласно этому механизму, увеличение температуры смеси ведет к увеличению длины цепи и числа образующихся вследствие теплового движения активных молекул. При некотором значении температуры длина цепи становится такой, что число разветвлений в ней становится больше числа обрывов. Реакция при этом приобретает ускорение и происходит самовоспламенение смеси.

Из этого следует, что условием цепного самовоспламенения является равенство числа разветвлений числу

student.zoomru.ru

Устойчивый процесс - горение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Устойчивый процесс - горение

Cтраница 1

Устойчивый процесс горения в горелке возможен лишь в определенных, не слишком широких пределах скоростей истечения. Если скорость истечения горючей смеси в слое, прилегающем к стенкам трубы, окажется больше скорости воспламенения, то ядро пламени оторвется от среза горелки. Пламя может проникнуть внутрь трубы, если толщина слоя горючей смеси, в котором скорость истечения меньше скорости воспламенения, не слишком - мала. Явление проникновения пламени внутрь трубы и распространения горения навстречу движению потока газа называется проскоком пламени или обратным ударом пламени.  [1]

Устойчивый процесс горения газа в факеле возможен лишь в ограниченном интервале скоростей истечения газовоздушной смеси или газа и воздуха из горелки. При малых скоростях истечения смеси из горелок предварительного смешения возможен проскок пламени в смеситель, а при малых скоростях истечения газа и воздуха из диффузионных горелок - посадка пламени на газовыпускные отверстия и об-горание носика горелки. Высокие скорости истечения могут привести к отрыву факела.  [2]

Устойчивый процесс горения дуги при сварке может происходить при соблюдении определенных условий.  [3]

Устойчивый процесс горения топлива будет обеспечен при температуре топочного пространства на несколько сот градусов выше температуры воспламенения данного вида топлива. Температура топки измеряется специальными приборами - пирометрами.  [4]

Устойчивый процесс горения твердого топлива в слое мазута и газа возможен при любой нагрузке. Всякое изменение нагрузки котла вызывает перераспределение соотношения теплоты, передаваемой радиационным и конвективным поверхностям нагрева. Увеличение нагрузки и соответственно тепловыделения в топке при неизменных характеристике топлива, воздушном режиме топки и температуре питательной воды снижает долю теплоты, передаваемой экранам в топке, и увеличивает долю теплоты, воспринимаемой конвективным пароперегревателем, экономайзером и воздухоподогревателем. Такое перераспределение тепловосприятия объясняется повышением температуры на выходе из топки и далее по газовому тракту, а также увеличением скорости газов в конвективных поверхностях нагрева. Удельная тепловая нагрузка экранов возрастает незначительно. В результате увеличения температурного напора и скорости газов в конвективных поверхностях нагрева повышаются температура перегрева пара, температура подогрева воды в экономайзере и воздуха в воздухоподогревателе. Повышается и температура уходящих продуктов сгорания, и как следствие этого возрастает потеря с уходящими газами. С ростом нагрузки сопротивления парового, газового и воздушного трактов возрастает примерно пропорционально квадрату увеличения нагрузки.  [5]

Для устойчивого процесса горения температура топочного пространства должна быть на несколько сот градусов выше температуры воспламенения сжигаемого топлива.  [6]

Для экономичного и устойчивого процесса горения жидкого топлива необходим аккумулятор теплоты. Таким аккумулятором служит кирпичная кладка. При работе топки факел раскаляет кладку, которая способствует устойчивости процесса горения, а в случае затухания факела вновь зажигает его.  [7]

Дежурная дуга при устойчивом процессе горения основной отключается. Дежурная дуга обычно питается от того же источника, что и основная, через токоограничивающее сопротивление.  [9]

Выше указывалось, что устойчивый процесс горения газа в факеле возможен лишь в ограниченном интервале скоростей истечения горючей смеси из горелки. При малых скоростях истечения возможен проскок пламени в горелку, а при больших скоростях - отрыв его от горелки.  [10]

При каких условиях достигается устойчивый процесс горения топлива.  [11]

Для надежного поджигания газовоздушной смеси, обеспечения устойчивого процесса горения топлива и защиты от проскока пламени из топки в горелку в горелочном насадке инжекционной горелки среднего давления монтируют металлический пластинчатый или кольцевой стабилизатор горения. Для борьбы с шумом, создаваемым горелками, используют глушители.  [13]

Теперь представляется вполне своевременным окончательно подчеркнуть, что устойчивый процесс горения является результатом достижения динамического равновесия в приходе и расходе тепла в любой части очага горения, но сделать это иными средствами рассуждения, вполне доступными после всего ранее изложенного.  [14]

Конструкция топки котла и компоновка горелочных устройств должны обеспечивать устойчивый процесс горения, его контроль, а также исключать возможность образования плохо вентилируемых зон.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Процесс - горение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Процесс - горение

Cтраница 3

Процесс горения в камере ЖРД по своей природе является неустойчивым.  [31]

Процесс горения широко используется в промышленности для производственных нужд. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. Если горение выходит из этого подчинения или осуществляется со злым умыслом, направленным на уничтожение материальных ценностей, оно превращается в бедствие, которое называется пожаром. По стандартной терминологии пожар определяется как неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.  [32]

Процесс горения прекращается при некотором давлении рпред, отличном от иуля. Для разных горючих смесей предельные массовые скорости сгорания / ипред не сильно отличаются друг от друга, мало зависят от давления и по порядку величии близки к значению отпред ( 5н - 7) 10 - 3 г / см2 - сек.  [34]

Процесс горения происходит в камере сгорания площадью F поперечного сечения. Определим приведенный ( гидравлический) радиус камеры сгорания RT Fj %, где % - периметр камеры сгорания.  [35]

Процесс горения является сложным и состоит из многих связанных между собой отдельных процессов, как физических, так и химических. Физика горения сводится к процессам тепломассообмена и переноса в реагирующей системе. Химия горения заключается в протекании окислительно-восстановительных реакций, состоящих обычно из целого ряда элементарных актов и связанных с переходом электронов от одних веществ к другим - от восстановителя к окислителю.  [36]

Процесс горения характеризуется изменением температур по высоте и диаметру пламени. В ряде случаев требуется определение температур, усредненных по сечению и отдельным зонам пламени. Использование термопарного метода не позволяет или делает трудоемким такое определение. В этом случае более удобны радиационные методы. При наличии градиента температур по сечению пламени в более холодных областях может происходить поглощение излучения данной спектральной линии, испускаемого в горячей зоне, и в спектре наблюдается явление, получившее название самообращения линии. Это может привести к заниженным значениям температур, измеренных, например, методом обращения. Внешние слои пламени в основном состоят из СС2 и HzO и мало поглощают излучение при Х589 нм. Для пламен, максимальная температура у которых наблюдается на боковой поверхности, занижение температур вследствие самообращения линий очевидно, не существенно.  [37]

Процессы горения могут происходить самопроизвольно в определенных интервалах концентраций горючих веществ. Концентрации горючего на границах интервалов называют нижними и верхними концентрационными пределами воспламенения. Значения нижних и верхних пределов воспламенения и температур самовоспламенения некоторых индивидуальных газов и аэрозолей представлены в приложениях.  [38]

Процесс горения протекает несравненно сложнее, чем по формуле (8.1), так как наряду с разветвлением цепей происходит их обрыв за счет образования промежуточных стабильных соединений.  [39]

Процессы горения и газификации имеют между собой много общего, поэтому теории горения и газификации топлива имеют общие основы. Изучение этих основ необходимо для правильной и эффективной организации процессов сжигания и газификации топлива во всех отраслях народного хозяйства - промышленности, энергетике, транспорте и сельском хозяйстве.  [40]

Процесс горения и газификации натуральных топлив обычно сопровождается протеканием процессов сушки, подогрева и термического разложения.  [41]

Процесс горения является нестационарным по интенсивности, кинетике и динамике протекания химических и физических процессов и в топочной камере ограничен - весьма кратким временем пребывания в ней горючей смеси. В камере сгорания процессы протекают в условиях непрерывного изменения полей температур, кенцентраций, скоростей и химического состояния реагирующих веществ. В этих условиях процесс математически может быть описан сложной системой нелинейных дифференциальных уравнений.  [42]

Процесс горения, протекающий в диффузионной области, может перейти в промежуточную ( кривая 1 - 2) или даже в кинетическую область при усилении диффузии, например, при повышении скорости W потока или уменьшении размера частицы.  [43]

Процесс горения, следующий за воспламенением, может происходить либо на поверхности расплавленного окисного слоя, покрывающего металл, либо в окружающей паровой фазе. Важную роль играют гетерогенные реакции на поверхности растущих взвешенных окисных частиц. Горение на поверхности имеет место в том случае, если окисел более летуч, чем металл. Горение в паровой фазе происходит в обратном случае и может к тому же подавляться образованием защитного окисного слоя или понижением температуры пламени в результате потерь тепла ниже точки кипения металла.  [44]

Процессы горения в зоне реакции относятся к классу цепных разветвленных реакций.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Процесс - горение - топливо

Процесс - горение - топливо

Cтраница 2

Процессы горения топлива, запрессованного в смесь, и реакции образования клинкерных минералов протекают в обжигаемой смеси слитно.  [16]

Процесс горения топлива может быть полным и неполным. При неполном горении остается окись углерода - угарный газ. Происходит это вследствие недостатка кислорода ( воздуха), необходимого для полного процесса горения.  [17]

Процесс горения топлива может быть полным и неполным.  [18]

Процесс горения топлива в современных эмалеварочных печах осуществляется в рабочей камере печи, непосредственно над расплавом, поэтому топливо должно иметь возможно более высокую теплотворную способность и возможно меньшее содержание серы и золы. Этим требованиям в большей степени удовлетворяют газообразное и жидкое топлива, имеющие ряд преимуществ перед твердым топливом.  [19]

Процесс горения топлива зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются качество топлива ( химический состав, размерная характеристика), режим работы котла ( интенсивность горения, форсировка), метод отопления, конструкция топки, способ подвода воздуха и квалификация кочегара.  [20]

Процессы горения топлива в цилиндре ДВС рассматриваются как процессы подвода эквивалентного количества теплоты к рабочему телу.  [21]

Процесс горения топлива идет при постоянном давлении и непрерывном увеличении объема продуктов сгорания.  [22]

Процесс горения топлива представляет собой химический процесс соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха, протекающий при высокой температуре и сопровождающийся интенсивным выделением тепла. В результате процесса горения образуются газы, называемые продуктами сгорания или дымовыми газами, а также твердые остатки - зола, шлак и частицы несгоревшего топлива.  [23]

Процесс горения топлива условно можно разбить на несколько стадий. При горении твердого топлива можно выделить три стадии - воспламенение ( зажигание), активное горение и догорание. В первой стадии твердое топливо вначале подогревается, подсушивается и при температуре 105 - 110 С теряет свою влагу. При температуре около 150 - 180 С топливо начинает разлагаться на летучие вещества и твердый остаток - кокс. Этот процесс усиливается с повышением температуры и наиболее бурно протекает при температуре 300 - 400 С.  [24]

Процесс горения топлива на цепной решетке отличается от процесса горения на неподвижной решетке, когда свежее топливо забрасывается на горящий слой и горение его начинается снизу. В топках с цепными решетками топливо поступает на холодную часть решетки и, получая теплоту излучения факела и стенок, загорается сверху.  [26]

Процесс горения топлива в печах регулируется подачей воздуха на горение в каждую горелку по величине и цвету факела. Процесс горения топлива контролируется автоматическими газоанализаторами по содержанию окиси углерода и кислорода в дымовых газах.  [27]

Процессы горения топлив в потоке под давлением, в том числе в присутствии ряда сред, имеют самостоятельное значение для решения некоторых энергетических и главным образом технологических задач, поэтому они также отражены в монографии. Процессы при высоких температурах приобретают несколько иной характер, так как в этих условиях протекают и качественно и количественно иные химические реакции с образованием таких соединений, которые не могут получаться при обычных температурах. Технико-экономическая целесообразность таких процессов обусловливается не только получением химических соединений, но и энергетическим использованием теплового потенциала высокотемпературных процессов.  [28]

Процесс горения топлива в такого рода малогабаритных топках следует организовать так, чтобы зона горения топлива была наименьшей, а полнота сгорания наибольшей, во всяком случае не хуже, чем в котельных топках.  [29]

Процессы горения топлив в присутствии некоторых сред имеют самостоятельное и не менее важное значение, чем процессы горения с участием различных сред. К этой категории относятся, например, процессы, протекающие в камерах сгорания газовых и парогазовых турбин. Как известно, в камерах сгорания ГТУ процесс горения топлив организован в присутствии больших избытков воздуха ( в 3 - 4 раза выше стехиометрического расхода), который в этих условиях становится нейтральной теплопогло-щающей средой.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Вытеснение нефти с применением внутрипластового горения 2

 Метод основан на способности углеводородов (в данном случае нефти) вступать в реакции с кислородом, сопровождающиеся выделением больших количеств тепла.

Генерирование тепла непосредственно в пласте является основной отличительной особенностью методов повышения нефтеотдачи с применением внутреннего горения, позволяющей устранить технические проблемы и потери тепла, которые возникают при генерировании его на поверхности и доставке к пласту путем нагнетания в него теплоносителей.

Вызов горения осуществляется у скважины-зажигательницы. Эта важная операция заключается в нагнетании в скважине окислителя (обычно воздуха) при одновременном разогреве призабойной зоны пласта с помощью забойного электронагревателя, газовой горелки, зажигательных химических смесей и т.п. Вследствие этого ускоряются экзотермические реакции окисления нефти, которые в конечном итоге приводят к созданию процесса горения в призабойной зоне пласта. В некоторых случаях происходит самопроизвольное воспламенение нефти без подвода дополнительного топлива.

После инициирования горения непрерывное нагнетание воздуха обеспечивает как поддержание процесса внутрипластового горения, так и перемещение зоны горения по пласту. Ввиду малости размеров зоны горения по сравнению с расстояниями между скважинами ее также называют фронтом горения. Когда воздух для поддержания горения подается в скважину-зажигательницу, то фронт горения перемещается в направлении от нагнетательной скважины к добывающей, т.е. в направлении движения нагнетаемого воздуха. Такой процесс горения называется прямоточным в отличии от противоточного, когда фронт горения движется в направлении от добывающей (скважины-зажигательницы) к нагнетательной, т.е. против движения нагнетаемого воздуха. Противоточное горение пока не получило заметного применения, и поэтому в дальнейшие сведения относятся только к прямоточному горению.

При перемещении фронта горения в качестве топлива расходуется часть нефти, остающаяся в пласте после вытеснения ее газами горения, водяным паром, водой, испарившимися фракциями нефти впереди фронта горения и претерпевающая изменения вследствие дистилляции, крекинга и др. сложных физико-химических процессов. В результате сгорают наиболее тяжелые фракции нефти, так называемый кокс. При различных геолого-промысловых условиях концентрация кокса может составлять 10-40 кг на 1 м3 пласта. Этот важный параметр процесса горения рекомендуется определять экспериментальным путем в лабораторных условиях.

При увеличении плотности и вязкости нефти концентрация кокса увеличивается, а с увеличением проницаемости породы - уменьшается. Считается, что при сгорании кокса выделяется тепло в количестве 29-42 МДж/кг. Также установлено, что в случае поддержания внутрипластового горения путем нагнетания в пласт только газообразного окислителя (воздуха), потеря тепла с нагретой в результате горения породы происходит медленнее вследствие низкой теплоемкости потока воздуха, чем при нагревании породы перемещающимся фронтом горения. В результате при сухом внутрипластовом горении (так называется процесс, когда для поддержания горения закачивается только воздух) основная доля генерируемого в пласте тепла (@ 80 % и более) остается в области позади фронта горения и постепенно рассеивается в окружающие пласт породы. Это тепло оказывает определенное положительное влияние на процесс вытеснения из не охваченных горением смежных частей пласта. Переброска тепла в область впереди фронта горения приведет к приближению генерируемого в пласте тепла к зонам, где происходит вытеснение нефти из пласта. Такой перенос тепла связан с ускорением теплопереноса в пласте вследствие добавления воды к нагнетаемому воздуху. В этой связи проводится интенсивная работа по созданию методов, сочетающих внутрипластовое горение и заводнение, главная отличительная особенность которых заключается в ускорении теплопереноса и переброске тепла в область впереди фронта горения.

В мировой практике все большее признание получает метод влажного горения. Сущность влажного горения заключается в том, что закачиваемая наряду с воздухом в определенных количествах вода, испаряясь в окрестности фронта горения, переносит генерируемое тепло в область впереди него, в результате чего в этой области развиваются обширные зоны прогрева, выраженные в основном зонами насыщенного пара и сконденсированной горячей воды (рис. 18). Процесс внутрипластового парогенерирования - одна из важнейших отличительных особенностей процесса влажного горения, определяющая механизм вытеснения нефти из пластов.

Значения соотношений закачиваемых в пласт объемов воды и воздуха укладываются в пределы 1-5 м3 воды на 1000 м3 воздуха (при нормальных условиях), т.е. водовоздушный фактор должен составлять (15)´10-3 м3/м3. Конкретные значения водовоздушного фактора определяются многими геолого-промысловыми условиями осуществления процесса. Однако с увеличением плотности и вязкости нефти (точнее с увеличением концентрации кокса) величины необходимого водовоздушного фактора уменьшаются. Если значения водовоздушного фактора меньше указанных, то переброска тепла в область впереди фронта горения уменьшается. При закачке воды в большем количестве метод влажного горения переходит в другие модификации комбинированного воздействия на пласт горением и заводнением. Важно подчеркнуть, что повышенные значения водовоздушного фактора не приводят к прекращению окислительных экзотермических процессов в пласте даже в случае прекращения существования высокотемпературной зоны горения. В тоже время заниженные значения его обусловливают снижение эффективности теплового воздействия на пласт и процесса извлечения нефти. Поэтому процесс влажного горения целесообразно вести с максимально возможными значениями водовоздушного фактора.

Температурная обстановка в пласте при влажном горении схематично изображена на рис.18.

Рис. 18    Схема процесса влажного горения

Условные обозначения: а - воздух; б - вода; в - смесь пара и воздуха; г - нефть; д - смесь пара и газов горения; е - газы горения .

Зоны: 1 - фильтрации закачиваемой воды и воздуха; 2,4 - перегретого пара; 5 - насыщенного пара; 6 - вытеснение нефти горячей водой; 7 - вытеснение нефти водой при пластовой температуре; 8 - фильтрация нефти при начальных условиях; 3 - фронт горения.

Наиболее высокой температурой характеризуется фронт горения - здесь она достигает 370 °С и выше. По мере перемещения фронта горения в пласте формируется несколько характерных, отчетливо выделяющихся температурных зон. В выжженной области за фронтом горения выделяются две температурные зоны. В переходной зоне температура изменяется от температуры нагнетаемых рабочих агентов (воды и воздуха) до температуры испарения нагнетаемой воды. Непосредственно к фронту горения примыкает зона перегретого пара, образовавшегося в результате испарения нагнетаемой вместе с воздухом воды в породе прогретой до высокой температуры перемещающимся впереди фронтом горения.

Передача тепла в область впереди фронта горения осуществляется при влажном горении в основном путем конвективного переноса потоками испарившейся нагнетаемой воды и продуктами горения, а также путем теплопроводности. В результате впереди фронта горения образуется несколько температурных зон. Непосредственно к фронту горения примыкает зона перегретого пара, в пределах которой температура падает от температуры фронта горения до температуры конденсации (испарения) пара. Размеры этой зоны относительно невелики, т.к. потери тепла в окружающие пласт породы приводят к быстрому охлаждению фильтрующихся здесь газообразных паров воды и продуктов горения, характеризующихся низкой теплоемкостью. Основная доля перебрасываемого в область впереди фронта горения тепла концентрируется в зоне насыщенного пара - зоне парового плато, где потери тепла в окружающие породы сопровождается конденсацией пара, а не падением его температуры, а также в переходной температурной зоне - зоне горячей воды, образующейся в результате полной конденсации насыщенного пара. Температура в зоне насыщенного пара зависит в основном от уровня пластового давления с учетом доли пара в газовом потоке. Обычно в пределах этой зоны она меняется незначительно и составляет примерно 80-90 % от температуры насыщенного пара. Температура в переходной зоне изменяется от температуры конденсации пара до начальной пластовой.

Наконец, впереди переходной зоны располагается область, не охваченная тепловым воздействием, характеризующаяся начальными температурными условиями.

Величина области прогрева пласта впереди фронта горения в значительной мере определяется темпом генерации тепла на фронте горения (а следовательно, темпом нагнетания воздуха) и водовоздушным фактором. С увеличением последнего размер области прогрева пласта увеличивается. Если процесс влажного горения осуществляется при максимально возможном значении водовоздушного фактора или близком к нему, то практически все накопленное в пласте тепло будет располагаться в области впереди фронта горения, а размеры этой области будут максимальны. Именно такой процесс оптимального влажного горения схематично изображен на рис.6.

Картина температурного поля при влажном горении обусловливается в основном генерированием пара на фронте горения и нагреванием этим паром области пласта впереди фронта горения. Не случайно поэтому при влажном горении температурная обстановка впереди фронта горения во многом аналогична таковой при нагнетании в пласт пара (рис. 19).

Рис.19   Схема вытеснения нефти паром.

Условные обозначения: а - пар; б - вода; в - нефть.

Зоны:  1 - насыщенного пара; 2 - вытеснение нефти горячей водой; 3 - вытеснение нефти водой при пластовой температуре; 4 - фильтрация нефти при начальных условиях.

По этой же причине при влажном горении будут реализовываться те же механизмы вытеснения нефти, что и при нагнетании в пласт пара, а именно механизм вытеснения нефти паром и горячей водой, механизм смешивающегося вытеснения испарившимися в зоне пара легкими фракциями нефти. Вместе с тем, поскольку для реализации внутрипластового горения в пласт нагнетаются воздух и вода, проявляется также и механизм вытеснения нефти водогазовыми смесями. Кроме того, на процесс извлечения нефти могут оказывать влияние продукты горения и окисления нефти в пористой среде, а также физико-химические превращения самой породы коллектора. В процессе горения образуется значительное количество углекислого газа, что, создает условия для проявления механизма вытеснения нефти углекислым газом. Этот механизм может существенно усилится в случае осуществление процесса внутрипластового горения в коллекторах карбонатного типа в связи с появлением дополнительных количеств углекислого газа вследствие термического и химического разложения карбонатов. Углекислый газ вместе с нефтью и водой может образовывать пену, которая оказывает положительное влияние на процесс вытеснения нефти. В процессе горения образуется также поверхностно-активные вещества (ПАВ), альдегиды, кетоны, спирты, что может обусловить проявление механизма вытеснения нефти эмульсиями.

Таким образом, при осуществлении внутрипластового горения проявляются и существуют большинство из известных к настоящему времени процессов, увеличивающих нефтеотдачу пластов. Именно этим объясняются наблюдаемые при внутрипластовом горении в лабораторных и промысловых условиях высокие показатели степени извлечения нефти.

Размер области прогрева пласта впереди фронта горения при реализации влажного горения такого же порядка, как и выжженной зоны, и в большинстве случаев может достигать величины 100-150 м и более. Поэтому, с одной стороны, появляется возможность применения метода влажного горения при сравнительно редких сетках размещения скважин (0,16-0,20 км2/скв. и более), а с другой - отпадает необходимость доводить фронт горения до добывающих скважин, в результате чего сокращается расход воздуха на добычу нефти. Только за счет развития области прогрева пласта впереди фронта горения расход воздуха может сократится в среднем в 1,5-2,0 раза. Дополнительная экономия в расходе воздуха на добычу нефти может быть достигнута за счет перемещения по пласту путем нагнетания не нагретой воды созданной в результате влажного горения тепловой оторочки. В целом же считается, что при влажном горении расход воздуха на добычу нефти сокращается в 2,5-3 раза и более, чем при сухом горении. Что касается расхода воздуха на добычу нефти при сухом внутрипластовом горении, то согласно данным промысловых испытаний, он изменяется в диапазоне 1000-3000 м3 (при нормальных условиях) на 1 м3 нефти.

Значительное сокращение расхода воздействия на добычу нефти при влажном горении является важной предпосылкой расширения области применения теплового воздействия на более глубоко залегающие пласты.

Метод влажного горения осуществим на объектах со значительным диапазоном изменения геолого-физических условий. Появляется возможность разработки этим методом месторождений нефти средней и малой вязкости, в том числе после заводнения.

Как уже говорилось, при повышенных значениях водовоздушного фактора возникают разновидности комбинированной технологии, основанные на сочетании заводнения с внутрипластовыми окислительными реакциями. В этом случае фронт горения, как и примыкающие к нему зоны перегретого пара, прекратят свое существование, а закачиваемый кислород воздуха поступит в зону насыщенного пара, где он и вступит в экзотермические реакции с нефтью. Нужно отметить, что скорость протекания окислительных процессов довольно высока и при температурах характерных для зоны пара (200 °С и выше). Такой процесс назван "сверхвлажным горением". При сверхвлажном горении холодная вода вторгается в зону горения еще до того момента, когда сгорит вся оставшаяся в виде топлива нефть. Особенность сверхвлажного горения заключается в том, что нагрев и испарение воды, регенерация тепла и его образование в результате окислительных реакций сосредоточены в единой зоне, скорость перемещения которой определяется темпами нагнетания воды и будет существенно выше, чем скорость перемещения фронта горения при сухом и влажном горениях. Таким образом, при сверхвлажном горении достигается существенное сокращение затрат воздуха на добычу нефти. Для поддержания сверхвлажного горения требуются небольшие концентрации топлива (единицы килограммов на 1 м3 пласта). Поэтому с применением метода сверхвлажного горения связывают значительные перспективы повышения нефтеотдачи пластов, содержащих нефти малой вязкости, в том числе и после заводнения.

К основным недостаткам методов вытеснения нефти с применением внутрипластового горения относятся:

-        необходимость применения мер по охране окружающей среды и утилизации продуктов горения;

-        необходимость принятия мер по предотвращению коррозии оборудования;

-        возможность проявления гравитационных эффектов и снижения вследствие этого охвата пласта тепловым воздействием.

oilloot.ru

Процесс - диффузионное горение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Процесс - диффузионное горение

Cтраница 1

Процесс диффузионного горения ( окисления) жидкого топлива применяется для производства тепловой энергии и широко используется в промышленных тепловых агрегатах различной конструкции и мощности.  [1]

Процесс диффузионного горения протекает более медленно, чем процесс сжигания заранее приготовленной газовоздушной смеси. Ускорение диффузионного процесса сгорания достигается искусственной турбулизацией потока и повышением температуры воздуха и горючих газов до начала сжигания.  [2]

Процесс диффузионного горения ( окисления) жидкого топлива применяется для производства тепловой энергии и широко используется в промышленных тепловых агрегатах различной конструкции и мощности.  [3]

Процесс диффузионного горения газа в кусковом слое является специфичным: с одной стороны, слой препятствует процессу смешения топлива и окислителя, с другой - наличие раскаленных кусков способствует стабилизации горения, его активации. Подача через горелочные устройства газа или богатой горючей смеси приводит к тому, что углеводороды при недостатке окислителя длительное время находятся в меж-кусковом пространстве; они подвергаются термическому разложению с появлением сажистого углерода. Последний не только плохо сгорает, но и оказывает разрушающее действие на футеровку.  [5]

Исследования процесса диффузионного горения жидкости ( см. раздел 4.1) показали независимость формы и структуры факела от свойств сжигаемого углеводородного горючего и определили эмпирические зависимости размеров факела от свойств исследуемого образца. Эта температура является характерной для каждой группы горючих веществ и изменяется в небольших пределах в зависимости от скорости тепловыделения в факеле ( массовой скорости горения), причем температура всей внешней ( видимой) поверхности факела равна 600 С.  [6]

Исследования процесса диффузионного горения жидкости ( см. раздел 4.1) показали независимость формы и структуры факела от свойств сжигаемого углеводородного горючего и определили эмпирические зависимости размеров факела от свойств исследуемого образца. Эта температура является характерной для каждой группы горючих веществ и изменяется в небольших пределах в зависимости от скорости тепло выделения в факеле ( массовой скорости горения), причем температура всей внешней ( видимой) поверхности факела равна 600 С.  [7]

Исследования процесса диффузионного горения жидкости ( см. раздел 4.1) показали независимость формы и структуры факела от свойств сжигаемого углеводородного горючего и определили эмпирические зависимости размеров факела от свойств исследуемого образца. Эта температура является характерной для каждой группы горючих веществ и изменяется в небольших пределах в зависимости от скорости тепловыделения в факеле ( массовой скорости горения), причем температура всей внешней ( видимой) поверхности факела равна 600 С.  [8]

Для повышения интенсивности процесса диффузионного горения и получения короткого и компактного факела необходимо максимально интенсифицировать процесс смесеобразования. Этого достигают следующими способами: дроблением потоков газа и воздуха, закручиванием потока воздуха, направлением струй газа под углом к потоку воздуха, выбором оптимальных скоростей газа и воздуха, искусственной тур-булизацией потоков и другими.  [9]

Для повышения интенсивности процесса диффузионного горения и получения короткого и компактного факела необходимо максимально интенсифицировать процесс смесеобразования. Этого достигают следующими способами: дроблением потоков газа и воздуха, закручиванием потока воздуха, направлением струи газа под углом к потоку воздуха, выбором оптимальных скоростей газа и воздуха, искусственной турбулизацией потоков.  [10]

Для лучшего уяснения процесса диффузионного горения рассмотрим подробно типы диффузионного пламени и способы его образования. На рис. 12 показаны схемы получения газового диффузионного пламени. Форма ламинарного пламени горящей струи газа зависит от относительного количества подводимого воздуха.  [12]

В технике широко распространены процессы диффузионного горения. В этих процессах все реагирующие вещества находятся в газовой фазе, но предварительно не перемешаны, и процесс смешения происходит одновременно с процессом горения. Простейшим в теоретическом отношении примером является ламинарное диффузионное пламя. Здесь горение происходит в зоне диффузионного смешения двух параллельных ламинарных газовых потоков, разделенных сплошной поверхностью раздела. В технике обычно приходится иметь дело с турбулентным газовым факелом, где скорость горения определяется скоростью турбулентного смешения. При этом необходимо различать макросмешение и микросмешение. Процесс турбулентного смешения заключается в последовательном дроблении газа на все более малые объемы и перемешивании их между собою. Окончательное молекулярное смешение производится всегда молекулярной диффузией, скорость которой возрастает по мере уменьшения масштаба дробления. Такую разновидность турбулентного горения мы совместно с Минским [11] назвали микродиффузионным турбулентным горением.  [13]

В технике широко распространены процессы диффузионного горения. В этих процессах все реагирующие вещества находятся в газовой фазе, но предварительно не перемешаны, и процесс смешения происходит одновременно с процессом горения. Простейшим в теоретическом отношении примером является ламинарное диффузионное пламя. Здесь горение происходит в зоне диффузионного смешения двух параллельных ламинарных газовых потоков, разделенных сплошной поверхностью раздела. В технике обычно приходится иметь дело с турбулентным газовым факелом, где скорость горения определяется скоростью турбулентного смешения.  [14]

Таким образом, в пламени одновременно могут происходить процессы диффузионного горения и горения предварительно смешанных компонентов горючей смеси.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Особенности горения нефтей и нефтепродуктов в резервуарах

Особенности горения нефтей и нефтепродуктов в резервуарах

Скорость испарения зависит от температуры жидкости - чем выше температура, тем интенсивнее испарение. Это необходимо учитывать в технологических процессах, где обращаются горючие или легковоспламеняющиеся жидкости, т.к. увеличение скорости испарения приводит к более быстрому образованию взрывоопасных концентраций паров.[ ...]

Жидкость, находящаяся в закрытом сосуде, испаряясь, образует насыщенный, т.е. находящийся в динамическом равновесии с жидкостью, пар. Динамическое равновесие - состояние, при котором число испаряющихся молекул жидкости равно числу конденсирующихся молекул. Выходя из такого сосуда наружу, насыщенный пар становится ненасыщенным.[ ...]

Перенос тепла при пожарах горючих жидкостей происходит за счет излучения. Передача тепла теплопроводностью и конвекцией невозможны, т.к. в первом случае скорость движения паров от поверхности жидкости к зоне горения больше скорости передачи тепла по ним от зоны горения к жидкости, а во втором - поток паров в объеме пламени направлен от менее нагретой поверхности жидкости к более нагретой поверхности.[ ...]

Скорость горения жидкостей непостоянна и зависит от начальной температуры жидкости, диаметра резервуара, скорости ветра и др. Примерно через 10 мин после воспламенения жидкости начинается формирование прогретого слоя.[ ...]

Этот процесс заключается в нагреве стенки резервуара и прилегающей к ней жидкости. Жидкость закипает, если температура стенки выше температуры ее кипения. Это усиливает конвективные потоки и тепло переносится в глубь жидкости. Это в свою очередь вызывает прогрев той части стенки резервуара, которая прилегает к нижней границе прогретого слоя. На этой части стенки тоже начинается кипение, которое ведет к дальнейшему увеличению прогретого слоя и т. д. Процесс прогрева жидкости продолжается до тех пор, пока потери тепла через стенки резервуара в окружающую среду не станут превышать количества теплоты, подводимого со стороны пламени. Такой сценарий процесса характерен для пожаров нефти, бензина и других жидкостей с низкой температурой кипения.[ ...]

Процесс формирования прогретого слоя при горении нефти связан с содержанием в ней воды - если воды много, то нефть может прогреваться даже в том случае, когда температура ее кипения сравнительно высока. Это объясняется тем, что вода резко снижает температуру кипения нефти. Вода, находящаяся в слое нефти, прилегающем к стенке резервуара, закипает, что способствует возникновению конвективных потоков. Аналогичные явления наблюдаются при горении влажного мазута. На процесс прогревания мазута помимо влаги значительное влияние оказывает образование на поверхности коксового остатка, опускающегося затем вниз.[ ...]

При пожарах нефти и мазута в резервуарах, образование прогретого слоя и следующее за ним вскипание воды может спровоцировать такие опасные явления как выброс и вскипание.[ ...]

Явление вскипания и выброса тесно связано с наличием воды, которая всегда содержится в том или ином количестве в самой нефти и на дне резервуара. Механизм этих явлений основан на особом характере прогревания сырой нефти и влажного мазута и возникающем при этом процессе кипения перегретой воды.[ ...]

Для возникновения кипения необходимо, чтобы в жидкости, либо на стенках сосуда имелись центры парообразования (различные инородные вкрапления в жидкости - пылинки, пузырьки воздуха и т. д.). Если центры парообразования удалить (тщательной очисткой жидкости, а также механической и химической обработкой поверхности стенок сосуда), то кипение не возникает, даже если жидкость будет нагрета выше температуры кипения.[ ...]

Выброс - достаточно редкое явление и носит характер сильного взрыва, выбрасывая тонны нефти на значительные (несколько десятков метров) расстояния, что приводит к поражению людей и техники, распространению пожара. Выброс горящей жидкости может произойти, если под слоем жидкости находится вода, жидкость при горении прогревается в глубину с образованием прогретого слоя, достигающего слой воды, и температура слоя выше температуры кипения воды. Нефть способна к выбросу при содержании в ней воды менее 3,8 %, мазут - менее 0,6 % [8].[ ...]

Вернуться к оглавлению

ru-safety.info