CC BY
12УДК 621.642
DOI 10.25257/FE.2019.1.32-35
БАТМАНОВ Сергей Васильевич Кандидат технических наук, доцент Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: svbatmanov@gmail.com
САМОХИН Михаил Руфимович
ООО «Пожарная охрана», Долгопрудный, Россия
E-mail: manager@spasfire.ru
СУХАРСКИЙ Станислав Петрович
ООО «Аксион», Москва, Россия E-mail: stanislav@aksion.info
ТИЩЕНКО Валентин Александрович
ФГКУ «1 Отряд федеральной противопожарной службы по Ямало-Ненецкому автономному округу», Надым, Россия E-mail: tatyana-buzuluk@yandex.ru
ТИЩЕНКО Татьяна Александровна
ООО «Газпром добыча Надым», Надым, Россия E-mail: tatyana-buzuluk@yandex.ru
ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО АВАРИЙНЫМ ПРОЛИВАМ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Показана возможность экспериментального моделирования процесса распространения пламени по аварийным проливам нефтепродуктов на железнодорожных эстакадах в северных регионах. Представлен обзор исследований проблемы распространения пламени по аварийным проливам нефтепродуктов, температура которых не превышает температуры вспышки.
Ключевые слова: скорость фронта пламени, аварийный пролив, экспериментальное исследование, нефтепродукты, температура вспышки.
Проблема аварийных проливов нефтепродуктов актуальна в различных отраслях промышленности. При рассмотрении вопросов пожарной безопасности требуется моделировать динамику горения в целях обоснования условий безопасности людей. Ключевым инструментом в этом случае является пожарный риск. Несмотря на существование методики определения величин пожарного риска на производственных объектах, согласно Приказу МЧС России № 404 от 10 июля 2009 г., в проблеме аварийных проливов нефтепродуктов сохраняются параметры, изучение которых позволит дополнить и уточнить её. К таким параметрам, на наш взгляд, относится скорость распространения пламени по поверхности аварийного пролива нефтепродукта, начальная температура которого ниже температуры вспышки (например, дизельное топливо). Объективными условиями, соответствующими такому сценарию аварийного пролива, могут быть: летний период года в северных регионах страны, холодный период года для всей её территории.
В целях экспериментального изучения процесса распространения пламени по аварийным проливам в статье представлен обзор некоторых научных исследований. Работы, посвящённые изучению распространения пламени по горючим жидкостям, можно разделить на два блока: физическое и численное моделирования. При изучении этого вопроса исследователи уделяли большое внимание физическим свойствам экспериментальных жидкостей. Такие
параметры, как вязкость, плотность, поверхностное натяжение определяли ход и результаты эксперимента. Экспериментальная работа с нефтепродукта -ми представляет определённые трудности, связанные, например, с повышением их вязкости. Для этих целей предлагалось использовать полиизобутилен в качестве добавки [1, 2]. Учитывая, что поверхностное натяжение нефтепродуктов незначительно, остаётся производить измерения градиентов скорости и температуры в жидкости и сравнивать их с ранее полученными результатами. В этой связи некоторые исследования [3-6] выполнялись с водными растворами спиртов (метанол, бутанол и др.). Замена нефтепродуктов спиртами продиктована следующими предпосылками: отсутствием необходимости применять добавки, влияющие на вязкость жидкости, и возможностью изменять пожароопасные свойства приготовлением водных растворов. Следовательно, область экспериментальных жидкостей ограничена нефтепродуктами с высокими температурами вспышки и водными растворами спиртов.
Изучение аварийных проливов возможно с применением поддонов различной конфигурации в плане. Поддоны моделируют поверхность, на которой происходит аварийный пролив. Определены две наиболее предпочтительные формы -это окружность и прямоугольник. Важную роль при моделировании поверхности пролива (поддона) играет ширина лотка при неограниченной длине. При ширине лотка до 20 см на скорость
32
© Батманов С. В., Самохин М. Р., Сухарский С. П., Тищенко В. А., Тищенко Т. А., 2019
распространения пламени значительное влияние оказывает эффект прилипания поверхностного слоя нагретого продукта, что повышает скорость распространения пламени. С увеличением ширины лотка это влияние снижается, однако скорость распространения пламени постоянно возрастает. Исследователи инициировали воспламенение источниками различного исполнения: точечным нагретым элементом, искровым разрядом, нагретым проводом. Для изучения конвекции в жидкости стенки поддона изготавливались прозрачными с применением боросиликатно-го стекла марки Р1гех. Было замечено, что материал дна поддона не влияет на охлаждение экспериментальной жидкости и, следовательно, не приводит к потуханию пламени. Основным материалом для изготовления поддона является алюминий. В качестве измерительного оборудования применяются малоинерционные термопары (от 0,25 мм), скоростные видеокамеры (от 100 кадров в секунду), шлирен-камеры и различные способы визуализации конвекции в жидкости. На начальном этапе исследований для определения точных характеристик экспериментальной
жидкости применяются вискозиметры, ареометры (плотномеры). Для определения температур вспышки используют лабораторные установки - открытый и закрытый тигели. В отношении температуры вспышки, а именно лабораторного способа определения этой величины, мнения исследователей разняться. Данное обстоятельство продиктовано существенными различиями экспериментальных методов и диапазонами итоговых значений величины.
При изготовлении экспериментальной установки (лотка) для исключения качественного влияния пламени на конвекцию в слоях жидкости возможно использовать нагревательные элементы как альтернативу пламени в первых сериях экспериментов. Это позволит уточнить влияние геометрических параметров аварийного пролива: неровности подстилающей поверхности, наличие слоя воды и т. п. на конвекцию поверхностного слоя, а также рассмотреть влияние плотности, вязкости нефтепродукта конкретной марки и даже отдельной партии.
На рисунках 1 и 2 представлены зависимости величины вязкости дизельного топлива от марки
Ю ю ю ю ю CD CD CD CD 00 00 00 00 00 <3> <3> <3> <35 о о о о
о О о о о о о о О О О о о о о о о о о о о о о
CD ГО о T-i т-i 00 ю см <35 CD см <35 CD 00 о CD со о T-i 00 ю T-i 00
СМ О см со о СМ СМ о см о о см со о см см о см о о
Рисунок 1. Вязкость дизтоплива Евро С вид III класс 5
сСт 3,4 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2
Рисунок 2. Вязкость дизтоплива Евро F вид III класс 5
и даты поставки. Интерес представляет тот факт, что пробы осуществлялись на конкретной нефтебазе центрального региона страны и соответствуют различным периодам года.
Представленные зависимости свидетельствуют о колебании величины вязкости в пределах 1,55 сСт, что соответствует стандартным значениям ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное. Технические условия».
Топливо типа Евро Р менее вязкое в сравнении с Евро С. Колебания величины вязкости, очевидно, вызваны использованием железнодорожных цистерн для транспортировки различных нефтепродуктов.
Таким образом, изучение процесса теплопере-носа в жидком нефтепродукте предполагает уточнение значений вязкости и плотности для каждой экспериментальной жидкости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Siringano W. A, Glossman I. Flame spreading above liquid fuels: surface-tension-driven flows [Электронный ресурс]. Combustion Science and Technology Journal. 1970. Vol. 1, is. 4. P. 307-312. Режим доступа: https://www.tandfonline.com/toc/ gcst20/1/4?nav=tocList DOI: 10.1080/00102206908952210 (дата обращения 12.03.2019).
2. Glassman I., Dryer F. L. Flame spreading across liquid fuels [Электронный ресурс]. Fire Safety Journal. 1981. Vol. 3, is. 3. P. 123138. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/0379711281900382 DOI: 10.1016/0379-7112(81)90038-2 (дата обращения 12.03.2019).
3. Koseki H. Large Scale Pool Fires: Results Of Recent Experiments [Электронный ресурс]. Fire safety science-proceedings of the sixth International symposium. 2000. P. 115-132. Режим доступа https://pdfs.seman ticscholar.org/542d/95defafe408c29741c4 45c46bfefa239675b.df DOI: 10.3801/IAFSS.FSS.6-115 (дата обращения 12.03.2019).
4. Manhou Li, Shouxiang Lu, Jin Guo, Kwok-Leung Tsui. Study on flame spread over aviation kerosene and diesel [Электронный ресурс]. Advanced Materials Research, Mechanical and Aerospace Engineering V. 2014. Vol. 1016. P. 587-591. Режим
доступа: https://www.researchgate.net/publication/271919540_ Study_on_Flame_Spread_over_Aviation_Kerosene_and_Diesel DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1016.587 (дата обращения 12.03.2019).
5. Stark G. W. V., B.Sc, A.R.LC.* Liquid spillage fires [Электронный ресурс]. Institution of Chemical Engineers symposium series. 1972. No. 33. Р. 71-78. Режим доступа: https://www.icheme.org/ communities/subject_groups/safety%20and%20loss%20prevention/ resources/hazards%20archive/~/media/Documents/Subject%20 Groups/Safety_Loss_Prevention/Hazards%20Archive/IV/IV-Paper-12.pdf (дата обращения 12.03.2019).
6. Skarsb0 L. R. An Experimental Study of Pool Fires and Validation of Different CFD Fire Models. A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science in the subject of Physics [Электронный ресурс]. Department of Physics and Technology, The University of Bergen, 2011. 107 р. Режим доступа: http://bora.uib.no/bitstream/handle/1956/5610/ 84903301.pdf;sequence=1 (дата обращения 12.03.2019).
Материал поступил в редакцию 25 февраля 2019 года.
Sergei BATMANOV
Ph.D. in Engineering, Associate Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
E-mail: svbatmanov@gmail.com
Mikhail SAMOKHIN
LLC "Pozharnaya Okhrana", Dolgoprudny, Russia E-mail: manager@spasfire.ru
Stanislav SUKHARSKY LLC "Aksion", Moscow, Russia E-mail: stanislav@aksion.info
Valentin TISHCHENKO
FFS Federal State Institution "1 Brigade of the Yamalo-Nenets Autonomous District", Nadym, Russia E-mail: tatyana-buzuluk@yandex.ru
Tatyana TISHCHENKO
LLC "Gazprom dobycha Nadym", Nadym, Russia E-mail: tatyana-buzuluk@yandex.ru
REVIEW OF EXPERIMENTAL RESEARCH ON EMERGENCY OIL PRODUCTS SPILLS
ABSTRACT
Purpose. Flame front velocity throughout emergency oil products spills, where the temperature does not exceed flashpoint, has not been completely determined yet. The experimental research of this process and the influence of certain factors on flame velocity have been considered by national and foreign authors. An optimal installation designing and experiment preplanning are impossible without a detailed review of these research works.
Methods. Abstract review of foreign literature in the field of experimental modeling of burning emergency spills has been used.
Findings. The geometrical dimension of experimental installations and materials used at their production have been determined.
Research application field. The experimental testing device for studying the process of flame development throughout emergency oil products spills where the temperature does not exceed flashpoint has been designed.
Conclusions. The proposed review allows choosing reasonably the direction for further research on flame velocity throughout emergency oil products spills where the temperature does not exceed flashpoint.
Key words: flame front velocity, emergency oil spills, experimental research, oil products, flashpoint.
REFERENCES
1. Siringano W.A., Glossman I. Flame spreading above liquid fuels: surface-tension-driven flows. Combustion Science and Technology Journal, 1970. vol. 1. is. 4. pp. 307-312, available at: https://www.tandfonline.com/toc/gcst2071 /4?nav=tocList DOI: 10.1080/00102206908952210 (accessed March 12, 2019).
2. Glassman I., Dryer F.L. Flame spreading across liquid fuels. Fire Safety Journal, 1981, vol. 3, is. 3. pp. 123-138, available at: https:// www.sciencedirect.com/science/article/pii/0379711281900382 DOI: 10.1016/0379-7112(81)90038-2 (accessed March 12, 2019).
3. Koseki H. Large Scale Pool Fires: Results Of Recent Experiments Fire safety science-proceedings of the sixth International symposium, 2000, pp. 115-132, available at: https://pdfs.seman ticscholar.org/542d/95defafe408c29741c445c46bfefa239675b.df. DOI: 10.3801/IAFSS.FSS.6-115 (accessed March 12, 2019).
4. Manhou Li, Shouxiang Lu, Jin Guo, Kwok-Leung Tsui. Study on flame spread over aviation kerosene and diesel. Advanced Materials Research, Mechanical and Aerospace Engineering V,
2014, vol. 1016, pp. 587-591 available at:https://www.researchgate. net/publication/271919540_Study_on_Flame_Spread_over_ Aviation_Kerosene_and_Diesel DOI: 10.4028/www.scientific.net/ AMR.1016.587 (accessed March 12, 2019).
5.Stark G. W. V., B.Sc, A.R.LC.* Liquid spillage fires. Institution of Chemical Engineers symposium series,1972. no. 33, pp. 71-78, available at: https://www.icheme.org/communities/subject_groups/safety%20 and%20loss%20prevention/resources/hazards%20archive/~/media/ Documents/Subject%20Groups/Safety_Loss_Prevention/Hazards%20 Archive/IV/IV-Paper-12.pdf (accessed March 12, 2019).
6. Skarsb0 L. R. An Experimental Study of Pool Fires and Validation of Different CFD Fire Models. A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science in the subject of Physics. Department of Physics and Technology, The University of Bergen, 2011. 107 p. Available at: http://bora.uib.no/ bitstream/handle/1956/5610/84903301.pdf;sequence=1 (accessed March 12, 2019).
© Batmanov S., Samokhin M., Sukharsky S., Tishchenko V., Tishchenko T., 2019
35
