дебит газового фонтана что это

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Дебит фонтана указан для тушения одним пожарный автомобилем газоводжгого тушения. [1]

Дебит фонтана и давление на забое перед закачкой составляют 1 93 м3 / с и 11 1 МПа. [3]

Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно можно определить по следующим признакам. [4]

Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно можно определить по следующим признакам. Газонефтяной фонтан горит оранжевым пламенем, временами появляется черный дым; высота пламени несколько больше, чем у газовых фонтанов. Нефтяной фонтан горит оранжевым пламенем с выделением большого количества черного дыма. [5]

Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно можно определить по следующим признакам. Газонефтяной фонтан горит оранжевым пламенем, временами появляется черный дым. [6]

Существенного уменьшения дебита фонтана удается добиться при значительном числе разгрузочных скважин. Причем, указанные четыре скважины должны иметь с аварийной практически одинаковый забой. [7]

В том случае, когда конструкция разгрузочных скважин известна и требуется определить снижение дебита фонтана при их подключении, число неизвестных в системе оказывается равным числу уравнений. [11]

В данном случае можно просто определить количество и размеры разгрузочных скважин, необходимых для снижения дебита фонтана до заданной величины. Действительно, пусть Ga задано, тогда из первого уравнения определяем Gp, а из второго находим давление на забое разгрузочной скважины. Далее, если выполнено условие (5.70), то снижение дебита до заданной величины теоретически возможно за счет выбора достаточно большой величины Qnp. Если же неравенство (5.70) не выполняется, то при данном числе разгрузочных скважин снижение дебита до заданной величины в принципе невозможно. В этом случае необходимо увеличить Np или снизить давление на устье разгрузочных скважин. [14]

Источник

Расчёт параметров газового фонтана

Введение

Адиабатический пожар газовый фонтан

Пожары на открыто фонтанирующих газонефтяных скважинах являются одними из наиболее сложных видов промышленных аварий.

Целью курсовой работы «Теоретический расчёт основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов» является выработка навыков использования теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» при проведении расчётов параметров пожаров и расхода огнетушащих веществ.

В результате выполнения курсовой работы студент должен знать и уметь оценивать расчётными методами:

режим истечения газового фонтана;

параметры пожара газового фонтана;

адиабатическую и действительную температуры пламени;

интенсивность облучённости от факела пламени в зависимости от расстояния до устья скважины;

Расчётная часть

Исходные данные

Адиабатический пожар газовый фонтан

Компактный газовый фонтан состава (см. ниже), истекающий через устье диаметром d_y, имеет высоту факела пламени H_ф. Химический недожог η_х в зоне горения составляет от низшей теплоты сгорания.

Содержание компонентов, % (об):

Параметры газового фонтана:

Дебит газового фонтана;

Адиабатическую температуру горения T_a, ºС;

Действительную температуру горения Т_г, ºС;

Изменение интенсивности лучистого теплового потока в зависимости от расстояния до устья скважины q_л. Определить безопасное расстояние L_б;

Адиабатическую температуру потухания Т_пот, ºС;

Минимальный секундный расход воды V_min, л/с;

Удельный расход воды на тушение фонтана V_уд, л/м 3 ;

Коэффициент использования воды k_в.

Расчёт параметров газового фонтана

1. Дебит газового фонтана ( , млн. м 3 /сутки) может быть рассчитан из высоты факела пламени по формуле (4):

= 0,0025× =0,0025×45 2 = 5,06 млн. м 3 /сутки

Секундный расход газа составит V_г = 5,06∙10 6 / (24×60×60) = 58,59 м 3 /с.

Режим истечения газовой струи может быть определён сравнением эффективной скорости истечения (V_э) со скоростью звука (V_о)

Эффективная скорость истечения (V_э) газовой струи может быть определена по уравнению:

— секундный расход газа, м 3 /с;- диаметр устья скважины, м.

Скорость звука в метане (V₀) составляет 430 м/с

. Теплота пожара рассчитывается по формуле:

низшая теплота горения газовой смеси:

Низшая теплота сгорания отдельныхкомпонентов рассчитывается, выбирается в таблице 2 приложения.

q = Q_н (1-η_х) ∙ V= 38263,2(1-0,15)∙58,59 = 1905688,7 кВт

. Мощность теплового излучения факела пламени

Для определения теплоотдачи излучением пламени (η_л) определим среднюю молекулярную массу фонтанирующей газовой смеси

Молекулярную массуфонтанирующего газа ( ), состоящего из нескольких компонентов, можно определить по формуле:

,

где −молекулярная масса i-гoгорючего компонента газового фонтана;

− доля i-гo горючего компонента.

Коэффициент теплопотерь излучением от пламени газового фонтана может бытьопределён в соответствии со следующей формулой [1]:

.

,

Коэффициент общих теплопотерь будет равен:

,

где — общие теплопотери при горении газового фонтана, представляющие собой долюот низшей теплоты сгорания ;

— химический недожог (0,15);

Мощность излучения от расстояния до устья скважины (L):

Для установления величины облучённости окружающего пространства факелом пламени в зависимости от расстояния до скважины в формуле (31) необходимо задаваться значениями L, принимая их равными 5, 10,20, 40, 60, 80, 100, 120, 150 и 200 м. В формулу (31) подставляются также высота факела пламени Н_ф= 45 м, секундный расход газа V_Г = 58,59 м 3 /с и коэффициент теплопотерь излучением h_л = 0,364.

В качестве примера проведём расчёт облучённости (q_л) на расстоянии L, м:

кВт/м 2

Рассчитанные значения облучённости сведём в таблице 3.

ЗависимостьЕ = f(L) в графической форме представлена на рис. 1.

откуда расстояние R, на котором плотность лучистого теплового потока равна заданному значению q_зад, определяется выражением

Очевидно, что соответствующее расстояние от скважины на уровне земли L равно:

Дляq_зад = 4,2 кВт/м 2 :

Для q_зад = 14 кВт/м 2 :

За адиабатическую температуру потухания как предельный параметр процесса горения может быть принята адиабатическая температура горения на нижнем концентрационном пределе распространения пламени (НКПР).

Определяется НКПР для индивидуальных компонентов смеси (СН₄ и CS₂) по аппроксимационной формуле или выбирается из таблицы приложения:

для метана φ_н = 5,28 %,

для сероуглерода φ_н = 1,0 %.

,

Для нахождения коэффициента избытка воздуха на НКПР для данной смеси газов рассчитаем теоретический объём воздуха:

,

где — сумма произведений стехиометрических коэффициентов реакций горения каждого компонента горючей смеси ( ) на процентное содержание этого компонента (j_i) в смеси;

— процентное содержание кислорода в газовой смеси.

Отсюда

Тогда DV_в =V теор _в(α-1) = 10,19 (2,04 − 1) = 10,6м 3 /м 3

или

Определим объём (V) и число молей (ν) продуктов горения, образовавшихся при сгорании исходной смеси, содержащей 90об. % СН₄, 8 об. % С₂Н₆, 2 об. %СS₂, используя приведённые выше химические уравнения реакций их горения.

Суммарный объём продуктов горения с учётом избытка воздуха составит:

V*_пг = V_пг+DV_в=(1,08+ 2,04 + 0,04 + 8,05)+ 10,61= 10,79+10,61= 21,4 м 3 /м 3

Рассчитывается среднее теплосодержание продуктов горения

по таблице приложения определяется первая приближённая температура, ориентируясь на азот, количество которого в продуктах горения наибольшее

Рассчитывается теплосодержание притемпературеT₁ = 1200 ºC

₁ = 2718,5·1,08 + 2133,9·2,04 + 2735,2·0,04 + 1705,3·8,05 + 1720,4·10,6 = 39379,7 кДж/м 3 ;

Рассчитывается теплосодержание при температуре T₂ = 1100 ºC

₂ = 2460,4·1,08 + 1926,5·2,04 + 2488,8·0,04 + 1551,1·8,05 + 1554,9·10,6 = 35670,7 кДж/м 3

Методом линейной интерполяции определяем адиабатическую температуру потухания:

Расчёт теплосодержания теоретического объёма продуктов горения при температуре потухания проводится методом последовательных приближений с линейной интерполяцией, для чего используются данные табл. 2 приложения

Результаты сводятся таблицу 3.

После интегрирования уравнения получим выражение для расчёта адиабатической температуры горения:

Для расчётов воспользуемся следующими средними значениями теплоёмкостей для температурного диапазона 298−2000 K:

Подставив приведённые значения теплоёмкостей и числа молей продуктов сгорания в формулу (25), получим:

Действительная температура горения всегда ниже адиабатической, так как часть тепла теряется с излучением. При расчёте действительной температуры горения учитываются потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного сгорания (СО, С, и др.) и потери тепла за счёт излучения факела пламени.

Действительная температура горения газового фонтана будет равна:

.

Теплосодержание продуктов горения при температуре потухания

_пг = 2640,8∙1,08+2071,5∙2,04+2661,0∙0,04+1658,9∙8,05 = 20532,4 кДж/м 3

Количество тепла, которое должно быть отведено от зоны горения огнетушащим средством

Отвод тепла от зоны пламени происходит в результате нагрева воды от начальной температуры до температуры потухания. Охлаждающий эффект воды определяется

Источник

Механизм горения газового фонтана

И нефтяных фонтанах

Вопрос № 2. Классификация пожаров на газовых, газонефтяных

Газовые и нефтяные фонтаны классифицируют по следующим признакам:

— составу фонтанирующего вещества;

— виду струи фонтана;

— количеству фонтанирующих скважин.

По составу фонтанирующего вещества:

— газовые (фонтаны с содержанием горючего газа не менее 95% по массе);

— газонефтяные (газа более 50% и нефти менее 50% по массе);

— нефтяные (фонтаны с дебитом нефти более 50% по массе).

Кроме того, газовые и газонефтяные фонтаны условно подразделяются по мощности (дебиту) на:

— слабые – с дебитом газа до 2 млн. м 3 /сутки;

— средние – от 2 до 5 млн. м 3 /сутки;

— мощные – свыше 5 млн. м 3 /сутки.

По виду струи:

— Компактный фонтан (вертикальный или горизонтальный) образуется, когда буровое и устьевое оборудование не создают препятствий для свободного выхода нефти и газа.

— Распыленный фонтан возникает при истечении газа или нефти через неплотности фонтанной арматуры и противовыбросового оборудования, а также из устья скважины, заваленного буровым оборудованием.

— Комбинированный фонтан состоит из распыленной части и компактных струй.

Распыленный и комбинированный фонтаны можно преобразовать в компактный путем растаскивания бурового оборудования и расчистки устья скважины или снятия (отстрела) поврежденной фонтанной арматуры и противовыбросового оборудования.

По количеству одновременно фонтанирующих скважин:

Групповые пожары фонтанов возникают при кустовой разработке месторождений, нескольких скважин (буровых установок) на ограниченной площади.

Горение газового фонтана является диффузионным. В окружающую атмосферу вытекает свежий газ, а горение происходит в результате взаимной диффузии газа и кислорода воздуха с образованием горючей смеси.

Поскольку в реальных условиях истечение газа из фонтанной арматуры происходит в основном со скоростями в несколько десятков и даже сотен метров в секунду (при Re > 2300), движение газовой струи имеет турбулентный характер.

На рис.1 показано распространение турбулентной струи этилена из вертикальной трубы в воздух.

Горение будет идти с максимальной скоростью в области, соответствующей стехиометрическому составу смеси. На рис. 2 показана структура турбулентной горящей струи в произвольном сечении А-А.

	Нф – высота фонтана; Нотр – высота отрыва пламени; Нз.в. – длина зоны воспламенения; Нз.д. – длина зоны догорания.
Рис.1 Структура турбулентной горящей струи газа
Рис.2 Структура турбулентной горящей струи в произвольном сечении А-А Т – температура; Сг – концентрация газа; — концентрация кислорода; Сп.г. – концентрация продуктов горения.

При турбулентном диффузионном горении концентрации газа С_г и кислорода падают до нуля в зоне горения, а концентрация продуктов горения С_ПГ и температура достигают максимума. Образующиеся продукты горения диффундируют как в окружающее пространство, смешиваясь с воздухом, так и внутрь факела, смешиваясь с горючим газом.

Распространение племени и воспламенение новых порций газа при турбулентном диффузионном горении осуществляется теплопроводностью и диффузией горячих продуктов горения. Положение поверхности горения и скорость горения определяются интенсивностью турбулентной диффузии.

Температура газа в ядре постоянных скоростей близка к температуре истечения газа. Максимальная температура пламени находится на поверхности стехиометрического состава. Воспламенение турбулентной струи газа осуществляется по периферии (по кольцевой области), где скорость распространения пламени имеет максимальное значение.

По мере удаления от среза трубы зона высоких температур приближается к оси струи и на некотором расстоянии от среза трубы зона высоких температур достигает оси трубы. Это расстояние называется длиной зоны воспламенения Н_з.в.. Длина зоны воспламенения турбулентного диффузионного факела зависит от физико-химических свойств газа, от содержания атомов углерода в молекуле горючего. Длина зоны воспламенения тем больше, чем выше молекулярная масса горючего, так как для сгорания единицы массы газа должно поступить большее количество воздуха из окружающей атмосферы. И, наоборот, чем меньше молекулярная масса горючего, тем меньше длина зоны воспламенения.

В зоне догорания происходит догорание отдельных молей горючего, на которые разбивается струя в результате турбу­лентных пульсаций. Процесс смешения в этой зоне осуществля­ется в основном за счет молекулярной диффузии, кроме того, эта зона характеризуется значительным недостатком кислорода, поэтому сгорание газа происходит очень медленно, что обус­ловливает значительную длину зоны догорания. Длина зоны до­горания определяется протяженностью пути движения молей га­за за время их выгорания и пропорциональна скорости движе­ния газа.

Фронт горения в турбулентном факеле пламени из-за турбу­лентных пульсаций масс горючего, воздуха и продуктов горения получается размытым, раздробленным на отдельные части и неустойчивым. Особенно это проявляется в зоне догорания.

Одним из важных параметров газового факела является его длина (высота). Под высотой факела горения понимается наблю­даемая визуально или «фотографическая» длина факела, а не «химическая».

Высота факела напрямую связана с дебитом фонтана. Данный вопрос будет рассматриваться на следующем практическом занятии.

Вывод по вопросу: фонтаны природных углеводородов условно подразделяют на газовые, газонефтяные и нефтяные. Горение газовых фонтанов является диффузионным, турбулентным.

Источник