Открытые пожары и их отличительные особенности

К открытым пожарам относятся пожары газовых и нефтяных фонтанов; пожары складов древесины, хлопка, караванов торфа и других горючих веществ и материалов; пожары горючих жидкостей в резервуарах, сжиженных газов в газгольдерах; пожары на технологических установках, таких, как ректификационные колонны,

сорбционные башни, этажерки и технологические установки на объектах нефтяной, химической, нефтехимической, газовой промышленности. К открытым пожарам относятся также лесные и степные пожары, пожары на торфополях, открытых складах каменного угля, сланца и других горючих материалов. В открытые пожары могут перейти и обычные внутренние пожары в зданиях и сооружениях V степени огнестойкости.

Особенностью всех этих пожаров являются условия тепло- и газообмена. На этих пожарах не происходит "накопления" тепла в газовом пространстве зоны горения. Горение происходит в более естественных условиях, не ограниченных строительными конструкциями. Теплообмен

осуществляется практически с неограниченным окружающим пространством. Поэтому за температуру таких пожаров, как правило, принимают температуру пламени, так как она несколько выше

температуры внутренних пожаров, где за температуру пожара принимают среднюю температуру газовой среды в помещении.

Газообмен на открытых пожарах также отличается от газообмена на внутренних пожарах. На открытых пожарах он не ограничен конструктивными элементами зданий и сооружений и, следовательно, более интенсивен. Поэтому он в большей степени зависит от внешних естественных газовых потоков: интенсивности и направления ветра. Интенсивность и направление ветра оказывают большое влияние на процесс горения на открытых пожарах и на зоны пожара.

Зона горения определяется, главным образом, распределением горючих веществ в пространстве и формирующими ее конвективными газовыми потоками. Зона теплового воздействия определяется преимущественно лучистым тепловым потоком, так как конвективные тепловые потоки уходят вверх в неограниченное пространство и почти не влияют на зону теплового воздействия на поверхности земли; поэтому они чаще всего не препятствуют ведению боевых действий на пожаре. Мощные восходящие конвективные газовые потоки у основания очага горения создают разрежение. Например, у основания газового фонтана, горящего резервуара эти потоки создают столь интенсивный обдув свежим воздухом, что несколько снижают тепловое воздействие.

Соответственно изменяется и характер зоны задымления. За исключением горения торфа на больших площадях и леса в безветренную влажную (сырую) погоду, зона задымления, как правило, не создает затруднений по борьбе с открытыми пожарами, как на некоторых внутренних пожарах. Эти особенности открытых пожаров в значительной степени определяют и специфику методов борьбы с ними, особенности применяемых приемов и способов их тушения и характер боевых действий подразделений пожарной охраны.

Особенности пожаров на газовых, газонефтяных и нефтяных фонтанах Пожары фонтанов условно разделяют на три группы: газовые, газонефтяные и нефтяные. Газовыми считаются фонтаны с содержанием горючего газа не менее 95% по массе, газонефтяными - газа более 50% и нефти менее 50% по массе, а нефтяными - 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 2млн.м³/сутки, средние - от 2 до 5 млн.м³/сутки и мощные - свыше

5млн.м³/сутки.

При авариях на скважинах истечение газа из фонтанной арматуры происходит при высоких перепадах давления, значительно превышающих критический, т.е. на срезе трубы устанавливается скорость истечения, равная скорости звука. Для метана скорость звука равна приблизительно

400 м/с.

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

Горение газовых фонтанов устойчивое, которое может длиться неделями и даже месяцами и не зависит от метеорологических условий - ветра, дождя и т.п. Для ликвидации такого пожара необходимо огромное количество сил и средств.

Поскольку в реальных условиях истечение газа из фонтанной арматуры происходит в основном со скоростями в несколько десятков и даже сотен метров в секунду, характер изменения поля скоростей и концентраций газа идоль струи и в поперечных сечениях (отстоящих на различных (им стояниях от места истечения) будут определяться основными закономерностями турбулентной газовой струи.

Рассматривая факелы газонефтяных фонтанов, можно пользоваться (с некоторыми поправками) основными закономерностями турбулентных газовых струй, так как при соотношении массы жидкой фазы (нефти) к массе газа около единицы отношение объемов газа и нефти будет около тысячи. По мере удаления от среза трубы (за счет массообмена струи с окружающим воздухом) это соотношение будет увеличиваться в десятки раз. Скорость движения капелек нефти в струе будет приблизительно равна скорости движения газовой фазы. Поэтому такую двухфазную струю можно рассматривать как свободную затопленную турбулентную струю.

Существуют три области равных концентраций, соответствующие

нижнему концентрационному пределу воспламенения, стехиометрическому составу смеси и верхнему концентрационному пределу воспламенения. Ниже нижнего и выше верхнего концентрационных пределов воспламенений горение невозможно, так как ниже нижнего концентрационного продела воспламенения имеется избыток воздуха, а выше верхнего - избыток горючего газа. Горение будет идти с максимальной скоростью в области, соответствующей стехиометрическому составу смеси.

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

Распространение пламени 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 стехиометрнческого 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.

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.

Исследованиями установлено, что с увеличением расхода газа высота факела пламени растет медленно, причем на нее не оказывает существенного влияния диаметр насадка.

Высота пламени у газонефтяных фонтанов несколько больше, чем у газовых. Нефтяные фонтаны с большим дебитом нефти и незначительным содержанием газа имеют небольшую высоту факела пламени, примерно 20...30 м. Пламя газового фонтана имеет светло-желтую окраску. При пожарах газонефтяных фонтанов вся нефть, как правило, сгорает в воздухе, пламя имеет оранжевый цвет, иногда горение сопровождается клубами черного дыма. При пожарах нефтяных фонтанов только незначительная часть нефти успевает испариться и сгореть в воздухе, а большая ее часть выпадает на землю, разливается вокруг устья скважины

и продолжает гореть. Нефтяной фонтан горит темным оранжевым пламенем с большим выделением черного дыма. Процесс истечения и горения факела фонтана сопрово ждается сильным шумом (ревом),

достигающим у устья 130 децибелл.

Для устойчивого горения факела пламени необходимо равенство скоростей распространения пламени и встречного газового потока.

Одним из факторов, препятствующих ликвидации пожаров газовых фонтанов, является высокая интенсивность теплового излучения факела пламени. Поэтому при атаке на газовый фонтан большое количество воды (до 500 л/с) тратится на орошение поверхности земли вокруг скважины в радиусе 10...15 м для снижения температуры в этой зоне, а также на

защиту от теплового излучения личного состава и техники, принимающих участие в ликвидации пожара.