Материал: Экологические последствия пожаров нефти и нефтепродуктов
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
атмосферу, водный бассейн и почву. Однако наибольший объем вредных выбросов имеет место не при добыче и переработке нефти, а при сжигании нефтяных топлив как тепловыми электростанциями (котельное топливо), так и на транспорте (моторное топливо), а также при пожарах на нефтебазах и нефтепроводах.
Соотношение объемов вредных выбросов, поступающих в атмосферу,
свидетельствует о весьма значительном влиянии нефти и нефтепродуктов на состояние окружающей среды. При сгорании нефтепродуктов образуются все основные загрязнители атмосферы.
Таблица 1. Вредное воздействие продуктов сгорания топлив и
технические решения для его снижения
Продукт сгорания |
Вредное воздействие |
Уменьшения вредного воздействии |
|
|
|
Оксид углерода. СО |
Токсическое действие на человека и |
Оптимизация процесса горения топлив |
|
|
Применение присадок |
|
|
|
Оксиды серы |
Раздражение органов дыхания, образование |
Применение топлив с пониженным |
|
кислотных дождей, разрушение |
содержанием серы |
|
каталитических нейтрализаторов |
|
|
|
|
Оксиды азота |
Раздражение органов дыхания; образование |
Каталитическое постановление оксидов |
|
кислотных дождей и смога, участие в |
азота в продуктах сгорания |
|
разрушении озонового экрана |
|
|
|
|
Углеводороды |
Канцерогенное действие, участие в создании |
Снижение давления насыщенных паров |
|
парникового эффекта, образовании озона и |
топлив, исключение потерь при |
|
смога |
хранении и заправке Улучшение |
|
|
процесса горения, применение |
|
|
присадок |
|
|
|
Озон |
Токсическое действие на флору и фауну, |
Уменьшение эмиссии |
|
участие в образовании смога |
озонообразующих веществ |
|
|
углеводородов и оксидов азота |
|
|
|
Альдегиды |
Раздражающее действие на организм, участие в |
Улучшение процесса горения |
|
образовании смога |
|
|
|
|
Соединения свинца и |
Токсическое действие на флору и фауну, |
Применение топлив. не содержащих |
других металлов |
нарушение баланса микроэлементов в воде и |
соединений металлов |
|
почве, отравление катализаторов дожига |
|
|
|
|
Твердые частицы и |
Канцерогенное действие, участие в |
Уменьшение зольности топлив, |
сажа |
образовании смога и кислотных дождей, |
снижение содержания серы и |
|
снижение прозрачной и атмосферы |
ароматических углеводородов |
|
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
В связи с указанным во всем мире уделяется огромное внимание экологической безопасности топлив и нефтехранилищ. Комплексное решение этой проблемы предусматривает:
. Разработку и применение топлив с экологически улучшенными характеристиками, в частности с пониженным содержанием серы,
ароматических и легколетучих углеводородов.
. Выполнение основных требований безопасности производства и хранения нефтепродуктов.
Успех этих действий гарантирован лишь при эффективных организационных мерах: повышении технической грамотности и культуры,
законодательном регулировании требований к топливам и техническим средствам, целенаправленной экономической политике, поощряющей выработку экологически безопасных продуктов и делающей невыгодным применение некачественных топлив и несовершенных технических средств.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Глава 2. Экологические последствия пожаров нефти и
нефтепродуктов
2.1 Пожары нефтепродуктов в резервуарах
Горение над зеркалом нефтепродукта представляет собой горение струи его пара в воздухе, поддерживаемое непрерывным испарением.
Причем, скорость испарения определяется мощностью теплового потока от пламени к жидкости. В связи с сильными и непрерывными турбулентными флуктуациями пламени весьма сложным оказывается вопрос о физике горения, геометрических размерах и термических характеристиках пламени при горении нефтепродуктов в резервуарах.
Образование турбулентного пламени паров жидкости, горящих со свободной поверхности, происходит в условиях естественной конвекции,
когда скорость воздуха и пара вблизи поверхности нефтепродукта малы и не превышают нескольких сантиметров с секунду. Турбулизация в этом случае происходит вследствие большого диаметра зеркала жидкости. Для такого пламени характерны масштабные пульсации, хорошо видимые при простом наблюдении.
В безветренную погоду наблюдаются упорядоченные колебания всего фронта пламени, при которых факел периодически увеличивается и опадает.
Это своеобразное явление связано с условиями образования паровоздушной смеси при естественной конвекции.
Для оценки приближенного значения скорости выгорания нефтепродуктов при пожарах в резервуарах можно использовать эмпирическую формулу, которую легко получить из уравнения теплового баланса. Не делая предположений относительно механизма теплообмена между факелом пламени и поверхностью горящего нефтепродукта, можно считать, что доля тепла, поступающего от факела, пропорциональна
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
тепловыделению в зоне горения.
Тогда скорость выгорания нефтепродукта может быть вычислена по формуле (1):
, |
(1) |
где Vc - удельная массовая скорость выгорания нефтепродукта в резервуаре, кг/м2-с,
ρ - плотность нефтепродукта, кг/м3;
Qг - теплота сгорания жидкости, Дж/кг,
Тп - температура поверхности горящей жидкости, К,
Т0 - температура нефтепродукта в глубине резервуара, К,
Ср - удельная теплоемкость нефтепродукта, Дж/кг*К,
Qи - теплота испарения нефтепродукта, Дж/кг,
α - коэффициент пропорциональности, м/с.
Обработка многочисленных экспериментальных данных показала, что формула (1) соответствует реальным значениям скорости выгорания подавляющего большинства нефтепродуктов как индивидуальных, так и в смесях. При этом было установлено, что численное значение коэффициента α не зависит от свойств горящей жидкости и равно 1,25-6 м/с.
При горении нефтепродукта в резервуаре уровень поверхности жидкости постоянно снижается. Вследствие этого уменьшается приток тепла от пламени к поверхности жидкости, что, в свою очередь, вызывает снижение скорости выгорания нефтепродукта, пока не наступит критическое положение уровня жидкости, при котором произойдет самотушение.
Критическое расстояние hк ОТ верхней кромки борта резервуара до поверхности горящего нефтепродукта зависит от диаметра резервуара (2):
, (2)
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
где d - диаметр резервуара.
Для больших резервуаров зависимость скорости сгорания от высоты свободного борта практической роли не играет, так как высота стандартных резервуаров всегда значительно меньше критической, определяемой на основании (2).
Температура на поверхности сложных по составу жидкостей всегда выше начала температуры кипения, что объясняется изменением фракционного состава жидкости во время горения. Опыт показывает, что температура неодинакова в разных точках поверхности горящей жидкости.
Вблизи стенок резервуара температура выше, чем в центре. Неравномерность распределения температуры связана с влиянием стенок резервуара,
температура которых всегда выше температуры горящего нефтепродукта.
Характер распределения температуры по глубине топлива при горении бензина и керосина резко отличается. Если температура в керосине плавно и постепенно снижается по мере удаления от поверхности (первый тип распределения), то в бензине имеется слой определенной толщины,
температура которого одинакова во всех точках и резко падает за нижней границей этого слоя (второй тип распределения).
Установлено, что первый тип распределения характерен для керосина,
дизельного топлива, трансформаторного масло и т.д. распределение второго типа возникает при горении нефти, бензина, мазута.
Процесс образования прогретого слоя можно представить следующим образом. Во время горения нагреваются стенки резервуара и прилегающая к ним жидкость. Если температура стенки выше температуры кипения жидкости, последняя закипает. Кипение усиливает конвективные потоки,
распространяющие тепло в глубь жидкости, что приводит к прогреву части стенки резервуара, которая прилегает к нижней границе прогретого слоя. В
этом месте начинается кипение, которое ведет к дальнейшему увеличению прогретого слоя и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока потери тепла