Диффузионное горение газов

В реальных условиях в тех случаях, когда газ или пары воспламеняются после начала их аварийного истечения, наблюдается диффузионное горение. Типичным и довольно распространенным примером является диффузионное горение газа при разрушении магистральных трубопроводов, на аварийной фонтанирующей морской или сухопутной скважине газового или газоконденсатного месторождения, на газоперерабатывающих заводах.

Рассмотрим особенности такого горения. Предположим, что горит фонтан природного газа, основным компонентом которого является метан. Горение происходит в диффузионном режиме и имеет ламинарный характер. Концентрационные пределы распространения пламени (КПРП) для метана составляют 5 - 15 % об. Изобразим структуру пламени и построим графические зависимости изменения концентрации метана и скорости реакции горения от расстояния до осевой фонтана (рис. 2).

Рис. 2. Схема диффузионного ламинарного пламени газового фонтана (а), изменение концентрации горючего (б), скорости реакции горения (в) по фронту пламени.

Концентрация газа снижается от 100 % на осевой фонтана до значения верхнего концентрационного предела воспламенения и далее до НКПР на его периферии.

Горение происходит только в интервале концентраций от ϕв до ϕн, т.е. в пределах области его воспламенения. Скорость реакции горения w(Т) будет равна нулю на КПР и максимальной при ϕстех. Таким образом, расстояние между xн и xв определяет толщину фронта диффузионного пламени: δфп = xн – xв. (4) Для диффузионных пламен в отличие от кинетических толщина фронта пламени имеет следующие значения: δфп = 0.1–10 мм. Скорость реакции диффузионного горения определяется скоростью диффузии кислорода и по своей величине примерно в 5⋅104 раз меньше скорости кинетического горе-11 ния. В такое же число раз ниже теплонапряженность, т. е. скорость выделе- ния теплоты диффузионным факелом