Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78

Тепловые потери, согласно закону Ньютона, можно представить, прямой линией с заданным углом наклона а. На рис. 27, а проведено две такие линии - ТВ и Тс для разных температур окружающей среды. Стационарный режим реакции отвечает пересечению кривой тепловых выделений с прямой тепловых потерь в точках а и В. Возможны два стационарных режима - стабильный в точке а и неустойчивый в точке В. Точка с является критической. Незначительное превышение температуры То вызывает прогрессирующий саморазогрев смеси, приводящий к самопроизвольному все большему возрастанию скорости реакции, т. е. к самовоспламенению. Температура Тд, превышение которой приводит к прогрессирующему разогреву смеси и возрастанию скорости реакции, называется температурой самовоспламенения. Таким образом, для воспламенения горючей смеси нет необходимости нагревать ее до температуры самовоспламенения Tq. Достаточно поднять температуру окружающей среды до Га Tq (см. рис. 27, а) и выждать определенный период времени, необходимый для предпламенных реакций. Время потребное для. саморазгона предпламенной реакции, называется периодом индукции.

Период индукции зависит от температуры и состава горючей; среды. При высоких температурах порядка 700° С и выше период индукции становится ничтожным и воспламенение происходит практически мгновенно.

Определяя температуру самовоспламенения Tq в точке касания кривых теплового выделения и тепловых потерь с, заметим, что е& значение не является физической константой, а зависит от условий охлаждения горючей смеси. Для различных условий охлаждения (для различных наклонов прямой тепловых потерь, рис. 27, б}. получаем различные значения температуры самовоспламенения. В предельных случаях, например, для совершенно изолированнойг горючей смеси, когда угол а -> О, точка касания приближается к абсолютной нулевой температуре и горючая смесь независимо от исходной температуры после некоторого периода индукции должна обязательно воспламениться. Для очень больших теплопотерь --У

получаем в пределе вертикальную прямую ТрВ (см. рис. 27, б), которая пересекает кривую тепловых выделений в одной только» точке стабильной реакции В. Точка самовоспламенения в этом случае отсутствует, так как температура горючей смеси не может подняться вследствие интенсивного охлаждения.

Хорошая тепловая изоляция, способствующая самовоспламенению горючей смеси, осуществляется в природе в больших скоплениях газа. Интенсивное охлаждение и торможение реакции горения наблюдается в капиллярных трубках, в небольших пузырьках газа в пористом теле.

При заданной температуре окружающей среды и заданном законе тепловых потерь температура самовоспламенения смеси зависит также от давления. С повышением давления скорость реакции

увеличивается (рис. 27, в) и при определенном давлении кривая •теплового выделения будет касаться прямой тепловых потерь, то давление является давлением самовоспламенения для заданной температуры и заданных тепловых потерь.

§ 3. ГОРЕНИЕ ГАЗОВОГО „

ТОПЛИВА В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ условиях пористой среды

г. vi-trt.- инертный скелет пористого тела яюглощает значительную долю тепловых выделений и реакция горения происходит практически при постоянной температуре. Так, например, в I пористой среды пористостью т = 0,2, теплоемкость которой равна 500 ккал/м, при абсолютном давлении 1€ кГ/см содержится 2 горючей смеси метана с воздухом (при нормальных условиях), в том числе 0,2 метана, максимальное тепловое выделение которого при полном сгорании составляет «около 2000 ккал. Таким образом, после полного сгорания этой *смеси темцература пористой среды повысится всего лишь на 4° С.

Значит, в пористой среде не может быть существенного саморазогрева и самовоспламенения даже при полном отсутствии теплопроводных потерь. Скорость реакции в пористой среде почти строго соответствует температуре пористого тела. Поэтому нагревание извне пористого тела, насыщенного, например, гремучей смесью, не вызовет взрыва. Непрерывное горение в пористой среде на строго -заданном температурном режиме можно осуществить, пропуская горючую смесь через нагретую зону пористого тела до заданной -температуры. В этом случае горячая зона перемещается в направлении потока со скоростью конвективного переноса тепла м и в то же «время интенсивность теплового выделения реакции горения соответствует температуре в рассматриваемом элементе объема среды. ;В зависимости от знака баланса теплового выделения и тепловых потерь горячая зона но пути перемещения охлаждается или разогревается, пока тепло полностью не сбалансируется. Скорость конвективного переноса фронта горячей зоны соответствует скорости •фильтрации и теплоемкости продуктов горения, а скорость переноса тыла горячей зоны зависит от скорости фильтрации и теплоемкости горючей смеси. Поскольку в холодной зоне пористого тела реакция горения затухает, то горение в потоке в пористой среде не может ттовлиять существенным образом на скорость переноса фронта горячей зоны. В точках с одинаковыми температурами пористой среды на подступах и за фронтом горячей зоны реакция горения ввиду более высокой концентрации горючего в смеси и более высокого давления происходит значительно интенсивнее в тылу. Поэтому на подступах к горячей зоне тепловое выделение тормозит продвижение горячей зоны, а в определенных условиях, видимо, может привести к расширению горячей зоны против направления конвекции, что наблюдается иногда в лабораторных опытах. Однако расширение и увеличение объема горячей зоны пласта связано с дополнительными расходами тепла и приводит к увеличению тенлопровод-

НЫХ потерь, а следовательно, к торможению фронта горячей зоньв и занижению эффективности тепловой обработки пласта. Поэтому для эффективной тепловой обработки пласта пригоден крутой температурный профиль горячей зоны с не очень высокой температурой, в центре - 600-700° С.

Температура горячей зоны стабилизируется на уровне, при котором тепловое выделение балансируется тенлоотводом. Выделение тепла зависит от расхода и теплотворной способности Горячев смеси, т. е. от факторов, которые можно задавать и регулировать, с поверхности. Таким образом, скорость перемещения горячей зоны задается расходом горячей смеси, а температура горячей зоны регулируется концентрацией горючего.

Рис. 28. Распределение температур в радиальномнласте вокруг передвижного стабильного очага горения.

Задача температурного ноля значительно упрощается для случаа установившегося температурного профиля горячей зоны пласта, когда тепловые потери компенсируются в каждом элементе объема, который перемещается в пористой среде со скоростью конвективного-нереноса тепла. Рассмотрим самый простой слзгчай расширения кольцевой зоны горения в радиальном пласте, когда температура горения Тг является постоянной (рис. 28). При небольшой толщине слоя горения Аг и большой мощности пласта h основной ноток теплопроводных потерь движется в радиальном направлении. Пренебрегая тепловыми потерями через кровлю и подошву пласта, можно считать задачу квазиплоскорадиальной. Для радиального теплопроводного потока с постоянной температурой на фронте горячей зоны имеется точное решение (VH. 54). На основании этого решения теплопроводные утечки из стабильной кольцедой зоны