Механизм выгорания жидкости

После распространения пламени на всю площадь поверхности жидкости начинается процесс ее выгорания. Скорость поступления паров зависит от тепло- и массообмена. Чем больше поступает тепла, тем больше паров и температура пламени. Всего на нагрев жидкости идет около 7% от всей лучистой энергии.

Удельная массовая скорость выгорания - количество жидкости, выгоревшее с единицы площади жидкости в единицу времени (кг/(м²×с)).

От удельной массовой скорости зависит количество выделяющегося тепла, а значит и температура горения и т.д.

Линейная скорость выгорания – расстояние, на которое опускается уровень жидкости в единицу времени при горении (м/с).

Массовая и линейная скорости выгорания взаимосвязаны друг с другом через плотность жидкости: m = u_л×r

При горении жидкости будет повышаться температура жидкости до температуры кипения. Слой кипящей жидкости будет увеличиваться, пока не закипит вся жидкость (увеличивается толщина гомотермического слоя). У борта жидкость нагревается быстрей, т.к. тепла на борт попадает больше. Более нагретая у стенок жидкость поднимается вверх, что способствует интенсивному перемешиванию и быстрому прогреву жидкости на большую глубину. Образуется т.н. гомотермический слой, т.е. слой с практически постоянной температурой, толщина которого растет во времени. Образование гомотермического слоя возможно также и в результате фракционной перегонки приповерхностных слоев смесей жидкостей, имеющих различную температуру кипения. По мере выгорания таких жидкостей приповерхностный слой обогащается более плотными высококипящими фракциями, которые опускаются вниз, способствуя тем самым конвективному прогреву жидкости. Установлено, что чем выше температура кипения жидкости (дизельное топливо, трансформаторное масло), тем труднее образуется гомотермический слой. При их горении температура стенок резервуара редко превышает температуру кипения. Однако при горении влажных высококипящих нефтепродуктов вероятность образования гомотермического слоя также высока. Возможность образования достаточно толстого гомотермического слоя при горении влажных нефтепродуктов чревата явлениями вскипания и выброса жидкости.

Через 10 мин горения образуется устойчивое диффузионное пламя. Но по мере протекания горения скорость выгорания будет уменьшаться, т.к. в зону горения попадают и продукты горения, доступ воздуха затрудняется.

Существует такая высота борта, когда горение прекращается самостоятельно. Для резервуара диаметром 5 м, например, горение прекращается на глубине 11 м.

Когда есть смесь жидкостей, то процесс выгорания более сложный. В процессе горения смеси жидкостей, имеющих разную температуру кипения (бензины, нефть и т.д.), происходит как бы их фракционная перегонка. Вначале происходит выход легкокипящих фракций, затем – все более высококипящих. Этот процесс сопровождается постоянным повышением температуры на поверхности жидкости.

Если температура кипения жидкости выше, чем температура кипения воды, то вода вскипает и выделяется пар, увеличивается объем (в 1700 раз объем водяного пара больше объема жидкости) и происходит выброс жидкости из резервуара. Перед выбросом наблюдается вибрация стенок резервуара, начинается подъем жидкости, слышен гул.

Выгорание жидкости зависит от:

1. природы жидкости.

2. начальной температуры жидкости: с увеличением начальной температуры жидкости скорость выгорания увеличивается (в течение первых 10 мин – до образования гомотермического слоя), поскольку снижаются затраты тепла на прогрев жидкости до температуры кипения;

3. диаметра резервуара.

4. уровня жидкости в резервуаре: с увеличением уровня жидкости в резервуаре m увеличивается, т.к. облегчается доступ воздуха;

5. влажности жидкости: содержание влаги понижает скорость выгорания жидкости, во-первых, вследствие дополнительных затрат на ее испарение, а во-вторых, в результате флегматизирующего действия паров воды в зоне горения;

6. содержания кислорода в атмосфере: большинство жидкостей не способно к горению в атмосфере с содержанием кислорода менее 15%. С повышением концентрации кислорода выше этого предела скорость выгорания возрастает.