ФАКЕЛЬНЫЙ ЗОНТ

Полезная модель относится к области пожаротушения и может быть использована для тушения пожаров в нефтегазовой отрасли, а именно горящих фонтанирующих газонефтяных скважин.
Известен способ ликвидации очага возгорания, основанный на использовании автомобиля газоводяного тушения (АГВТ) для одновременной деформации струи пламени и тушения последнего газоводяной струей, направленной в основание факела пламени (Пожарная техника / Под ред. М.Д. Безбородько. - М.: Изд-во Академии Государственной противопожарной службы, 1989. - 236 с).
Недостатком этого способа применения АГВТ является высокий расход воды, огнегасящих веществ и дорогостоящего авиационного топлива, расходуемых в процессе работы АГВТ.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство, принятое за прототип и именуемое факельным зонтом, сужающимся в верхней его части, предназначенное для локализации пламени при подвешивания его над источником возгорания. Зонт формирует направленное вверх и суженное в горизонтальной плоскости движение горящих масс за счет усиленной зонтом естественной тяги, обусловленной разностью давлений между низшей и высшей точками зонта (Барановский А., Булчаев Н. Локализация пламени и шарнирный способ герметизации устья скважины. - , Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. - 52 с; Булчаев Н.Д., Безверхая Е.В. Способ герметизации устья горящей нефтяной скважины // Газовая промышленность. - 2011. - №4/658. - С. 85-87, прототип).
Недостатком прототипа является недостаточно высокая естественная тяга, обеспечиваемая зонтом, и, как следствие, недостаточная степень сужения струи пламени в горизонтальной плоскости, что обусловливает невозможность точного определения визуальным путем границ очага возгорания (т.е. устья горящей скважины), скрытого факелом пламени, и бесполезными затратами огнегасящих веществ на ложное тушение областей, примыкающих к горящей нефтегазовой скважине, визуально кажущихся зоной возгорания (особенно при распыленных и комбинированных формах струй пламени горящих нефтегазовых скважин), но не являющимися таковыми.
Задачей полезной модели является обеспечение минимального расхода огнегасящих веществ при тушении распыленных и комбинированных струй пламени горящих нефтегазовых скважин за счет максимально близкого и безопасного доступа к устью скважины пожарной техники и точного определения визуальным путем границ очага возгорания (т.е. устья горящей скважины).
Для решения поставленной задачи предложен факельный зонт для тушения газонефтяных скважин, содержащий подвешенную на стреле башенного крана с помощью огнеупорных тросов факельную трубу с закрепленным на ее нижнем конце конусообразным зонтом, расположенным над источником возгорания и зафиксированным при помощи якорей и оттяжек на поверхности земли с возможностью создания тяги. Согласно полезной модели, для увеличения тяги соосно с факельной трубой над ее выходным отверстием на стреле башенного крана дополнительно подвешен вентилятор, двигатель которого расположен на конце стрелы крана и защищен огнеупорным щитом, а лопастная часть вентилятора соединена с двигателем соединительным тросом, выполненным из огнестойкого материала.
Как известно, плотность нагретого воздуха или любого другого газа меньше, чем плотность более холодного, следовательно, давление столба высотой h у него меньше (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1980. - 512 с). Этот факт приводит к появлению разности давлений внутри и снаружи трубы. Наибольшее разряжение достигается снизу, где высота вышележащих столбов с разной плотностью максимальна.
При отсутствии вентилятора у верхнего края факельной трубы разность давлений достигается наличием естественной тяги, возникающей под действием силы Архимеда.
Естественная тяга выражается соотношением (Гейер В.Г., Дулин B.C., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. - М.: Недра, 1991. - 331 с):
3
1
3
2
где p - давление у основания зонта, Па; p - давление, равное атмосферному у верхнего края факельной трубы, Па; ρ - плотность горящих газов, кг/м; h - высота трубы, м; g - ускорение свободного падения, м/с.
Отсюда,
При установке вентилятора у верхнего края факельной трубы разность давлений над и под вентилятором определяется по следующей формуле (Гейер В.Г., Дулин B.C., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. - М.: Недра, 1991. - 331 с):
2
3
где p - давление в трубе непосредственно перед вентилятором, Па; N - мощность двигателя вентилятора, Вт; Q - объемный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении, м/с.
3
2
С учетом выражений (1) и (3) разность давлений p и p равна:
Отсюда следует, что
т.е. установка вентилятора у верхнего края факельной трубы увеличивает тягу факельного зонта на указанную величину .
Изложенная сущность поясняется графически на чертеже.
Заявляемый факельный зонт включает факельную трубу 1, соединенную с конусообразным зонтом 2, зафиксированным с поверхностью земли посредством оттяжек 3 так, что пламя 4 исходящее из устья горящей скважины 5 располагается непосредственно под ним. Факельная труба 1 подвешена на стреле башенного крана 6 при помощи тросов 7. На стреле башенного крана также закреплен защищенный огнеупорным щитом 8 двигатель вентилятора 9, который с помощью соединительного троса 10, выполненного из огнестойкого материала, передает вращающий момент лопастной части 11 вентилятора.
Предлагаемая полезная модель используется следующим образом.
При отсутствии возгорания башенный кран 6 занимает позицию, не препятствующую производственным работам на скважине. При этом:
- факельная труба 1 с конусообразным зонтом 2 и лопастная часть вентилятора 11 закреплены на конце стрелы крана 6;
- двигатель вентилятора 9 выключен.
При возникновении возгорания на устье нефтегазовой скважины 5 и образования факела пламени 4 башенный кран 6 с факельным зонтом выдвигается на боевую позицию, располагаясь на расстоянии, при котором отверстие факельной трубы 1 находится непосредственно над устьем горящей скважины 5. Конусообразный зонт 2 фиксируется оттяжками 3 на поверхности земли таким образом, чтобы обеспечить его статичность. Создаваемая факельной трубой 1 естественная тяга увеличивается с включением двигателя вентилятора 9 и приведением в движение с помощью троса 10 лопастной части 11 вентилятора, что в совокупности приводит к сужению в горизонтальной плоскости струи пламени 4 в области устья скважины 5.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении влияния опасных факторов пожара на личный состав, задействованный в тушении пожара, и сокращении времени, затраченного на его ликвидацию.
При этом технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства обусловлена:
- снижением расхода огнетушащего вещества необходимого для тушения пожара, в связи с подачей его непосредственно к источнику возгорания;
- увеличением продолжительности срока службы пожарного оборудования и машин благодаря снижению воздействия опасных факторов пожара в зоне возгорания;
- снижением потерь нефти и газа при их сгорании за счет сокращения времени, затраченного на ликвидацию пожара.