Введение. 
Численный анализ вероятности возгораний мазута на тепловых электрических станциях

Широко применяющийся [1] на тепловых электрических станциях (ТЭС) в качестве резервного топлива, а также для запуска топочных процессов мазут является пожароопасным веществом. Его хранение, транспортировка и перегрузка проводятся при жестком контроле температурного режима [2].

При анализе возможных условий возникновения пожаров на ТЭС определенное внимание уделяется и ремонтным работам, сопровождающимся сваркой и резкой металлических конструкций и, как следствие, формированием потенциальных источников пожара — разогретых до высоких температур металлических частиц. Однако до настоящего времени специально не анализировались условия зажигания мазута такими частицами.

Цель настоящей работы — теоретический анализ пожарной опасности зажигания мазута разогретыми частицами, образующимися при проведении огневых работ в ходе ремонта основного и вспомогательного оборудования ТЭС.

Постановка задачи

При анализе процессов зажигания жидких [3, 4] и твердых [5] конденсированных веществ разогретыми частицами установлено, что характеристики и условия протекания таких процессов в системах «несколько разогретых частиц — конденсированное вещество — окислитель» и «одиночная разогретая частица — конденсированное вещество — окислитель» отличаются незначительно. Поэтому решалась задача зажигания мазута одиночной частицей (рис. 1). Так как наиболее распространенным металлом, используемым при изготовлении различного оборудования ТЭС, является сталь, то в качестве источника зажигания рассматривалась стальная частица.

Предполагалось, что источник нагрева малых размеров (частица) попадает на поверхность мазута (рис. 1 а), частично погружается в него (рис. 1 б) и нагревает топливо. При достижении условий фазового перехода начинается процесс испарения. Между источником нагрева и жидкостью формируется паровой зазор (рис. 1 б), характерные размеры которого определяются теплосодержанием частицы и характеристиками мазута. Вследствие интенсивного испарения топлива в области под частицей пары горючего поднимаются вверх и диффундируют в воздух. Это приводит к формированию способной к воспламенению парогазовой смеси в газовой области вблизи частицы. Условия воспламенения смеси реализуются при достижении критических значений концентрации паров мазута в воздухе и температуры парогазовой смеси.

Исследования процесса воспламенения в рассматриваемой системе (рис. 1) выполнялись для частицы в форме диска размерами rp, zp. Размеры области решения rs, zs устанавливались значительно большими по сравнению с размерами частицы rp=r1, zp=z4-z2 (рис. 1 б). Решалась осесимметричная задача в цилиндрической системе координат, начало которой совпадало с осью симметрии частицы.

Моделирование процесса зажигания выполнялось при следующих допущениях:

• 1. В результате испарения мазута образуется одно вещество с известными характеристиками.
• 2. Стальная частица не погружается в топливо полностью.
• 3. Не учитываются возможные процессы выгорания мазута.

Принимались традиционные условия воспламенения [6]:

• 1. Тепло, выделяемое в результате химической реакции паров горючего с окислителем, больше тепла, передаваемого от частицы жидкому горючему веществу и в воздух.
• 2. Температура парогазовой смеси превышает начальную температуру частицы.