Введение

Актуальность выбранной темы определена тем, то что вред с пожаров, а также взрывов нефтегазовой отрасли имеет большие масштабы, а также тенденцию непрерывного роста. Имеет катастрофические последствия для окружающей среды и гибели людей. Таким образом вопрос исследования новых способов тушения пожара для различных классов веществ, остается актуальным. Новым способом тушения огня, предлагается метод основанный на влиянии электрического поля, на заряженные частицы в пламени.

Процесс хемоионизации

Пламя образуется в результате физических и химических процессов при горении. Поверхностный слой, в котором происходит реакция окисления, называется фронтом пламени. Именно во фронте пламени происходят экзотермические реакции окисления и образуются ионы.

Впервые проявление в пламени заряженных частиц обнаружил А. Вольта. Он определил, что тела с электростатическим зарядом может разряжаться при контакте с пламенем.

Максимальная насыщенность ионов в зоне реакции быстро уменьшается с окончанием химической реакции. Несомненно, ионы возникают не из-за термических соударений, а правильнее из-за изменений в химических процессах в зоне взаимодействия. Однако ионы возникают в значительном избытке по сравнению с числом, прогнозируемым из химического равновесия. Следовательно, они образуются в результате определенного неравновесного процесса, называемым хемоионизацией.

Принцип нового способа тушения

Знание электрической структуры пламени открывает возможности эффективного управления характеристиками горения при помощи электрических полей и создания перспективных технологий на этой основе.

 Так, электрическое поле с напряженностью, например, 1–3 кВ/см создаваемое двумя электродами, воздействует на заряженные частицы (ионы и электроны) и вынуждает их передвигаться к самим электродам. Эти заряженные частицы, в свою очередность, оказывают большое влияние на потоки газа в пламени, в результате чего окислительно-восстановительная реакция пламени прекратится и пламя погаснет.

Для более результативного тушения пламени углеводородов электрическим полем, требуется рассчитать их напряженность гашения. Зная физико-химические свойства исследуемых веществ рассчитывается суммарный заряд ионов в заданных объемах вещества, а после из полученных результатов рассчитывается напряженность гашения.

Прогнозирование физико-химических свойств веществ

На такие случаи предложен метод прогнозирования физико-химических свойств, основанный на поиске количественного соотношения "структура-свойство".

Все физические и химические свойства молекулы закодированы в ее структуре. Определение количественных соотношений "структура-свойство" позволяет эффективно понять эти свойства. Это позволяет нам понять, как состав соединения воздействует на его реакционную способность. Чтобы найти взаимосвязь между структурой и свойством, применяются разные методы математического моделирования. Выбор этих методов зависит от природы исследуемого соединения и характера анализа. Особенную роль из числа данных способов занимают топологические методы, которые используют исключительно данные, содержащиеся в структурном составе исследуемых соединений. Одним из наиболее важных топологических показателей для прогнозирования физико-химических свойств является индекс Винера и его собственный топологические показатели. Пример расчета показан ниже.

Построение матрицы смежности для бутана:

С4H10

Строится неориентированный граф вида:

G = (V = {1,2,3,4}, E = {(1,2), (1,3), (1,4) (2,1), (2,3), (2,4) (3,1), (3,2), (3,4), (4,1) (4,2), (4,3)})

G = (V = {1,2,3,4}, E = {(0,1,0,0), (1,0,1,0), (0,1,0,1), (0,0,1,0)})

Из вершины 1 можно добраться кратчайшими путями в другие вершины:

Матрица смежности:

Таким образом, индекс Винера будет равен:

.

На основании индекса Винера и собственных значений топологической матрицы (ТМ) составлена линейная двухпараметрическая модель вида

 ,                                                           

где    Z – рассчитываемое физико-химическое свойство углеводорода,

,,– коэффициенты модели (имеют размерность свойства),

W – индекс Винера (безразмерная величина),

λ – квадрат собственных значений ТМ (безразмерная величина).

 Коэффициентами к которой могут выступать известные физико-химические свойства углеводородов (например, М – молярная масса, Твсп – температура вспышки и Тсамовоспл – температура самовоспламенения. Используя данную модель можно определять неизвестные физико-химические свойства вещества, основываясь на его строении (W, λ), и известных свойствах.

Заключение

Таким образом используя данный метод тушения, в будущем можно значительно снизить количество аварий, происходящих в нефтегазовой отрасли, и как вследствие снизить риск смертельного травматизма.

А метод прогнозирования физико-химических свойств веществ может значительно упростить исследования в области прикладной химии и проектирования, ведь поиск необходимых физико-химических свойств веществ, соединений и нефтяных фракций составляет 10-20 % от полного объема затрат на проектирование.