Calculation of characteristics of a fire-extinguishing aerosol generator and high-pressure spray for extinguishing oil and gas fountains

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Parameters of the jet of fire-extinguishing aerosol emanating from a high-pressure generator have been studied. The calculation of the exhaust nozzle of the generator using a fast-burning aerosol-forming composition has been performed. The characteristics of the formed supersonic flow with condensation of aerosol particles in it have been calculated and experimentally determined. It is shown that the aerosol jet formed by the high-pressure generator is capable of rising to three times the height than that attained using a device with a slow-burning aerosol-forming composition. This is due to the fundamentally different dynamics of the formed flow and the smaller size of aerosol particles condensing downstream the generator nozzle. Full-scale experiments have shown that the supply of fire-extinguishing aerosol to a height of about 9 m in conjunction with the flow of burning oil or gas provides an extremely short extinguishing time of the fountain of 3–5 s from the moment the generators start working. Extinguishing is achieved when filling the volume of the torch with a fire-extinguishing aerosol and reaching its minimum extinguishing concentration.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Elena V. Kozlova

Russian Research Center Applied Chemistry (GIPH)

Author for correspondence.
Email: giph@giph.su

(b. 1953) — Candidate of Science in technology, Candidate of Science in economics, general director

Russian Federation, 26A Krylenko Str., St. Petersburg 193232

Yuriy I. Kartashev

Russian Research Center Applied Chemistry (GIPH)

Email: y.kartashov@giph.su

(b. 1953) — Candidate of Science in technology, deputy general director

Russian Federation, 26A Krylenko Str., St. Petersburg 193232

Sergey N. Kopylov

All Russian Research Institute for Fire Protection EMERCOM of Russia; National Research Nuclear University MEPhI

Email: firetest@mail.ru

(b. 1971) — Doctor of Science in technology, chief research scientist, All Russian Research Institute for Fire Protection, All Russian Research Institute for Fire Protection EMERCOM of Russia; associate professor, National Research Nuclear University MEPhI

Russian Federation, 12 m/r VNIIPO, Balashikha, Moscow Region 143903; 31 Kashirskoe Shosse, Moscow 115409

Olga I. Rogozhina

All Russian Research Institute for Fire Protection EMERCOM of Russia

Email: rogozhina.ole4ka@yandex.ru

(b. 1987) — research scientist

Russian Federation, 12 m/r VNIIPO, Balashikha, Moscow Region 143903

References

  1. Dolganov, Yu. D., V. V. Sobolevskiy, and V. M. Simonov. 1991. Otkrytye fontany i bor’ba s nimi. Spravochnik [Open fountains and the fight against them. Handbook]. Moscow: Nedra. 189 p.
  2. Nolan, D. P. 2019. Handbook of fire and explosion protection engineering principles for oil, gas, chemical, and related facilities. London – New York: Academic Press. 426 p.
  3. Grace, R. D. 2003. Blowout and well control handbook. London – New York: Academic Press. 469 p.
  4. Tuttle, S. G., B. T. Ficher, D. A. Kessler, et al. 2021. Petroleum wellhead burning: A review of the basic science for burn efficiency prediction. Fuel 303:121279.
  5. Ivannikov, V. P., and P. P. Klyus. 1987. Spravochnik rukovoditelya tusheniya pozhara [Firefighter’s handbook]. Moscow: Stroyizdat. 228 p.
  6. Barakovskikh, S. A., L. U. Chabaev, R. A. Bakeev, et al. 2016. Analiz sposobov likvidatsii goryashchikh gazovykh fontanov na skvazhinakh Zapadnoy Sibiri [Analysis of methods for elimination of burning gas blowouts in wells of West Siberia]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft’ i gaz [Oil and Gas Studies] 5:124–129.
  7. Kopylov, S. N., O. I. Rogozhina, E. V. Kozlova, and Yu. I. Kartashov. 2023. Tushenie neftyanykh i gazovykh fontanov vysokonapornymi struyami ognetushashchego aerozolya [Extinguishing of oil and gas blowouts by high-pressure jets of the fire extinguishing aerosol]. Bezopasnost’ truda v promyshlennosti [Occupational Safety in Industry] 9:65–73.
  8. Povzik, Ya. S. 2001. Pozharnaya taktika [Fire tactics]. Moscow: ZAO “Spetstekhnika>>. 414 p.
  9. Evans, D., and D. Pfenning. 1985. Water sprays suppress gas-well blowout fires. Oil Gas J. 83:80–86.
  10. Kayzer, Yu. F., A. V. Lysyannikov, R. B. Zhelukevich, et al. 2014. Avtomobil’ gazo-vodyanogo tusheniya [Car gas–water extinguishing]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern Problems of Science and Education] 5:203–208.
  11. Zabegaev, V. I. 12.04.2017. Sposob vikhrevogo poroshkovogo tusheniya goryashchikh fontanov na gazovykh, neftyanykh i gazoneftyanykh skvazhinakh [Method of vortex powder extinguishing of burning fountains at gas, oil, and gas–oil wells]. Patent RF No. RU 2616039 S1.
  12. Zakhmatov, V. D., M. V. Silnikov, and M. V. Chernyshov. 2016. Overview of impulse fire-extinguishing system applications. J. Industrial Pollution Control 32(2):490–499.
  13. Agafonov, V. V., D. V. Bukhtoyarov, V. A. Grishakina, A. V. Kazakov, S. N. Kopylov, and A. D. Golubev. 2019. Obosnovanie sposobov aerozol’nogo pozharotusheniya v vysotnykh pomeshcheniyah i sooruzheniyakh [Justification of aerosol fire extinguishing methods in high-rise buildings and structures]. Pozharnaya bezopasnost’ [Fire Safety] 4:21–31.
  14. Smirnov, P. G. 2023. Raschet ravnovesnogo sostava produktov sgoraniya toplivnykh kompozitsiy metodom minimizatsii termodinamicheskogo potentsiala [Calculating equilibrium composition of fuel compositions combustion products by minimising the thermodynamic potential]. Aerokosmicheskaya tekhnika i tekhnologii [Aerospace Engineering and Technology] 1(1):160–172.
  15. Zudin, Ju. B., D. S. Urtenov, and V. S. Ustinov. 2019. Kineticheskiy analiz intensivnoy kondensatsii (dozvukovoy i sverkhzvukovoy rezhimy) [Kinetic analysis of intense condensation (subsonic and supersonic regimes)]. Izvestiya RAN. Energetika [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering] 4:75–97.
  16. Shabliy, L. S., and A. V. Krivtsov. 2014. Raschet sverkhzvukovogo techeniya dvukhfaznoy sredy v ANSYS Fluent [Calculation of supersonic flow of two-phase medium in ANSYS Fluent]. Samara: NIU SGAU im. S. P. Koroleva. 6 p.
  17. Kraposhin, M. V. 2016. Matematicheskoe modelirovanie szhimaemykh techeniy s ispol’zovaniem gibridnogo metoda approksimatsii konvektivnykh potokov [Mathematical modeling of compressible flows using a hybrid method of convective flow approximation]. Moscow: Institute for System Programming of the Russian Academy of Sciences. PhD Diss. 182 p.
  18. Lee, J. H. W., and V. H. Chu. 2003. Turbulent jets and plumes — a Lagrangian approach. Kluwer Academic Publs. 390 p.
  19. Gamaltdinov, I. K., S. R. Kildibaeva, and R. Z. Akhmadeeva. 2013. Raschet teplofizicheskikh i kineticheskikh parametrov zatoplennoy strui [Calculation of thermal and kinetic parameters of submerged jet]. Fundamental’nye issledovaniya [Fundamental Research]. 11:1323–1327.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Operation of the extinguishing-aerosol generator

Download (313KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Particle size distribution of the aerosol obtained by burning a composition based on potassium perchlorate and modified sodium polyacrylate (a) and by burning an aerosol-forming compound SBK-3 (oxidizer — potassium nitrate) (b)

Download (233KB)
Indexing metadata
4. Extinguishing of a gas torch: (a) start of the generators; (b) 3 s after the launch of generators; (c) 4 s after the launch of generators; and (d) 5 s after the launch of generators

Download (659KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Extinguishing an oil fountain: (a) torch ignition; (b) 1.5 s of the generators’ work; and (c) 3 s of the generators’ work

Download (356KB)
Indexing metadata

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».