Сравнительная оценка огнетушащей эффективности фторированных и углеводородных пенообразователей

Список литературы

1. Бродин В.Б. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, А.В. Калинин- М.: ЭКОМ, 2002. - 431 с.

2. Бурькова Е.В. Освоение микропроцессорной техники в формировании информационной компетентности студентов университета: Учебное по- собие / Е.В. Бурькова -Челябинск: Изд-во Южно-Уральского отделения РАО, 2005. - 209 с.

3. Римский Д. С, Павлюченко Д.В., Колосков В. А. Построение среды самовосстановления автономной системы // Труды X Международная научно-методическая конференция «Информатика: проблемы, методология, технологии». Воронеж, 2010.

4. Колосков В. А. Технология параллельных вычислений в распределенных средах: Клеточные алгоритмы самоорганизации отказоустойчивых мультикомпьютеров [Текст] / В.А. Колосков, М.В. Медведева, Ф.А. Старков. - Курск. гуман.-техн. ин-т. Курск. 2002.

5. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы [Текст] / Д. Рутковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 452 с.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОГНЕТУШАЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФТОРИРОВАННЫХ И УГЛЕВОДОРОДНЫХ

ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Дегаев Евгений Николаевич, аспирант (e-mail: degaev@inbox.ru) Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г.Москва, Россия

В данной статье проведен анализ огнетушащей эффективности углеводородных и фторированных пленкообразующих пенообразователь. Выявлено, что фторированные пенообразователи обладают рядом существенных преимуществ по отношению к углеводородным. Главные из которых: обеспечение инертности при подаче с пены различной высотой и дальностью, длительное предотвращение повторного загорания потушенного нефтепродукта, возможность тушения пламени углеводородов подачей пены в основание резервуара, непосредственно в слой горючего.

Ключевые слова: огнетушащая эффективность, фторированный пленкообразующий пенообразователь, коэффициент растекания, оптимальная интенсивность, минимальный удельный расход.

В связи с проблемой загрязнения окружающей среды, в последнее десятилетие стали появляться призывы заменить применение фторсодержащих пенообразователей углеводородными, которые хорошо разлагаются после их применения.

Появление фторированных или пленкообразующих пенообразователей вызвано рядом требований, которым пена, полученная из углеводородных пенообразователей, не может соответствовать.

В первую очередь, это связано с резким снижением огнетушащей эффективности при подачи пены на горящую поверхность нефтепродукта с

большого расстояния или с большой высоты. Пена, полученная из углеводородных пенообразователей смешивается с нефтепродуктом при погружении в него из-за падения с большой высоты. Такое поведение пены связано с высоким поверхностным натяжением водного раствора пенообразователя. Это приводит к растеканию углеводорода по пенным пленкам и внедрению горючего в структуру пены. Пена, загрязненная углеводородом, резко снижает изолирующее действие и сама поддерживает горение.

Для предотвращения смешения пены с горючим было предложено повысить кратность пены, что снижает эффект погружения в нефтепродукт, но в этом случае пену необходимо подавать с близкого расстояния. Поэтому пена средней кратности, полученная из углеводородных пенообразователей подается из пенокамер, установленных непосредственно на верхнем поясе резервуара. Но и в этом случае тушение пожара при низком уровне нефтепродукта резко осложняется. Если кратность пены вместо положенных 100 составляет только 50-60, при падении пена частично погружается в горючее, загрязняется нефтепродуктом и утрачивает огнетуша-щую эффективность.

Чаще всего начало пожара происходит от взрыва паровоздушной смеси, образовавшейся внутри резервуара, поэтому пенные камеры, установленные на верхнем поясе резервуара, разрушаются, а крыша частично погружается в горящий нефтепродукт.

Возникает проблема как подать пену в полузакрытое пространство, в «карман», где продолжается горение, не смотря на то, что смежная поверхность за перегородкой закрыта пеной. Было предложено подать пену в горящий «карман», снизу под слой нефтепродукта.

Идея подачи пены снизу под слой нефтепродукта была успешно реализована при тушении тяжелой нефти, температура вспышки которой была выше 100 0С, но при тушении бензина и легкой нефти этот способ оказался неэффективным.

Пена, полученная из углеводородного пенообразователя, смешивалась с нефтепродуктом и горела, поднявшись на поверхность бензина. В дальнейшем, в работах Блинова-Худякова было показано, что тушение пламени подачей воздуха в основание резервуара приводит к тушению пламени за счет перемешивания горячего слоя с холодным, поднимающейся из глубины резервуара.

Желание тушить пожар подачей пены в основание резервуара выдвинуло вторую проблему: создать пенообразователь, пена, на основе которого, обеспечивала возможность подачи пены в основание резервуара с сохранением огнетушащей способности. Таким поворотным пунктом, явились создание нового класса поверхностно-активных веществ, содержащих в молекулах ПАВ перфторированные радикалы [1-10].

С появлением фторсодержащих пенообразователей была решена задача обеспечения длительного периода времени повторного воспламенения нефтепродутка после тушения. Пена не только хорошо тушила при низ-

кой кратности и при подаче с большого расстояния, но и выделяла водный раствор, который самопроизвольно растекался по поверхности бензина, предотвращая испарение горючего [11-15].

На реальных пожарах было замечено, что пена из углеводородного пенообразователя после тушения пламени в резервуаре, быстро разрушалась [1]. При этом раскаленные во время пожара металлические конструкции оставались нагретыми до высокой температуры. После тушения и быстрого разрушения пены пары нефтепродукта вновь появились и смешавшись с воздухом, образовывали горючую смесь. При наличии источника зажигания - раскаленных металлических частей, образовавшихся из разрушенной крыши, происходило повторное возгорание нефтепродукта в резервуаре, а пожар сопровождался взрывом, который приводил к частичному или полному разрушению резервуара с образованием розлива нефтепродукта в обваловании резервуара. Пожар принимал катастрофический характер, поскольку перекидывался на соседние резервуары.

Итак, причиной появления и быстрого внедрения фторсодержащих пленкообразующих пенообразователей явилась потребность в удовлетворении проблем пожаротушения: обеспечение инертности при погружении в нефтепродукт при подаче пены с большой высоты и дальности, возможности тушения пожара в резервуаре, подачей пены в основание резервуара и обеспечение длительного периода до наступления повторного воспламенения горючей жидкости после тушения пожара.

С помощью пены, полученной из углеводородного пенообразователя, не удается осуществить ни одно из перечисленных требований.

Проведенный анализ показывает, что применение пленкообразующих пенообразователей для тушения пожаров нефтепродуктов при аварийных розливах и пожарах в резервуарах является необходимым условием обеспечения эффективности и безопасности для пожарного персонала, занятого в пожаротушении, условием.

Цель данного исследования экспериментально продемонстрировать преимущество пены, полученной из водных растворов фторсодержащих пленкообразующих пенообразователей по сравнению с углеводородными, в решении перечисленных выше проблем, связанных с тушением пожаров нефтепродуктов.

Чтобы избежать упреков со стороны производителей пенообразователей названия и марка пенообразователей дана в обобщенном виде: пенообразователь фторсодержащий «пленкообразующий» и пенообразователь углеводородный.

Пену подавали непосредственно на горящую поверхность и в слой нефтепродукта. В качестве горючей жидкости использовали бензин и н-гептан, что позволяло получать воспроизводимые результаты.

Испытания проводили на экспериментальной установке, описанной в работах [4-8], анологичная той, что используется для сравнительной оценки огнетушащей эффективности пенообразователей, при сертифика-

ции [4]. Определяли зависимость удельного расхода и времени тушения от интенсивности подачи пены широком диапазоне интенсивности подачи пены. При испытании влияния высоты падения пены, расстояние от сливного патрубка до горящей поверхности углеводорода изменяли по вертикали: от 5 до 15 см.

Сравнительные испытания огнетушащей эффективности пены, полученной на основе углеводородного и фторированного пенообразователя, были проведены в двух режимах: осторожной подачей пены с небольшой высоты, а затем с увеличенной высоты падения. На рис. 1 приведены результаты сравнительных испытаний огнетушащей эффективности пены, полученных на основе углеводородного и фторированного пенообразователей.

Рис. 1. Сравнительные испытания огнетушащаей эффективности пены, полученных на основе углеводородного и фторированного пенообразователей.

Судя по величине оптимальной интенсивности подачи пенообразующе-го раствора пены из фторированного пенообразователя значительно эффективнее углеводородных. Оптимальная интенсивность пены углеводородного пенообразователя составляет 0,075 кг/(м •с), у фторированного

0,035 кг/(м •с). Минимальный удельный расход углеводородного пенооб-

22 разователя ставляет 2,2 кг/м , а у фторированного - 0,9 кг/м . Применение

фторсодержащего пенообразователя предпочтительнее и при подаче пены

на горящую поверхность. Наиболее сильно преимущество фторированных

пен выявили при подаче пены с большой высоты.

Эффективность пены из углеводородного пенообразователя сильно

снижается по мере увеличения высоты падения, а фторированные пены,

наоборот, увеличивают. Минимальный удельный расход пены из углево-

дородного пенообразователя увеличился с 2,2 до 3,7 кг/м2, а оптимальная интенсивность с 0,065 до 0,12 кг/(м •с).

Пена из фторсодержащего пенообразователя по мере увеличения высоты падения снижает минимальный удельный расход с 1,2 до 0,7 кг/м2, а оптимальную интенсивность с 0,04 до 0,03 кг/(м •с).

Полученный результат может быть объяснен на основе изотерм поверхностного натяжения: водные растворы фторированного пенообразователя имеют положительное значение коэффициента растекания по гептану, в то время как в системе водных растворов углеводородного пенообразователя на границе с гептаном положительное значение коэффициента растекания имеет гептан по водному раствору.

При контакте углеводородной пены с гептаном, горючее смачивает и растекается по пенным пленкам, что ведет контактному разрушению. Пена из фторированного пенообразователя при контакте с гептаном самопроизвольно формирует водную пленку на поверхности углеводорода и предотвращает испарение углеводорода.

Чем выше слив пены, тем сильнее ударяется пена о поверхность гептана, что приводит к ускоренному выделению раствора из пенных пленок и способствует быстрому растеканию пены. Для углеводородных пен удар о поверхность ведет к частичному погружения в гептан, что приводит к загрязнению пены горючим. Кроме этого, из-за положительного коэффициента растекания горючего по водному раствору движению пены противодействует поверхностное давление, направленное на встречу растекающейся пены.

_Интенсивность, кг/(м2 -с)_

Рис. 2. Зависимость времени тушения пламени гептана от интенсивности подачи пены, полученной из рабочих растворов с различным коэффициентом растекания: 1. КР Р/Г= -1,0 мН/м; 2. КР Р/Г = - 0,5 мН/м; 3. КР Р/Г = 0,5 мН/м; 4. КР Р/Г = 1,0 мН/м; 5. КР Р/Г = 1,3 мН/м.

Результаты измерений поверхностной активности водных растворов пенообразователей показывают, что углеводородный пенообразователь не может использоваться для подслойной подачи пены в горящий гептан, поскольку гептан начнет растекаться по пенным пленкам, разрушая пену и смешиваясь с ней в процессе подъема к поверхности.

Испытание фторированного пенообразователя, с различной величиной коэффициента растекания, при тушении пламени подачей пены в основание резервуара представлены на рис. 2.

Результаты испытаний показывают, что для эффективного тушения необходимо не только низкое поверхностное натяжение водного раствора, но и положительное значение коэффициента растекания.

Чем больше величина коэффициента растекания, тем эффективнее пена тушит нефтепродукт.

Прямые испытания изолирующих свойств водных пленок фторированных пенообразователей представлены фрагментами испытания водных пленок, нанесенных в виде раствора из шприца на боковую поверхность резервуара и подачей непосредственно на поверхность нефтепродукта

а) Подача водного раствора фторированно- б) Водная пленка предотвращает горение

го пенообразователя струей стенку резер- гептана, за счет изолирующего действия

вуара водной пленки.

Рис. 3. Испытание изолирующего действия водной пленки на поверхности гептана, при подаче струи раствора на стенку резервуара.

Пламя газовой горелки располагается на высоте 5 мм над поверхностью гептана с водной пленкой фторированного пенообразователя. Период защитного действия пленок зависит от величины коэффициента растекания. Чем выше значение коэффициента растекания тем толще водная пленка и тем больше период времени до воспламенения углеводорода.

Определение изолирующей способности пены проводили в полигонных условиях и на лабораторной установке. Фрагменты проведения испытаний представлены на рис.4 и 5.

Рис. 4. Процесс утраты изолирующего действия пены.

Результаты полигонных испытаний времени защитного действия пены, полученной из растворов с положительным коэффициентом растекания по нефтепродукту оказалось в интервале от 7 до 10 минут. При испытаниях внутрь противня помещали горелку с бензином, причем горелка была зажжена одновременно с горючим в противне.

Поэтому, когда опускали горелку через слой пены на дно противня, стенки горелки были горячими.

На стендовой установке в лабораторных условиях результаты защитного действия пены также колебались от 7 до 10 минут. Наблюдается удовлетворительное соответствие аналогичных испытаний, проведенных в лабораторных и полигонных условиях [16-19].

Результаты экспериментов (табл.1) показывают, что период воспламенения гептана из под слоя пены, тесно связан с соотношением коэффициентов растекания раствора и гептана.

Рис. 5. Иллюстрация процесса определения времени воспламенения гептана, при подаче пены из-под слоя углеводорода. Факел пламени поддерживается непрерывной подачей горючего газа.

Таблица 1

Состав Первый 0 < К01 > Кю Второй 0 > К01 > Кю Третий 0 > Кю >К01 Четвертый 0 < Кю >К01

Время воспламенения гептана под пеной, с. мгновенно мгновенно 15-30 360-420

Изолирующее действие пены определяется соотношениями величин коэффициентов растекания водного раствора фторированного пенообразователя по гептану (К10) и гептана по раствору (К01).

Полученные результаты показывают, что пенообразователи с фторированными стабилизаторами удовлетворяют поставленной задаче: обеспечение инертности при подаче с различной высоты, длительное предотвращение повторного загорания и тушения пламени нефтепродуктов подачей пены в основание резервуара, непосредственно в слой горючего [20-22].

Список литературы

1. Шароварников А.Ф., Шароварников С. А. Пенообразователи и пены для тушения пожара. М., Изд. Пожнаука, М. 2005, с.152.

2. Дегаев Е.Н., Муковнина В. А. Лабораторная методика определения изолирующих свойств пены на поверхности гептана // В сборнике: Строительство - формирование среды. Москва, 2014. С. 522-525.

3. Дегаев Е.Н. Подслойное тушение нефтепродуктов пеной различной кратности // В сборнике: Строительство - формирование среды жизнедеятельности. Москва, 2015. С. 468-470.

4. Макарова И.П., Дегаев Е.Н. Огнетушащая эффективность пены с различным коэффициентом растекания // В сборнике: Строительство - формирование среды жизнедеятельности. Москва, 2015. С. 493-496.

5. Дегаев Е.Н., Борковская В.Г. Внедрение процессного подхода в испытательной лаборатории // В сборнике: Качество в производственных и социально-экономических системах. Курск, 2015. С. 69-73.

6. Борковская В.Г., Дегаев Е.Н. Принципы расчета стоимости аккредитации испытательной лаборатории в системе ГОСТ Р // Научное обозрение. 2015. № 13. С. 248-252.

7. Дегаев Е.Н. Исследование роли добавок карбамида на огнетушащую эффективность низкократной пены из лаурилсульфата натрия // Современные материалы, техника и технологии. №2 (2), 2015. С. 54-50.

8. Агапов С.В. Борковская В.Г. Стандарты и требования пожарной безопасности. «Пожаровзрывобезопасность». №12-2014, Том 23. С. 7-14.

9. Борковская В.Г. Профессиональные риски в строительстве. Материалы Юбилейной научно-практической конференции «Белые ночи 2013», Санкт-Петербург, 2013. С. 29-31.

10. Борковская В.Г. Новые требования профессиональных рисков в пожарной безопасности. «Пожаровзрывобезопасность». №12-2013. Том 22. С. 9-15.

11. Борковская В.Г. Методическое пособие по дисциплине "правоведение" для студентов технических специальностей. Москва, 2010.

12. Борковская В.Г. Экономическая кооперация в жилищно-эксплуатационных организациях. Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук. Москва, 2002

13. Борковская В.Г. Практикум по техническому регулированию различных сфер общественных отношений. Тесты. Задачи. Для студентов технических специальностей. Москва, 2010.

14. Шароварников А.Ф., Корольченко Д.А. Влияние дисперсности капель воды на эффективность тушения пожаров горючей жидкости. Пожаровзрывобезопасность. 2013. Т. 22. № 12. С. 69-74.

15. Корольченко Д. А., Шароварников А.Ф., Дегаев Е.Н. Лабораторная методика определения изолирующих свойств пены на поверхности гептана. Пожаровзрывобезопас-ность. 2014. Т. 23. № 4. С. 72-76.

16. Шароварников А.Ф., Корольченко Д.А. Тушение горючих жидкостей распыленной водой. Пожаровзрывобезопасность. 2013. Т. 22. №11. С. 70-74.

17. Дегаев Е.Н. Автомобильный транспорт - зона повышенной пожарной опасности. В сборнике: Современные автомобильные материалы и технологии. Курск, ЮЗГУ. 2015. С. 35-37.

18. Дегаев Е.Н. Огнетушащая эффективность распыленных пленкообразующих растворов. В сборнике: Инновации в металлообработке: взгляд молодых специалистов. Курск, ЮЗГУ. 2015. С. 102-105.

19. Дегаев Е.Н., Корольченко Д.А. Нормирование кратности пены при испытании пенообразователей ПО ГОСТ Р 53280.2-2010. В сборнике: Металлообрабатывающие комплексы и робототехнические системы - перспективные направления научно-исследовательской деятельности молодых ученых и специалистов. Курск, 2015. С. 5255.

20. Дегаев Е.Н. Тушение пламени дизельного топлива подслойным способом. В сборнике: ПОКОЛЕНИЕ БУДУЩЕГО: взгляд молодых ученых. Том 4. Сборник научных трудов 4-й Международной молодежной научной конференции. Курск, ЮЗГУ. 2015. С. 100-103.

21. Дегаев Е.Н. Заполнение аварийных помещений высотных зданий через лифтовые шахты. В сборнике: Комплексные проблемы техносферной безопасности. Часть IV. Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции. Курск, ЮЗГУ. 2015. С. 164-168.

22. Борковская В.Г. Рекомендации по использованию международного стандарта ISO 26000 и национального стандарта ГОСТ Р ИСО 26000:2012. Научное обозрение. 2013. № 9. С. 531-534.

COMPARATIVE ASSESSMENT OF FIRE EXTINGUISHING EFFICIENCY OF THE FLUORINATED AND HYDROCARBONIC FOAMERS

Degaev Evgeniy Nikolaevich, graduate student

National Research Moscow State Construction University, Moscow, Russia

Abstract. In this article the analysis of fire extinguishing efficiency hydrocarbon and fluorinated film-forming foamer is carried out. It is revealed that the fluorinated foamers possess a number of essential advantages in relation to hydrocarbon. Main of which: ensuring inertness when giving from foam the different height and range, long prevention of repeated fire, the extinguished oil product, a possibility of suppression of a flame of hydrocarbons supply of foam in the reservoir basis, directly in a fuel layer.

Keywords: fire extinguishing efficiency, the fluorinated film-forming foamer, spreading coefficient, optimum intensity, the minimum specific expense.