СОСТАВ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
COMPOSITION OF FOAMING AGENT FOR FIRE EXTINGUISHING OF CRUDE OIL AND REFINED PRODUCTS

Заявляемое изобретение относится к отрасли пожаротушения, в частности, к водным растворам пенообразователей на основе поверхностно-активных веществ, применяемых для тушения пеной низкой, средней и высокой кратности, и предназначено для тушения пожаров нефти и нефтепродуктов.
В настоящее время известны различные виды огнетушащих составов.
3
n
3
1
2
5
Так, например известен пенообразователь для тушения пожаров горючих жидкостей, содержащий анионное поверхностно-активное вещество в количестве 0,1-0,5 мас.%; 0,1-1,0% фторорганического соединения и воду до 100%. В качестве фторорганического соединения он содержит амид перфтороксалкилмонокарбоновой кислоты с формулой F[CF(CF)CF]CF(CF)CONR, где R - водород или СНОН; n=10-12. В качестве анионного поверхностно-активного вещества состав содержит нейтрализованную моноэтаноламином алкиларилсульфокислоту, или перфторокс-алкилмонокарбоновую кислоту, или алкиларилсульфонат натрия (а.с. СССР №1398880).
Основным недостатком известного пенообразователя является его низкая пенообразующая способность. Поэтому в генераторах отечественного производства типа ГПС применение данного пенообразователя затруднительно.
Известен состав для тушения пожаров горючих жидкостей, содержащий сульфосоединение (смесь первичных алкилсульфатов), фторсодержащее поверхностно-активное вещество (ПАВ), в качестве которого использован раствор моно, ди-, или триэтаноламина в этиленгликоле с перфторированной кислотой, натриевую или аммониевую соль полиакриловой кислоты и воду (патент РФ на изобретение №2262368). Состав также дополнительно содержит антифриз или мочевину.
Известный состав обладает высокой огнетушащей эффективностью и повышенным временем защитного действия, однако имеет недостаток в связи с наличием в композиции солей полиакриловой кислоты, что существенно снижает срок годности пенообразователя. Также указанный состав подлежит хранению только в светонепроницаемых емкостях, так как попадание прямых солнечных лучей может привести к расслоению пенообразователя и невозможности его дальнейшего применения в качестве огнетушащего вещества.
Известен огнетушащий состав, (международная заявка WO 0147604, МПК-7 A62D 1/02, опубл. 05.07.2001), приготовленный на основе водного пленкообразующего пенообразователя, в который добавляют для снижения точки замерзания раствора 50÷60% водный раствор ацетата калия и этиленгликоль или пропиленгликоль в количестве 15÷20 вес.%. Состав не замерзает до -50°C. Однако пленкообразование на поверхности возгорания возможно лишь при температурах до (-1°C). При более низких температурах пленка на поверхности возгорания не образуется.
Огнетушащий состав, состоящий из пленкообразующего пенообразователя на водной основе и добавки, снижающей температуру замерзания раствора. Согласно изобретению в качестве добавки используют гидрат хлорида магния в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов в объемных процентах от общего объема огнетушащего состава:
- водный раствор гидрата хлорида магния - 85÷88%,
- пленкообразующий пенообразователь на водной основе - остальное.
При этом содержание хлорида магния в огнетушащем составе составляет 15÷25 вес.% от общего количества огнетушащего состава, а в качестве пленкообразующего пенообразователя на водной основе могут быть использованы пенообразователи на основе фторорганических кислот, например, «ПО-6A3F», «Легкая вода», «Sthamex-AFFF» и другие подобные пенообразователи (патент RU на изобретение №2290240).
Данный состав характеризуется повышенной эффективностью тушения очагов возгорания низкократной пеной и сокращением времени тушения возгорания при хранении пенообразующего состава в условиях низких температур, однако имеет ряд недостатков. Наличие неорганических солей повышает удельную электропроводность рабочего раствора, что существенно увеличивает вероятность поражения электрическим током пожарных во время тушения пожара. Указанный состав может применяться для тушения пожаров только пеной низкой кратности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является пенообразующий состав, приведенный в описании к патенту РФ на полезную модель №34873. Известный состав включает смесь поверхностно-активных веществ, фторированный, углеводородный и пенный компоненты. При этом композиция, включает смесь фторированного (амфолитного) и углеводородного поверхностно-активных веществ Штамекс CFM, фторированный компонент Штамекс FM, углеводородный компонент Штамекс CM, пенный компонент Штамекс M и антифриз Штамекс AF, при следующем соотношении компонентов (мас%):
Штамекс CFM 8,0-12,0, Штамекс FM 1,8-4,8, Штамекс CM 1,5-4,6, Штамекс M 7,0-15,7, Штамекс AF 19,2-26,7, добавки, повышающие морозоустойчивость, вода обессоленная - остальное.
Данная композиция предназначена для тушения пожаров нефти и нефтепродуктов пеной низкой, средней и высокой кратности, характеризуется высокими эксплуатационными качествами, однако имеет недостаточно низкий показатель поверхностного натяжения рабочего раствора данного пенообразователя, что негативно сказывается на скорости растекания по поверхности горючей жидкости водной пленки, которая образуется в результате истечения рабочего раствора из пены.
Задачей заявляемого технического решения является создание пенообразующей композиции, обеспечивающей высокую скорость растекания пены и предотвращение доступа большего количества горючих паров и газов в зону горения, сокращение времени тушения нефти и нефтепродуктов.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в улучшении таких технических характеристик пенообразующей композиции, как поверхностное натяжение рабочего раствора композиции (снижение показателя), время тушения подслойным способом (сокращение показателя), увеличение времени повторного воспламенения.
Поставленная задача решается тем, что состав пенообразователя для тушения пожаров нефти и нефтепродуктов, включающий углеводородное поверхностно-активное вещество, устойчивую смесь анионного углеводородного вещества с анионным фторсодержащим соединением, фторсинтетический стабилизатор и добавки, повышающие морозоустойчивость, согласно техническому решению, для повышения огнетушащей эффективности и снижения поверхностного натяжения дополнительно используют смесевое перфторированное вещество Штамекс FFM, состоящее из эквимольного соотношения перфторированного амфолитного соединения и перфторированного неионогенного вещества, причем в качестве амфолитного соединения используется перфторированный бетаин, а в качестве неионогенного компонента - перфторированный алкиламид при следующим содержании компонентов, % об:
Углеводородный Штамекс CM
3-6;
Смесь углеводородных и фторированных веществ
Штамекс CFM
7,8-15,7;
Пенный Штамекс M
4,5-9;
Фторированный Штамекс FM
3-6;
Фторированный Штамекс FFM
3,3-6,7;
Антифриз
15-42;
Вода -
остальное до 100%,
А для снижения времени тушения нефтепродуктов, содержащих добавки спиртов, эфиров или кетонов используется фторированный Штамекс FFM с углеводородным Штамекс CM в соотношении 2:1
Таким образом, представленное изобретение соответствует условию новое и промышленно применимое.
Изобретение поясняется фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6.
На фиг.1 показано влияние содержания компонента Штамекс FFM на поверхностное натяжение рабочего раствора.
На фиг.2 показано влияние содержания компонента Штамекс FFM на поверхностное натяжение рабочего раствора на морской воде.
На фиг.3 показано влияние содержания компонента Штамекс FFM в базовом составе на эффективность тушения подслойным способом на пресной воде.
На фиг.4. показано влияние содержания компонента Штамекс FFM в базовом составе на эффективность тушения подслойным способом на морской воде.
На фиг.5. показано влияние содержания компонента Штамекс FFM на среднюю кратность пены на стволе ГПС-100 при использовании рабочего раствора на морской воде.
На фиг.6 показано влияние содержания компонента Штамекс FFM на среднюю кратность пены на стволе ГПС-100 при использовании рабочего раствора на пресной воде.
Ниже приведены технические характеристики каждого из компонентов заявляемой композиции.
Вещество Штамекс CFM представляет собой смесь фторированного и углеводородного ПАВ и характеризуется поверхностным натяжением рабочего раствора не более 16,5 мН/м и межфазным натяжением на границе с гептаном не менее 2,5 нМ/м.
Вещество Штамекс CM представляет собой углеводородный компонент и характеризуется поверхностным натяжением рабочего раствора не более 27,5 мН/м.
Вещество Штамекс M представляет собой пенный компонент и характеризуется поверхностным натяжением рабочего раствора не более 16,5 мН/м и и межфазным натяжением на границе с гептаном не менее 2,5 нМ/м.
Помимо приведенных активных веществ, заявляемая композиция содержит антифриз, введение которого обеспечивает возможность применения пенообразователя в условиях низких температур без потери качественных свойств. В качестве антифриза может быть использован также антифриз компании «Dr. Sthamer-Hamburg» - Штамекс AF.
Также для обеспечения получения требуемой концентрации рабочего раствора в состав пенообразователя входит необходимое количество обессоленной воды.
Представляется описание компонента Штамекс FFM:
Компонент Штамекс FFM представляет собой смесевое двухкомпонентное перфторированное вещество, состоящее из эквимольного соотношения перфторированного амфолитного соединения и перфторированного неионогенного вещества, причем в качестве амфолитного соединения используется перфторированный бетаин, а в качестве неионогенного компонента - перфторированный алкил амид.
Обоснование пределов содержания компонента Штамекс FFM
в предлагаемом составе пенообразователя.
Нижний предел содержания Штамекс FFM в пенообразователе определяется существенным снижением поверхностного натяжения водного раствора и повышением огнетушащей эффективности пламени гептана как на питьевой воде, так и на морской. Результаты измерений показаны на рис.
Судя по результатам измерений, представленных на рис.1 и 2 наблюдается заметное снижение поверхностного натяжения рабочего раствора пенообразователя при концентрации более 3,3% об.. При достижении концентрации 6,7% об. скорость снижения поверхностного натяжения становится не существенной и в целях экономии вещества этот предел принят в качестве верхнего предела.
Результаты тушения пламени гептана показаны на фиг.1-6.
При повышении доли Штамекс FFM выше 3,5% наблюдается существенное повышение огнетушащей эффективности пены характеризуемой снижением времени тушения пламени гептана. На рис.показаны диаграммы влияния концентрации Штамекс FFM на время тушения пламени гептана по стандартизованной методике. По мере увеличения доли Штамекс FFM, начиная с 3,3% время тушения снижается. Существенное снижение времени тушения происходит до концентрации 6,7% об. Штамекс FFM. Верхний предел содержания Штамекс FFM также определяется снижением пенообразующей способности водного раствора, в котором содержание Штамекс FFM превышает 6,7% об.
Результаты измерений кратности пены в растворах с различной концентрацией Штамекс FFM показаны в таблице 1.
Таблица 1
Кратность пены на стволе ГПС-100 из водных растворов с различной концентрацией компонента Штамекс FFM
% содержание компонентов
Кратность на ГПС-100
Кратность на ГПС-100
Содержание базового состава в композиции, %
Содержание FFM, %
Кратность средняя на пресной воде
Кратность средняя на морской воде
100
0
99
1
69,44
67,3
98
2
70,4
68,2
97
3
71,4
66,1
96
4
62,9
68,3
95
5
63,3
65,1
94
6
62,5
63,2
93
7
59,9
58,1
92
8
59,5
56
91
9
62,1
54,2
90
10
58,8
53,4
89
11
56,2
51,8
87
13
46,5
49,7
85
15
40,5
42,8
Для снижения времени тушения нефтепродуктов, содержащих добавки спиртов, эфиров или кетонов используется фторированный Штамекс FFM с углеводородным Штамекс СМ в соотношении 2:1.
Таким образом, представленное изобретение соответствует условию изобретательский уровень, так как для специалиста оно явным образом не следует из уровня техники.
Заявляемая композиция получена экспериментальным путем и создана на основе взятого за прототип пенообразователя посредством его модификации за счет введения нового компонента и изменения количественных характеристик известных компонентов.
Заявляемую композицию готовят следующим образом.
Смешивают заявленное количество антифриза и обессоленной воды в специальном реакторе в течение 30 минут, после чего в раствор добавляют последовательно все перечисленные компоненты (Штамекс CFM, Штамекс FM, Штамекс M, Штамекс FFM, Штамекс CM) в произвольном порядке, обеспечивая точность заявленной дозировки. По окончании введения компонентов смесь подвергают длительному механическому перемешиванию (не менее 30 минут), после чего транспортируют и фасуют в тару для хранения. Готовый раствор хранится не менее 15 лет и обладает следующими характеристиками (табл.2):
Таблица 2
Показатель
Единицы измерения
Значение показателя
Внешний вид пенообразователя
Визуально
Однородная жидкость без осадка и расслоения
Плотность пенообразователя при 20°C
кг/м<sup>3</sup>
1000…1100
Кинематическая вязкость пенообразователя при 20°C
мм<sup>2</sup>/с
80-100
Водородный показатель рабочего раствора пенообразователя
рН
6,5-8,5
Поверхностное натяжение рабочего раствора пенообразователя
мН/м
Не более 16,8
Межфазное натяжение на границе раздела с н-гептаном рабочего раствора пенообразователя
мН/м
2,5
Коэффициент растекания по н-гептану
ед.
1,3
Температура застывания пенообразователя
ниже минус 15,
°C
ниже минус 25,
ниже минус 35
Время тушения н-гептана, подачей пены низкой кратности в слой горючего с интенсивностью (0,03±0,003) дм<sup>3</sup>/(м<sup>2</sup>с), не более
с
38
Кратность пены рабочего раствора пенообразователя:
- Низкая,
-
6-15
- Средняя,
40-50
- Высокая,
300-700
Устойчивость: пены низкой кратности - время выделения 50% жидкости,
с
200-250
Устойчивость: пены средней кратности - время разрушения 50% объема пены, не менее
с
250-300
Определение времени тушения н-гептана при заданной интенсивности подачи рабочего раствора пеной низкой кратности (0,059±0,002), дм<sup>3</sup>/(м<sup>2</sup>с) на питьевой воде,
с
90
Время повторного воспламенения горючего в модельном очаге при тушении пеной низкой кратности, не менее
с
500
Определение времени тушения н-гептана при заданной интенсивности подачи рабочего раствора пеной низкой кратности (0,059±0,002), дм<sup>3</sup>/(м<sup>2</sup>с) на морской воде
с
90-120
Определение времени тушения н-гептана при заданной интенсивности подачи рабочего раствора пеной средней кратности (0,032±0,002), дм<sup>3</sup>/(м<sup>2</sup>с)
с
на питьевой воде, не более
38
и морской воде, не более
38
Таким образом, из таблицы 2 следует, что заявляемый пенообразователь обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с прототипом. В частности, существенно снижен показатель поверхностного натяжения, что напрямую связано с величиной и знаком коэффициента растекания раствора пенообразователя на поверхности горючего. Снижение величины поверхностного натяжения раствора до значения, не превышающего сумму поверхностного натяжения углеводорода и натяжения на границе "углеводород-раствор ПАВ", предотвратит процесс растекания нефтепродукта по поверхности пленки пены. Результаты опытов показывают, что чем выше значение коэффициента растекания водного раствора пенообразователя, тем скорее саморастекающаяся, термодинамически устойчивая водная пленка из пены покроет поверхность горючей жидкости.
Заявленные диапазоны процентных соотношений компонентов пенообразователя позволяют применять композицию для различных пенообразующих устройств, в том числе и генераторов пены отечественного производства.
В таблице 3 приведены значения процентного соотношения компонентов при использовании в виде пены 3% и 6% кратности при различных значениях температур эксплуатации.
Таблица 3
Наименование Компонентов, мас.%
Точка замерзания, °C
минус 15
минус 25
минус 35
3%
6%
3%
6%
3%
6%
Штамекс CFM
15,7
7,8
15,7
7,8
15,7
7,8
Штамекс M
9,0
4,5
9,0
4,5
9,0
4,5
Штамекс FFM
6,7
3,3
6,7
3,3
6,7
3,3
Штамекс FM
6,0
3,0
6,0
3,0
6,0
3,0
Штамекс CM
6,0
3,0
6,0
3,0
6,0
3,0
Штамекс AF (антифриз)
15,0
22,0
25,0
32,0
35,0
42,0
Обессоленная вода
41,6
56,4
31,6
46,4
21,6
36,4
Заявляемый пенообразователь используют следующим образом. Готовят рабочий раствор пенообразователя необходимой кратности (из 3 или 6% пенообразователя) посредством добавления соответствующего количества воды. Полученный рабочий раствор под давлением (около 7 атм.) подают в пеногенератор для образования пены. При организации пожарного оборудования резервуаров используют стационарный высоконапорный пеногенератор, монтируемый в основании резервуара. Пена подается на поверхность горючей жидкости (пена низкой, средней и высокой кратности). Пена поднимается через слой нефтепродукта на поверхность горючего, тем самым перемешивая холодные и нагретые слои нефтепродукта. Часть поверхности горючего покрывает пена, а часть - пленка. Прекращение горения происходит после полного покрытия поверхности горючего пеной и пленкой, или пеной для пенообразователей не пленкообразующих. Поэтому для максимальной эффективности тушения важен показатель поверхностного натяжения рабочего раствора пенообразователя, низкое значение которого обеспечивает более высокую скорость растекания пленки по поверхности горючего материала.
Таким образом, заявленное технического решения обеспечивает высокую скорость растекания пены и предотвращение доступа большего количества горючих паров и газов в зону горения, сокращение времени тушения нефти и нефтепродуктов.
Литература:
1. Авторское свидетельство. СССР №1398880