Применение активных полимерных материалов в технических средствах и материалах для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций

Главным недостатком любого полнокомпозитного баллона в сравнении с цельнометаллическим баллоном является меньшая стойкость первого к ударным нагрузкам.

Армирующими материалами наружной силовой оболочки полнокомпозитных баллонов чаще являются высокопрочные стеклянные, углеродные, органические, борные волокна в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей и др. В качестве матрицы используются отвержденные эпоксидные, полиэфирные и некоторые другие термореактивные смолы [16-19].

Эксплуатационная практика как металлокомпозитных, так и полнокомпозитных баллонов показала, что для изготовления силовой оболочки баллонов наиболее целесообразно использовать органо- или углепластики.

В ГИИ МЧС Республики Беларусь разработан полимерный композиционный материал повышенной прочности. В основу положено разработки положены физико-химические процессы, протекающих при нагревании полимера между электрически замкнутыми обкладками из разнородных металлов - М1 -М2, в частности, способности полимерных материалов приобретать устойчивый объемный электрический заряд, приводящий увеличение прочности полимерных композитов с [9].

Технология получения такого материала, позволяет применять ее для изготовления как металлокомпозитных, так полнокомпозитных баллонов с высокими техническими и коммерческими характеристиками.

3. Средства для предупреждения и ликвидации ЧС (активные термочувствительным датчики — источники электрического сигнала в аналоговом тепловом пожарном извещателе).

В ГИИ МЧС Республики Беларусь разработаны термочувствительные элементы для аналогового пожарного извещателя на основе активного полимерного материала. В качестве активного полимерного материала для термочувствительного элемента предлагается применить полимерную пленку-электрет.

Функционирование данного элемента основано на появлении разрядного термостимулированного тока (ТСТ) [2,8] (патент РБ на изобретение № 14161). При повышении температуры в охраняемом помещении конвективное тепло воспринимается теплоприемником и передается на термочувствительный элемент, выполненный в виде полимерной пленки-электрета. Это приводит к появлению ТСТ в электрической цепи «пленка-электрет - электроды, контактные выводы, провода, промежуточный исполнительный орган». В случае прекращения дальнейшего повышения температуры в помещении температура элек-третного термочувствительного элемента падает, течение ТСТ прекращается. Если температура в помещении продолжает расти, растет ТСТ, продолжая поступать в промежуточный исполнительный орган и далее на станцию пожарной сигнализации.

Следующий тип термочувствительного элемента основан на генерировании термо-ЭДС при повышении температуры в защищаемом помещении. Известно возникновение ТСТ при нагревании полимерной прослойки, расположенной между короткозамкнутыми электродами из разнородных металлов [8] и повышении электропроводности диэлектриков, в т. ч. полимеров при их пла-

стифицировании [20,21] или допировании (Допирование — это процесс придания полимерам свойств электропроводности) [22].

Термочувствительным элементом аналогового теплового пожарного изве-щателя служит допированная полимерная пленка, содержащая пластификатор и допанат, с нанесенными на обе ее поверхности методом напыления в вакууме слоями из разнородных металлов (А1 и Си), из которых один электрод является теплоприемником. При нагревании такой пленки вследствие разности электродных потенциалов генерируется термо-ЭДС, которая приводит к протеканию в цепи ТСТ [10], сигнализируя о процессе повышения температуры в помещении.

Библиографический список

1. Большой энциклопедический словарь. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: «Большая Российская энциклопедия»; СПб: «Норинт», 1997. - 1456 с.: ил.

2. Лущейкин Г. А. Полимерные электреты. 2-е изд. Перераб. и доп. М. 1984.

3. Сажин Б. И. Электрические свойства полимеров. 2-е изд., пер. Л., 1977.

4. Губкин А. Н. Электреты. - М.: Наука, 1978. - 192 с.

5. Климович А. Ф., Миронов В. С. // Трение и износ. 1981. Т. 2, № 4. С. 713-718.

6. Материаловедение: учебник / В. А. Струк [и др.]. - Минск: ИВЦ М34 Минфина, 2008. - 519 с.

7. Белый В. А., Вертячих И. М., Пинчук Л. С., Воронежцев Ю. И., Голь-даде В. А. Прочность полимерных композитов, сформированных в контакте с металлами // ДАН СССР, 1984, т.275, № 3, с. 639-641.

8. Гольдаде В. А., Пинчук Л. С. Электретные пластмассы: физика и материаловедение / под ред. В. А. Белого. - Мн.: Наука и техника, 1987. - 231 с.

9. Вертячих И. М., Гольдаде В. А., Неверов А. С., Пинчук Л. С. Влияние электрического поля полимерного электрета на сорбцию паров органического растворителя // Высокомолекулярные соединения, 1982, № 9, т.24Б, с. 683-687.

10. Вертячих И. М., Воронежцев Ю. И., Гольдаде В. А., Пинчук Л. С. Свойства полимерных электретов, сформированных в контакте с разнородными металлами // Пластические массы, № 3, 1986, с. 30-32.

11. Белый В. А., Вертячих И. М., Пинчук Л. С., Воронежцев Ю. И., Голь-даде В. А. Электрическая поляризация в контакте с электретами // Докл. АН СССР. - 1988. — Т.302, № 1. - с.119 - 122.

12. Степанов А. И. Центробежные и осевые насосы. — М.: Издательство машиностроительной литературы, 1960.

13. Михайлов А. К., Малюшенко В. В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. — М.: Машиностроение, 1971 — 304 с.

14. Вертячих И. М. Снижение гидравлических и дисковых потерь пожарных центробежных насосов // Чрезвычайные ситуации: образование и наука, 2008, Т.3, № 1, с.31-35.

15. Осадчий Я. Г., Трошин В. П. R К вопросу безосколочного разрушения металлокомпозитных баллонов высокого давления// Пожарная безопасность в строительстве. - 2009, № 3, с.62-64.

16. Васильев В., Барынин В., Бунаков В., Марцыновский В., Разин А. Композиты - материалы XXI века // Сумма технологий. — 2003.

17. Берлин А. А., Пахомова Л. К. Полимерные матрицы для высокопрочных армированных композитов (обзор) // высокомолекулярные соединения. -1990. - Т. (А) 32, № 7. - С. 101-107.

18. Осадчий Я. Г., Трошин В. П. Новые направления совершенствования металлокомпозитных баллонов высокого давления // Пожарная безопасность в строительстве. 2009, № 4, с.68-70.

19. Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Электретные материалы в машиностроении. -Гомель: Инфотрибо, 1998 - 288.

20. Низкомолекулярная добавка - Технический словарь. Том II — Microsoft Internet Explorer.

21. Пластификатор — Технический словарь Том VII — Microsoft Internet Explorer.

22. А. Н. Лачинов, М. Г. Золотухин. Нетрадиционный механизм допирования в полиариленфторидах. Письма в ЖТЭФ, т.53, вып.6, с. 297 - 391, 25.03.1991г.

Анализ способов тушения газовых фонтанов,

реализующих струйную непрерывную доставку

огнетушащего вещества

Виноградов С. А., Подгорецкий К. В.,

Национальный университет гражданской защиты Украины,

г. Харьков

Тушение с помощью доставки в факел струйного непрерывного потока ог-нетушащего вещества — пожалуй, самый распространенный подход к тушению газовых фонтанов.

Наиболее простой способ, реализующий этот подход - тушение непрерывными струями воды из лафетных стволов [1-9]. В большинстве случаев [1-5] этот способ заключается в том, что струи воды, подаваемые из лафетных стволов со скоростью до 50 м/с, направляются на устье скважины в основании струи фонтана. Затем синхронно поднимают водяные струи вверх по столбу пламени до полного его отрыва (рис. 1). Лафетные стволы применяются при тушении газовых, газоконденсатных и нефтяных фонтанов небольшой мощности, поскольку стволы должны устанавливаться на расстоянии 15 м [3, 4], что в условиях сильного теплового излучения фонтана с большим дебитом не допустимо. Кроме этого, этот способ требует хорошей квалификации ствольщиков и синхронности их действия.

Рис. 1. Тушение пожара фонтана водяными струями: I — горящий фонтан; II — на фонтан направлены струи воды, ниже которых горение прекратилось; III — поднимая одновременно (синхронно) струи вверх, отрывают пламя

Известны способы [6, 7], при которых на устьевое оборудование устанавливаются стационарные стволы, направленные соосно с нефтегазовым потоком или под некоторым углом к нему (рис. 2). В этом случае вода подается непосредственно в зону образования горючей смеси и увеличивается эффективность тушения. Недостатком этого способа является необходимость установки стволов на каждой скважине и прокладывания к ним защищенных рукавных линий, что с экономической точки зрения неэффективно. Известны способы совмещения водяных струй с порошковыми огнетушителями [10], что дополнительно позволяет вводить ингибиторы горения в факел.

В ряде стран изготовлены и используются для тушения различных пожаров пожарные машины на гусеничном или колесном бронированном шасси с установленным стационарным лафетным стволом разной мощности: ГПМ-54, ГПМ-54м, ГПМ-64 (СССР, Украина), SPOT-55 (Чехия, Словакия), пожарная машина на базе Нона-СВК (Россия), китайский пожарный танк [5, 8, 11-13]. Их рисунки представлены на рис. 2. Их главным преимуществом является защищенность личного состава броней, что позволяет осуществлять тушение лесных пожаров, складов боеприпасов и т. п. Недостаток таких машин - ограниченный запас огнетушащего вещества, поэтому они практически не могут использоваться для тушения таких мощных возгораний, как пожары нефтегазовых фонтанов.

Эффективным и распространенным способом тушения газовых фонтанов является использование специальной техники, которая позволяет непрерывно доставлять в зону горения газоводяной поток высокой скорости. В зависимости от исполнения, базой для этих машин может служить грузовой автомобиль, как в АГВТ-100 и АГВТ-150 (СССР, страны СНГ), танк, как машинах «The Big Wind» (Венгрия) и JFR-250 (Украина), либо гусенечный самоходный паром, как в ПСУГВТ-200 (Украина) [4, 5, 8, 15-19]. Газоводяные струи, создаваемые этими установками, представляют собой смесь отработанных газов турбореактивного двигателя и распыленной воды. В газоводяной струе автомобиля содер-

жится около 60 % воды и 40 % газа, на выходе из сопла концентрация кислорода не более 14 %, по мере удаления от сопла содержание кислорода увеличивается и в рабочем сечении, т. е. на расстоянии 12-15 м составляет 17-18 %.

Рис. 2. Некоторые образцы пожарных танков со стационарными лафетными стволами

Рис. 3. Машины газоводяного тушения 287

Вода частично испаряется, попадая в струю раскаленного газа, а в зону горения вода попадает в распыленном состоянии. Экспериментально установлено, что газоводяная струя обладает высоким охлаждающим эффектом, например: при подаче 60 л/с воды (АГВТ-100) в течение 5 мин температура фонтанной арматуры снижается с 950 до 100-150°С.

Главными недостатками использования машин газоводяного тушения является малая дальность эффективного тушения (не более 15 м) и большие расходы огнетушащего вещества.

Еще одним вариантом непрерывной струйной доставки огнетушащего вещества в зону горения является использование автомобилей порошкового тушения, способных подавать огнетушащий порошок с производительностью 50 кг/с на дистанцию до 50 м [5, 20, 21]. Однако этот способ не получил распространения в силу его высокой стоимости и большого загрязнения окружающей среды (рис. 4).

Рис. 4. Тушение газового фонтана порошковой струей

Известны разработки [22, 23], основанные на струйной доставке в зону горения инертных газов с определенными параметрами (скорость доставки, количество инертнго газа). Однако реально для тушения нефтегазовых фонтанов эти способы никогда не применяются.

Библиографический список

1. Coots Matthews, L. Flak. Firefighting. The mechanics of oil/gas fires, meltdown and secondary damage, water/chemical/explosive extinguishing methods and considerations for voluntary ignition // http://www.jwco.com/technical-litterature/p09. htm.

2. Ю. Горбань. Новое поколение ствольной пожарной техники // Алгоритм безопасности. — № 1. - 2010. - Режим доступа: http://www.algoritm.org/arch/ arch.php?id=44&a=799

3. Куцын П. В. Тушение горящих газовых фонтанов большой мощности / Куцын П. В. // Безопасность труда в промышленности. — 1985. — № 4 - С. 5659.

4. Мамиконянц Г. М. Тушение пожаров мощных газовых и нефтяных фонтанов / Мамиконянц Г. М. - М.: Недра, 1971. - 95 с.