Действие механизма охлаждения при тушении пожаров жидкостей в резервуаре твердым диоксидом углерода

Помощник начальника факультета "Пожарная безопасность" Тольяттинского военного технического института

Н. Н. Старков

УДК 614.84

действие механизма охлаждения

при тушении пожаров жидкостей в резервуаре

твердым диоксидом углерода

Приведены результаты аналитического исследования механизма охлаждения при тушении пламени горящих жидкостей диоксидом углерода твердым гранулированным на основании проведенных экспериментов. Осуществлено количественное сравнение тепла, поглощаемого при сублимации диоксида углерода, с теплом, выделяющимся в результате сгорания паров жидкости.

В работе В. П. Назарова, М. В. Филипчика и Н. Н. Старкова* описан способ тушения нефтепродуктов и полярных жидкостей в резервуарах твердым гранулированным диоксидом углерода. Основные механизмы, влияющие на потухание пламени: разбавление парогазовоздушной смеси в зоне горения и охлаждение поверхностного слоя жидкости и зоны горения диоксидом углерода.

Для получения представления о влиянии эффекта охлаждения диоксидом углерода в результате сублимации и нагревания газа были проведены эксперименты по определению изменения температуры в дизельном топливе при тушении пламени в модели резервуара.

Для определения изменения значений температуры в модель резервуара были помещены термопары, схема размещения которых изображена на рис. 1. Точки 1-9 находятся над поверхностным слоем, точки 10-12—в поверхностном слое жидкости.

В модель резервуара помещается жидкость. Затем пары жидкости поджигаются и система горящего резервуара выводится на стационарный режим горения в течение 3-5 мин. При этом температура верхнего слоя растет. Через 1-2 мин после выведения резервуара на стационарный режим горения в него подается твердый гранулированный диоксид углерода, предварительно взвешенный, массой 1,2-1,3 кг.

Рис. 1. Схема размещения термопар в резервуаре

Производится измерение значения температуры на всех термопарах через равные промежутки времени Ах. Как показывают результаты на термопарах, активнее снижается температура в том месте, куда подаются гранулы диоксида углерода.

Анализ данных температуры вблизи поверхности горящего слоя, приведенный на рис. 2, показывает, что за счет отбора тепла испаряющимся диоксидом углерода происходит охлаждение жидкости до температуры воспламенения.

Изменение интенсивности испарения жидкости пропорционально изменению температуры поверхностного слоя. Сравнение данных изменения ин-

Назаров В. П., Филипчик М. В., Старков Н. Н. Тушение нефтепродуктов и полярных жидкостей в резервуаре твердой двуокисью углерода // Пожаровзрывобезопасность. — 2006. — Т. 15, № 5. — С. 82-85.

тенсивности испарения дизельного топлива в зависимости от температуры, полученных ранее, с экспериментальными позволяет наглядно представить изменение интенсивности испарения дизельного топлива в модели резервуара за время тушения (рис. 3).

Снижение интенсивности испарения жидкости в свою очередь влияет на уменьшение количества тепла, выделяющегося в результате сгорания паров жидкости. В виде дифференциального уравнения это можно выразить так:

/

интенсивность испарения жидкости при

^ = е«Р , дж/с,

где Qн — низшая теплота сгорания, Дж/кг;

Р — коэффициент полноты сгорания жидкости;

800. 700 600

^ 500

са

^ 400

5Т =

300 200 100: 0

Замеры в точках: -А- 2, 3, 4 -О- 7, 8, 9 -*- 10, 11, 12 ---Прекращение горения

1

1

тл

\1\

1 \\х\

1 1

1 у\ ^

< — 8-Ж-

1 1 1 1 1 1 1

0

10

15

20 25 Время, с

30

35

40

Рис. 2. Изменение температуры при тушении пламени дизельного топлива

указанной температуре в единицу времени с единицы площади, кг/(м2-с); 8рез — площадь резервуара, м2. Горение продолжается до т = 17 с. Следовательно, после этого момента времени выделение тепла вследствие сгорания паров жидкости прекращается в связи с прекращением процесса горения.

Суммарное количество тепла, выделившееся от сгорания паров дизельного топлива с момента пода-

чи твердого гранулированного диоксида углерода в

уж £ \ 1л6

резервуар, составило Qг « 6,1 • 10 Дж.

для проведения сравнения определяли количество тепла, отводимое от системы горящего резервуара диоксидом углерода.

Масса диоксида углерода твердого гранулированного в резервуаре в процессе тушения пожара в течение времени т изменяется по закону:

т( т) = т'0 - 3 -

„'3 т-2

гуд т

р3 Л 0

, кг/с,

где т0 — значение расхода газообразного диоксида углерода в начальный момент времени, кг/с; т — масса твердого гранулированного диоксида углерода в резервуаре в момент начала тушения, кг;

туд — удельная интенсивность испарения диоксида углерода твердого гранулированного, кг/(м2-с);

р — плотность твердого гранулированного диоксида углерода, кг;

Л0 —радиус одной гранулы диоксида углерода, м. Графическое представление изменения расхода газа с поверхности твердого гранулированного диоксида углерода в процессе тушения пламени дизельного топлива в модели резервуара показано на рис. 4.

10

15 20 25 Время, с

30 35

40

Рис. 3. Изменение интенсивности испарения дизельного топлива

д

Он

0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

20 30

Время, с

Рис. 4. Изменение расхода газа диоксида углерода при сублимации в процессе тушения пламени дизельного топлива

5

По аналогии с интенсивностью выделения теплоты в результате сгорания жидкости анализируем изменение интенсивности поглощения тепла в результате испарения твердого диоксида углерода, помещенного в резервуар, а также при нагреве газа диоксида углерода. Температуратвердого диоксида углерода — 72°С. При движении газа к поверхности происходит поглощение тепла в жидкости. Газ, скапливаясь над поверхностью жидкости, продолжает поглощать тепло при нагреве до температуры окружающей среды. Пламя потухает в момент времени х = 17 с, при этом остаток массы твердого диоксида углерода составляет 0,3 кг. Следовательно, масса газа равна 0,9 кг.

Общее количество тепла, отведенное в результате испарения и нагрева газа:

всо2 = вшТ + в= 0,6404 • 106 Дж.

При сравнении полученных результатов вычислений видно, что теплота, выделяющаяся при сго-

рании паров дизельного топлива , на порядок больше теплоты, отводимой диоксидом угле-р°да есо2:

6,1 • 106Дж> 0,6404 • 106 Дж.

Но учитывая, что от общего количества тепла лучистого потока к поверхности жидкости поступает около 30%, приведенная разница уменьшается по крайней мере в три раза.

На основании полученных значений можно сделать вывод, что механизм охлаждения не является преобладающим в процессе тушения пламени дизельного топлива твердым диоксидом углерода. При этом его роль в процессе тушения значительна, особенно в момент прекращения пламенного горения, исчезновения основного источника энергии. Охлаждение приводит к снижению температуры не только жидкости, но и стенок резервуара, уменьшая тем самым вероятность повторного воспламенения.

Поступила в редакцию 10.11.06.