CC BY
22
Д. А. КОРОЛЬЧЕНКО, канд. техн. наук, заведующий кафедрой комплексной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26; e-mail: ICA_kbs@mgsu.ru)
Е. А. ОВСЯННИКОВ, аспирант кафедры комплексной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26; e-mail: ICA_kbs@mgsu.ru)
А. Ф. ШАРОВАРНИКОВ, д-р техн. наук, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26; e-mail: ICA_kbs@mgsu.ru)
УДК 614.84.664
ПОЛИДИСПЕРСНАЯ ПЕНА ВЫСОКОЙ КРАТНОСТИ ПРИ ТУШЕНИИ РОЗЛИВОВ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ И ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ
Представлен генератор пены высокой кратности со спиральным насадком, позволяющий получать пену полидисперсной структуры. Проведены экспериментальные исследования огнетуша-щей эффективности полидисперсной пены высокой кратности. Показаны преимущества ее использования при тушении как розливов нефтепродуктов, так и резервуаров для их хранения. Проведен оценочный расчет времени тушения нефтепродукта пеной высокой кратности. Ключевые слова: генератор пены высокой кратности; полидисперсная пена; время тушения.
Пены высокой кратности традиционно используются для тушения пожаров в замкнутых помещениях. Они обладают высокой вязкостью и прочностью структуры, поэтому плохо растекаются по любой поверхности [1]. Чтобы преодолеть этот недостаток, генераторы пены высокой кратности равномерно устанавливаются на кронштейнах по периметру всего помещения или подвешиваются к потолку.
Для придания пене лучшей растекаемости предложено использовать специальные генераторы пены, конструкция которых позволяет получать пену полидисперсной структуры, вязкость которой значительно ниже, чем монодисперсной (рис. 1). Для такой пены характерно большое отклонение размера пузырьков от их средней величины, что резко снижает сдвиговую прочность структуры пены. Это позволяет ей быстро растекаться по поверхности горящей жидкости и покрывать поверхность помещения защитным слоем. При этом пена должна покрывать поверхности выступающих металлических частей, что ускорит охлаждение разогретых при пожаре конструкций и тем самым предотвратит возможность повторного возгорания как в помещении, так и в частично открытом пространстве [2].
Благодаря высокой скорости растекания полидисперсной пены ее можно использовать для тушения пожаров как розливов нефтепродуктов, так и резервуаров для их хранения [3].
Целью данной работы является проведение экспериментальных исследований огнетушащей эффек-
тивности полидисперсной пены высокой кратности. Пену получали из водных растворов углеводородных пенообразователей, приготовленных на питьевой воде, в концентрации, указанной производителем. В качестве горючей жидкости использовали гептан и дизельное топливо.
Схема экспериментальной установки и модельного очага пожара розлива с металлическими перегородками представлена на рис. 2.
Модельный очаг пожара локального розлива имитировали путем комбинирования поддонов с различной площадью, высота бортов которых составляла 15 см (рис. 3). Меняя их расположение относи-
Рис. 1. Генератор пены высокой кратности со спиральным насадком, позволяющий получать пену полидисперсной структуры
© Корольченко Д. А., Овсянников Е. А., Шароварников А. Ф., 2014
\
\
кратности
Рис. 2. Схема экспериментальной установки и модельного очага пожара розлива с металлическими перегородками
тельно друг друга, варьировали площадь горения от 3 до 15 м2. Расход раствора пенообразователя в экспериментах составлял от 0,5 до 1 л/с, кратность пены — от 400 до 600.
Генератор пены высокой кратности устанавливали на кронштейне на высоте 1,5 м от пола. Дальность подачи струи пены высокой кратности составляла 5-8 м. От места падения пена быстро растекалась в сторону поддонов с горящим гептаном. В зависимости от площади модельного очага время тушения изменялось от 30 до 90 с в зависимости от направления ветра, скорость которого достигала при порывах 6 м/с.
Фрагменты процесса тушения представлены на рис. 4.
При тушении пламени локальных розливов нефтепродуктов пеной высокой кратности сохранялись те же закономерности, что и при применении пены средней кратности. Пены высокой кратности покрывали горящую поверхность слоем 20-25 см, поэтому несмотря на перепад высот между поддонами пена равномерно растекалась по горящей поверхности.
Проведенные эксперименты показали высокую огнетушащую эффективность полидисперсной пены высокой кратности при тушении модельных очагов
Рис. 3. Комплексный очаг, составленный из поддонов с гептаном
Рис. 4. Тушение пеной высокой кратности очага пожара, составленного из поддонов с н-гептаном
пожара розливов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.
Толщина тушащего слоя определялась предельным напряжением сдвига и кратностью пены. Чем выше кратность пены, тем выше ее структурная устойчивость и тем больше будет средняя толщина тушащего слоя [4].
Оценочный расчет времени тушения проводили по формуле, полученной для пены средней кратности [2].
Минимальная толщина слоя пены Н при естественной гравитации определяется равенством
ст/Сруг) = 1, (1)
где ст — предельное напряжение сдвига, Па;
Ру — плотность пены, кг/м3;
г — ускорение свободного падения, м/с2.
Из данного выражения следует:
н = ст/(руг). (2)
Выражение (2) используется при анализе материального баланса пены в процессе тушения горючей жидкости. Если разрушение пены происходит по всей площади контакта с горящим модельным очагом, то удельная скорость разрушения остается
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 ТОМ 23 №12
77
неизменной в течение всего времени тушения пламени.
Материальный баланс пены, поданной в модельный очаг горения (поддоны с гептаном), может быть представлен уравнением
q At = SUAt + AS р/ (h0 + Ah),
(3)
где д — массовый расход пены, кг/с; х — время тушения, с;
Б — площадь поверхности, покрытой пеной, м2; и — удельная скорость контактного разрушения пены, кг/(м2-с);
Но — высота борта поддонов с горючим, м; АН — высота слоя пены над бортом поддона с горючим, м.
Время тушения измерялось с момента подачи пены на модельный розлив, причем в первые секунды пена накапливалась около очага пламени и начинала продвигаться только после того, как слой пены становился выше, чем борта поддонов с гептаном. При анализе процесса тушения время накопления пены перед поддонами не учитывалось.
Решение уравнения (3) для граничных условий а = 0 при Б =0 имеет вид:
т = --
(ho + Ah) р o
KU
ln| 1 - US
(4)
Р/ = Po K (5)
где р0—плотность пенообразующего раствора, кг/м3.
При расчете по формуле (4) с использованием средней удельной скорости контактного разрушения пены 0,04 кг/(м2-с), высоты борта 15 см и кратности пены 500 получено время тушения от 40 до 60 с. Площадь поверхности, покрытой пеной в конце процесса тушения пламени, принимали в 1,5 раза больше, чем геометрическая площадь круга, на котором расположен модельный очаг пролива гептана.
В экспериментах установлено, что при тушении пламени пеной высокой кратности также существует оптимальный режим процесса тушения. Повышение интенсивности подачи пены от одного генератора пены ведет к увеличению средней толщины пенного слоя за счет высоты слоя пены над бортом поддона с горючим (АН в формуле (4)). Для уменьшения величины АН пену следует подавать из двух или трех точек в зависимости от характера горючей нагрузки и размера защищаемого помещения.
На основании проведенных экспериментов по тушению пламени пеной высокой кратности можно сделать также вывод: если основное действие пены заключается в том, чтобы покрыть площадь горения, то сопутствующим действием является замедление растекания пены и нарастание капиллярного давления в пенных каналах. Чем больше толщина слоя пены, тем выше капиллярное давление в пенных каналах. При достижении определенной высоты происходит самопроизвольное разрушение верхнего слоя пены. Чем выше интенсивность подачи пены, тем быстрее достигается критическое значение капиллярного давления.
q
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шароварников А. Ф. Противопожарные пены. Состав, свойства, применение. —М.: Знак, 2000. — 445 с.
2. Шароварников А. Ф., Молчанов В. П., Воевода С. С., Шароварников С. А. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. — М. : Изд. дом "Калан", 2002. — 448 с.
3. Шароварников А. Ф., Шароварников С. А. Пенообразователи и пены для тушения пожаров. Состав, свойства, применение. — М. : Пожнаука, 2005. — 335 с.
4. Корольченко Д. А., Шароварников А. Ф. Основные параметры процесса тушения пламени нефтепродуктов пеной низкой кратности // Пожаровзрывобезопасность. — 2014. — Т. 23, № 7. — С. 65-73.
Материал поступил в редакцию 22 октября 2014 г.
= English
POLYDISPERSE HIGH EXPANSION FOAM WHILE EXTINGUISHING SPILLS OF FLAMMABLE AND COMBUSTIBLE LIQUIDS
KOROL'CHENKO D. A., Candidate of Technical Sciences, Head of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation; e-mail address: ICA_kbs@mgsu.ru)
OVSYANNIKOV E. A., Postgraduate Student of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation; e-mail address: ICA_kbs@mgsu.ru)
SHAROVARNIKOV A. F., Doctor of Technical Sciences, Professor of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation; e-mail address: ICA_kbs@mgsu.ru)
ABSTRACT
Demonstrated the using of high expansion foam generator with a configuration allowing to obtain a foam of polydisperse structure. The advantages of a polydisperse foam to extinguish oil, as bottlings and tanks are shown. Proposed a new extinguishing method for the model fire using the experimental setup and the model bottling with metal partitions.
Keywords: high expansion foam generator; polydisperse foam; model bottling with metal partitions.
REFERENCES
1. Sharovarnikov A. F. Protivopozharnyye peny. Sostav, svoystva, primeneniye [Fire-fighting foams. Structure, properties, application]. Moscow, Znak Publ., 2000. 445 p.
2. Sharovarnikov A. F., Molchanov V. P., Voevoda S. S., Sharovarnikov S. A. Tusheniyepozharov nefti i nefteproduktov [Fire extinguishing of oil and oil products]. Moscow, Kalan Publ., 2002. 448 p.
3. Sharovarnikov A. F., Sharovarnikov S. A. Penoobrazovateli ipeny dlya tusheniyapozharov. Sostav, svoystva,primeneniye [Foam concentrates and fire extinguishing foams. Structure, properties, application]. Moscow, Pozhnauka Publ., 2005. 335 p.
4. Korol'chenko D. A., Sharovarnikov A. F. Osnovnyye parametry protsessa tusheniya plameni nefteproduktov penoy nizkoy kratnosti [Main parameters of extinguishing of the oil flame by low expansion foam]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2014, vol. 23, no. 7, pp. 65-73.
Издательство «П0ЖНАУКА»
ВНИМАНИЕ! Распространяется БЕСПЛАТНО!
А. Я. Корольченко, 0. Н. Корольченко
СРЕДСТВА ОГНЕ- и БИОЗАЩИТЫ
Изд. 3-е, перераб. и доп. - 2010. - 250 с.
В третье издание внесены существенные изменения: включена глава, посвященная механизму огнебиозащиты древесины, расширена глава по анализу требований, содержащихся в нормативных документах по средствам огнезащиты, и их применению в практике строительства. Приведена информация ведущих производителей средств, предлагаемых на отечественном рынке для огнезащиты: древесины (пропитки, лаки и краски), несущих металлических конструкций (средства для конструктивной огнезащиты, огнезащитные штукатурки, вспучивающиеся покрытия), воздуховодов, кабелей и кабельных проходок, ковровых покрытий и тканей. Представлены также биозащитные составы для древесины.
Информация о средствах огне- и биозащиты вкючает данные о рекомендуемых областях их применения, эффективности, технологии нанесения, организациях-производителях.
Издание предназначено для работников проектных организаций, специалистов в области огне- и биозащиты и пожарной безопасности.
121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2014 ТОМ 23 №12
79
