CC BY
19
9. Terras, M. M. The five central psychological challenges facing effective mobile learning [Text] / M. M. Terras, J. Ramsay // British Journal of Educational Technology. - 2012. - Vol. 43, Issue 5. - Р. 820-832. doi: 10.1111/j.1467-8535.2012.01362.x
10. Farwell, T. Keeping an Online Class Interesting and Interactive [Text] / T. Farwell // Distance Learning. - 2013. -Vol. 10, Issue 3. - Р. 27-32.
Рекомендовано до публжацп д-р техн. наук Новгков Ф. В.
Дата надходженнярукопису 17.04.2017
Грабовський Свген Миколайович, кандидат eKOHOMi4Hm наук, доцент, кафедра комп'ютерних систем i технологш, Харшвський нацюнальний економiчний ушверситет iMern Семена Кузнеця, пр. Науки, 9-а, м. Харшв, Украша, 61166 E-mail: Yevgen.Hrabovskyi@hneu.edu.ua
Пковатий Володимир Михайлович, кандидат економiчних наук, доцент, кафедра комп'ютерних систем i технологш, Харшвський нацюнальний економiчний ушверситет iменi Семена Кузнеця, пр. Науки, 9-а, м. Харшв, Украша, 61166 E-mail: Volodymyr.Hikovatyi@hneu.edu.ua
УДК 614.841.4
Б01: 10.15587/2313-8416.2017.104613
АНАЛ1З СПОСОБ1В ГАС1ННЯ ПОЖЕЖ В РЕЗЕРВУАРАХ З НАФТОПРОДУКТАМИ КОМБ1НОВАНИМ СПОСОБОМ
© Р. А. Корольов, В. В. Ковалишин, Б. В. Штайн
Розглянуто перспективи та недолжи використання твердих гранул дюксиду вуглецю. Запропоновано но-вий спо^б визначення вiдносноi вогнегасно'1' ефективностi комбiнованого гастня для мiнiмiзацii часу гастня та зменшення кiлькостi вогнегасних засобiв. Запропоновано розробити стендове експеримен-тальне устаткування, для визначення вiдносноi вогнегасно'1' ефективностi комбтованого способу гастня нафтопродуктiв комбтуванням твердих гранул дiоксиду вуглецю i тноутворювача Ключовi слова: гастня, дюксид вуглецю, пiноутворювач, нафтопродукт, пожежа, температура, по-лум 'я, ефективтсть, охолодження, iзоляцiя
1. Вступ
Сучасний Свгг не можна уявити без новгтшх технологш, машин, шдприемств, виробництв. Також з кожним роком випускаеться все бшьше сучасних автомобшв для покращення життедiяльностi люди-ни, а значить i ст^мко зростае попит на нафтопроду-кти, як необхвдш для функцюнування оточуючо! нас iнфраструктури.
Нафтопродукти розподiляються на свiтлi та темш i в свою чергу до свгтлих належать: бензин, уайт-спiрит, ллрош, гас, дизельне паливо, газойль. До темних: мазут, олива (сумш високомолекуляр-них нафтових вуглеводнiв, що використовуеться в техшщ як змащувальний, електроiзоляцiйний, кон-сервацiйний матерiал та робоча рщина), мастило (структурована загусником олива, що застосовуеть-ся для зменшення тертя, консервацп виробiв та гер-метизацii ущiльнень), вазелiн, парафiн, церезин, гудрон, биуми нафтовi, асфальт, асфальтени, нафто-вий кокс, пек та ш. [1].
За даними [2], на територii Украши, станом на квпень 2017 року, налiчуеться приблизно 3702 АЗС,
що належать 45 брендам, на яких розмщуються ре-зервуари для збертання паливно-мастильних матерь алiв об'емом до 100 м3.
В табл. 1 наведено масштаби видобутку та пере-робки нафтопродукпв в Украiнi за 2003-2010 роки [3].
Зпдно iз статистикою виникнення пожеж в резервуарних парках вах кран, що продукують нафтопродукти [4], наглядно показуе тенденщю до ш-двищення пожежноi небезпеки при збiльшенi масш-табiв резервуарних парков i вказуе на необхщшсть подальшого вдосконалення заходiв пожежно1' небезпеки при iх проектуванш та експлуатацп. На сього-дшшнш день склади нафти i нафтопродукпв е одним iз найважливших елементiв системи нафтопро-дуктозабезпечення Украши. На початку 1992 року в Украш тiльки на нафтобазах експлуатувалось по-над 11500 металевих резервуарiв загальною мют-кiстю понад 5 млн. м3. На нафтоперпекачувальних станщях у системi нафтопроводiв ВАТ "Укртранс-нафта" знаходяться резервуари сумарною мюшстю понад 1 млн. м3, у системi ДП "Прикарпатзахщ-транс" - близько 350 тис. м3.
Таблиця 1
Виробництво нафтово! промислово! продукцц за 2003-2010 роки ___
Вид сировини/Рш 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Добувна промисловiсть
Нафта сира, млн.т 2,8 3,0 3,1 3,3 3,3 3,2 2,9 2,6
Переробна промисловють
Смоли (кам'яновугшьш), тис.т 1015 1029 876 910 934 881 785 845
Бензин моторний з вмютом свинцю 0,013 г/л i менше, тис.т 4308 4997 4609 3926 4161 3223 3259 2875
Паливо дизельне для транспорту автомобшьного i залiзничного, тис.т 6325 6265 5290 4270 4147 3659 3903 3709
Мазути паливш важкi, тис.т 7970 7766 5889 3836 3477 2460 2600 2464
Мастила, масла гнш, тис.т 180 214 176 210 214 188 110 119
Пропан i бутан скраплеш, тис.т 722 754 766 758 824 727 733 679
Парафiн нафтовий, тис.т 15,7 13,9 11,0 13,0 12,2 12,2 15,7 14,3
Пожежi нафти 1 нафтопродукпв у резервуарах, як правило, е складними i масштабними, лшввдовують-ся з великими труднощами, наносять велику шкоду i часто приводять до загибелi людей. Як свщчигь статистика [4]: в США в резервуарних парках щорiчно вини-кае 20 пожеж, у Япони щорiчно виникае по однш по-жежi. Статистика свiдчить про такий розподiл пожеж: на об'ектах «Головтранснафти» - 9,7 %, на нафтопро-мислах - 14,2 %, на нафтопереробних заводах - 28,4 % на розподшьних нафтобазах - 47,7 %. В наземних резе-
рвуарах сталося 93,4 % пожеж, причому 32,1 % з них мали мiсце в резервуарах з сирою нафтою, 53,9 % - в резервуарах з бензином, 14,0 % - в резервуарах з шши-ми нафтопродуктами (мазут, гас тощо). Пожежi вiдбу-валися в основному у вертикальних сталевих резервуарах (227 випадюв), з них 198 випадкiв (87,2 %) припа-дають на резервуари з бензином та сирою нафтою.
Основою пожежогасiння е примусове припи-нення процесу горшня [5]. На практицi використову-ють декшька способiв припинення горiння (рис. 1).
Рис. 1. Класифжащя способiв припинення горшня
Кожен i3 cnoco6iB припинення горiння можна здiйснювати рiзними прийомами, зокрема !х поед-нанням. Наприклад, створення iзолюючого шару на поверхш легкозаймисто! рiдини, яка горить, може бути досягнуто через подачу тни крiзь шар горючо! рщини, або за допомогою пiнопiд'йомникiв, навю-ними струменями тощо.
Спосiб охолодження грунтуеться на тому, що горшня речовини можливе тiльки тодi, коли температура ii верхнього шару вища за температуру його спалаху для легкозаймистих рiдин (ЛЗР) tcn - 28 °С. Якщо з поверхш горючо! речовини вiдвести накопи-чене тепло, тобто охолодити И нижче температури спалаху, горiння припиняеться (1).
tnoe(ЛЗР,ГР) — tcn(ЛЗР,ГР) ,
(1)
де 1пое(ЛЗР, ГР)- температура поверхнi легкозаймистих рiдин та горючих рiдин; 1сп(ЛЗР, ГР) - температура спалаху легкозаймистих рщин та горючих рщин.
Спосiб розрiдження базуеться на здатносл речовини горiти при вмюп кисню у атмосферi бiльше 14-16 % за об'емом. Зi зменшенням кисню в повiтрi нижче вказано! величини полум'яне горiння припиняеться, а пот!м припиняеться i тлiння внаслiдок зме-ншення швидкостi окислення. Зменшення концентра-цil кисню досягаеться введениям у повiтря iнертних газiв та пари i з зовш або розведенням кисню продуктами горшня (у iзольованих примiщеннях).
Спосiб iзоляцii грунтуеться на припиненш на-дходження кисню повiтря до речовини, що горить. Для цього застосовують рiзнi !золююч! вогнегаснi речовини (хiмiчна повiтряно-механiчна пiна, порошок та шше).
Спосiб хiмiчного гальмування реакцiй горiння полягае у введенш в зону горiння галовдно-похвдних речовин (бромисп метил та етил, фреон та шше), яш при потраплянш у полум'я розпадаються i з'еднуються з активними центрами, припиняючи ек-зотермiчну реакцiю, тобто видiлення тепла. У результат! цього процес горiння припиняеться [6].
У свгтовш практицi, в якостi удосконалення вогнегасних засобiв, перспективний напрямком е комб^вання iснуючих способiв для пiдвищення фь зико-хiмiчних властивостей компонентiв як1 призна-ченi для гасiннi ЛЗР та ГР. Використання тих чи ш-ших вогнегасних засобiв при гасшш пожеж горючих рiдин, зокрема нафтопродуклв, обмежуеться умова-ми технiчноi реалiзацii способу подачi та впливом теплофiзичних показник1в палаючо' рвдин (вiдкрите полум'я, конвективш потоки, висока температура). Тому, процес гасшня пожеж в резервуарах з горючими рщинами е вкрай складним, довготривалим i до-волi витратним, що зумовлюе необхщшсть розробки новiтнiх засобiв та методiв пожежогасiння.
тний газ перед подачею в рвдину охолоджують до те-мператури, меншо' за точку замерзания розчину ПУ. Пристрiй для реалiзацii способу мiстить емнiсть з ро-зчином ПУ, з' еднану трубопроводом з форсункою, джерело iнертного газу, з'еднаний трубопроводом з барботером, встановленим в рщини, сповiщувач за-ймання i зашрш клапани. При цьому форсунка вста-новлена в рвдини над барботером в безпосереднш близькостi до нього, а емшсть з пiноутворюючим ро-зчином може бути встановлена в резервуарi з рщи-ною. Крiм того, в трубопроводi, що з'еднуе джерело газу з барботером, встановлена вихрова труба, сопло-вий вхвд яко' з'еднаний з джерелом газу, а трубопровод холодного потоку - з барботером (рис. 2).
7
2. Лггературний огляд
Першим дослвдником гасiння нафтопродуклв твердими гранулами дiоксиду вуглецю ще у 1972 ро-цi став Абдурапмов I. М., у сво'й роботi [7] вiн розг-лянув теоретичнi основи застосування ще' речовини для л^щацп пожеж нафтопродуктiв у резервуарах. За результатами проведених дослвджень була обрана нерiвнiсть (1), що зумовлюе припинення горiння шляхом охолодження прогрiтого прошарку рщини до тем-ператури нижчо' температури И спалаху.
Нерiвнiсть (1) виконуеться, якщо згiдно тепло -вого балансу, виконуеться умова:
ЛЗР, ГР) ^j q (ъ )dT+ Q:
,3l6
'ЛЗР,ГР,
(2)
де АQвrOдв(Лзp гр) - мльшсть тепла, яку необхвдно вывести вiд 1 м2 поверхш шару рвдини, кДж/м2; (г) -штенсившсть променевого теплового потоку, який поступае ввд факелу полум'я до дзеркала поверхш ЛЗР, ГР в процес гасшня, кДж/(м2-с); гТ - час гасш-
ня, с; QI
- кiлькiсть тепла, 3i6paHoro в поверхне-
вому прошарку рщини, кДж/м .
Робота Абдурагiмова I. М. дала поштовх для вдосконалення i покращення даного способу л^вда-цii пожеж у резервуарах з нафтопродуктами. Нижче представленi та проанал1зоваш дослiдження та установки пожежогасшня, як1 були розробленi на основi використання дiоксиду вуглецю.
У дослщженш [8], запропонований спосiб полягае в одночаснш подачi iнертного газу (дюксину вуглецю) в горючу рщину i розчину пiноутворювача (ПУ) до осередку горiния над зоною утворення буль-башок барботуючого iнертного газу. При цьому шер-
Рис. 2. Принципова схема гасшня пожеж! в резервуарi iз нафтопродуктами: 1 - балон зi стисненим шертним газом;
2 - автоматичний клапан подачi iиертиого газу; 3, 11 - манометр; 4 - охолоджуюча камера; 5 - форсунки для подачi шертного газу; 6 - резервуар; 7 - трубопровщ
подачi iиертиого газу в резервуар з пшоутворювачем; 8 - резервуар з пшоутворювачем; 9 - трубопроввд подачi пiиоутворювача до резервуару з нафтопродуктом;
10 - запiриий вентиль; 12 - форсунки для подачi тноутворювача; 13 - сповщувач загоряння
В робот [9] був розглянутий споаб гасiния рь дини в резервуар^ що включае подачу iнертного газу через шар горючо' рiдини, що вiдрiзняеться тим, що, з метою пвдвищення ефективного гасiння, одночасно з подачею шертного газу через шар рвдини на дзер-кало рщини подаеться розпилений ПУ (рис. 3).
Недолжом цього способу е велика юльшсть до-даткового обладнання для збертання i подачi вуглекис-лого газу, його збертання в охолодженому станi, подачi ПУ, та наявносп над поверхнею дзеркала ЛЗР сповшу-вача, який приводить в дю автоматичну систему поже-жогасiння, осшльки у 82 % пожеж в резервуарах супро-воджуються вибухом. Також для реал1зацп цього способу гасшня нафтопродукту необхвдно буде обладнува-ти таким комплексом кожен резервуар, що в свою чергу потягне за собою велик! матерiальнi затрати.
Цей споаб е аналопчним до попереднього, за винятком вщсутносп охолодження iнертного газу перед його подачею в рщину а розчин ПУ подаеться лише на дзеркало нафтопродукту де пщдаеться до теплофiзичних показник1в.
г
Д-И-
Рис. 3. Принципова схема гасшня пожежi в резервуарi iз нафтопродуктами: 1 - балон зi сгисненим шертним газом;
2 - автоматичний клапан подачi шертного газу; 3, 10 -приймальний пристрш сигналiв гемперагурного датчику та сповщувача загоряння; 4 - форсунки для подачi шертного газу; 5 - нафтопродукт; 6 - температурний датчик; 7 - спо-вщувач загоряння; 8 - форсунки для подач тноутворюва-ча; 9 - резервуар з шноутворювачем;
11 - затрш венгилi
В дослiдженнi [10] запропоновано споаб по-дачi в резервуар в зону горшня рщини газодисперсно! вогнегасно! сумшГ, що вiдрiзияеться тим, що вогнегасну сумш подають з плаваючого в центрi резервуара пристрою. Вогнегасну газодисперсну сумш (ГДС) утворюють в вищевказаному пристро! шляхом подачi шд тиском не менше 1 МПа газопо-дГбного ^або скрапленого флегматизатора i/або скрапленого та/або газоподiбного гомогенного шп-бiтора горшня в емшсть з порошкоподГбним або рь дким гетерогенним шпбггором горшня. Пристрш мае розривну мембрану або клапан, який розкрива-еться при перевищеннi вищезазначеного тиску Г за-безпечуе випуск ГДС через вихщний трубопровщ Г круговий сопловий розпилювач. Розпилення вщбу-ваеться компактними струменями з кутом розбГжно-ст 5-15° в площиш паралельно! рщини з витратою не менше 10 кг/с зГ швидшстю витiкання на зрГзГ сопла не менше 70 м/с. Подачу струмешв ведуть з роз-горткою на 360° таким чином, щоб вони в ращаль-ному напрямку всередиш резервуара не перетина-лися, створюючи в утвореному вогнегасному середо-вищГ розргдження, що забезпечуе шдсмоктування в зону розрщження продуклв горшня з верхньо! зони пожежт Тим самим утворюючи суцшьну кругову вогнегасну зону. Сшвввдношення вогнегасних площ, утворених газодисперсними струменями Г продуктами згоряння рщини, що горить в межах ввд 1:1 до 10:1, а сшввщношення мас мГж газовою Г дисперсно! фазами вогнегасно! сумшГ знаходиться в межах вгд 0,2:1 до 15:1.
Недолшом даного способу е те, що ефективне гасшня може вщбуватись лише за цшсносп резервуара. При утворенн кишеш, зриву даху, чи перекосу понтону даний споаб буде недоцшьним. Також в ньому не враховано охолодження нафтопродукту, що суттево пришвидшило б ефект гасшня.
В робот [11] твердий дюксид вуглецю в роздро-бленому виглящ подаеться щд шар горючо! ргдини компактними порщями, причому даметр дробу стано-вить 3-4 см Г в процеа сублГмаци "сухого льоду" порцп, активно охолоджують нагргшй верхнш шар рГдини, що горить. Охолодження верхнього шару ргдини веде до зменшення швидкосп пароутворення Г до зниження ак-тивносп горшня. Двоокис вуглецю, що виходить на по-верхню рГдини, припиняе горшня на локальнш площГ за рахунок пригтчення парГв горючо! рГдини. Змшена при цьому аерацшна сигуацiя над дтянкою виходу газопо-дГбного двоокису вуглецю сприяе ежекцп !! шару до зони горшня. В наслвдок чого, в тонкому шарГ частково за рахунок пригтчення паргв ргдини, частково за рахунок зниження концентрацп кисню повпря, що надходить до зони горшня, ввдбуваеться припинення екзотермчно! реакцп. Цей ефект, в свою чергу знижуе тепловипромь нювання в сторону дшянки, де горшня вже лшвщовано, тим самим сприяючи пересуванню кордону зони горш-ня в сторону вгд дшянки введення шд шар ргдини двоокису вуглецю. Таким чином, наявшсть конвективно! колонки вшьним дзеркалом ргдини, що горить, забезпечуе самолокалзащю горшня за рахунок ежекцп до зони горшня в тонкому шарГ шпбуючо! газоподбно! вугле-кислоти, що виникае при введенш "сухого льоду" щд шар ргдини, що горить (рис. 4).
в
Рис. 4. Принципова схема гасшня пожеж! в резервуарГ Гз нафтопродуктами: а - подавання твердих гранул дюксиду
вуглецю з навпряно! сторони резервуару, що горить; б - вившьнення в процеа сублГмацп СО2 з твердих гранул дюксиду вуглецю; в - пригтчення парш горючо! рщини парами СО2
Основним недолшом даного способу е розра-хунково-велика кiлькiсть вогнегасних засобiв необ-хiдних для припинення горшня. Але на вiдмiну вiд попереднього враховано охолодження нафтопродук-ту твердою гранульованою вуглекислотою. Також слiд зазначити, що закинута в резервуар вуглекислота одшею порцiею з певно! сторони буде витрачати час на розповсюдження i охолодження горючо! речовини по всш площинi, що в свою чергу збiльшить час лш-ввдацп горiння.
В дослiдженi [12] пристрш мiстить джерело з негорючих газом, шноутворюючий розчин з щшьшс-тю, що перевищуе щiльнiсть горючо! рщини, розмь щений в нижнiй частиш резервуара з рвдиною, i два барботера. Один барботер встановлений в рвдиш, а шший - в шноутворюючому розчинi. Кожен барботер з'еднаний з джерелом негорючого газу трубопроводом з затрним клапаном. Затрний клапан трубопроводу першого барботера функцiонально пов'яза-ний з датчиком температури, встановленим на повер-хнi рщини, а запiрний клапан iншого барботера - з сповщувачем займання (рис. 5).
Рис. 5. Принципова схема гасшня пожежi в резерву-арi iз нафтопродуктами: 1 - балон зi стисненим iнертним газом; 2 - загальний резервуар; 3 - автоматичний клапан подачi шертного газу;4 - трубопровiд подачi шертного газу
в прошарок нафтопродукту; 5, 13 - зашрний вентиль; 6, 14 - манометр; 7, 11 - форсунки для подач шертного газу; 8 - нафтопродукт; 9 - тноутворювач; 10 - донна вода; 12 -трубопроввд подачi шертного газу в прошарок з пшоутво-рювачем; 15 - датчик температури; 16 - пожежний сповь щувач
Даний споаб е схожим з запропонованими у дослiдженнях [8, 9], але на ввдмГну вщ них пропону-еться закачування пiноутворювача густиною бшь-шою за густину нафтопродукту в проспр призначе-ний для донно! води г цим позбавляе потреби у дода-тковому обладнанш для зберiгання пiноутворювача. Недолiками цього способу е недослвджешсть впливу нафтопродукпв на фТзико-хТмТчний склад ПУ при до-вготривалому зберiганнi, а також можливютю реаль зацii зберiгання лише в резервуарах з сирою нафтою. Також до основних недолЫв ввдноситься встанов-лення температурних датчикiв та датчишв сповТщу-вачiв займання, що знову ж таки не гарантуе роботу приладiв на початковiй стади займання Тз супрово-дженням детонацшного вибуху.
У робот [6] розглянуто перспективу поеднан-ня комбiнованих вогнегасних речовин на основТ тве-
рдих гранул дюксиду вуглецю, та частково експери-ментально пiдтверджено ефективнiсть застосування даного способу на модельному резервуар^ що харак-теризуеться зменшенням часу гасшня нафтопродукту. Ця робота стала початком дослвджень гасiння нафтопродукпв за допомогою комбiнування твердих гранул дюксиду вуглецю г тноутворювача, в якш було запропоновано поеднати гранульовану вуглеки-слоту з 1 % розчином тноутворювача, який подавав-ся через модельний тно генератор. Схема зображена на (рис. 6).
wmm
О о
N^WWWWWWWWWWW^
3
i e с q ^ " 3
гххххххххххххххххххххххххххххГ б
Рис. 6. Принципова схема гасiння пожежi в резервуарi Тз
нафтопродуктами: а - гранулами дюксиду вуглецю: 1 - сухий лщ; 2 - газовi потоки, яш утворюються внасль док сублiмацii дюксиду вуглецю; 3 - гранули в газовш оболонщ, яю тдшмаються до пове-рхш рТдини; 4 - газова подушка над поверхнею рвдини; 5 - бетонна плита; б - повпряно-мехашчною п1ною (ПМП): 1 - бетонна плита; 2 - нафтопродукт; 3 - генератор ПМП (модельний);
4 - ПМП
В даному дослвджеш не було розглянуто таких важливих питань, що визначають вщносну вогнегасну ефективнiсть. Основою таких дослiджень е визначення:
1) спiввiдношення дюксиду вуглецю до ПУ;
2) способу !х комбшування;
3) способу подачi вогнегасно! речовини в резервуар з нафтопродуктами;
4) час припинення горшня;
5) час досягнення на поверхш температури нижчо! / .
3. Мета та задачi досл1дження
Мета дослiдження - розробити споаб визначення вщносно! вогнегасно! ефективносп гасiння
а
нафтопродуклв комбшованим способом на ochobî подавання твердих гранул дiоксиду вуглецю та шно-утворювача для мiнiмiзацiï часу гасiння та кiлькостi вогнегасних речовин.
Для досягнення мети були поставлен наступш
задачi:
1. Провести аналiз способiв здiйснення подачi вогнегасно1 речовини безпосередньо в товщу нафтопродукту (щдшарове гасiння), що мiнiмiзуe негативний вплив температурних чинникiв ввдкритого полум'я на змiну фiзико-хiмiчного складу засобiв гасiння;
2. Запропонувати оптимальну схему процесу гасiння без розмщення додаткового обладнання (врь зка в комушкацп технологiчного процесу зберiгання нафтопродуклв);
3. Розробити експериментальне устаткування та методику проведення дослiдження, для визначення необхiдноï кiлькостi запропонованих вогнегасних речовин окремо та у 1х комбшуванш пiд час гасiння пожежi нафтопродуктiв в резервуарах.
4. Методика та виклад результалв досль дження по гасшню пожеж в резервуарах з нафтоп-родуктами на основi комбiнування твердих гранул дюксиду вуглецю та розчину пiноутворювача
4. 1. Розробка способу дослвдження вщносноТ вогнегасно'1 ефективностi комбiнованого способу гасшня нафтопродуклв
Для реалiзацiï визначення вiдносноï ефектив-ностi комбiнованого способу гасшня ЛЗР та ГР вог-негасною речовиною (дюксин вуглецю + ПУ), запро-поновано розробити експериментальне устаткування за схемою, яка зображена на рис. 9.
Рис. 9. Принципова схема установки визначення вiдносноï ефективност гасiння пожежi нафтопродуктiв комбшованим способом: 1 - дека; 2 - скляна колба; 3 - кран подачi твердих гранул дюксиду вуглецю; 4 - термос з твердими гранулами дюксину вуглецю; 5 - тршник; 6 - зворотнш клапан; 7 - кран зливу нафтопродукту; 8 - резервуар для зливу нафтопродукту; 9 - кран подачi ПУ; 10 - резервуар з розчином ПУ; 11 - редуктор; 12 - манометр; 13 - балон з стиснутим повггрям (або) iнертним газом; 14 - отвори для термопар x 8; 15 - стягукга штанги
Для досягнення поставленоï мети дослвдження, необхiдно дати вiдповiдь на три основш питання, а саме:
1. Яка шльшсть розчину шноутворювача необ-хiдна для лiквiдацiï горшня i унеможливлювання повторного самозаймання нафтопродукту.
2. Яка шльшсть твердих гранул дiоксиду вуглецю необхвдна для лiквiдацiï горшня нафтопродукту.
3. Яке сшвввдношення твердих гранул дюксиду вуглецю та розчину шноутворювача забезпечить оптимальну вогнегасну та економiчну ефективнiсть при 1'х комбiнуваннi.
Для вiдповiдi на перераховаш вище запитання необхiдно провести три окремих дослвди.
1. Визначення шлькосл розчину шноутворюва-ча необхвдного для лшввдацп горiння i унеможливлю-вання повторного самозаймання нафтопродукту.
Перший етап: Перед початком дослiджень в колбу 2 заливаеться донна вода, у сшвввдношенш 3 % до шлькосл нафтопродукту i сам нафтопродукт. Крани 3, 7, 9 i балон 13 знаходяться в закритому по-ложеннi.
Волонтер в теплозахисному одязi запалюе факел на жердиш, яка мае бути не коротша за 2 м, i з навлряно1' сторони здшснюе пвдпал нафтопродукту, пiсля чого жердина гаситься у завчасно шдготовленш емностi з водою.
Другий етап: Нафтопродукту даеться 5 хви-лин вшьного горшня, шсля чого вiдкриваеться кран 9 та балон 13. Стиснене повлря або шертний газ з ба-лону 13 через редуктор 11 та манометр 12 поступае до резервуару 10 i виштовхуе розчин ПУ через зворо-тнш клапан 6 до скляно1' колби 2 та у деку 1. Подача ПУ припиняеться закриттям балону 13 i крану 9 шсля л^вдацп факелу горiння i охолодження нафтопродукту до температури меншо1' за температуру самоспа-лахування. При повторному загоряннi нафтопродукту провести ва дй' повторно.
Третiй етап: По зашнченню дослiду вiдкрити кран 7, злити нафтопродукт в резервуар 8, ввд'еднати резервуар 10, перелити розчин ПУ в мiрну тару, i ви-значити кiлькiсть використаного розчину ПУ для ль квщацп горiння. Результати записати в протокол до-слiджень.
2. Визначення шлькосл твердих гранул дюксиду вуглецю необхiдноï для л^вдацп горiння наф-топродукту.
Повторити дп першого етапу визначення шлькосл розчину шноутворювача необхвдного для л^ь дацiï горiння i унеможливлювання повторного само-займання нафтопродукту.
Шсля 5 хвилин вшьного горшня вщкрити кран 3 для подачi твердих гранул дюксиду вуглецю з термосу 4. Дослвд припиняеться при лшвщацп вах чин-никiв повторного виникнення горiння. Повторяти до-слiд з поступовим зменшенням кiлькостi твердих гранул дюксиду вуглецю до визначення мiнiмальноï необхiдноï його кiлькостi для лшввдацп горiння наф-топродукту.
Повторне використання нафтопродукту мож-ливе без його замши, осшльки твердi гранули дюксиду вуглецю не змiнюють його хiмiчних властивостей та якостей.
Перед кожним дослiдом пiсля попереднього, необхвдно вичекати поки нафтопродукт не набуде первiсноï температури.
3. Визначення сшвввдношення твердих гранул дюксиду вуглецю та розчину шноутворювача при 1х комб^ванш, яке забезпечить оптимальну вогнегас-ну та економiчну ефективнiсть.
Повторити дiï першого етапу визначення шль-костi розчину шноутворювача необхвдного для лжю-дацiï горшня i унеможливлювання повторного само-займання нафтопродукту.
Шсля 5 хвилин вiльного горiння послвдовно вiдкрити кран 9, балон 13 та кран 3 до моменту лжю-дацп горiння та вах чинникiв повторного самозай-мання. По зашнченню дослiду, перекрити крани i балон в зворотному порядку.
Повторювати дослвд до визначення оптимального сшвввдношення твердих гранул дюксиду вуглецю та розчину ПУ, яке забезпечить максимальну мь нiмiзацiю у час для лiквiдацiï пожежi в резервуарi з нафтопродуктами.
4. 2. Теоретичш положення комбiнованого способу гасшня за принципом «охолодження»
Процес гасшня нафтопродукту в резервуарi твердою вуглекислотою можна описати наступним чином. Гранули твердого дюксиду вуглецю помща-ються в резервуар з рвдиною, що горить. Так, як щшьшсть твердоï фази дiоксиду вуглецю вища щшь-ностi рiдини, гранули опускаються в шар рвдини. На поверхнi гранул бурхливо проходить процес субль мацп. В результатi цього процесу ввдбуваеться акти-вне поглинання тепла ввд рiдини.
Видiлений газ спрямовуеться до поверхш дзеркала рвдини. У результат сильно розвиненого контакту по поверхш дрiбних бульбашок дюксиду вуглецю з горючою рвдиною, велишй рiзницi температур газу i рвдини i великий теплоемносл С02 ввдбуваеть-ся активне поглинання тепла для на^вання газових потокiв до температури рвдини.
Теоретична модель способу описуе два основ-m мехашзми гасiння полум'я: охолодження зони горшня i верхнього шару рвдини i розбавлення зони горшня нейтральним газом.
У результат аналiзу процесу сублiмацiï дюк-сиду вуглецю твердого в рвдиш, отримано вираз, що характеризуе кiлькiсне змiна штенсивносл тепла, що поглинаеться в одиницю часу при сублiмацiï, q£(T), Дж• с"1
r • m • m'J -т2 q£(r) = -3--, Дж • с"1
Р • R
(3)
де rCO - теплота сублiмацiï, Дж • с m - маса твер-
доï вуглекислоти, яка витрачена на гасiння пожежi в резервуар^ кг; m' уд - питома масова швидшсть газоу-творення твердого дiоксиду вуглецю, кгм-2с-1;т -час, с; р - густина твердого дюксиду вуглецю, кгм-3; R 0 - вихiдний радiус одноï гранули, м.
Отримано залежнiсть змши iнтенсивностi поглинання тепла при нагршанш газу дiоксиду вуглецю, що утворився в результата сублiмацiï, при контакт з
рiдиною, вiд температури твердоï речовини Тсубл до температури рвдини Тр, qC^T), Дж • с-1 дорiвнюе:
qCOP T) = -3
f 3 2
с • r • m • m д т
со2 уд
Р3^
^^ж Т'субл ) , Д ж с (4 )
де сс02 - питома теплоемшсть газу дiоксиду вуглецю, Джкг-1 К-1.
Якщо розглядати процес гасiння пожеж нафтопродуклв i полярних рвдин в резервуарах твердим дiоксидом вуглецю як об'емний споаб, то умовою .икюдацй факелу полум'я, буде створення над повер-хнею рiдини, вогнегасноï концентрацiï газу дiоксиду вуглецю.
Загальне рiвняння матерiального балансу газу дюксиду вуглецю, видшився в результатi сублiмацiï в шарi рiдини, мае вигляд:
S0 • hdç = m'dT-S0 •U •фёт,
(5)
де m - витрата газу дюксиду вуглецю через поверх-ню шару рвдини, кг с-1; S0 - площа дзеркала резервуару, м2; h - висота шару газу накопиченого над пове-рхнею рвдини, м; р - концентращя дiоксиду вуглецю
над поверхнею, кгм потокiв, мс-1.
3; U - швидшсть конвективних
Отримано вираз питомоï витрати вогнегасноï речовини для гасшня пожеж, G, кг м-2:
_ ß^ J2 , i J Л G = i---ln I-1.
и U - и •çF)
(6)
де ß - коефiцiент ежекцiï, м3 с кг-1, зворотний пока-
3
зник величини, що характеризуе шльшсть м повиря в секунду захоплюваний одним кiлограмом газу, що видшяеться; J - штенсившсть надходження газу дю-
ксиду вуглецю на поверхш рвдини в одиницю часу,
-2 -1 кг м с
4. 3. Результати теоретичних розрахуншв залежност питомо'1 вогнегасно'1 речовини
Графiчно функцiональна залежшсть (6), для значень ß = 1 м3 • с • кг-1, U = 0,5 м • с-1, представлена на рис. 7.
Крива функцiональноï залежностi G(J) мае ек-стремум функцiï, в якому, при деякому значеннi J, значення G (J)=min.
При значеннях JJ функця G(J)^<x>, фактично це означае, що при зменшент величини iнтенсивностi J нижче значення Ji, гасiння полум'я не наступить.
Таким чином, значення Ji при якому G(J)=min е оптимальною величиною Ji=Jopt.
Визначена масова швидшсть газоутворення -штенсившсть сублiмацiï дюксиду вуглецю твердого гранульованого, помщеного в рiзнi види рiдин.
Залежшсть штенсивносл сублiмацiï дiоксиду вуглецю ввд температури рвдини показана на рис. 8.
g ( j), кг * и3
2 1,8
1,6 1A 1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
0,2
0,3
0,4
0.5
0,6
0.7
0,8
0,9
j, kt * m"
+ ЦТ-2 4t
Рис. 7. Залежтсть питомо! витрати вогнегасно! речовини вiд iнтенсивностi надходження газу до поверхш рiдини
(загальний вигляд)
0,15
0,05
20
60
Температура бензину, аС
Рис. 8. Змша штенсивносп сублiмацri дiоксиду вуглецю твердого (jCO ) в бензиш при змш температури
У результатi аналiзу отримано спрощений ма-тематичний опис залежносп iнтенсивностi сублiмацil твердого дюксиду вуглецю вiд температури рвдини, в яку вш помiщений. Результати математичного аналь зу наведенi в табл. 2.
Таблиця 2
Залежшсть iнтенсивностi сублiмацil твердого
Родина Функщя
Бензин jCO (t) = 0.04 + [— | CO2 [ 1000 J
5. Обговорення результат дослiдження
Проведено вивчення механiзму перемшування в процеа сублiмацil твердого дiоксиду вуглецю, помще-ного в рвдину. При помщент в об'ем рщини твердого дюксиду вуглецю, гранули опускаються в шарi рвдини. У результат фазового переходу твердого тша в газ до
поверхт р1дини спрямовуються потоки газу, що викли-кають рух шар!в р1дини у всьому резервуарг Виникаю-че тепло-масо перенесення, призводить до интенсивного охолодження прогр1того верхнього шару.
Участь механiзму перемiшування в процеа га-с1ння полум'я палаючо!' р1дини характеризуеться т1с-ним зв'язком теплових i г1дродинамiчних факторiв: теплообмш м1ж факелом полум'я i рщиною, тепло-масообмiн всерединi само!' рщини i т. д.
Початковий розподш температури в мас рщи-ни, встановлюеться протягом часу в1льного горшня, при вплив1 механiзму перемiшування зазнае значних змш, як1 призводять до зниження температури верхнього шару рвдини до середнього значення температури в глибиш резервуара.
Швидшсть зм1ни температурного поля не од-накова у вс1х частинах системи. У глибинних шарах рвдини температура зм!нюеться швидко i приймае значення, близьке до кшцево! температури за пор!в-няно короткий час, практично вщповвдне часу вста-
новлення стацюнарного гiдродинамiчного режиму. Змша температури поблизу вiльноï поверхнi рвдини протiкае значно повiльнiше, нiж в глибинних шарах, що пов'язано з бшьш високим початковим значениям температури в цш зонi i з випромшюванням факела полум'я, який е джерелом тепла.
По закiиченню дослвджень i отримаинi позити-вних результалв щодо вiдносноï вогнегасноï ефектив-ност застосування комбiноваиого способу гасiния по-жеж в резервуарах з нафтопродуктами, за схемою «твердi гранули дiоксиду вуглецю + розчин ПУ», пла-нуеться розробити пристрiй для подачi запропонованоï комбшацп вогнегасних речовин, який мiнiмiзуе шль-кiсть особового складу та техшки необхiдноï для лж-вiдацiï пожеж в резервуарах з легкозаймистими та горючими рвдинами. Цей пристрш буде пвдключатись до комунiкацiй резервуару, що призведе до наступного:
- зникне необхiднiсть встановлювати високо-вартюне i громiздке обладнання ззовнi i в середиш резервуару;
- зменшить шльшсть особового складу i техш-ки задiяноï в лiквiдацiï пожежi;
- надасть пiдроздiлам бiльшоï мобiльностi, швидкосл i ефективностi у лiквiдацiï пожеж в резервуарах з нафтопродуктами;
- дозволить проводити л^вдацш пожежi на безпечнiй ввдсташ вiд резервуару в якому виникла пожежа.
6. Висновки
1. На основi проведеного аналiзу методiв та те-хнiчних засобiв з гасiння нафтопродуклв в резервуарах на основi твердих граиул дiоксиду вуглецю визна-чено його перспективнiсть та недолши якi необхiдно врахувати при подальших дослiдженнях. Вирiшено здшснювати подачу вогнегасних засобiв в товщу нафтопродукту, осшльки це мiнiмiзуе негативний вплив температурних чинникiв на засоби гасшня.
2. Запропоновано спосiб гасiння пожеж в резервуарах з нафтопродуктами без розмщення додатко-вого стацюнарного обладнання, шляхом врiзки при-ладу з вогнегасними речовинами в комушкацп тех-нологiчного процесу зберiгання нафтопродуклв.
3. Розроблене експериментальне устаткуван-ня та методику проведения дослвдження процесу гасшня пожеж нафтопродуклв комбшованим способом за схемою «твердi гранули дюксиду вуглецю + шноутворювач». Позитивною основою такого ком-бiнування е поеднання усiх трьох принцишв фiзич-ного способу гасiння (охолодження, розрвдження та iзоляцiя).
В подальшш роботi, для визначення вiдносноï вогнегасноï та економiчноï ефективностi такого ком-бiноваиого способу буде проведено комплекс досл> джень на розробленому експериментальному устатку-ваннi з визначення оптимального сшвввдношення вогнегасних речовин щодо шлькосл ЛЗР чи ГР.
Ллература
1. Топшьницький, П. I. Ф!знко-х1м!чш та експлуатацшш властивостi товарних нафтопродуклв [Текст] / П. I. Топшь-иидький, О. Б. Гринишин, О. I. Лазорко, В. В. Романчук. - Льв!в: Видавнидтво Лъв!всъко! полгтехшки, 2015. - 248 с.
2. Кшьюсть автозаправних станцгй, що знаходяться на територп Укра1ни [Електронний ресурс]. - иаре1хо1. - 2017. -Режим доступу: http://www.azs.uapetro1.com/
3. Виробництво основних вид!в промислово! продукци за 2003-2010 роки [Електронний ресурс]. - Державна служба статистики Украши. - 2011. - Режим доступу: http://www.ukrstat.gov.ua/operativ/operativ2006/pr/prm_ric/prm_ric_u/ vov2004_u.html
4. Чернец^к™, В. В. Вплив теплових факторiв пожежi на цЫсшсть вертикальних сталевих резервуарiв з нафтопродуктами [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / В. В. Чернецький. - Лъв!в, 2015. - 121 с.
5. Пархоменко, Р. В. Пожежна тактика: курс лекцш [Текст] / Р. В. Пархоменко, Д. О. Чалий, Д. П. Войтович. - Лъв!в: Лъв!всъкий державний уиiверситет безпеки ж:иттедiялъиостi, 2017. - 367 с.
6. Васютяк, А. О. Експериментальш дослiджеиия гасшня легкозаймистих р!дин гранулами сухого льоду [Текст] /
A. О. Васютяк, Б. В. Штайн // Пожежна безпека. - 2015. - № 27. - С. 18-25.
7. Абдурагимов, И. М. Перспективное огнетушащее средство для тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах [Текст] / И. М. Абдурагимов, Чан Ван Тхао. - М., 1975. - С. 72-78.
8. Пат. № 2126702 Яи. Способ тушения горения жидкостей в резервуарах и устройство для его осуществления. МПК А62С3/06, А62С35/00 [Текст] / Алексеев Ю. С., Заволока А. Н., Межуев Н. Н., Нода А. А., Свириденко Н. Ф., Сенькин В. С. - № 97116246/12; заявл. 24.09.1997; опубл. 27.02.1999. - Режим доступа: http://www.findpatent.ru/ paten1/212/2126702.htm1
9. Пат. № 1337107 ЯИ. Способ тушения горения жидкостей в резервуаре. МПК А62СЗ 12 [Текст] / Будник В. С., Бу-гаенко В. Ф., Кузнецов В. И., Свириденко Н. Ф., Скорик А. Д., Абрамов В. М. - № 3584549/29-12; заявл. 20.04.83; опубл. 15.09.87, Бюл. № 34. - Режим доиут: http://www.findpatent.ru/patent/133/1337107.htm1
10. Пат. № 2258549 ЯИ. Способ тушения пожара в резервуаре и устройство для его осуществления. МПК А62С3/06 [Текст] / Кашпоров Л. Я., Кусков Н. А., Селиверстов В. И., Стенковой В. И., Ивашков В. П., Веретинский П. Г., Крестинин
B. В., Трубникова Г. В. - Режим доиут: http://www.findpatent.ru/paten1/225/2258549.h1m1
11. Пат. № 1687266 ЯИ. Способ тушения горящих жидкостей. МПК А62С1/10 [Текст] / Данилов А. В., Козлов В. А., Стецюк В. Ф., Аблязис Р. А. - № 4710559/12; заявл. 16.05.89; опубл. 30.10.91, Бюл. № 40. - Режим достуш: http://www.findpatent.ru/paten1/168/1687266.h1m1
12. Пат. 2209100 ЯИ. Устройство для предупреждения и тушения горения жидкостей в резервуарах [Текст] / Алексеев Ю. С., Бабенко В. С., Донец В. В., Заволока А. Н., Кравчуновский В. Ф., Нода А. А., Свириденко Н. Ф., Сербин В. В. -Режим достуш: http://www.findpatent.ru/paten1/220/2209100.htm1
13. Ковалишин, В. В. Пшне гасшня [Текст] / В. В. Ковалишин, О. Е. Васильева, Н. М. Козяр. - Лъв!в: СПОЛОМ, 2007. - 168 с.
14. Ковалишин, В. В. Розвиток наукових основ гасшня пожеж на об'ектах значно! протяжност1 [Текст]: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / В. В. Ковалишин. - Макшка, 2012. - 36 с.
15. Антонов, А. В. Вогнегасш речовини [Текст] / А. В. Антонов, В. О. Боровиков, В. В. Ковалишин та ш. - К.: По-жшформтехшка, 2004. - 176 с.
Дата надходженнярукопису 25.04.2017
Корольов Роман Анатолшович, ад'юнкт, кафедра пожежно! тактики та аваршно-рятувальних робгг, Льв1вський державний унiверситет безпеки життедiяльностi, вул. Клепарiвська, 35, м. Льв1в, Укра!на, 79007
E-mail: costaderomantik@gmail.com
Ковалишин Василь Васильович, доктор техшчних наук, професор, кафедра пожежно! тактики та аваршно-рятувальних роби; Льв1вський державний ушверситет безпеки життедiяльностi, вул. Клепа-рiвська, 35, м. Льв1в, Украша, 79007 E-mail: Kovalyshyn.v@gmail.com
Штайн Богдан Володимирович, доцент, кафедра пожежно! тактики та аваршно-рятувальних роби; Льв1вський державний ушверситет безпеки життедiяльностi, вул. Клепар!вська, 35, м. Льв1в, Укра!на, 79007
E-mail: lviv.ptarr@gmail.com
