CC BY
13
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
К. А. Неверов
главный технолог ЗАО "Источник Плюс"
В. Н. Осипков
канд. техн. наук, руководитель ЗАО "Источник Плюс"
Г. Ю. Шейтельман
канд. техн. наук, старший научный сотрудник, главный специалист ЗАО "Источник Плюс"
УДК 614.842.611
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ ОГНЕТУШАЩЕГО ПОРОШКА ИСТО-1 ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Представлены результаты экспериментального определения изменения массы после термостатирования при 105 °С в негерметичных условиях и давления газообразных продуктов диссоциации огнетушащего порошка ИСТО-1 на основе аммофоса при нагревании его в герметичном объеме от 20 до 105 °С. Показано, что содержание летучих в порошке составляет 0,97 % и обусловлено процессом диссоциации аммофоса. При нагревании в герметичном объеме имеет место равновесное газовыделение, при котором масса газообразныхпродуктов диссоциации не превышает 6 %от влажности исходного порошка, определенной в соответствии с действующей нормативной документацией. Тем самым обоснована возможность применения огнетушащего порошка ИСТО-1 в диапазоне температур эксплуатации до 90 °С.
Ключевые слова: огнетушащий порошок, модули порошкового пожаротушения, давление продуктов диссоциации.
Автоматические модули порошкового пожаротушения (МПП) в настоящее время широко применяются для защиты самых различных объектов жизнедеятельности — от производственных, складских и офисных помещений торговых и промышленных предприятий до объектов культурно-бытового назначения с массовым пребыванием людей. Высокий уровень спроса на изделия этого типа подтверждается тем, что объем производства и сбыта МПП превышает 70 тыс. комплектов в год.
Одним из основных комплектующих МПП является огнетушащий порошок. В соответствии с действующей нормативной документацией [1] поставляемые на рынок отечественные огнетушащие порошки и использующие их модули сертифицируются для эксплуатации в температурном диапазоне от -50 до +50 °С. Тем самым, несмотря на широкую номенклатуру объектов применения МПП, достаточно большая часть объектов, обладающих повышенной пожарной опасностью, оказывается не обеспеченной этим высокоэффективным средством защиты от загораний. К ним относятся помещения моторных отсеков подвижного состава железнодорожного транспорта, морских и речных судов, дизельэлектростанций, помещения котельных,
окрасочных камер и т.п. Особенностью условий эксплуатации на данных объектах является постоянное воздействие окружающей среды с температурой до 90 °С.
Поэтому расширение допустимого температурного диапазона эксплуатации МПП является актуальной задачей, решение которой позволит снизить вероятность наступления аварийной ситуации в условиях, до сих пор малодоступных для применения эффективных автоматических средств подавления загораний.
В качестве первого этапа решения указанной проблемы была проведена работа по определению степени воздействия повышенной температуры на характеристики огнетушащего порошка в условиях герметичного МПП применительно к использованию порошка ИСТО-1 [2], не содержащего сульфата аммония.
Огнетушащий порошок представляет собой смесь предварительно высушенного при температуре (75+5) °С и размолотого аммофоса с электрокорундом и гидрофобизированной аморфной двуокисью кремния, обработанной при температуре (175+5) °С, взятых в соотношении 90,6, 5,0 и 3,5 мас. % соответственно.
Экспериментальные работы проведены на образцах порошка, отобранных от тарных мест продукта на производстве. Они включали определение убыли массы образца в ходе его термостатирования при температуре 105 °С до постоянного веса в негерметичных условиях с нахождением ряда характеристик, предусмотренных НПБ [1], и определение давления в объеме герметичного сосуда, заполненного порошком, в процессе его нагревания от нормальной температуры (20 °С) до 105 °С.
Работы по термостатированию в негерметичных условиях проведены с использованием лабораторного сушильного шкафа с терморегулятором и аналитических весов с погрешностью взвешивания 0,0003 г и пределом взвешивания 200 г на образцах порошка массой около 40 г.
Результаты испытаний по термостатированию порошка в негерметичных условиях до постоянного веса представлены в таблице. Они показывают, что убыль массы образца составила 0,97 %, при этом постоянный вес достигался через 4,5 ч. Остальные показатели, предусмотренные п.п. 37, 39 и 40 норм [1], остались без изменения.
Кроме того, такой же операции высушивания при температуре 105 °С до постоянного веса была подвергнута проба аммофоса, отобранная от пар-
Результаты испытаний образцов при термостатировании в негерметичных условиях
До термо- После
Наименование показателя статиро- термоста-
вания тирования
Массовая доля влаги [1, п. 38], % 0,25 Отсутст-
вует
Гранулометрический состав
[1, п. 37]) — массовая доля
остатка порошка, %:
на сетке № 1 (1 мм) Отсутствует
на сетке № 01 (0,1 мм) 21,5 21
на сетке № 005 (0,05 мм) 21,5 22
прошедшего через сетку № 005 56,5 55
Увеличение массы при испыта- 1,8 1,8
ниях на склонность к влагопо-
глощению [1, п. 39], %
Масса комков при испытаниях Отсутствует
на склонность к слеживанию по
отношению к общей массе об-
разца [1, п. 39],%
Время, характеризующее спо- 120 120
собность порошка к водооттал-
киванию [1, п. 40], мин, не менее
Потеря веса после термостатиро- - 0,97
вания, %
Время достижения постоянного - 4,5
веса, ч
тип продукта, предварительно высушенного и размолотого в штатном режиме (см. выше). Получена убыль массы 1,3 %.
Таким образом, изменение массы образца огне-тушащего порошка ИСТО-1 при нагревании в негерметичных условиях обусловлено главным образом соответствующими физико-химическими превращениями аммофоса.
Работы по определению характера изменения давления в герметичном объеме с огнетушащим порошком при повышенных температурах проведены с использованием корпуса 5-литрового огнетушителя ОП-5(г) [3]. На оси огнетушителя на расстоянии 200 мм от крышки (при общей длине корпуса 340 мм) установлена герметичная термопара типа ХК(Ь) (ГОСТ 8.585-2001) с толщиной рабочего спая 1,5 мм. Диаметр корпуса огнетушителя — 150 мм [3]. На корпусе установлен кран для периодического подключения манометра с целью измерения давления в огнетушителе в процессе его нагревания в моменты достижения заданной температуры, определяемые по показаниям термопары. Использовался стрелочный манометр типа ТМВ 3 с пределами измерения избыточного давления от -1,0 до +1,5 кг/см2 и ценой деления 0,05 кг/см2.
После заполнения корпуса порошком с массой навески 4,900 кг он герметично закрывался. Герметичность проверялась по отсутствию выделения воздушных пузырьков из корпуса, помещенного в воду, при избыточном давлении сжатого воздуха в нем до 10 кг/см2. Точка росы используемого воздуха составляла не выше -40 °С.
Термостатирование корпуса осуществлялось в электропечи типа СНОС-8.12.16/2.5 И1 с автоматическим поддержанием заданной температуры — на уровнях (55+5), (77+5), (97+5) и (107+5) °С. Переключение с одного уровня на другой производилось через время, достаточное для достижения температуры в огнетушителе 50, 75, 90 и 105 °С соответственно, определяемое по значению ЭДС термопары. Давление в огнетушителе фиксировалось в момент достижения в его объеме заданной температуры.
Результаты измерений представлены на рис. 1. Максимальная величина избыточного давления, равная 87 кПа, соответствует моменту достижения температуры в огнетушителе 105 °С. После полного остывания до начальной температуры избыточное давление в нем вновь становилось равным нулю.
Полученные результаты позволяют провести следующие расчетные оценки в предположении, что давлением насыщенных паров над поверхностью частиц аммофоса при нормальной температуре можно пренебречь [4].
120 110 100 и 90
О
а 80 5 70
&
60 50 40 30 201
Г
/ /
2Г / >3
/
( У
1; У
100
90
80
70 й 60
120 240 360 480 600 Время, мин
о
к
№ и
И §
720 840
Рис. 1. Зависимость избыточного давления в огнетушителе от температуры: 1 — температура на оси огнетушителя; 2 — температура в рабочем объеме печи; 3 — давление в объеме огнетушителя
Избыточное давление газа в объеме огнетушителя с порошком составит:
Ризб - Р I - 1
где Р0 — атмосферное давление, Па; Т — текущая температура, К;
(1)
начальная температура сборки, К;
Р
г парциальное давление газообразных веществ, выделяющихся из порошка при его нагревании, Па,
шЛ^Т (2)
Рг -
Же " шп/8,
шг — масса газообразных веществ, выделяющихся из порошка при его нагревании, кг; Яг - газовая постоянная газообразных веществ, выделяющихся из порошка при его нагревании, Дж/(кг-К);
Ж0 — вместимость корпуса огнетушителя, м3; шп — масса порошка, кг;
5п — средняя плотность материала порошка, кг/м3.
Эксперименты проведены для следующих условий: Т0 = 293 К; Ж0 = 0,00512 м3; шп = 4,9 кг; 5п = 1760 кг/м3 (определена пикнометрическимме-тодом).
Единственным компонентом порошка, над поверхностью частиц которого в указанном диапазоне температур возможно появление значимого давления пара, является аммофос. При этом основные компоненты газовой фазы — аммиак и вода [4]. Полагая Яг = 461,7 Дж/(кг-К), из уравнений (1) и (2) для Т = 378 К (105 °С) получим массу газообразных веществ, выделяющихся с поверхности огне-тушащего порошка, шг = 7,61-Ю-4 кг, что составляет 0,015 % массы порошка. В то же время массовая
0,00250 0,00270 0,00290 0,00310 0,00330 0,00350 Обратная температура, 1/К
Рис. 2. Зависимость давления газообразных продуктов диссоциации порошка от обратной температуры
доля веществ, улетучивающихся с поверхности порошка при нагревании в негерметичных условиях, составляет 0,97 %.
Таким образом, при нагревании огнетушащего порошка в условиях герметичного модуля устанавливается равновесное давление продуктов диссоциации. При этом их массовая доля при температуре 105 °С составляет 0,015 %. Влажность исходного порошка, определенная по НПБ [1], находится на уровне 0,25 %. Отсюда следует, что массовая доля продуктов диссоциации более чем на порядок меньше влажности порошка и не может оказать значимого влияния на его работоспособность при температурах применения до 90 °С.
Зависимость давления паров от обратной температуры, построенная в логарифмических координатах по давлению (рис. 2), имеет линейный характер и соответствует выражению:
Рг * exp(-Q/RеT),
где значение комплекса Q/R0 = 4515 К.
Необходимо отметить, что специальные испытания, проведенные на различных модификациях МПП, разработанных и серийно изготавливаемых ЗАО "Источник Плюс", с массой заряда порошка от 2 до 20 кг, предварительно термостатированных при температуре 90 °С, подтвердили неизменность времени выброса и массы остатка порошка при срабатывании по сравнению с результатами, полученными при нормальной температуре.
Выводы
1. При нагревании огнетушащего порошка ИСТО-1 на основе аммофоса до температуры 90 °С в объеме герметичного корпуса порошкового средства пожаротушения устанавливается равновесное давление до 40 кПа.
2. Соответствующая массовая доля газообразных продуктов диссоциации не превышает 0,013 %,
0
0
что почти в 20 раз меньше влажности огнетушаще-го порошка, определенной в соответствии с действующей нормативной документацией.
3. Результаты подтверждают сохранение работоспособности и возможность эксплуатации огнету-шащего порошка ИСТО-1 при температурах до 90 °С.
СО
«
Представляем новую книгу
ПОЖНАУКА
»
СВОДЫ ПРАВИЛ. Системы противопожарной защиты. - 2009. - 618 с.
С мая 2009 г. введен в действие Федеральный закон №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (полный текст закона опубликован в журнале «Пожаровзрывобезопасность». — 2009.—Т. 18, №1).
С вступлением в силу указанного закона теряют свое значение многочисленные Нормы пожарной безопасности (НПБ), Строительные нормы и правила (СНиП), регламентировавшие требования пожарной безопасности к зданиям и сооружениям. В качестве нормативных документов добровольного применения введены Своды правил (СП) и Государственные стандарты.
Настоящий сборник включает Своды правил, которые рекомендуются для применения проектными, строительными и эксплуатирующими строительные объекты организациями при решении вопросов обеспечения пожарной безопасности.
121352, г. Москва, ул. Давыдковская, д. 12, стр. 7; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: [email protected]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. НПБ 170-98*. Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний : утв. ГУГПС МВД России 30.06.1998 : ввод. в действие 01.10.1998. — М. : ГУГПС МВД России, 1998. — 26 с.
2. Пат. 2194555 Российская Федерация. Огнетушащий порошковый состав и способ его получения / В. Н. Осипков [и др.]. — № 2001119504 ; заявл. 13.07.2000 ; опубл. 20.12.2002, Бюл. № 35. — С. 212.
3. Огнетушители порошковые ОП-4(г) и ОП-8(г): рук-во по эксплуатации 1.283.0.00.000-00 РЭ.
— Тула : ФГУП "Машиностроительный завод "Штамп", 2003. —7 с.
4. Технология фосфорных и комплексных удобрений / Под ред. С. Д. Эвенчика и А. А. Бродского.
— М. : Химия, 1987. — 464 с.
Материал поступил в редакцию 29.04.09. © Неверов К. А., Осипков В. Н., Шейтельман Г. Ю., 2009 г.
(e-mail: [email protected]).
