Экспериментальное определение характеристик тушения пленкообразующей пеной Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 614.84.664

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТУШЕНИЯ

ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕЙ ПЕНОЙ

С. С. Воевода, С. А. Макаров, М. А. Грошев, С. А. Шароварников

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Представлено описание метода определения огнетушащей эффективности фторсинтети-ческой низкократной пленкообразующей пены.

Основным методом исследования свойств пены является метод определения ее огнетушащей эффективности [1]. Подача низкократной фторсин-тетической пены, применяемой для "подслойного" пожаротушения, непосредственно в слой горящего углеводорода является важным способом определения ее огнетушащей эффективности [2]. Необходимо смоделировать процесс тушения нефтепродукта на модельной установке. Проведение такого рода экспериментов дает возможность определить параметры прекращения горения реального резервуара. Наблюдения за формированием пенного слоя на поверхности нагретого углеводорода дают исследователю необходимую информацию о свойствах пены, их требуется учитывать при разработке рецептуры пенообразователя. Эффективность ог-нетушащего действия фторсинтетической пены определяется на установке, представленной на рис. 1.

к 9

г &

1 /

2 / " ; |-1 ||« ®||

РИС.1. Схема экспериментальной установки для тушения нефтепродуктов подачей пены под слой горючего: 1 — модель резервуара; 2 — промежуточная емкость с пеной; 3а, 36 — трубопроводы для подачи пены в резервуар и воздуха в емкость с пеной; 4 — измеритель расхода воздуха (ротаметр); 5 — вентиль регулирующий; 6 — компрессор;

7 — весы одночашечные; 8 — устройство для получения пены; 9 — секундомер

Описание экспериментальной установки

Модель резервуара устанавливается на специальный металлический поддон. Пена помещается в промежуточную емкость и подается в нижнее основание резервуара по системе трубопроводов. Регулирование количества подаваемой пены происходит при помощи изменения расхода воздуха, поступающего в промежуточную емкость. Фтор-синтетическая пена приготавливается на электромеханическом устройстве РТ-1 с частотой вращения винта 4000 об./мин. Количество израсходованной пены определяется на весах сравниванием массы промежуточной емкости до и после тушения. Время с момента начала подачи пены до полного прекращения горения измеряется секундомером. За стандартные условия проведения эксперимента приняты следующие: высота свободного борта резервуара — 3 см; высота столба горючей жидкости — 15 см.

Последовательность проведения эксперимента

В размельчителе РТ-1 взбалтывается в течение 30 с 100 мл рабочего раствора. Производится взвешивание промежуточной емкости с пеной. Результат заносится в табл. 1. Заданный расход воздуха устанавливается ротаметром. Промежуточная емкость закрывается крышкой. Время свободного горения горючей жидкости в модельном резервуаре составляет 30 с. Производится подача пены в нижнее основание резервуара. Промежуток времени между моментом появления пены на поверхности горючей жидкости и полным прекращением горения является временем тушения. После тушения взвешивается промежуточная емкость с оставшейся пеной. Результат заносится в табл. 1.

8

7

ТАБЛИЦА 1

№

Масса пены

до ту- после

п/п шения тушения

m1, кг m2, кг Am, кг

Измене- Время Удель- Интенсив-

ние мас- туше- ный рас- ность по-

сы пены ния ход пены дачи пены

2 г //. -2

Хт, с Qyd, кг/м J, кг/(м2- с)

1

Рассчитываются основные параметры тушения.

1. Удельный расход пены на тушение 1 м2 поверхности горючего Qyд:

Q - mi

Qyd -

m1 - m2

S ~

(1)

где т1, т2 — масса пены до и после тушения соответственно, кг; 50 — площадь поверхности горючей жидкости, м2.

2. Интенсивность подачи огнетушащего вещества:

^ = Qyд К, (2)

где тт — время тушения, с.

Результаты экспериментов заносятся в табл. 1.

Обработка результатов экспериментов

1. Строится графическая зависимость времени тушения от интенсивности подачи пены (рис. 2).

2. Критическая интенсивность подачи пены соответствует вертикальной асимптоте, к которой стремится кривая времени тушения. Она определяется как среднее значение между интенсивностями, соответствующими последнему тушению и последнему нетушению.

3. Значения удельного расхода для построения кривой рассчитываются умножением величин времени тушения на соответствующие им интенсивности.

4. Удельная скорость тушения рассчитывается по формуле:

1 (3)

U уд-'Jx 2

5. Графически определяется минимальное значение удельного расхода Qмаксимальное значение удельной скорости Umax. Оптимальная интенсивность Jonm определяется как среднее значение между интенсивностями, соответствующими Q ™п и ТТmax Q уд и U уд .

Экспериментально установлено, что при использовании пены, обладающей высокой пленкообразующей способностью, прекращение горения происходило раньше, чем поверхность горючего полностью покрывалась пеной. Проводились эксперименты, целью которых являлось определение разницы между временем покрытия поверхности гептана пеной и временем его тушения при заданной интенсивности.

Последовательность проведения эксперимента претерпела небольшие изменения. В размельчителе РТ-1 взбалтывается в течение 30 с 100 мл рабочего раствора. Производится взвешивание промежуточной емкости с пеной. Результат заносится в табл. 2. Заданный расход воздуха устанавливается ротаметром. Промежуточная емкость закрывается крышкой. Время свободного горения горючей жидкости в модельном резервуаре составляет 30 с. Производится подача пены в нижнее основание резервуара. Промежуток времени между моментом появления пены на поверхности горючей жидкости и полным прекращением горения является временем тушения. После тушения продолжается подача пены до полного покрытия ею поверхности горючего. Промежуток времени между моментами появления пены на поверхности горючей жидкости и полного покрытия пеной поверхности горючего является временем покрытия. При этом определяется масса пены, необходимая для полного покрытия поверхности.

к s I aj

13

£

к

s

aj &

m

^кр ^опт

Интенсивность подачи пены, кг/(м2-с)

РИС.2. Зависимости времени тушения, удельного расхода и удельной скорости тушения от интенсивности подачи пены

ТАБЛИЦА 2

Масса пены

№

п/п до ту-

шения m1, кг

заполнения m2,

s < н

еы нн ее мп

я и н

е

Е

у т

а

m

я и т

ы

&

о п

а

m

асхгк/

>S Ю

3 О)

I э

£ с

n

после

кг

1

2

3

n

Рассчитываются основные параметры. 1. Секундный расход пены д, кг/с:

9 = -

т1 - т2

(4)

" покр

где т1, т2 — масса пены до тушения и после полного покрытия пеной поверхности горючего соответственно, кг; тпокр — время покрытия, с. 2. Интенсивность подачи огнетушащего вещества, кг/(м2 • с):

J _■

т1 - т2 с Т

^ 0 ^ покр

(5)

где С0—площадь поверхности горючей жидкости, м .

3. Удельный расход на покрытие поверхности горючего пеной, кг/м2:

й

покр _ дТ покр уд

с0

(6)

Результаты экспериментов и заносятся в табл. 2.

Обработка результатов экспериментов

1. Строится графическая зависимость времени тушения и покрытия от интенсивности подачи пены.

2. Рассчитывается величина удельного расхода пены на тушение, кг/м2:

пт _дТ т йуд _'

с0

(7)

3. Строятся зависимости удельных расходов пены на тушение и покрытие поверхности от интенсивности подачи пены.

На рис. 3. представлены зависимости времени тушения гептана, удельного расхода раствора на тушение 1 м2 поверхности горючего и удельной скорости тушения от интенсивности подачи пены, приготовленной:

а) из рабочего раствора с концентрацией "Ии-ойеш1ё I" 0,0825% масс. и углеводородного компонента "С" 0,247% масс.;

б) из рабочего раствора с концентрацией "Ии-ойеш1ё I" 0,165% масс. и углеводородного компонента "С" 0,165% масс.

Пена, приготовленная на основе водного раствора с концентрацией "Ииойе^ё I" 0,0825% масс. и углеводородного компонента "С" 0,247% масс., быстро разрушается при низких интенсивностях подачи пены. Минимальная интенсивность подачи пены, при которой произошло тушение гептана, равна 0,019 кг/(м2 • с). Это свидетельствует о сравнительно низкой термической устойчивости пенных пленок. При интенсивности 0,02 кг/(м2 • с) пена недостаточно быстро покрывала поверхность

200

160

ей I

я

е 120

к X I

о

13

£

Е

80

& т

40

а ■ •1 о

г 11 1 4 □ 6. ✓■6 / —^ о

ч* \ '--о--- -тН

/ ✓ '—Щ-■

сР --•

3 ч

и

й &

I

-с -

о

15

12

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

к х I

о

13

£

о &

§ о

3

я -с

5 £

Интенсивность подачи пены, кг/(м ■ с)

РИС.3. Зависимость времени тушения гептана (1), удельного расхода (2) и удельной скорости тушения (3) от интенсивности подачи пены, приготовленной из рабочего раствора с концентрацией "ИиоЛемё I" 0,0825 % масс. и углеводородного компонента "С" 0,247 % масс. Зависимость времени тушения гептана (4), удельного расхода (5) и удельной скорости тушения (6) от интенсивности подачи пены, приготовленной из рабочего раствора с концентрацией 'Т1иойеш1ё I" 0,165 % масс. и углеводородного компонента "С" 0,165 % масс.

гептана, не происходило и накопления пены. После полного покрытия зеркала гептана пеной языки пламени пробивались возле бортов модельного резервуара. Минимальное значение удельного расхода 2,75 кг/м2 соответствует интенсивности 0,038 кг/(м2 • с), а максимальное значение удельной скорости тушения 0,0075 м2/(кг • с) — интенсивности 0,095 кг/(м2 • с). Таким образом, оптимальная интенсивность подачи пены на основе водного раствора с концентрацией фторсинтетиче-ского компонента "Ииойе^ё I" 0,0825% масс. и углеводородного компонента "С" 0,247% масс. составляет 0,066 кг/(м2 • с).

Пена, приготовленная на основе водного раствора с концентрацией "Ииойе^ё I" 0,165% масс. и углеводородного компонента "С" 0,165% масс., обладает более высокой термической устойчивостью. Минимальная интенсивность подачи пены, при которой произошло тушение гептана, равна 0,018 кг/(м2 • с). Уже при интенсивности 0,021 кг/(м2 • с) пена достаточно толстым слоем продвигается по поверхности углеводорода. Движение лишь немного затормаживается при подходе к бортам резервуара. Визуально заметен процесс разрушения пены под воздействием факела пламени. Языки пламени проходят через пенный слой у бортов резервуара в течении 10-15 с после полного покрытия гептана пеной. Повторное воспламенение уже потушенных участков происходит только возле бортов резервуара. При интенсивностях, выше 0,03 кг/(м2 • с), прекращение горения возле бортов резервуара происходит через 3 - 5 с после

5

4

9

6

3

0

200 г

160 -

о 120 Н «

Е

О &

т

80-

40-

0 6 [ и /Т 333"' х—► л

1 \ п

гг Г 1

к©-- ----О-- "О—2

3,0

'1,8

1,2

0,6

2

и

а

§

X и

а &

«

3 I

£

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 Интенсивность подачи пены, кг/(м2- с)

РИС.4. Зависимость времени тушения гептана (1), времени полного покрытия поверхности горючего пеной (2), удельных расходов пены на тушение (3) и полное покрытие поверхности горючего пеной (4) от интенсивности подачи пены, приготовленной из рабочего раствора с концентрацией 0,75% масс. фторированного 'Т" и 0,25 % масс. углеводородного "С" компонентов

полного покрытия поверхности гептана пеной. Минимальное значение удельного расхода 2,1 кг/м2 соответствует интенсивности 0,035 кг/(м2 • с), а максимальное значение удельной скорости тушения 0,0114 м2/(кг • с) — интенсивности 0,075 кг/(м2 • с). Таким образом, оптимальная интенсивность подачи пены на основе водного раствора с концентрацией фторсинтетического компонента "Ииойе^ё I" 0,165 % масс. и углеводородного компонента "С" 0,165 % масс. составляет 0,055 кг/(м2 • с).

Зависимости времени тушения гептана и полного покрытия поверхности горючего пеной, удельных расходов пены на тушение и полное покрытие

поверхности горючего от интенсивности подачи пены из различных пенообразующих составов представлены на рис. 4. Поводом для проведения такого рода исследований являлся экспериментально установленный факт прекращения горения еще до полного покрытия поверхности горючего пенным слоем. В экспериментах использовалась фтор-синтетическая пена, обладающая высокой пленкообразующей способностью. Даже визуальными наблюдениями отмечено, что во время тушения происходило прекращение горения на участках, еще не покрытых пеной. Оставался неясным вопрос о действии пленки на процедуру тушения.

В большинстве случаев при интенсивностях подачи пены 0,02 кг/(м2 • с) и выше разница между временем тушения и временем покрытия составляла 5 - 12 с. Вязкость пены и ее пленкообразующая способность являются определяющими факторами этой разницы. Поэтому пенный слой, имея достаточно высокую толщину, медленно продвигается по поверхности горючего, в то же время из пены выделяется водная пленка, которая движется впереди пенного слоя и приводит к прекращению горения. При интенсивностях подачи, близких к критической, практически неощутима разница между временем тушения и временем покрытия. Наибольшая разница в значениях кривых удельного расхода отмечена на участках в окрестностях оптимальной интенсивности. С ростом интенсивности подачи пены увеличивается разница между значениями удельных расходов пены на тушение и полное покрытие поверхности горючего.

Таким образом, проведены эксперименты по определению огнетушащей эффективности пены с учетом ее пленкообразующего действия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шароварников А. Ф. Противопожарные пены. Состав, свойства, применение. — М.: Знак, 2000.

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.

Поступила в редакцию 17.08.03.