CC BY
39
УДК 614.841.41:543.27
ФОРМИРОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ ПРОДУКТОВ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИ В ГАЗОВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
© 2010 С.Н. Беседин
Волгоградский государственный педагогический университет
Поступила в редакцию 17.12.2009
В статье рассмотрены закономерности формирования молекулярных систем продуктов термоокислительной деструкции в газовоздушной среде энергонасыщенных помещениях судов морского базирования с АЭУ на номинальных режимах эксплуатации оборудования и кабельной продукции в результате воздействия электрических разрядов.
Ключевые слова: молекулярные системы продуктов термоокислительной деструкции, инфракрасные спектры поглощения, искрение в кабельной продукции, диапазон спектра, полоса поглощения, перекисная группа, озониды, альдегиды, нитро, хлорсодержащие и ароматические соединения, дифференциальный интерференционный фильтр
1. ВЕДЕНИЕ
Развитие электроэнергетики и уровня генерируемых мощностей на различных объектах экономики (ОЭ) и транспорта - является ускорителем научно -технического прогресса во всех отраслях промышленности и транспорта, который сопровождается ростом уровней мощностей, а, следовательно, и энергонасыщенности помещений (ЭНП) различного класса и назначения. Рост энерговооруженности различных отраслей промышленности, атомных электрогенерирую-щих установок (АЭУ) и станций (АЭС), морского и речного транспорта, сельского хозяйства и быта неразрывно связан с увеличением числа и видов применяемых электротехнических устройств, многие из которых являются потенциальными источниками пожарной опасности.
По статистике наиболее пожароопасными видами электроустановок являются электропроводки, кабельные трассы, оболочки электродвигателей, преобразователей, генераторов, которые приводятся в движение различными физическими средами, а наиболее частыми причинами их возгорания - снижение сопротивления изоляции, сопровождающиеся токами утечки, слаботлею-щими электрическими разрядами. В результате теплового старения электроизоляционных материалов в них происходит деструктивные явления, которые сопровождаются разрывом химических связей и выносом радикалов в окружающую среду которые рекомбинируют в газовоздушной среде (ГВС), формируют молекулярные системы
Беседин Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры машиноведения, безопасности деятельности и методики преподавании БЖД. E-mail: sergei_forsag@mail.rn
состоящих из продуктов термоокислительной деструкции (ПТОД), накапливаются и являются потенциальными носителями о возникновении и формировании предпожарной ситуации (ППС).
Для построения перспективных систем обнаружения и прогноза ППС на ранней стадии в энергетически насыщенных помещениях, а также обоснования и выбор параметров систем диагностики необходимо на молекулярном уровне знать закономерности и динамику формирования молекулярных систем, которые включают ПТОД. Это позволит заблаговременно выявить кризис, принять меры технического и профилактического характера и минимизировать ущерб от возможного возникновения возгорания и, как следствие, - пожара.
Поэтому основной областью исследования являются закономерности формирования молекулярных систем ПТОД разнообразных характерных веществ и материалов в ГВС энергонасыщенных помещениях (ЭНП), а также в помещениях судов морского базирования с АЭУ на номинальных режимах эксплуатации оборудования методом ИК - спектроскопии в интервале частот 400 - 4200 см -1 (25,0 - 2,38 мкм). Полученные статистически обоснованные качественные и количественные закономерности направлены на разработку устройств обнаружения и диагностики ППС, которые с высокой чувствительностью (до 10 -12 моль/л) могут определять концентрацию групп молекулярных связей С-Н, С=О, О-О, С-СЬ, N=0, С-О ПТОД, разнообразных материалов и веществ относительно существующего фона на ранней стадии развития кризиса. По их концентрации и интенсивности формирования можно судить о степени опасности возникновения ППС.
Научная новизна исследований связана с тем, что впервые обоснован подход обнаружения ППС основанный на качественных и количественных закономерностях формирования молекулярных и радикальных составляющих ПТОД в ГВС материалов и веществ и ЭНП. Размеры молекулярных фрагментов ПТОД, в отличие от дисперсионных макрофрагментов, на обнаружении которых построены существующие системы обнаружения возгораний, находятся в пределах одного - двух нанометров [1].
В результате исследований впервые получены и идентифицированы качественные и количественные закономерности формирования ПТОД в ГВС для основных групп органических материалов и веществ, в том числе кабельной продукции в результате воздействия на них слаботлеющих разрядов, в полосах поглощения С-Н, С-СЬ, -О-О-, N=0, с=о, С-О.
В настоящее время процессы формирования ПТОД в ГВС методом ИК-спектроскопии в интервале частот 400-4200 см малоизученны, это относится и к озоносодержащих соединений. Известны исследования Дж. Фритца дисперсной среды флуоресцентной спектроскопией в целях обнаружения пожара в узком диапазоне 0,3-0,5 мкм (30000 - 20000 см -1, этот диапазон относится к области частот спектра видимого света), которые не решают поставленной проблемы по ряду причин. Основная причина заключается в том, что этот метод применим для дисперсных макросред характерный для периода возгорания, когда оптическая плотность ее довольно высокая, а стадия развития кризиса сравнима с процессом воспламенения. Кроме того, контроль наличия ПТОД осуществляется в диапазоне длин волн, в котором поглощает излучение небольшая группа органических соединений, на основании которых можно строить надежную идентификацию кризиса, что не позволяет выделить характеристические полосы поглощения и достоверно найти их критерии. Вторым недостатком является то, что при формировании сигнала обнаружения пожара не учитывается влияние на него фонового уровня ПТОД, образующихся в защищаемых помещениях при нормальных условиях эксплуатации от горячего технологического оборудования, искрения щеток электрических машин и т.д., что существенно снижает показатель сигнал/шум, характеризующий надежность работы способа. Третий недостаток существующих систем обнаружения пожаров и возгораний заключается в том, что контроль продуктов горения контролирует наличие продуктов разложения в локальных областях помещений, а не во всем объеме, что существенно увеличивает время обнаруже-
ния кризисной ситуации. Новый подход и разработанное на его основе устройство будет лишено этих недостатков.
Учитывая то, что наибольшую потенциальную опасность при возникновении пожаров играет состояние электрооборудования, поэтому в статье представлена часть исследований, связанных только с динамикой формирования ПТОД от электротехнических материалов в кабельной продукции в результате слаботлеющих разрядов и в ГВС помещений натуры содержащих электротехническое и турбогенерирующее оборудование. Идентификация газообразных соединений, образующихся в ПТОД кабельной продукции (рис.4, 5, 6) и в турбинном и электротехническом помещениях (рис.1, 2, 3) в зависимости от длительности работы оборудования, показывает на высокую корреляционную зависимость формирующихся газообразных соединений и молекулярных групп в эксперименте и в натуре. Такое совпадения позволяет с уверенностью строить обнаружение ППС в ЭНП натуры.
Молекулярные фрагменты образующихся ПТОД имеют повышенную температуру и претерпевают тонкие вращательные колебания электронных структур. Такой характер движения молекулярных систем способствует увеличению количества и ширины пиков поглощения в ИК-спектрах, их смещению в сторону больших значений вращательных квантовых чисел, усложняя идентификацию спектров.
В процессе работы различного электрогене-рирующего оборудования в результате искрения, а также износа и старения в процессе эксплуатации электроизоляционных материалов возникают слаботлеющие разряды, в результате которых образуется озон и выделяются углеводородсо-держащие радикалы вида Х - СН 3, Х - СН 2 и т.д. и - СН 3 -, - СН 2 - и т.д., которые легко окисляются с образованием озонидов. Продукты окисления в дальнейшем при взаимодействии с парами воды ГВС распадаются по месту [6] присоединения О 3 с образованием альдегидов (в том числе муравьиного), кетонов, формиатов и перекиси водорода Н 2 О 2 .
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ В ГАЗОВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ С ГЕНЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
Проблема обнаружения и диагностики на уровне молекулярных связей ПТОД довольно сложная и носит многоплановый характер, ко-
Рис. 1. ИК-спектр поглощения ГВС турбинном помещении с АЭУ при работе оборудования
на номинальном режиме 4 суток
Рис. 2. ИК-спектр поглощения ГВС турбинном помещении с АЭУ при работе оборудования
на номинальном режиме 1 сутки
торая сочетает в себе методы физико-химического анализа, позволяющие осуществлять идентификацию газообразных соединений и определение на их основе параметров оптико-электронных устройств. Система диагностики, обнаруживает кризис по совокупности качественных и количественных критериев с учетом интенсивности поглощения в молекулярных
связях, как для характерных материалов и веществ, так и натурных испытаниях.
Поэтому исследование ПТОД проводилось как на электротехнических материалах кабельной продукции, так и при натурных исследованиях ГВС турбинного и электротехнического помещений.
В помещении турбинного помещения с АЭУ идентифицировано присутствие молекул дейте-
Рис. 3. ИК-спектр поглощения ГВС в электротехническом судовом помещении с АЭУ при работе электротехнического оборудования на номинальном режиме 4 суток
Рис. 4. ИК-спектр ПТОД при искрении в кабеле типа КНР при длительности 4 и 20 минут соответственно
риевой воды D 2 О, что вносит определенную тротехнического ЭНП (четверо суток работы обо-
корректировку в фоновую составляющую в по- рудования, рис. 3) судна морского базирования с
мещениях такого класса. силовой атомной энергетической установкой
На рис. 1, 2 представлены ИК - спектры по- (АЭУ) на номинальном режиме эксплуатации. глощения ГВС (полоса 4000 - 400 см -1) турбин- Из анализа спектра в полосах 2000 - 1300 и
ного (от одного до четырех суток работы) и элек- 4000- 3150 см -1 видно, что поглощения соответ-
з^оо
шаг
задо мм зооо
СОО-Н я[, карбоновые гиспаты
3550-2500
2700 2400 2100 1800 1500
\ —I— ■-! ¡-1,4-1 . ........1
: _[.->—;: 1 л 1 г*ТиГ
• , 1 ...V ЭГ.С-Н02 .. . ' , * нсиснзсцснзснго!.,. е&=о«.а5.1®гоиы
1200
И527
0Г.С-НЙ.29<Ю.2Ш,С-НСО1ПЬ1 альдегид
зюо-зооо
\
■ | О !
С-НсоггЬ. 27ЙС-2Й60
О - О - Н 31. Полоса С - Н чс
2155-2130 С-О!
I
3200-3450 3700-3150; гидроперекиси
снз и 2ВТ1;
3750-3&50 0-Нв1.
I
СН2-2926и 1053
1зоо
355(гспиргы3150 СН - 0 об. см!
1200 .11 р0 .1000
, 1 Уч
С=Ов1. мрб кисл,-1 Воо-1650. Альдегиды -1765-1746, Кетой ы -1775-1950
гади-гзад нш - ггво
Д I |2175макс.)
160(1-1900
I"
зг. С-С 1625-1575
ооо еоо
Г
С-0-0 йОюмЙ№1Ш
Полоса 1100-985'см об см.
Цис Стране) - Озон иды буген-а-2, этилена
№
790
-732
745
Н
900 ¡¡г.С-Н сЫ. оор 050
моноэамощ&ниые арочагики
Полоса 7"50-600.С-0 д&ф.
С-СЬ
) л
: /
И
50р.
667
12в0
С.0^1 Спирты
Полоса. 100 0-300, а рем. пероксиды С С л: 970
Г : • 1 1
П&рСКрыС^бТ кОлОиаНин С-С1_ соединений СНЗС1., НС1, СНЭСШСЦ CL.-CH2CH2.CL ...
790 С-СЬ а!.
им
Рис. 5. ИК-спектр ПТОД кабельной продукции серии КНР, образующихся в ГВС под воздействием электрического разряда в течение 60 минут
Рис. 6. ИК-спектр ПТОД кабельной продукции серии КНР, образующихся под воздействием электрического разряда в течение 60 минут
ствуют валентным колебаниям гидроксильной и дейтериевой групп перегретого пара О-Н, D-0 обычной и дейтериевой ^ 2 О) воды, которые находятся в клатратной форме. Идентификация позволила сделать предположение о содержании в ГВС турбинного помещения паров дейтерие-
вой воды - которые, по всей вероятности, генерируются в экономайзерной зоне парогенераторов, и попадают в объем помещения через лабиринтовые уплотнения турбин. Учитывая такие факторы, как идентичность спектров перегретого пара, обычной и дейтериевой воды, циклич-
ность движения воды образующей рабочий пар, границы коэффициента дейтериевого сдвига (К=1,3 - 1,4), а также величину смещения ( Д =110-180 см -1) максимумов их поглощения, появляется возможность прогноза содержания паров дейтериевой воды в помещении [1, 2]. Широкая полоса 2000-1200 см -1 с высокой интенсивностью соответствует деформационным колебаниям гидроксильной и дейтериевой групп О-Н и О^ [2,4].
Полоса для углеводородной группы С - Н находится в пределах частот 3150 - 2700 см -1. В этом интервале на частотах 3030, 3025 и 2970, 2940 см -1 наблюдаются поглощения, соответствующие валентным колебаниям углеводородных групп вида аг. С - Н 81. и С - Н 81. (рис. 1.2,3). Из спектров видно, что при увеличении длительности работы оборудования в турбогенераторном помещении (ТП) (рис. 1, 2) в интервале частот 2010 - 1990 см -1 появляются валентно-ассимет-ричные колебания алленовой структуры С = С = С 81., которая может быть отнесена к газу аллен [2, 4, 5]. Наличие алленовых соединений подтверждается присутствием в спектре дополнительных колебаний групп (С = С) = С - Н 81. (интервал 3050 - 2950 см -1), С = С = С 81. 8у. (1075 - 1060 см -1) и (С = С) = СН 2 оор ( « 850 см -1 ).
При этом наблюдается увеличение интенсивности поглощения в диапазонах 1000 - 800 и 1180 - 986 см -1 соответствующие перекисным соединениям, в том числе ароматическим аг. -О - О -, озонидам и формиатам - производных муравьиной кислоты (рис.1, 2, 3). При этом фоновые концентрации перекисных соединений в интервале 1200 - 800 см -1, определенные по методике [9,10] с учетом коэффициентов экстинк-ции, составили для турбогенераторного помещения (1 сутки работы) СОО = 3,0 10 -4 моль/л, для 4 суток работы оборудования - СОО = 5,84 10 -4 моль/л, а для электротехнического помещения (ЭТП) (4 суток работы) СО О = 2.4 10 -4 моль/л. Концентрация перекисных соединений (группа - О - О -) в интервале 1000 - 900 см -1 составила СО О = 20,5-10 -5 моль/л (рис. 1) против 1,56-10 -5 моль/л (рис. 3).
В начальный период работы оборудования (до 1 суток, рис. 2) в ГВС ТП формируются продукты неполного окисления СО (оксид углерода), валентные колебания молекул С - О 81. которого проявляются на частоте ~ 2230 см -1 в диапазоне 2250 - 2040 см -1 . Оксид углерода в дальнейшем окисляется, образованным в результате искрения коллекторных электрических машин, до СО 2 (интервал 2400 - 2280 см -1 ).
В ЭТП (рис. 3) в ГВС за период эксплуатации оборудования формируются такие же соединения, как и в ТП. Исключение составляют до-
полнительные поглощения молекул диоксида углерода СО 2 (рис. 2, интервал 2250 - 2040 см -1) и газа аллен (рис.1, 2010-1990 см -1). При этом образующиеся концентрации перекисных соединений СО в том числе ароматических и озони-дов в интервале 1200 - 800 см -1, несколько меньше чем в ТП (2,6 10 -4 против 3,6 10 -4 моль/л). В то же время наблюдается отсутствие характерных для паров дейтериевой воды поглощений на фоне незначительных валентных колебаний гидроксильной группы С - Н 81. обычной воды.
В ЭТП (рис. 3) наблюдаются увеличение в два раза поглощение диоксида углерода в интервале 2400 - 2280 см -1 , соответствующие валентным колебаниям групп С=О81. диоксида углерода. Это объясняется дополнительным образованием СО 2 в результате окисления углеводородов озоном, образующимся в результате искрения электрических машин.
Кроме того, появляются признаки поглощения паров обычной воды Н 2 О в известных интервалах в виде валентных колебаний гидро-ксильной группы, о которых описано выше.
Таким образом полосы поглощения 2400 -2280 см -1 с максимами 2360 и 2340 см -1 и 720 -620 см -1 с максимумом на частоте 667 см -1 соответствует валентным и деформационным колебаниям группы С = О ^^ диоксида углерода, соответственно.
Поглощения в полосе 1180-985 см -1 относится к озонидам [2,5,7], на которые накладывается полоса (1000-1125 см -1) соответствующая валентных колебаниям спиртосодержащих соединений вида СН 2 -ОН, СН-ОН. Довольно широкую полосу 1000-800 см -1 невысокой интенсивности занимают валентные колебания пе-роксидов вида О-О ^. Гидропероксиды О-О-Н ^ проявляются в полосе 3450-3200 см -1 и накладываются на полосу поглощения валентных колебаний гидроксильной группы О - Н ^.
Такие газообразные соединения, как альдегиды, кетоны, формиаты муравьиной кислоты проявляются в ИК- спектре ГВС [рис. 1,2,3] на частотах ~ 1130 см -1 ( муравьиный альдегид НСО), ацетат альдегид ( 1130 см -1), формиаты производные муравьиной кислоты НСООН (полосы 1105 - 1033 и 638 - 625 см -1) [6].
Таким образом, проведенная идентификация соединений и динамика молекулярных соединений газовых компонентов, которые образуются в ГВС электротехнических и турбосиловых судовых помещениях на номинальных режимах, позволяет судить о фоновой составляющей тех или иных газовых компонентах ПТОД, с учетом работающего оборудования в ЭНП и дает косвенное представление о степени износа электротехнического оборудования.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ
ФОРМИРОВАНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ ПРОДУКТОВТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ В ГАЗОВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИСКРЕНИЯ В КАБЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ
Степень применения полимерных материалов в электротехнической продукции, в том числе кабельной, велико. Так, например, такой полимерный материал, как резина, содержит двойную связь С=С в главной цепи макромолекулы, которая сильно взаимодействует с таким окислителем, как озон [7]. Учитывая высокую стойкость к химическим реагентам, в кабельной продукции широко применяется поливинилхлорид (ПВХ), который, за счет сочетания в себе ряда свойств, одновременно заменяет каучук, свинец и хлопчатобумажную ткань. В обмотках электродвигателей в качестве пропиточных электроизоляционных материалов широко применяются перхлорвиниловые смолы. Эти материалы имеют относительно невысокую (более 110 оС температуру разложения. Идентификация динамики молекулярных систем ПТОД, которые выделяются из кабельной продукции, в зависимости от длительности электрических разрядов показана на (рис. 4, 5, 6). Из ИК - спектров видно, что при воздействии тепла и образующегося озона О 3 происходит разложение полимерных материалов с образованием разнообразных радикалов и газовых компонентов, таких, например, как метильная СН 3 и метиленовая группы СН 2 , озон, и происходит дехлорирование ПВХ и хлорсодержащих полимеров с выделением хлора СЬ. Эти продукты накапливаются в ГВС помещений, рекомбинируют и образуют разнообразные газовые компоненты, такие, как диоксид и оксид углерода, перекиси и гидроперекиси, озо-ниды, карбонилсодержащие соединения (альдегиды и кетоны). Образующиеся озониды в условиях теплового воздействия подвергаются дальнейшему термическому разложению, что способствует дополнительному накапливанию таких ПТОД как оксид и диоксид углерода, формальдегида, валерьянового альдегида, муравьиной и валериановой кислот и т.д.[7]. Идентификация ИК-спектров поглощения ПТОД [1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11] показывает на наличие характерных групп соединений в различных областях спектра. Так, например, совпадение максимумов поглощения показывает на образование озонидов этилена, цис-, транс- озонидов бутена-2 и др. в полосе частот 1100-985 см -1 [4,5,7]. При этом интенсивность поглощения в характерных полосах зависит от длительности искрения в кабеле, так как это способствует более активной термо-
окислительной деструкции с участием такого реагента, как озон. Наиболее интенсивные поглощения наблюдаются в полосе C-CL, которые могут соответствовать таким газовым компонентам, как метилхлорид СН 3 CL, этиленхлорид C H CL , винилхлорид C H 3 CL (полоса 730 ± 20 см -1). Это подтверждается сопоставлением с ИК-спектрами газов, полученных в лаборатории Sadtler Research Laboratories, США [1]. Анализ динамики формирования ПТОД в зависимости от длительности искрения (рис.4, 5, 6) указывает на интенсификацию образования углеводородных радикалов вида С-Н (полоса 31502700см -1), которым соответствуют валентные колебания метильных СН 3 (2962 см -1) и мети-леновых групп СН (2926 см -1) и группы СН (2810см -1). Снижение интенсивности поглощения в полосе С-Н можно объяснить активным окисления углеводородов образующимся озоном, в результате которого появляется полоса 3550-2500 см -1, соответствующая валентным колебаниям СОО-Н st карбоновых кислот, на которую накладываются более узкие полосы поглощения образующихся продуктов окисления - гидроперекисей О-О-^t (3450-3200 см -1) и альдегидов С-НсотЬ (2900-2800 см -1). Полоса группы С-НсотЬ соответствует полосе резонанса Ферми с деформационными колебаниями группы С-Н § на частоте « 1390 см -1 [3]. В интервале 3750-3550 см -1 на более поздней стадии искрения появляются валентные колебания С=Оst., соответствующие большей концентрации продукта полного окисления СО (рис. 5, 6). В полосе 2400-2200 см -1 появляется поглощение группы С=О st соответствующая валентным колебаниям диоксида углерода интенсивность которой во времени растет. В диапазоне частот 2175-2100 см -1 идентифицируется поглощение соответствующее продуктам неполного окисления - оксида углерода СО, количество которого на более поздней стадии процесса уменьшается, а продуктов полного окисления (СО 2 ) увеличивается. Это же происходит и в зоне деформационных колебаний группы С=О § 667 см -1, соответствующая колебаниям диоксида углерода (рис. 4, 5, 6). Достаточно отметить, что эта полоса совпадает с валентно-ассиметричными колебаниями образующихся кетонов вида С=С=Оst.as (2155-2130 см -1). Таким образом, интенсивность, а, следовательно, и количество продуктов неполного окисления в этих полосах во времени уменьшается. В полосе 1900 - 1600 см-1 проявляются валентные колебания группы С=Оst, которые принадлежат карбонилсодержа-щим соединениям, а именно карбоновым кислотам, альдегидам и кетонам 1800-1650, 1765-1745, 1775-1650 см -1, соответственно [4]. Колебания
образующихся альдегидов вида С-НсотЬ. в полосах 2900-2800, 2780-2680 см -1 накладываются на полосу 3150-2700 см -1 валентных колебаний группы С-Н 81. По мере увеличения длительности искрения формируются поглощения в полосах 1100 - 985 и 1000-800 см -1, которые соответствуют колебаниям группы О-О характерные для озо-нидов и перекисей и являются продуктами окисления озоном полимерных материалов.
В результате высокой температуры от электрического разряда происходит его взаимодействие с азотом воздуха и образования двуокиси азота и нитросоединений. При увеличении длительности искрения в кабельной продукции интенсивность и ширина полосы, которая соответствует валентно- ассиметричным колебаниям N0 2 81.а8. (16660 - 1490 см -1) и валентно-симметричным колебаниям (1390 - 1260 см -1) происходит увеличение интенсивности поглощения (рис. 4, 5, 6). В этом же диапазоне (1660 - 1490 см -1), но в более узком интервале (1560-1490 см -1) проявляются ароматические нитросоединения вида С - N0 2, к которым можно отнести нитробензол С6Н5-N02.
В деструктивных процессах под воздействием электрического разряда происходит активное образование СО с колебаниями С-О 81. (2250 - 2040 см -1), которые доокисляются до диоксида углерода СО 2 (валентные колебания группы С=О 81., 2400 - 2280 см -1). Этим объясняется значительный рост интенсивности поглощения в полосе (2400 - 2280 см -1) с увеличением длительности процесса. Длительность искрения способствует активному увеличению пероксидов О - О 81. (1000 - 800 см -1) и гид-ропероксидов О -О - Н 81. (3450 - 3200 см -1), а также карбоновых кислот СОО - Н 81. (3550 -2500 см -1) на фоне активного увеличения поглощения углеводородов С - Н 81. в том числе ароматических аг. С -Н 81.
Одновременно длительность искрения способствует активному образованию цис- (транс-) озонидов, которые проявляются в виде скелетных колебаний в интервале 1100 - 985 см -1. например озониды цис- и транс- бутена 2 [7] (рис. 5, 6).
Кроме того, происходит образование газообразных монозамещенных ароматиков вида: валентные колебания аг С-Н81 (полоса 3100-300 см -1), аг С^О 2 81 (~ 1527 см -1), аг С-С 81 (16251527 см -1), деформационные плоскостные колебания аг С-Н def. оор, ~ 745 см -1 (в полосе 900650 см -1) (рис.4) [4].
Таким образом, идентификация показывает, что при увеличении длительности искрения в кабельной продукции в ИК-спектре активно проявляется поглощение в полосах, соответствующих углеводородным, карбонилсодержа-
щим, кислородосодержащим и хлорсодержа-щим соединениям. При этом наблюдается корреляция идентифицируемых полос поглощения с образующимися ПТОД в ГВС натуры (рис.1, 2, 3) и экспериментальных исследований с кабельной продукцией (рис. 4, 5, 6). В заключение можно отметить, что процессы термоокислительной деструкции сопровождаются образованием углеводородсодержащих, карбонилсодержащих соединений и кислот, перекисей, гидроперекисей, озоносодержащих соединений (озониды), монозамещенных аро-матиков, которые накапливаются и проявляются в ИК-спектре ГВС ЭНП.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, на номинальных режимах эксплуатации электротехнического оборудования в ГВС образуются молекулярные системы, которые формируют в ЭНП фон, по изменениям которого можно обнаруживать возникновение кризисных ситуаций, в том числе предпо-жарных, а также судить о степени износа электротехнического оборудования.
Кроме того, полученные закономерности позволяют судить об уровне опасности режимов эксплуатации электротехнического оборудования и соответственно, степени пожарной опасности помещения.
В заключение можно отметить, что представленные исследования показывают на закономерности, динамику и избирательность формирующихся молекулярных систем ПТОД в ГВС ЭНП, что позволяет обосновывать и уточнять параметры интерференционных дифференциальных фильтров, необходимых для разработки и совершенствования перспективных устройств диагностики ППС, чувствительность которых может быть увеличена физическими методами многократно [7, 8, 9, 10, 11]. Реализация подхода позволит поднять на новый качественный уровень противопожарную защиту различного класса ЭНП объектов экономики, энергетики, транспорта, а также минимизировать экономический ущерб и людские потери.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Органическая химия: В 4-х частях. Ч.1 /О.А.Реутов, А.Л. Курц, К.П. Бутин. 3-е изд. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 567 с.
2. Gases and vapors. HIGH Resolution infrared spectra. Sadtler Research Laboratories, In.C., Subsidlary of block Engineering, Inc. 1972. 323 с.
3. Жарский И.М., Новиков Г.И. Физические методы исследования в неорганической химии: Учеб. пособие для хим. и хим.-технол. вузов. М.: Высшая. школа, 1988. 271 с.: ил.
4. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. Пер. с англ. М.: Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 438 с.
5. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Изд-во иност. лит. 1963. 590с.
6. Свердлов М.А. Колебательные спектры многоатомных молекул. М.: Наука, 1970.
7. Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механизм). М.: Наука, 1974. 360 с.
8. Афанасьев Ю.А., Беседин С.Н. Научно-технические основы диагностики пожароопасной ситуации методом инфракрасной спектроскопии / Сборник тезисов 10-го симпозиума по горению и взрыву. Сборник "Горение. Химическая физика процессов горения и взрыва". М.: Черноголовка, 1992. С. 162-163.
9. Беседин С.Н, Афанасьев Ю.А. Способ диагностики предпожарной ситуации и устройство для его осу-
ществления: пат. 2022250 Рос. Федерация. № 5018650/25; заявл. 25.11.1991; опубл. 30.10.1994. Бюл.№ 20.
10. Беседин С.Н. Диагностика и прогноз формирования кризисной ситуации в энергонасыщенных помещениях с учетом зондирования газовоздушной среды // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск "ЕЬР1Т-2007". Серия "Экология". 2007, С. 23-28.
11. Беседин С.Н. Новый подход к диагностике и прогнозу формирования предпожарной ситуации в энергонасыщенных помещениях // Безопасность жизнедеятельности. 2009. № 1. С. 48-52.
12. Беседин С.Н. Динамика молекулярных систем при формировании продуктов термоокислительной деструкции в газовоздушной среде энергонасыщенных помещений в период кризиса // Сборник трудов второго экологического конгресса ЕЬР1Т-2009, Тольятти, сентябрь 2009. Т.2. С.125-130.
DYNAMICS OF MOLECU1AR SYSTEMS DURING FORMING OF THE PRODUCTS OF THERMOOXIDEN DESTRUCTION IN GAS-AIR MEDIUM OF ENERGI-RDLED COMPARTMENTS
© 2010 S.N. Besedin
Volgograd State Pedagogical University
In this article we described at the molecular level the principals of forming thennooxiden destruction products in gas-air medium of energy-filled compartments sea ships with atomic energy arrangement on nominal regime exploitation and products of different electro insulating cable production in result influence electric discharge.
Key words: molecular systems during forming of the products of thermooxiden destruction, infra - red spectra of absorption, electric discharge in electro insulating cable production, range of spectrum, peroxide group, aldehydes, nitro, chloride and aromatic junctions, ozonides, differential interfering filter
Sergei Besedin, Candidate of Techniques sciences, Associate Professor at the Machine-construction, Safeness, Methodical teaching Department. E - mail: sergei_forsag@mail.ru
