ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
УДК 614.942.612
ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕТУШАЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЕЛОРУССКИХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ КАРТРИДЖЕЙ-СМАЧИВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
Приведены характеристики огнетушащей эффективности белорусских картриджей-смачивателей для тушения пожаров. Экспериментально доказано, что белорусские картриджи-смачиватели по огнетушащей эффективности превосходят импортный аналог "Ругосоо1 Тв" в 1,5 раза. Выполнен сравнительный анализ свойств картриджа-смачивателя для тушения пожаров белорусского производства и твердых смачивателей российского производства. Ключевые слова: картридж-смачиватель для тушения пожаров, твердотельный источник поверхностно-активных веществ, ручной комбинированный пожарный ствол, огнетушащая эффективность, модельный очаг пожара, полиэтиленгликоль.
управления 4ии НИОКР асти - Главного ский государст-■ск, Беларусь
Л. П. Круль
д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой Белорусского государственного университета, г. Минск, Беларусь
0. Д. Навроцкий
старший научный сотрудник НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь, г. Минск, Беларусь
0
1 ^ Г
В. К. Емельянов
старший научный сотрудник НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь, г. Минск, Беларусь
С|?ь
С. Г. Котов
канд. техн. наук, начальник управления сопровожденияи координации НИ0КР Научно-исследовательской части - Главного управления науки, Белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь
В[1] рассмотрены теоретические аспекты получения водных растворов поверхностно-активных веществ из твердотельных составов, а также приведены результаты экспериментального исследования водных растворов и твердотельных составов на основе полиэтиленгликолей и поверхностно-активных веществ. В результате исследований установлены составы для создания твердотельных источников смачивателей для тушения пожаров.
На момент начала исследования огнетушащей эффективности твердотельных картриджей-смачивателей нормативные документы, регламентирующие методы испытания этих огнетушащих веществ, в Республике Беларусь и Российской Федерации отсутствовали. Основываясь на опыте создания и испытания белорусских пенообразователей для тушения пожаров [2-8], мы предложили методику исследования огнетушащей эффективности твердофазного источника смачивателя.
Процедура исследования огнетушащей эффективности твердофазных картриджей-смачивателей изложена в "Программе и методике проведения испытаний твердофазных источников растворов
ПАВ для тушения пожаров класса А" № 52/07М от 23.09.2004. В соответствии с этим документом огнетушащая эффективность картриджей-смачивателей оценивается по изменению количества огнету-шащего вещества, израсходованного на тушение модельного очага пожара класса А.
К моменту проведения исследований огнетушащей эффективности твердотельных картриджей-смачивателей в Республике Беларусь был разработан отечественный ручной комбинированный пожарный ствол СПРК-50, который, как и ствол "Rambo Jet", позволяет использовать твердофазный источник смачивателя и получать сплошную или распыленную струю воды.
Внешний вид ствола и его основные характеристики, взятые из [9], приведены на рис. 1 ивтабл. 1.
В соответствии с постановлениями Совета Министров Республики Беларусь [10, 11] в 2008 и 2009 годах органами и подразделениями по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь приобретено 150 таких стволов.
С целью оценки огнетушащей эффективности картриджа-смачивателя с помощью ствола типа
© Котов С. Г., Круль Л. П., Навроцкий О. Д., Емельянов В. К., 2010
Рис. 1. Вид ручного комбинированного пожарного ствол СПРК-50
"Rambo Jet" определялось количество воды, необходимое для тушения очага пожара, без использования и с использованием твердофазного источника в составе ствола.
Для проведения испытаний использовалось следующее оборудование: автомобиль пожарный АЦ-40; 2 рукава пожарных прорезиненных диаметром 51 мм, длиной 20 м; ствол типа "Rambo Jet"; счетчик воды СТВ или СТВГ (1.. .40 л/с, цена деления 1 л, погрешность 0,005 л/с); линейка (0.1000 мм, цена деления 1 мм, класс точности 2); рулетка (0.5000 мм, цена деления 1 мм, класс точности 2); весы электронные (0.15 кг, цена деления 0,02 кг, класс точности 2); секундомер СОПпр-2а- 3-000 (0.30 мин, цена деления 0,2 с, класс точности 2); влагомер ЭВ-2К (1.100%, цена деления 1 %, класс точности 1,5); термометр ртутный (-50. +50 °С, цена деления 1 °С, класс точности 2); емкость мерная (0.10л, цена деления 0,2 л); анемометр (0.10 м/с, (5 % отн. +0'3) м/с); противень металлический с номинальным диаметром (1480 ± ± 15) мм и высотой (230 ± 5) мм; манометр (0. 1,0 МПа, цена деления 0,01 МПа, класс точности не ниже 1,5); 2 уголка стальных длиной 2400 мм по ГОСТ 8510; блок бетонный или металлический высотой (400+10) мм; брус из хвойных пород древесины по ГОСТ 8486 не ниже 3-го сорта сечением (50 ± 5) мм, длиной (1500 ± 50) мм, влажностью (12+2) % в количестве (1,37+0'05) м3 на один опыт; бензин А-76 по ГОСТ 2088-84 или гептан технический (Нефрас С2 80/120 по ТУ 38.401-67-108) в количестве (49,0 ± 1,0) л на один опыт; вода питьевая по ГОСТ 2874-82.
Испытания проводились при температуре воздуха 5.30 °С, атмосферном давлении 84.106,7 кПа, относительной влажности 30.80 %, скорости ветра, не превышающей 2 м/с, и отсутствии осадков.
Место для проведения испытаний выбирали таким образом, чтобы модельный очаг пожара находился на ровной поверхности на расстоянии не менее 10 м от силовых кабелей.
Модельный очаг представлял собой деревянный штабель в виде куба и состоял из 366 брусков сечением (50 ± 5) мм, длиной (1500 ± 50) мм. Число брусков в верхнем и нижнем слоях — по 15, в остальных слоях — по 12. Число слоев — 30. Зазор
Таблица 1. Технические характеристики ручного комбинированного пожарного ствол СПРК-50
Показатель Значение
Рабочее давление на входе, МПа 0,7 ± 0,02
Расход компактной струи, л/с, не менее 4,3
Дальность компактной струи, м, не менее 30
Расход распыленной струи, л/с, не менее 2
Дальность распыленной струи, м, не менее 12
Эффективная дальность распыленной струи, м, не менее 5
Средняя интенсивность орошения распыленной струи, л/(с-м2), не менее 0,10
Расход воды защитной завесы, л/с, не менее 0,9
Угол факела защитной завесы, град, не менее 120о
Габаритные размеры, мм (580х270х х115) ± 5
Масса ствола, кг, не более 3
Срок службы ствола, лет, не менее 8
Рис. 2. Проведение огневых испытаний
между брусками в верхнем и нижнем слоях — по (50 + 5) мм, в остальных — по (80 + 5) мм. Штабель выкладывали так, чтобы бруски каждого последующего слоя были перпендикулярны брускам нижележащего слоя. При этом по всему объему образовывались каналы прямоугольного сечения (рис. 2).
Штабель размещали на двух стальных уголках, установленных на бетонных или металлических блоках.
Противень помещали под штабель таким образом, чтобы центры штабеля и противня совпадали.
Пожарный автомобиль размещали на безопасном и удобном для работы оператора расстоянии от очага пожара, но не далее 30 мот него и не ближе 1 м к конструкциям здания.
Прокладывали рукавную линию, в которую для контроля расхода воды и рабочего давления подключали счетчик воды СТВ или СТВГ и манометр. Подключали ствол типа "Rambo Jet".
Заливали в противень слой воды толщиной (69 ± 3) мм. При этом образовывалось гладкое зеркало, компенсирующее неровности дна противня. Замер высоты слоя воды проводили в наиболее неблагоприятной точке по площади противня. На слой воды наливали бензин или технический гептан в количестве (49,0 ± 1) л.
Для определения расхода воды на тушение модельного очага пожара запускали двигатель пожарного автомобиля и устанавливали рабочее давление в рукавной линии 0,6 МПа. Контроль рабочего давления осуществляли с помощью манометра, установленного в рукавной линии.
Поджигали горючее в противне и включали секундомер. После того как время горения штабеля, с учетом времени выгорания бензина, достигало (420 ± 60) с, приступали к его тушению.
Открывали перекрывной вентиль на стволе за (20 ± 5) с до начала тушения. Поворотом рукоятки на форсунке ствола добивались наиболее тонкого распыла воды.
Фиксировали показания счетчика воды и засекали время с момента начала тушения. Тушение начинали с фасада модельного очага при начальном расстоянии до него 5 м. В процессе тушения это расстояние разрешалось уменьшать до 1 м.
При исчезновении очагов открытого горения закрывали вентиль на стволе и включали секундомер. Фиксировали время тушения и расход воды на тушение модельного очага пожара. Фиксировали время до повторного воспламенения очага. Очаг считался потушенным, если в течение 10 мин на нем не появлялись новые источники открытого пламени.
Испытание включало в себя три опыта. При различии расходов воды в первых двух опытах не более чем на 10 % третий опыт не проводился.
С целью определения расхода воды при использовании твердотельного источника смачивателя определяли массу картриджа с помощью весов и заправляли его в перфорированный тубус ствола. Определяли расход раствора смачивателя на тушение модельного очага пожара по аналогии с определением расхода воды на тушение модельного очага пожара. Извлекали из ствола и взвешивали остатки картриджа. Фиксировали потерю его массы.
Огнетушащую эффективность твердотельного источника смачивателя оценивали на основании сравнения значений количества воды, израсходованной на тушение без применения и с применением картриджа в составе ствола.
Показатель относительной огнетушащей эффективности твердотельного источника смачивателя Е рассчитывали по формуле
Е = Ув/Ук, (1)
где Ув и Ук—объем соответственно воды и раствора смачивателя, израсходованных на тушение очага пожара, дм3.
Для расчета показателя огнетушащей эффективности использовали среднее арифметическое значение величин Ув и Ук, полученных в результате проведения не менее двух опытов, в которых не происходило повторного возгорания.
Для исследования огнетушащей эффективности твердофазного источника смачивателя в соответствии с рецептурой (РЦ РБ 100235722.001-2004) была синтезирована партия твердотельных источников ПАВ, представляющих собой цилиндрические картриджи диаметром 49 мм и длиной 279 мм. Синтез проводился в соответствии с разработанным лабораторным регламентом получения твердофазных источников растворов ПАВ.
Согласно лабораторному регламенту для получения твердотельных источников смачивателя использовались полиэтиленгликоль-4000 и вторичный алкилсульфонат натрия.
Для синтеза твердотельного источника смачивателя использовался полиэтиленгликоль, выпускаемый в соответствии с ТУ 6-14-826-86 в виде чешуек белого цвета. Температура его кристаллизации 50...55 °С; концентрация ионов водорода 5 %-ного водного раствора 4.7.
Полиэтиленгликоль подвержен термоокислительной и термической деструкции при температуре выше 310 °С; является неионогенным ПАВ, со средней молекулярной массой 4000; хорошо растворим в воде при комнатной температуре, но выпадает в осадок из водных растворов при температуре выше 100 °С, а также при введении неорганических солей.
Вторичный алкилсульфонат натрия (наименование по ГЫСГ — натрий С 14-17 вторичный алкилсульфонат) выпускается в виде воскообразных гранул желтого цвета. Точка размягчения менее 200 °С; кажущаяся плотность около 600 кг/м3; растворимость в воде приблизительно 300 г/л при 25 °С. Гранулы вторичного алкилсульфоната натрия очень гигроскопичны. Концентрация ионов водорода при концентрации 10 г/л и температуре раствора 20 °С составляет около 7. Данное вещество обладает хорошей смачивающей способностью (около 2 с для 0,3 %-ного раствора) и существенно снижает поверхностное натяжение воды (0,1 %-ный раствор имеет поверхностное натяжение на 54 % меньше, чем дистиллированная вода).
Технологический процесс получения твердотельного источника ПАВ в соответствии с лабораторным регламентом состоял из следующих стадий: взвешивания необходимых количеств компонентов, нагревания смеси компонентов до получения расплава; перемешивания расплава до однородной массы; заливки расплавленной массы в форму; охлаждения расплава до твердого состояния изделия; извлечения готового изделия из формы; упаковки и маркировки изделия.
Для получения композиций готовили расчетные количества компонентов путем взвешивания на весах ВТН-10 с точностью до 5 г.
Перед засыпкой компонентов в емкость для получения расплава проверяли ее чистоту. Емкость должна быть чистой, без остатков посторонних продуктов. После загрузки смеси компонентов в емкость ее нагревали на плитке или в термошкафу до 100 °С. Полученный расплав перемешивали до однородной массы.
Для получения картриджа твердотельного источника смачивателя использовали пластмассовую трубу диметром 49 мм и длиной 300 мм, закрытую с одной стороны крышкой.
Полученный расплав выливали в форму, а остатки расплава соскребали со стенок емкости металлическим шпателем. После заливки расплава в форму ее помещали под струю холодной воды для быстрого охлаждения. После затвердевания расплава картридж извлекали из формы, выталкивая его поршнем. Для снижения усилия на поршень форму поливали горячей водой (70.90 °С).
Готовые картриджи вкладывали в полиэтиленовые мешки и укладывали в пластмассовые или картонные коробки. Последние маркировались и предназначались для хранения в сухом месте при температуре от -40 до +35 °С. Коробки с картриджами при хранении и транспортировке необходимо предохранять от атмосферных осадков.
По разработанному лабораторному регламенту синтезирована экспериментальная партия твердотельных источников ПАВ, представляющих собой цилиндрические картриджи диаметром 49 мм и длиной 279 мм.
Результаты токсиколого-гигиенической экспертизы твердофазного источникараствора ПАВ, изготовленного по РЦ РБ 100235722.001-2004, показали, что синтезированные составы системы ПЭГ -вторичный алкилсульфонат натрия относятся к малоопасным веществам (IV класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76); не обладают раздражающим и кожно-резорбтивным действием в условиях однократного воздействия на неповрежденные кожные покровы лабораторных животных; вызывают слабо-выраженное раздражение слизистых оболочек глаз.
Таблица 2. Результаты сравнительных огневых испытаний разработанного твердотельного источника смачивателя и зарубежного аналога "Ругосоо1 ТБ"
Значение показателя
Показатель Вода Разработанный состав Pyrocool TS
Время тушения распыленной струей, с 101 56 82
Расход раствора (воды) на тушение, л 594 329 482
Расход твердотельного ПАВ, г 95 116
Относительная огнету-шащая эффективность 1,00 1,80 1,23
Результаты исследования огнетушащей эффективности разработанного твердофазного источника смачивателя и зарубежного аналога "Pyrocool TS" в соответствии с разработанной методикой приведены в табл. 2.
Результаты сравнительных огневых испытаний свидетельствуют о том, что использование твердотельных источников смачивателей позволяет сократить время тушения и, как следствие, расход жидкого огнетушащего вещества на тушение. Синтезированный опытный образец твердотельного картриджа повышает огнетушащую эффективность воды в 1,8 раза, тогда как импортный аналог (картридж "Pyrocool TS") — только в 1,2 раза.
Таким образом, синтезированный опытный образец твердотельного источника смачивателя по ог-нетушащей эффективности превосходит импортный аналог в 1,5 раза.
На основании результатов испытаний разработаны, согласованы, утверждены и зарегистрированы ТУ BY 101114857.062-2007 "Смачиватели-картриджи для тушения пожаров "Эффект СК".
На момент завершения испытаний белорусских картриджей-смачивателей информация о российских твердотельных смачивателях отсутствовала, поэтому провести сравнительные испытания огнетушащей эффективности белорусских и российских огнету-шащих составов не представилось возможным. Результаты сопоставления свойств белорусских картриджей-смачивателей с российскими твердотельными смачивателями [12-14] приведены в табл. 3.
Как видно из таблицы, все российские твердотельные смачиватели имеют одни габаритные размеры. Белорусские картриджи выпускаются двух типоразмеров. Картриджи СК45/200 используются для установки в ручной комбинированный пожарный ствол СПРК-50 белорусского производства, а картридж СК50/280 — в импортные стволы "Ram-bo Jet". Белорусские и российские твердотельные
Таблица 3. Свойства российских и белорусских картриджей-смачивателей
Марка российского смачивателя Марка белорусского смачивателя
Показатель Ливень-ТС Ливень-ТС "Пенный" Ливень-ТС "Флора" СК45/200 СК50/280
Габаритные размеры картриджа-смачивателя, мм:
диаметр 50 + 1 50 + 1 50 + 1 44 + 1 49 + 1
высота 250 + 3 250 + 3 250 + 3 199 + 1 279 + 1
Масса, г Не менее 580 350 + 15 600 + 20
Понижение поверхностного натяжения воды Минимально 40 % Не более 45 мН/м
рН 0,5%-ного раствора 6,0-10,0 6,0-10,0 6,0-10,0 6,0-7,0 6,0-7,0
Показатель смачивающей способности 0,5 %-ного раствора, с Не более 9 Не более 9 Не более 9 Не более 5* Не более 5*
Полная растворимость, л, не менее 2500 2500 2500 1500 2500
Температура размягчения, °С Свыше 35 Свыше 35 Свыше 35 Не менее 50 Не менее 50
Температура плавления, °С Свыше 60 Свыше 60 Свыше 60 - -
Растворимость в воде, % 100 100 100 - -
Растворимость в воде за 30 мин, % - - - Не менее 55 Не менее 55
Водопоглощение, %, не более - - - 5 5
Температурные пределы хранения, °С -20...+35 -20...+35 -20...+35 -40...+35 -40...+35
Температурный интервал использования, °С - - - 0...+35 0...+35
Гарантийный срок хранения в оригинальной упаковке, мес. 12 12 12 24 24
Сохраняемость в оригинальной упаковке, лет, не менее 10 10 10 - -
Коррозионность Материал не вызывает коррозии
* При концентрации 0,3 %.
смачиватели близких типоразмеров имеют близкие значения массы, рН, полной растворимости, снижения поверхностного натяжения и коррозионной активности.
В то же время, приводя данные о снижении поверхностного натяжения, российские производители не указывают концентрацию раствора, при которой достигается этот результат. Для белорусских картриджей-смачивателей снижение поверхностного натяжения до 45 мН/м достигается при концентрации 0,024 % масс., равной рабочей концентрации раствора, получаемого при использовании картриджа для тушения пожаров.
Показатель смачивающей способности в ТУ БУ 101114857.062-2007 "Смачиватели-картриджи для тушения пожаров "Эффект СК" не устанавливается. Однако в [1] показано, что этот показатель для 0,3 %-ных растворов не превышает 5 с, в то время как для 0,5 %-ных водных растворов российских твердотельных смачивателей "Ливень ТС" он не превышает 9 с. Кроме того, белорусские картриджи-смачиватели превосходят российские твердотельные
смачиватели по показателям температурных пределов хранения и гарантийному сроку хранения.
Сравнить растворимость в воде российских и белорусских картриджей-смачивателей не представилось возможным, так как даже из указания параметров видно, что методики их определения различны.
Очень важным параметром, по мнению авторов настоящей работы, является показатель водопогло-щения, приводимый для белорусских картриджей и отсутствующий для российских аналогов.
Справедливости ради следует указать, что российские разработчики приводят такой параметр, как сохраняемость в оригинальной упаковке, который отсутствует у белорусских картриджей-смачивателей для тушения пожаров. Вместе с тем выпуск белорусских и российских твердотельных смачивателей начат недавно, и натурными испытаниями данный параметр подтвердить не представляется возможным. К сожалению, ускоренные методики определения сохранности картриджей-смачивателей авторам настоящей работы неизвестны, вследствие чего этот параметр не определялся.
Данные, приведенные в настоящей работе и в работе [1], свидетельствуют о том, что картриджи-смачиватели для тушения пожаров "Эффект СК" белорусского производства превосходят не только
твердотельный смачиватель "Pyrocool TS", но и по многим параметрам твердые смачиватели "Ли-вень-ТС", "Ливень-ТС Пенный" и "Ливень-ТС Флора" российского производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Котов С. Г., КрульЛ. П., Котов Д. С. Создание белорусских твердотельных смачивателей для тушения пожаров // Пожаровзрывобезопасность. —2010.—Т.19,№ 1. — С. 53-61.
2. Тычино Н. А., Котов С. Г., Дедюля Н. Н., Навроцкий О. Д. Использование пенообразователя П0-ПНБ-01 при тушении реальных пожаров // Научное обеспечение пожарной безопасности.
— 1997. — № 5.— С. 51-55.
3. Тычино Н. А., Котов С. Г., Навроцкий О. Д. Из зарубежного и отечественного опыта использования новых огнетушащих средств // Научное обеспечение пожарной безопасности. — 1997.
— № 6.— С. 49-53.
4. Котов, С. Г., Навроцкий О. Д., ЛевыкинА. П., Залевский А. В. Результаты апробации отечественных пенообразователей // Научное обеспечение пожарной безопасности. — 1998. — № 7.
— С.32-35.
5. Котов С. Г., Навроцкий О. Д., Емельянов В. К. Пленкообразующие пенообразователи для тушения пожаров и локализации аварий с утечками нефти и нефтепродуктов // Научное обеспечение пожарной безопасности. — 2001. — № 10.—С. 87-91.
6. Котов С. Г., Навроцкий О. Д., Емельянов В. К. Разработка пенообразователя для тушения пожаров на основе углеводородных ПАВ и модифицирующих добавок // Чрезвычайные ситуации: предупреждение иликвидация. — 2002. — № 2(12). — С. 106-111.
7. Навроцкий О. Д., Котов С. Г., Котов Д. С. Разработка пленкообразующего пенообразователя для тушения пожаров // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. — 2005. — № 8(18). — С. 84-95.
8. Котов С. Г., Заневская Ю. В., Навроцкий О. Д., Емельянов В. К. Результаты разработки и внедрения технологии ликвидации пожаров на торфяниках // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. — 2008. — № 1(23). — С. 73-86.
9. Ствол пожарный ручной комбинированный СПРК-50 (Hand-Held Branchpipe "SPRK-50") / НИИ ПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://niipb. deal.by/p33395-stvol-pozharnyj-ruchnoj.html (дата обращения: 08.04.2010).
10. О перечне республиканских государственных нужд, а также государственных заказчиков по поставкам (закупкам) товаров (работ, услуг) для республиканских государственных нужд на
2008 год: Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 31 января 2008 г. № 136 // Эталонный банк данных правовой информации Республики Беларусь [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://pravo.by/webnpa/text.asp?RN=C20800136 (дата обращения: 08.04.2010).
11.0 перечне республиканских государственных нужд, а также государственных заказчиков по поставкам (закупкам) товаров (работ, услуг) для республиканских государственных нужд на
2009 год: Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 28 января 2009 г. № 108 // Эталонный банк данных правовой информации Республики Беларусь [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://pravo.by/webnpa/text.asp?RN=C20900108 (дата обращения: 08.04.2010).
12. Твердый смачиватель Ливень-ТС (Россия) / ООО "Лесснаб" [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.lessnab.karelia.ru/liventct.htm (дата обращения: 08.04.2010).
13. Твердый смачиватель Ливень-ТС "Флора" (Россия) / ООО "Лесснаб" [Электронный ресурс].
— Режим доступа : http://www.lessnab.karelia.ru/liventc.htm (дата обращения: 08.04.2010).
14. Твердый смачиватель Ливень-ТС "Пенный" (Россия) / ООО "Лесснаб" [Электронный ресурс].
— Режим доступа : http://www.lessnab.karelia.ru/liventcp.htm (дата обращения: 08.04.2010).
Материал поступил в редакцию 29 апреля 2010 г. Электронные адреса авторов: kotovsg@bsu.by, kotov_sergei@rambler.ru,
oleg.navrotsky@tut.by, 6832340@tut.by.