CC BY
22
6. Абраменков, Д. Э. Технология и механизация подготовки оснований и устройства свайных фундаментов / Д. Э. Абраменков, А. В. Грузин, В. В. Грузин, Л. В. Нуждин. Под общ. ред. В. В. Грузина. - Караганда: Болашак-Баспа, 2002. - 264 с.
7. Gruzin, A.V. The Artificial Additives Effect to Soil Deformation Characteristics of Oil and Oil Products Storage Tanks Foundation / A.V. Gruzin, V.V. Tokarev, V.V. Shalai, Yu.V. Logunova // Procedia Engineering. - 2015. - №113. - pp. 158-168.
ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ДОБАВОК КАРБАМИДА НА ОГНЕТУШАЩУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКОКРАТНОЙ ПЕНЫ ИЗ ЛАУРИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ Дегаев Евгений Николаевич, аспирант (e-mail: degaev@inbox.ru) Национальный исследовательский московский государственный строительный университет, г.Москва, Россия
В данной статье рассматривается влияние карбамида на огнетуша-щую эффективность эталонного пенообразователя для испытания пено-генераторов. Результаты исследований показали, что добавки карбамида практически не влияют на основные параметры тушения углеводородов. Также выявлено, что для получения воспроизводимых результатов тушения модельного резервуара следует охлаждать свободную поверхность стенки водой.
Ключевые слова: огнетушащая эффективность, карбамид, лаурил-сульфат натрия, пенообразователь.
До настоящего времени для определения функциональных возможностей пеногенераторов пенообразователи выбирались произвольно, по усмотрению производителя. Но в связи с появлением спорных моментов по качеству и воспроизводимости генераторов пены, изготовленных на различных предприятиях, возник вопрос об использовании единого эталонного пенообразователя [1].
Лаурилсульфат натрия может выступать в качестве такого объекта, так как является индивидуальным веществом. Также известно, что данное вещество имеет ограниченную растворимость в водных растворах. Но приготовить его рабочий раствор не предоставляет особого труда. В качестве одного из компонента, который позволял бы лучше растворяться предлагалось использовать хорошо известную добавку - карбамид (мочевина). Карбамид заметно повышает огнетушащую эффективность воды, при тушении пожаров древесины. Карбамид часто добавляют в рецептуры пенообразователей, предназначенных для тушения нефтепродуктов.
Чтобы в дальнейшем не возникали вопросы, о том повышает ли карбамид огнетушащую эффективность пены при тушении пламени нефтепродуктов, в данной работе поставлена задача: провести экспериментальные исследования по тушению пламени гептана пеной низкой кратности по ме-
тодике, описанной в ГОСТ Р 53280.2-2010 [2]. Единственным отклонением от методики - это подача пены непосредственно на горящую поверхность гептана.
Для выявления механизма влияния карбамида на эффективность тушения пламени углеводородов, параллельно, исследовали влияние карбамида на поверхностную активность водных растворов лаурилсульфата натрия. Экспериментально определяли изотермы поверхностного и межфазного натяжения с гептаном, на основе которых рассчитывали коэффициенты растекания в системе раствор - гептан.
Из экспериментальных измерений изотерм поверхностного натяжения (см. рис. 1), следует, что горючее по раствору растекается лучше, чем раствор по гептану. Даже при высокой концентрации лаурилсульфата натрия поверхностное натяжение раствора очень высокое, порядка 30 мН/м, а межфазное - 5 мН/м. В результате получается так, что раствор никак не может натекать на гептан, а вот гептан легко натекает на раствор.
70.0 20.0
10.0
0.0 & 3
-ю.с
-20.С
-зо.с
-40.С
-ЗО.С
-60.С
-70.0
3
а
(С
м
<1>
X
<1>
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0,50 1.00
Ш С % масс
Рис.1. Изотермы поверхностного и межфазного натяжения водных растворов лаурилсульфата натрия: 1 - поверхностное натяжение раствора; 2 -межфазное натяжение; 3 - поверхностное натяжение гептана; 4 - коэффициент растекания раствора по гептану; 5 - коэффициент растекания гептана по раствору.
На рис. 2 показано влияние карбамида на эти изотермы, как видно, влияние его на величину поверхностного натяжения не большое, и ожи-
дать, что в результате его добавления изменится процесс растекания, не приходится.
Для количественной характеристики процесса тушения, определяли время локализации и тушения пламени при различной интенсивности подачи пены. По результатам эксперимента рассчитывали удельный расход пенообразователя для тушения единицы площади поверхности горящей жидкости. Анализируя зависимость удельного расхода пены от интенсивности подачи, определяли минимальный удельный расход и оптимальную интенсивность подачи пены [3].
70.0
ä К
I
а>
I—I
s
<L>
ч
И К
<L> О
к
и
о о
й а
<L> «
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
О-., —о----< -----А
—о— "О----- 5 ----О
-О- 4 ----О
г V / """О----i
/ / о Ай. д Л 3 . А L л Д
и ¿1
1
20.0
10.0
0.0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
Я
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.D0 LG С °i> масс
Рис.2. Изотермы поверхностного и межфазного натяжения водных растворов 21% лаурилсульфата натрия и 35% карбамида: 1 - поверхностное натяжение раствора; 2 - межфазное натяжение; 3 - поверхностное натяжение гептана; 4 - коэффициент растекания раствора по гептану; 5 - коэффициент растекания гептана по раствору.
Результаты тушения, представленные на рис. 3 показали, что добавление карбамида ведет к уменьшению удельного расхода пенообразователя и времени тушения. Отмечено уменьшение периода времени между временем локализации и временем тушения пламени.
Концентрации карбамида, которые использовали при тушении, охватывают довольно широкий диапазон: от маленькой - 0,2 % масс., до очень большой - равной 3,0% масс., в рабочем растворе. Эта концентрация была выбрана как крайняя, чтобы убедиться в том, что влияние количества до-
бавленного карбамида на критическую и оптимальную интенсивность сказывается не существенно [4].
Влияние больших добавок карбамида своеобразно сказывалась на процессе тушения: при движении по горящей поверхности гептана периодически происходили разрывы пенных пузырьков по линии растекания. Этот эффект сопровождался негромкими щелчками. Особенно проявлялось это при контакте пены с нагретой металлической стенкой резервуара. По-видимому, происходит локальный перегрев молекул карбамида, который распадается на углекислый газ и двуокись углерода.
0 0.05 0.1 0.15
Интенсивность. кг/ы2 с
Рис.3. Тушение пламени гептана пеной низкой кратности, полученной из растворов лаурилсульфата натрия с различной концентрацией карбамида: 1 - 2% р-р с карбамидом; 1' - удельный расход 2% р-ра с карбамидом; 2 -5% р-р с кабамидом; 2' - удельный расход 5% р-ра с карбамидом; 3 - 5% р-р без карбамида; 3' - удельный расход 5% р-ра без карбамида).
В экспериментах, проведенных в модельных металлических емкостях без орошения свободных стенок водой время тушения складывается из периода растекания пены по всей поверхности горящей жидкости и времени в течение которого исчезают последние языки пламени, возникающие около металлической поверхности стенки модельного резервуара. Подойдя к раскаленному борту, слой пены непрерывно разрушается при непосредственном контакте с раскаленной стенкой. Слабое горение углеводорода по-
сле локализации может продолжаться от 10 до 25 с. Этот период времени сопоставим с временем локализации и временем тушения пламени.
Отмеченный эффект имеет особое значение, поскольку использованная методика предусмотрена ГОСТ Р 53280.2-2010 для сравнительного испытания огнетушащей эффективности пенообразователей, а погрешность определенного времени тушения может быть велика из-за разницы между локализацией и временем тушения.
Для выявления роли величины свободного борта и степени его охлаждения, проведены параллельные измерения огнетушащей эффективности при частичном и полном охлаждении стенок металлической горелки.
Результаты испытаний, представленные на рис. 4 подтвердили, что большая разница между временем локализации и тушения связана, в первую очередь, с разогревом свободной стенки факелом пламени, в процесс свободного горения углеводорода.
160
0.06 0.08 0.1 Интенсивность, кг/м--с
Рис. 4. Тушение пламени гептана пеной низкой кратности, полученной из 1% растворов лаурилсульфата натрия: 1 - тушение без охлаждения стенок модельного резервуара; 1' - локализация без охлаждения стенок модельного резервуара; 1" - удельный расход без охлаждения; 2 - тушение с охлаждением стенок модельного резервуара; 2' -локализация с охлаждением стенок модельного резервуара; 2" - удельный расход с охлаждением.
Из проведенных экспериментов, связанных с исследованием роли добавок карбамида, следует, что добавки карбамида несущественно снизили
оптимальную интенсивность и удельный расход пенообразователя, а критическая интенсивность осталась прежней. Стоит также отметить, что для получения воспроизводимых результатов при тушении модельного резервуара необходимо охлаждать свободную поверхность резервуара водой, так как перегрев стенок сильно влияет на разброс времен параллельных тушений.
Список литературы
1. Шароварников А.Ф., Шароварников С.А. Пенообразователи и пены для тушения пожара. М., Изд. Пожнаука, М. 2005, с.152.
2. Дегаев Е.Н., Муковнина В. А. Лабораторная методика определения изолирующих свойств пены на поверхности гептана. Строительство — формирование среды жизнедеятельности: сб. науч. тр. - М. : МГСУ, 2014. С. 522-525.
3. Дегаев Е.Н. Подслойное тушение нефтепродуктов пеной различной кратности. Строительство - формирование среды жизнедеятельности: сб. науч. тр. - Москва: МГСУ, 2015. С. 468-470.
4. Макарова И.П., Дегаев Е.Н. Огнетушащая эффективность пены с различным коэффициентом растекания. Строительство - формирование среды жизнедеятельности: сб. науч. тр. - Москва: МГСУ, 2015. С. 493-496.
Degaev Evgeniy Nikolaevich, graduate student
(e-mail: degaev@inbox.ru)
National Research Moscow State Construction University, Moscow, Russia
STUDY ON THE ROLE OF SUPPLEMENTS UREA ON FIRE EXTINGUISHING EFFECTINCY LOW EXPANSION FOAM OF SODIUM LAURYL SULFATE
Abstract. This article examines the influence of urea on extinguishing efficiency reference foaming agent to test foam generators. The results showed that the addition of urea do not affect the basic parameters of the quenching of hydrocarbons and to obtain reproducible results extinguishing model of the tank should be cooled with water free surface of the wall.
Keywords: extinguishing efficiency, urea, sodium lauryl sulfate, foaming agent.
