CC BY
122
Бредихин// Сборник статей XI Междунар. науч.-практ. конф. «Экономика природопользования и природоохраны.» - Пенза, 2007.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ОГНЕТУШАЩИХ СВОЙСТВ ВОЗДУШНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕН
Е.В. Гайнуллина, доцент, к.т.н., доцент, Т.В. Якубова, старший преподаватель, к.х.н., А.А. Кректунов, преподаватель, Уральский институт ГПС МЧС России, г. Екатеринбург
Основы прекращения горения на пожаре связаны с ограничением интенсивности его развития и распространения наиболее простыми и эффективными средствами. Для этих целей широко применяются различные огнегасящие пены. Так, ликвидация горения при тушении большинства твердых горючих материалов, например при развитии природных пожаров, достигается уже при частичном сокращении доступа кислорода, которое может быть достигнуто путем изоляции горящего материала грунтом или пеной. При использовании огнегасящих пен также происходит достаточно быстрое охлаждение прогретого слоя материалов ниже температуры начала пиролиза (в среднем около 200 0С) выделяющимся отсеком, что, как известно, является критическим условием прекращения горения древесины и других твердых горючих материалов, склонных к тлению.
Кроме того, пены используют не только для тушения, но и для создания на пути движения пожара противопожарных заградительных полос и опорных линий, позволяющих предотвратить его дальнейшее распространение [1]. При этом наиболее важными становятся такие свойства пен, как стабильность и огнестойкость, т.е. способность сохраняться длительное время без значительного разрушения. Эти качества определяются составом пенообразователя, используемого для приготовления пены. Для создания противопожарных пен используют комбинацию ПАВ, обладающих как пенообразующим, так и стабилизирующим действием. При этом выбор веществ до настоящего времени осуществляется опытным путём. Особый интерес вызывает изучение возможностей увеличения устойчивости огнегасящих пен путём ведения добавок - стабилизаторов.
Для изучении возможности повышения устойчивости и огнестойкости воздушно механических пен (ВМП) на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ), применяющихся в промышленности для производства пенообразователей, путём введения стабилизирующих добавок, были проведены исследования устойчивости и огнестойкости пен, полученных из водных растворов натриевых солей дигексилового, диоктилового и динонилового эфиров сульфоянтарной кислоты, а также пенообразователя ПО-6К. В качестве стабилизаторов были выбраны следующие вещества: коллоидный раствор железа, глицерин, этиленгликоль, поливиниловый спирт, бутиловый спирт, триэтаноламин.
Для создания огнетушащих веществ с коллоидно-мицеллярной структурой, к которым относятся пены, используют способность ПАВ к мицеллообразованию. Знание значений критической концентрации мицеллообразования (ККМ) ПАВ, используемых для приготовления пенообразователей, позволяет получить пену, обладающую максимальной структурно-механической прочностью, хорошей растекаемостью по поверхности и устойчивостью к термическому воздействию и расслаиванию.
Целью работы было определить критическую концентрацию мицеллообразования анионных ПАВ, используемых в огнегасящих пенах в качестве пенообразователя; выбрать раствор ПАВ, позволяющего получить пену с наибольшей устойчивостью и огнестойкостью.
Все исследования в лабораторных условиях по стандартным методикам согласно [2, 3]. Для определения ККМ использовался кондуктометр «Эксперт», измеряющий удельную электропроводность раствора ПАВ, по величине которой рассчитывалась концентрация растворов.
Исследования по определению ККМ веществ показали, что с ростом молярной массы радикала ККМ увеличивается: от гексила (С6Н13) - СККМ = 0,35 % масс. до нонила (С9Н19) - СККМ = 1,10 % масс (электропроводность соответственно снижается). С точки зрения экономической целесообразности, в качестве пенообразователя следует выбирать раствор вещества с минимальным значением ККМ. Однако диапазон концентраций не столь большой, чтобы оказать существенный экономический эффект за счёт уменьшения затрат ПАВ, поэтому была определена устойчивость и огнестойкость пен, полученных из предлагаемых растворов, и на основании этих данных выбран оптимальный состав пенообразователя.
В качестве пенообразователей были взяты водные растворов исследованных ПАВ в концентрациях, равных ККМ, и стабилизирующие добавки.
Проведенные исследования показали, что устойчивость получаемой пены при введении различных стабилизаторов увеличивается в следующей последовательности: глицерин; коллоидное железо; бутиловый спирт; этиленгликоль; триэтаноламин; поливиниловый спирт.
Наиболее эффективным стабилизатором является поливиниловый спирт в концентрации 1 %. Полученная из такого раствора пена в лабораторных условиях сохраняет устойчивость до 55 мин, т.е. около часа, а также отличается несколько более высокой кратностью. Хорошо повышает устойчивость также добавление триэтаноламина в концентрации 1 -1,5 % и этиленгликоля в концентрации 1 %, максимальная устойчивость пены при этом составляет 45 и 50 минут соответственно. Большие концентрации стабилизирующих веществ (порядка 25 %) не только не увеличивают устойчивости пены, но и в большинстве случаев отрицательно влияют на пенообразующую способность растворов.
Очевидно, что использование глицерина и коллоидного раствора железа нецелесообразно, поскольку эти вещества менее эффективно повышают устойчивость пен, а кроме того сложны в применении в реальных условиях: раствор железа трудоёмок в приготовлении и чувствителен к рН среды, а глицерин быстро застывает при понижении температуры.
Результаты проверки термической устойчивости пен приготовленных с применением рассмотренных стабилизаторов, с использованием лабораторного пеногенератора установки «Термостенд-Пена» (табл.), показали, что наибольшей огнестойкостью отличается пена, стабилизированная поливиниловым спиртом в концентрации 1 % об, устойчивость которой к термическому воздействию составляет 21 мин. Также пену с достаточно высокой огнестойкостью (15-17 мин) можно получить при добавлении 1-1,5 % об. триэтаноламина. Пены, приготовленные с применением этиленгликоля, глицерина, коллоидного железа и бутилового спирта показывают более низкие результаты, их огнестойкость 9-12 минут (табл.).
Таблица
Сравнительная огнестойкость пен, содержащих различные стабилизаторы
№ п/п Стабилизатор Огнестойкость, мин
1 Поливиниловый спирт, 1,0% 21,0
2 Поливиниловый спирт, 1,5% 18,0
3 Триэтаноламин, 1,0% 17,0
4 Триэтаноламин, 1,5% 15,0
5 Этиленгликоль, 1,0% 11,5
6 Бутиловый спирт, 1,0% 10,0
7 Бутиловый спирт, 1,5% 10,5
8 Глицерин, 1% 12,0
9 Коллоидное железо, 0,5% 9,0
Таким образом, обобщая результаты проведённых исследований, можно сделать заключение о том, что на этапе лабораторных испытаний в качестве стабилизаторов, наиболее эффективно улучшающих устойчивость пен на основе стандартных ПАВ, выпускаемых отечественной промышленностью, являются поливиниловый спирт и этиленгликоль в концентрации 1 % об. Применение пенообразующих составов на их основе позволит не только повысить эффективность тушения крупномасштабных промышленных и природных пожаров, но и повысить устойчивость пен, используемых для создания пенных заградительных и опорных полос и заградительных пенонаполненных траншей, применяемых при локализации и предотвращении распространения огня.
Список использованной литературы
1. Залесов С. В. Обнаружение и тушение лесных пожаров: Учеб. пособ. -Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2011. - 238 с.
2. ГОСТ Р 50588-2012 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний»
3. ГОСТ 4.99-83. СПКП. Пенообразователи для тушения пожаров. Номенклатура показателей.
