Исследование закономерностей тушения пожаров в закрытых помещениях высокократной пеной Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Тушение пожаров

УДК 614.84.664

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ ВЫСОКОКРАТНОЙ ПЕНОЙ

С. С. Воевода*

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Описан процесс тушения модельного пожара в закрытом технологическом помещении заполнением высокократной пеной.

Одним из способов тушения пожаров в помещениях является объемное тушение пеной. Процесс тушения закрытых помещений пеной сводится к заполнению объема помещения (полностью или частично) огнетушащим средством. Для объемного тушения пожаров такого типа используются пены как средней, так и высокой кратности. Высокократные пены более предпочтительны для применения в качестве огнетушащего средства, так как позволяют расходовать меньше пенообразующего состава для получения того же объема пены по сравнению с пеной средней кратности. В реальных условиях применения пен для тушения пожаров в закрытых помещениях в качестве газовой фазы, наполняющей пену, приходится использовать не чистый воздух, а воздух с продуктами сгорания, которые наполняют горящее помещение, поскольку пеногенераторы расположены внутри помещений.

С целью выявления закономерностей тушения пожаров высокократной пеной в закрытых помещениях методом их объемного заполнения были проведены исследования на испытательном полигоне г. Альметьевска (Республика Татарстан). Изучение процесса пенообразования проводили на установке, схема и описание работы которой приведены в работах [1, 2], с использованием микропеногенера-тора. Оценивалось влияние на процесс объемного тушения концентрации и природы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и дыма, а также электрокинетических параметров пены. Это было связано с получением пен заданной структуры и контролем таких параметров, как кратность, дисперсность, тол-

щина пенных пленок, капиллярное давление в каналах Плато-Гиббса. Эксперименты по объемному тушению проводили на установке, схема которой представлена на рис. 1.

Максимальное количество пеногенераторов —

5 шт.;

| м. Площадь по-

высота их расположения мещения — 75 м2. Тушение пожара предусматривало заполнение помещения насосной на 2,0 - 2,5 м.

РИС.1. Схема установки для определения параметров тушения пожара высокократной пеной: 1 — здание насосной; 2 — насос по перекачке нефти; 3 — пеногенераторы; 4 — распределительный трубопровод; 5 — магистральный трубопровод для подачи раствора; 6—смеситель-дозатор эжек-ционного типа; 7 — гофрированный шланг для забора пенообразователя; 8 — емкость с пенообразователем; 9 — ввод для подачи воды под давлением

Автор выражает огромную благодарность своему учителю — докт. техн. наук, профессору А. Ф. Шароварникову, ведущему специалисту в области обеспечения противопожарной защиты объектов топливно-энергетического комплекса страны, за анализ и критику результатов работы.

Пять пеногенераторов © Четыре пеногенератора © Три пеногенератора 3 Два пеногенератора

- Экспериментальная кривая

--Теоретическая кривая

т

30 40 50 60 Время тушения, с

РИС.2. Зависимость высоты заполнения помещения насосной высокократной пеной (К = 700) от времени тушения: т2 — время заполнения на высоту 2,5 м при работе двух пеногенераторов; т3—то же при работе трех пеногенераторов; т4 — то же при работе четырех пеногенераторов; т5 — то же при работе пяти пеногенераторов

Кратность пены определяли устройством, работающем на принципе сравнения электропроводно-стей рабочего раствора ПАВ и полученной пены.

Перед началом эксперимента производили розжиг нефти около макета насоса по ее перекачке, затем осуществляли подачу воды в трубопровод системы под давлением 8 кг/см2. Движущаяся вода, проходя через автономный смеситель, захватывала с собой пенообразователь, перемешивалась с ним в необходимой пропорции, далее рабочий раствор пенообразователя концентрацией 6% поступал в распределительный трубопровод и затем в пеноге-нераторы. Время розжига нефти, начала подачи воды, начала и окончания тушения фиксировалось при помощи секундомера. Замерялись кратность и дисперсность пены.

Анализ процесса тушения показал, что скорость заполнения пеной помещения постепенно снижалась по мере увеличения высоты пенного слоя. Чем больше высота пенного слоя, тем выше скорость разрушения пены. Это объясняется тем, что по мере роста высоты столба пены растет гидростатическое давление в пенных каналах. По достижению гидростатическим давлением определенных значений, соответствующих максимальному капиллярному давлению, происходит разрыв пенных пленок и пена разрушается. Чем ниже значения максимального капиллярного давления, которое пена способна выдержать, тем меньшая высота пенного столба будет достигнута.

На рис. 2 представлены графические зависимости высоты заполнения помещения насосной пеной кратностью 700 от времени тушения при различном количестве работающих пеногенераторов. Ниже предложено описание процесса накопления и разрушения высокократной пены в горящем помещении. Так как теплоемкость дисперсной фазы много меньше теплоемкости дисперсионной среды и ее температура не имеет большого значения в процессе пенообразования, то температурой дыма можно пренебречь.

Запишем уравнение материального баланса пены, поданной в задымленное помещение. Разрушение пены происходит во всем объеме пенного слоя от воздействия дыма, находящегося в пузырьках пены, а также в поверхностном слое от воздействия гидростатического давления:

д ёт = ёт + икБ0ёт + Б0АН, (1)

где д — секундный расход пены, м3/с; т — время разрушения, с;

— скорость разрушения пены от воздействия дыма, м/с;

Бу — общая площадь поверхности пены, м2; ик — скорость разрушения пены в поверхностном слое, м/с;

Б0 — площадь помещения, м2; к — средняя высота слоя пены, м. определяется из соотношения:

П3 = т/рБт,

(2)

где т — масса пены, разрушенной от воздействия дыма, кг;

р — плотность пены, кг/м3; Б — площадь поверхности разрушенной пены, м . Так как

ик = рк, (3)

где р — коэффициент пропорциональности, а

Б = 4пг 2 п = 4кг 2 Гпены

О у 4*и «пузырьков 41"

3¥

~/г п,

4/3 кг ~

-, (4)

где пп

'пузырьков — число пуЗЫрьков;

г — радиус пузырька; Упены — объем, заполненный пеной, то уравнение (1) принимает следующий вид:

3¥

дАт = и$ 3-пены

ёт+рй5 0ёт + Б 0АН. (5)

7

Тушение пожаров

я и н е н л о поа з а т о с ы

т

5 -

0 Р = 0,01 © Р = 0,05 О Р = 0,10 Экспериментальная кривая — — Теоретическая кривая

_ —

3-О

0 10 20 30 40 50 Коэффициент Р

РИС.3. Зависимость высоты заполнения закрытого помещения высокократной пеной от времени тушения при различных значениях коэффициента Р

я о л с а т о с ы

т

© и, = 1,00-10 4м3/(м2-с) © и, = 0,75 ■ 10 4м3/(м2-с)

_ Экспериментальная

кривая

--Теоретическая кривая

30 40 50 60 Время тушения, с

РИС.4. Зависимость высоты заполнения задымленного помещения высокократной пеной от времени тушения при различных значениях удельной скорости разрушения пены от воздействия дыма Us

6

4

3

2

1

Преобразуя равенство (5), получим:

S 0

ёт = -

3V

л пены

Ч - и,-

-АН.

(6)

-РНБ 0

Так как Vпены = 50 Н, получим:

S 0

ёт =

Ч-\и$-г +Р| 5 0 Н

-АН.

(7)

Проинтегрировав дифференциальное уравнение (7) в начальных условиях т = 0, Н = 0, получим:

1

т = -

и, -+Р

1п

1-

и$~г +Р| 5 0 Н

(8)

В

о г = 0,0100 м

© г = 0,0075 м

с* г = 0,0050 м

Экспериментальная

кривая

-- Теоретическая кривая

-О

0

10

20 30 40 50 60 70 80 Время тушения, с

РИС.5. Зависимость высоты заполнения задымленного помещения высокократной пеной от времени тушения при различной дисперсности высокократной пены г

где т — время тушения.

Из выражения (8) путем преобразований можно вывести зависимость степени заполнения помещения от времени в явном виде:

Н=

50| и, г + Р

т (и,-1 - е 1 г

\

(9)

у

Численное значение коэффициента Р определяется предельным значением капиллярного давления, которое пена способна выдержать, а величина предельного капиллярного давления пенных каналов — природой пенообразователя и структурой пены.

Нарис. 3 представлены графические зависимости высоты заполнения помещения от времени тушения при различной величине коэффициента Р, исходя из того, что

Р = Цдр / ДРа,

(10)

где идр — скорость роста капиллярного давления в пенных каналах на начальном этапе, кПа/с; ДРа тах — предельное значение капиллярного давления, кПа.

На рис. 4 показана зависимость степени заполнения задымленного помещения высокократной пеной от времени заполнения при различных значе-

6

5

4

3

2

Ч

Ч

ниях скорости разрушения пены от воздействия дыма П3.

На рис. 5 приведена зависимость высоты заполнения задымленного помещения высокократной пеной от времени тушения при различной дисперсности пены.

Таким образом, установлено, что при увеличении плотности дыма внутри помещения время за-

полнения пеной требуемого объема увеличивается. Чем выше кратность полученной пены и интенсивность подачи, тем быстрее происходит заполнение и тушение пожара. На процесс образования высокократной пены в закрытом помещении на начальной стадии пожара практически не влияет температура газовой фазы, так как ее теплоемкость значительно ниже теплоемкости пенных пленок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шароварников А. Ф., Казаков М. В. Изучение процесса пенообразования в генераторах с принудительной подачей воздуха // Пожарная техника и тушение пожаров. — М.: ВНИИПО, 1979. С. 114.

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

Поступила в редакцию 15.05.04.