CC BY
3ТРУДЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
УДК 614.845
НАТУРНАЯ МОДЕЛЬ ОЧАГА ПОЖАРА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГОРЯЩИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ОГНЕТУШАЩЕГО ПОРОШКА
Алина Станиславовна Константинова13.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Санкт-Петербург, Россия 3ak090695@yandex. ru
Аннотация. Разработано устройство для натурного моделирования пожара нефтепродуктов, позволяющее определять огнетушащий эффект порошкового состава в контрольных точках плоскости поперечного сечения нестационарного газопорошкового потока. Предложен алгоритм огневых испытаний с использованием разработанного устройства и растворителя 646 в качестве горючего для экспериментальных очагов пожара, повышающий точность оценки огнетушащего эффекта порошка.
Синтезирован комплексный показатель оценки взаимодействия горящих нефтепродуктов и огнетушащего вещества, включающий в себя безразмерные относительные показатели пожарной опасности жидкости и характеристик подачи порошка. Комплексный показатель позволяет оценить опасность экспериментального очага пожара при использовании горючей жидкости, отличной от растворителя 646. При испытаниях следует считать приоритетными результаты тушения очагов, для которых комплексный показатель будет больше, как наиболее опасных.
Ключевые слова: огневые испытания, порошковый огнетушитель, газопорошковый поток, горючая жидкость
Для цитирования: Константинова А.С. Натурная модель очага пожара для оценки взаимодействия горящих нефтепродуктов и огнетушащего порошка // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России». 2022. № 3. С. 180-187.
A FULL-SCALE MODEL OF A FIRE SOURCE FOR EVALUATING THE INTERACTION OF BURNING PETROLEUM PRODUCTS AND FIRE EXTINGUISHING POWDER
Alina S. KonstantinovaH.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, Saint-Petersburg, Russia Mak090695@yandex.ru
Abstract. A device for as-build simulation of a petroleum products fire has been developed, It allows you to determine the fire extinguishing effect of the powder composition at the control points of the cross section of a non-stationary gas-powder stream. An algorithm for fire tests using the developed device and solvent 646 as a fuel for experimental fires is proposed, which increases the accuracy of assessing the fire-extinguishing effect of the powder.
A complex indicator for evaluating the interaction between burning oil products and a fire extinguishing agent has been synthesized, which includes dimensionless relative indicators of the fire
© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2022
hazard liquid and the characteristics of the powder supply. The complex indicator makes it possible to assess the danger of an experimental fire focuses when using a combustible liquid other than solvent 646. The priority should be given to the results of extinguishing fires, for which the complex indicator will be higher, as the most dangerous.
Keywords: fire tests, powder fire extinguisher, gas-powder stream, combustible liquid
For citation: Konstantinova A.S. A full-scale model of a fire source for evaluating the interaction of burning petroleum products and extinguishing powder // Nauch.-analit. jour. «Vestnik S.-Petersb. un-ta of State fire service of EMERCOM of Russia». 2022. № 3. P. 180-187.
Введение
В целях содействия потребителям в компетентном выборе продукции проводят подтверждение соответствия [1, ст. 18]. Для ручных огнетушителей его проводят по схемам 2с, 3с, 4с, 5с и 6с [2, ст. 146], включающим в себя сертификационные огневые испытания.
Порядок проведения огневых испытаний огнетушителей описан в приложении В [3]. Применительно к нефтегазовой отрасли наиболее значимым показателем полезности огнетушителя является способность тушить очаги пожара класса В. Модельный очаг пожара (МОП) класса В представляет собой круглый противень из листовой стали, в который в качестве горючего заливают автомобильный бензин «летнего» вида, соответствующий требованиям ГОСТ Р 51105-97 [4]. Параметры рангов МОП приведены в таблице В.3 [3]. Огнетушитель считают выдержавшим испытания при успешном тушении очага в двух попытках из трёх.
Были выявлены недостатки установленных стандартом [3] огневых испытаний порошковых огнетушителей. Из анализа нормативных документов следует, что в ходе испытаний определяют показатели газопорошковой струи, не влияющие на огнетушащий эффект, например длина струи и показатели, не используемые при оценке огнетушащей эффективности порошка, такие как время подачи и фактический расход. При испытаниях не учитывают преобладающий механизм тушения МОП (охлаждение, разбавление, срыв пламени). Существуют расхождения требований нормативных документов при определении расстояния подачи огнетушащих веществ (ОТВ). Отсутствуют требования к насадкам на огнетушители, неоднозначны требования к оснащению шлангом огнетушителей типоразмера ОП-4 [5].
При этом экспериментально установлено, что огнетушащая способность порошка зависит от таких физических величин, как его насыпная плотность, угол подачи в очаг относительно горизонта, давление вытеснения, площадь поперечного сечения потока, угол раскрытия и скорость газопорошковой струи, масса порошка, осевшего на поверхность очага, а также от параметров насадки. Перечисленные ранее недостатки стандартных огневых испытаний могут приводить к существенному (в два раза) занижению оценки огнетушащей способности [6].
В работе [7] исследована зависимость огнетушащих характеристик порошка от давления подачи. Установлено, что при увеличении давления подачи порошкового состава в испытательную камеру с 0,2 МПа до 1,0 МПа время тушения очага уменьшается с 34 до 4 сек.
Влияние размера частиц огнетушащего порошка на тушение очага горения рассмотрено в работах зарубежных исследователей [8-11]. Авторами этих работ экспериментально подтверждено повышение огнетушащего эффекта с уменьшением размера фракций при одновременном снижении способности их проникновения в зону горения.
В статье [12] рассмотрена схема сертификации огнетушителей для рынка Республики Сербия, где в рамках гармонизации с международными нормами и стандартами были отменены национальные стандарты серии SRPS Z.C2 [13] и заменены соответствующими стандартами SRPS EN3. В Сербии отсутствуют лаборатории, аккредитованные для
испытаний огнетушителей по европейским стандартам, поэтому заинтересованные производители при сертификации своей продукции пользуются услугами лабораторий на территории Германии, Греции или Бельгии. Однако на рынке Сербии до сих пор находится несколько тысяч огнетушителей, сертифицированных по отмененным стандартам и находящихся в исправном состоянии, а стандарт SRPS-EN фактически не применяется. Авторами статьи [12] предложены натурные модели очагов пожара различных классов для испытания огнетушителей, в том числе класса С, тушение которого в рамках сертификационных испытаний не предусмотрено российскими нормативными документами.
Экспериментально подтверждена неоднородность распределения массы частиц различных фракций в поперечном сечении нестационарного газопорошкового потока [14]. Следовательно, огнетушащая способность одного и того же порошка может отличаться в разных точках этого сечения.
Модель и методы исследования
Предложен алгоритм огневых испытаний, который позволяет определять огнетушащий эффект порошкового состава в контрольных точках плоскости поперечного сечения нестационарного газопорошкового потока, повышая тем самым точность оценки.
Для проведения испытаний предложено применять устройство, изображенное на рисунке. Оно позволяет моделировать тушение горящих нефтепродуктов в контрольных точках поперечного сечения газопорошкового потока. В этих точках размещены экспериментальные очаги пожара (ЭОП) - ёмкости круглой формы, заполненные горючей жидкостью (ГЖ). Площадь зеркала жидкости каждого очага составляет 38,5 см2.
При проведении эксперимента на заданном расстоянии от плоскости расположения ЭОП устанавливают огнетушитель или модель огнетушителя с навеской огнетушащего порошка заданной массы. Поджигают ГЖ, затем подают порошок. Об огнетушащем эффекте в контрольных точках сечения газопорошкового потока судят, визуально фиксируя прекращение горения в каждом из очагов.
1
Рис. Система экспериментальных очагов пожара для моделирования тушения горящих нефтепродуктов в контрольных точках поперечного сечения газопорошкового потока: 1 - стержни каркаса; 2 - экспериментальные очаги пожара; 3 - зажимы для закрепления ёмкостей, позволяющие изменять расстояние от точки
пересечения стержней до ЭОП
Устройство позволяет изменять расстояние от очагов пожара до точки пересечения стержней каркаса и находить их оптимальное расположение в предполагаемой зоне распространения огнетушащего порошка.
На устройство получен патент [15].
В качестве ГЖ в эксперименте применен растворитель 646, в состав которого входят жидкие углеводороды, %масс: толуол - 50, бутилацетат - 24, этанол - 10, изобутанол - 10, ацетон - 6 [16, стр. 153]. Содержание веществ различных классов, в том числе полярных и неполярных жидкостей, делает этот растворитель универсальной моделью горючей нагрузки на объекте нефтегазового комплекса [6]. В силу экономических или организационных причин может возникнуть необходимость замены ГЖ для ЭОП. Для таких случаев разработан комплексный показатель оценки взаимодействия горящих нефтепродуктов и ОТВ (комплексный показатель), в состав которого входят безразмерные относительные показатели пожарной опасности жидкости и характеристик подачи порошка.
Результаты и их обсуждение
В табл. 1 приведены определяющие и зависимые величины, входящие в комплексный показатель.
Таблица 1. Комплексная характеристика оценки взаимодействия ГЖ и ОТВ
№ п/п Показатели взаимодействия ГЖ и ОТВ Обозначение Единица измерения (система СИ)
А. Определяющие величины
1 Начальная температура ГЖ ^нач К
2 Площадь зеркала ГЖ ЭОП я м2
3 Огнетушащая способность порошка с кг м2
4 Удельная скорость выгорания ГЖ ^выг кг • м2 с
Б. Зависимые величины
5 Температура вспышки ГЖ ^всп К
6 Удельная скорость тепловыделения ЭОП V кг • м2 с3
7 Удельная теплота сгорания ГЖ Фгор м2 с2
8 Интенсивность подачи порошка ^пор кг с м2
Из определяющих и зависимых величин составлено четыре уравнения связи параметров взаимодействия ГЖ и ОТВ. Корни составленных уравнений представлены в табл. 2.
Л"1 — £;нач
— ^оч
— ^пор
— ^выг
t • V • о 71 • / ^ • т
'-всп ^теп Ч;гор 'пор • (1)
всп теп гор пор
• Г • у >з • О 73 • / ИЪ • (3)
'-всп ^теп Ч;гор 'пор • (3)
• + • ^ У4 • п ¿4 , (4)
'-всп ^теп Ч;гор 'пор . (4)
Таблица 2. Корни уравнений (1-4)
Показатель Степени величин, входящих в уравнение
ДО1
-1 0 0 0
0 1 -1 -1
Жз
0 1 -2 -2
п
0 -2 2 1
В табл. 3 раскрыт физический смысл полученных относительных показателей. Таблица 3. Физический смысл относительных показателей
Относительные показатели Физический смысл относительных показателей
Г 1 ^нач ы = — = 1 ^всп Удельная начальная температура ГЖ
• V г -1 ^оч итеп „ Ы = л •/ =1 Угор ^пор Удельное тепловыделение ЭОП
г ^пор • ^теп [%] =-р-7 = 1 0 2 • I 2 гор пор Удельный расход порошка
г ^выг • ^гор • ^пор „ [^4] = 2 = 1 и 2 теп Удельная интенсивность подачи порошка
На основании физического смысла показателей и исходя из необходимости их улучшения выведен обобщённый комплекс, характеризующий огнетушащую эффективность взаимодействия ГЖ и ОТВ:
Л-3 -ГС4
^ОЭ = ;
_ '■'пор "выг *-всп ч:гор
ЯОЭ = г 2* -5 . (5)
^теп ^няч ^оч
Комплексный показатель входит в методику оценки влияния дисперсного состава огнетушащего порошка на эффективность тушения горящих нефтепродуктов, которая предложена в качестве факультативной в дополнение к порядку, установленному ГОСТ Р 51057-2001 «Техника пожарная. Огнетушители переносные. Общие технические требования. Методы испытаний», в целях повышения точности оценки.
При использовании в качестве горючего веществ, отличных от растворителя 646, следует использовать комплексный показатель л"оэ, рассчитанный по формуле (5). Приоритетными следует считать результаты тушения тех ЭОП, для которых показатель ло будет больше, как наиболее опасных.
Выводы
Разработано устройство для натурного моделирования пожара нефтепродуктов, позволяющее определять огнетушащий эффект порошкового состава в контрольных точках плоскости поперечного сечения нестационарного газопорошкового потока. Предложен алгоритм огневых испытаний с использованием разработанного устройства и растворителя 646 в качестве горючего для экспериментальных очагов пожара, повышающий точность оценки огнетушащего эффекта порошка.
Синтезирован комплексный показатель ло оценки взаимодействия горящих нефтепродуктов и ОТВ, включающий в себя безразмерные относительные показатели пожарной опасности жидкости и характеристик подачи порошка. Комплексный показатель позволяет оценить опасность экспериментального очага пожара при использовании ГЖ, отличной от растворителя 646. При испытаниях следует считать приоритетными результаты тушения очагов, для которых показатель ло будет больше, как наиболее опасных.
Список источников
1. О техническом регулировании: Федер. закон Рос. Федерации от 27 дек. 2002 г. № 184-ФЗ (в ред. от 2 июля 2021 г.). Доступ из информ.-правового портала «Гарант».
2. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон Рос. Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3 (в ред. от 30. апр. 2021 г.). Доступ из информ.-правового портала «Гарант».
3. ГОСТ Р 51057-2001. Техника пожарная. Огнетушители переносные. Общие технические требования. Методы испытаний // ЭЛЕКТРОННЫЙ ФОНД правовой и нормативно-технической документации. URL: http://www.docs.cntd.ru (дата обращения: 20.06.2022).
4. ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия // ЭЛЕКТРОННЫЙ ФОНД правовой и нормативно-технической документации. URL: http://www.docs.cntd.ru (дата обращения: 20.06.2022).
5. Константинова А.С. О повышении точности огневых испытаний огнетушителей на основе оценки влияния дисперсного состава порошка на огнетушащий эффект // Проблемы управления рисками в техносфере. 2021. № 4 (60). С. 156-161.
6. Константинова А.С., Поляков А.С. О выборе продуктов нефтепереработки для системы экспериментальных очагов пожара при определении огнетушащей эффективности порошковых составов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2021. № 7. С. 41-46.
7. Fire-Extinguishing Efficiency of Superfine Powders under Different Injection Pressures / G. Zhao [et al.] // International Journal of Chemical Engineering. 2019. 7 p.
8. Huang D., Wang X., Yang J. Influence of Particle Size and Heating Rate on Decomposition of BC Dry Chemical Fire Extinguishing Powders // Particulate Science and Technology. 2015. Vol. 33. Iss. 5. Р. 488-493.
9. Study on the relationship between the particle size distribution and the effectiveness of the K-powder fire extinguishing agent / Y. Yan [et al.] // Fire and Materials. 2018. Vol. 42. Iss. 3. P.336-344.
10. Lee E., Choi Y. Effects of Particle Size of Dry Water on Fire Extinguishing Performance // Journal of the Korean Society of Safety. 2019. Vol. 34. Iss. 3. P. 28-35.
11. Fire Extinguishing Efficiency of Magnesium Hydroxide Powders under Different Particle Size / H. Liu [et al.] // Procedia Engineering. 2018. Vol. 211. P. 447-455.
12. Micovic A., Mladan D., Brkljac N. Fire extinguisher conformity assessment - a case study // Archibald Reiss days: Thematic conference proceedings of international significance. Belgrad: University of Criminal Investigation and Police Studies. 2021. P. 575-587.
13. SRPS Z.C2.035 - Ручни апарати за гашеше прахом - Правилник о техничким и другим захтевима за ручне и превозне апарате за гашеше пожара // Службени гласник РС. 2009. № 74.
14. Polyakov A.S., Kozhevin D.F., Konstantinova A.S. Regularities of dry chemical powder particles mass distribution in cross sections of a non-stationary gas stream // Scientific research of the SCO countries: synergy and integration - Reports in English. Part 2: materials of the International Conference. Beijing, PRC, 2019. P. 163-173.
15. Константинова А.С., Кожевин Д.Ф., Поляков А.С. Система экспериментальных очагов пожара: пат. RU 2749639 C1 Рос. Федерация. № 2020130295; заявл. 14.09.20; опубл. 16.06.2021, Бюл. № 17.
16. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения: справ. / А Н. Баратов [и др.]. М.: Химия, 1990. Кн. 2. 384 с.
References
1. O tekhnicheskom regulirovanii: Feder. zakon Ros. Federacii ot 27 dek. 2002 g. № 184-FZ (v red. ot 2 iyulya 2021 g.). Dostup iz inform.-pravovogo portala «Garant».
2. Tekhnicheskij reglament o trebovaniyah pozharnoj bezopasnosti: Feder. zakon Ros. Federacii ot 22 iyulya 2008 g. № 123-FZ (v red. ot 30. apr. 2021 g.). Dostup iz inform-pravovogo portala «Garant».
3. GOST R 51057-2001. Tekhnika pozharnaya. Ognetushiteli perenosnye. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya. Metody ispytanij // ELEKTRONNYJ FOND pravovoj i normativno-tekhnicheskoj dokumentacii. URL: http://www.docs.cntd.ru (data obrashcheniya: 20.06.2022).
4. GOST R 51105-97. Topliva dlya dvigatelej vnutrennego sgoraniya. Neetilirovannyj benzin. Tekhnicheskie usloviya // ELEKTRONNYJ FOND pravovoj i normativno-tekhnicheskoj dokumentacii. URL: http://www.docs.cntd.ru (data obrashcheniya: 20.06.2022).
5. Konstantinova A.S. O povyshenii tochnosti ognevyh ispytanij ognetushitelej na osnove ocenki vliyaniya dispersnogo sostava poroshka na ognetushashchij effekt // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2021. № 4 (60). S. 156-161.
6. Konstantinova A.S., Polyakov A.S. O vybore produktov neftepererabotki dlya sistemy eksperimental'nyh ochagov pozhara pri opredelenii ognetushashchej effektivnosti poroshkovyh sostavov // Neftepererabotka i neftekhimiya. 2021. № 7. S. 41-46.
7. Fire-Extinguishing Efficiency of Superfine Powders under Different Injection Pressures / G. Zhao [et al.] // International Journal of Chemical Engineering. 2019. 7 p.
8. Huang D., Wang X., Yang J. Influence of Particle Size and Heating Rate on Decomposition of BC Dry Chemical Fire Extinguishing Powders // Particulate Science and Technology. 2015. Vol. 33. Iss. 5. R. 488-493.
9. Study on the relationship between the particle size distribution and the effectiveness of the K-powder fire extinguishing agent / Y. Yan [et al.] // Fire and Materials. 2018. Vol. 42. Iss. 3. P.336-344.
10. Lee E., Choi Y. Effects of Particle Size of Dry Water on Fire Extinguishing Performance // Journal of the Korean Society of Safety. 2019. Vol. 34. Iss. 3. P. 28-35.
11. Fire Extinguishing Efficiency of Magnesium Hydroxide Powders under Different Particle Size / H. Liu [et al.] // Procedia Engineering. 2018. Vol. 211. P. 447-455.
12. Micovic A., Mladan D., Brkljac N. Fire extinguisher conformity assessment - a case study // Archibald Reiss days: Thematic conference proceedings of international significance. Belgrad: University of Criminal Investigation and Police Studies. 2021. P. 575-587.
13. SRPS Z.C2.035 - Ruchni aparati za gasheae prahom - Pravilnik o tekhnichkim i drugim zahtevima za ruchne i prevozne aparate za gasheae pozhara // Sluzhbeni glasnik RS. 2009. № 74.
14. Polyakov A.S., Kozhevin D.F., Konstantinova A.S. Regularities of dry chemical powder particles mass distribution in cross sections of a non-stationary gas stream // Scientific research of the SCO countries: synergy and integration - Reports in English. Part 2: materials of the International Conference. Beijing, PRC, 2019. P. 163-173.
15. Konstantinova A.S., Kozhevin D.F., Polyakov A.S. Sistema eksperimental'nyh ochagov pozhara: pat. RU 2149639 C1 Ros. Federaciya. № 2020130295; zayavl. 14.09.20; opubl. 16.06.2021, Byul. № 17.
16. Pozharovzryvobezopasnost' veshchestv i materialov i sredstva ih tusheniya: sprav. / A.N. Baratov [i dr.]. M.: Himiya, 1990. Kn. 2. 3B4 s.
Информация о статье:
Статья поступила в редакцию: 30.05.2022; одобрена после рецензирования: 10.06.2022; принята к публикации: 08.07.2022
The information about article:
The article was submitted to the editorial office: 30.05.2022; approved after review: 10.06.2022; accepted for publication: 08.07.2022
Сведения об авторах:
Алина Станиславовна Константинова, преподаватель кафедры надзорной деятельности Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), e-mail: ak090695@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2893-9058
Information about the authors:
Alina S. Konstantinova, lecturer of the department of supervisory activities of Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovsky ave., 149), e-mail: ak090695@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2893-9058
