CC BY
97
УДК 504.054
В.М. Решетников, И.О. Аржанухин
ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ КОМПОНЕНТАМИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕННОЙ ДЕГАЗИРУЮЩЕЙ РЕЦЕПТУРЫ
В статье рассматривается возможность применения пенной дегазирующей рецептуры при проведении специальной обработки поверхностей производственных, технических, жилых и других помещений при возникновении чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах экономики или при применении противником оружия массового поражения в военных конфликтах.
Ключевые слова: специальная обработка, дегазация, пенная рецептура, аварийно химически опасные вещества.
V. Reshetnikov, I. Arzhanuhin
FIND THE OPTIMUM RATIO BETWEEN THE COMPONENTS FOR THE FOAM
DEGASSING RECIPE
The article examines the possibility of applying the foam degassing recipe during a special treatment of surface of industrial, technical, residential and other premises in the event of emergencies at potentially dangerous objects of the economy or enemy weapons of mass destruction in armed conflicts.
Keywords: special treatment, decontamination, foam formulation, emergency chemically hazardous substances.
Возникновение чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах экономики, наряду с применением оружия массового поражения в военных конфликтах, может сопровождаться химическим заражением значительных территорий и, как следствие, привести к нарушению нормальных условий жизнедеятельности населения.
В целях предотвращения поражений среди населения и личного состава формирований МЧС России, оказавшихся в зонах химического заражения, необходимо проведение дегазации, как одного из вида специальной обработки, направленной на обеззараживание территорий и поверхностей различных объектов.
Эффективность специальной обработки характеризуется полнотой дегазации зараженных транспортных средств, зданий, сооружений, дорог, участков местности и т. д., которая определяется достигнутым уровнем кожно-резорбтивной и ингаляционной безопасности объектов и территорий для незащищенного личного состава и населения [1, 2].
Учитывая актуальность проблемы нейтрализации или удаления АХОВ и ОВ с зараженой местности, техники, зданий и сооружений необходимо дальнейшее совершенствование способов и применяемых веществ для дегазации территорий и помещений. Перспективным направлением в этом вопросе может быть применение дегазирующей пенной рецептуры.
По плану научно-технической деятельности АГЗ МЧС России и 27 НЦ МО РФ выполняли научно-исследовательскую работу по разработке пенообразующих рецептур для применения в составе многоцелевого комплекса технических средств при локализации аварийных проливов
химически опасных веществ с применением твердеющих пенных покрытий (шифр «ПЕНА-АХОВ-НЦ»).
Исходя из предыдущих разработок, определили, что в состав рецептуры пенной дегазирующей должно входить 5 компонентов: технический дихлорамин, гидроокись натрия, катализатор межфазного перехода (триэтилбензиламмоний хлорид), глицерин и пенообразователь. Необходимо подобрать оптимальное количество каждого компонента для получения пенного покрытия высокого качества.
Для оценки качества пенообразующих растворов и приготовленных из них пен пользуются различными критериями: объемом или высотой столба пены, отношением объема или высоты столба пены к исходному объему жидкости, отношением высоты столба пены к времени ее полного разрушения, изменением объема (высоты столба) пены во времени и т. д. Л.В. Розенфельд еще в конце 1930-х гг. показал, как различные факторы влияют на свойства пены, и впервые отметил связь кинетики пенообразования с кратностью и устойчивостью пены. До настоящего времени нет и, по-видимому, не может быть универсального критерия пенообразования, который бы однозначно оценивал все пенящиеся системы в любых условиях. Можно выделить следующие основные свойства, которые всесторонне характеризуют пенную систему [4, 5].
1. Пенообразующая способность раствора (вспениваемость) — это количество пены, выражаемое ее объемом (в мл) или высотой столба (в мм), которое образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение заданного времени.
2. Кратность пены в представляет собой отношение обьема пены Уп к объему раствора Уж, пошедшего на ее образование: в = Уп/Уж» = (Уг + Уж)/Уж, где Уг — объем газа в пене.
3. Стабильность (устойчивость) пены — ее способность сохранять общий объем, дисперсный состав и препятствовать истечению жидкости (синерезису). Часто в качестве меры стабильности пены используют время существования («жизни») элемента пены (отдельного пузырька, пленки) или определенного ее объема.
4. Дисперсность пены, которая может быть задана средним размером пузырька, распределением пузырьков по размерам или поверхностью раздела раствор — газ в единице объема пены.
В ряде специальных случаев весьма важны такие свойства, как вязкость пены, ее теплопроводность, электропроводность, оптические свойства и т. д. [5].
Для вспенивания необходимы специальные вещества - пенообразователи. На сегодняшний день наиболее универсальными являются пенообразователи, содержащие синтетические углеводородные и фторсодержащие ПАВ и водорастворимые полимеры.
Основные показатели, которые необходимо учитывать: назначение пенообразователя (общее, целевое или пленкообразующее) и кратность.
Для применения в составе дегазирующей пенной рецептуры был выбран пенообразователь ПО-РЗА, обладающий относительно пенообразователей общего назначения повышенной огнетушащей способностью и устойчивостью пены. ПО-РЗА применим со всеми типами водопенного генерирующего оборудования и оснащения, в том числе в автоматических модулях и установках, со всеми типами и марками передвижной техники, причем с использованием как пресной, так и морской воды.
Следующая важная характеристика получаемой пены это ее кратность.
В зависимости от величины кратности пены разделяют на четыре группы:
• пеноэмульсии, вода со смачивателем К<3
• низкократные пены, 3 < К< 20;
• пены средней кратности, 20 < К< 200;
• пены высокой кратности, К > 200.
Проведя многочисленные эксперименты по определению кратности пены, мы установили, что оптимальным является 6%-ное содержание пенообразователя в рецептуре (рис. 2).
пенообразователь,%
Рис. 2 Зависимость кратности пены от количества пенообразователя в рецептуре
Из графика видно, что пена наивысшей кратности (12,3) получалась при содержании пенообразователя в рецептуре от 5,8% до 6,3%. При небольших содержаниях пенообразователя в рецептуре (до 4%) жидкий раствор не переходил в пену, а при содержании пенообразователя свыше 9% в составе пузырьки получаются больших размеров и пена быстро разрушается переходя в жидкое состояние. Таким образом, оптимальное содержание пенообразователя в составе приблизительно равно 6%, в этом случае истечение потока плавное, без разрывов и плевков, а кратность наивысшая.
Рассматривая проблему устойчивости пен, прежде всего, следует уточнить само понятие устойчивости пены, поскольку в настоящее время не существует теории, полностью количественно объясняющей поведение пены во времени. Различают два вида устойчивости пены: кинетическую устойчивость (седиментационную) - способность системы сохранять неизменным во времени распределение частиц дисперсной фазы в объеме системы, т.е. способность системы противостоять силе тяжести; агрегативную - способность сохранять неизменными во времени размеры частиц дисперсной фазы (дисперсность) и их индивидуальность. Приближенным показателем дисперсности может служить средний диаметр газовых пузырьков в пене. Как правило, чем больше дисперсность пены, т.е. чем меньше размер пузырьков, тем выше ее устойчивость. Чем больше диаметр пузырька, тем сильнее его форма отличается от сферической, тем выше амплитуда колебаний и больше скорость всплывания. Все эти факторы снижают устойчивость единичного пузырька, ухудшая тем самым условия пенообразования.
Поэтому с момента образования пены в ней имеют место процессы старения, в результате которых пена изменяет свои свойства. Наиболее интенсивные изменения наблюдаются в начальный момент.
Устойчивость пены зависит от многих факторов, но следует выделить следующие: температура окружающей среды, дисперсность пены (моно или полидисперсная), ее кратность, высота слоя, механическое воздействие на нее при движении.
Для повышения устойчивости пен в них вводят вещества стабилизаторы: соли поливалентных металлов, глинозем, поливиниловый спирт, эфиры целлюлозы, полиакриламид, протеин и т.д. Следует отметить, что одна и та же добавка может повышать устойчивость пены за счет совокупного действия различных факторов [6].
Для применения в составе дегазирующей пенной рецептуры в качестве стабилизатора нами был выбран глицерин.
Для осуществления полной дегазации необходимо, чтобы время существования пены (в зависимости от типа АХОВ) было в пределах 25-40 минут. Изменяя процентное содержание глицерина в рецептуре, мы установили, что время существования пены увеличивается, а затем вновь начинает снижаться (рис. 3).
Анализируя график, можно увидеть, что максимальное время существования пены достигается при содержании глицерина в рецептуре 5%. При недостаточном содержании компонента (до 4%) или при перенасыщении пена быстро разрушается, время "жизни" недостаточное для достижения полноты дегазации.
глицерин, %
Рис. 3 Зависимость времени существования пены от количества глицерина в рецептуре
Для удобства приготовления растворов могут применяться дозирующие системы различных модификаций. Для дегазации пенами используются специальные приборы - пеногенераторы, которые отличаются высокой надежностью и безопасностью при правильном применении в процессе эксплуатации, просты в работе и обслуживании.
Эффективность дегазации с помощью активных пен определяется кратностью пены, нормой ее расхода, временем выдерживания пены на обрабатываемой поверхности, адгезией, концентрацией действующего вещества, механизмом и скоростью его доставки к обеззараживаемой поверхности объекта.
В процессе распада пены за счет большого капиллярного давления в ней, возникает дополнительное механическое воздействие на загрязнения, что повышает эффективность дегазации. Удерживающая способность пен снижает возможность повторного оседания оторванных от поверхности обеззараженных частиц.
Один из наиболее эффективных способов дегазации различных поверхностей, оборудования и производственных площадей это пенная технология дегазации. Нанесение дегазирующего раствора в виде пены с помощью специального прибора - пеногенератора значительно улучшает качество
очистки обрабатываемой поверхности, повышает производительность труда, позволяет снизить расход используемых веществ.
На практике было доказано, что пенная технология позволяет:
— экономить средства для обработки, по сравнению с традиционными методами;
— обрабатывать труднодоступные места;
— обрабатывать вертикальные поверхности;
— обрабатывать поверхности до 6 метров в высоту;
— исключить механическое воздействие на обрабатываемую поверхность до минимума
(исключить щетки);
— сократить время дегазации и снизить трудозатраты;
— исключить контакт работников с агрессивными средами и дегазирующими
растворами.
При работе в жилых и рабочих помещениях, где обильное использование воды и рабочих растворов нежелательно, продуктивнее использовать пенную технологию. Было рассчитано, что поверхности в помещениях, жесткую мебель, напольные покрытия, предметы обстановки, наружные поверхности приборов, аппаратов, оборудования, поверхности транспортных средств и техники необходимо орошать по пенной технологии из расчета до 300 мл/м2 с использованием пеногенераторов. Время контакта не менее 30 мин.
Процесс пеной дегазации намного экономичнее, чем другие, традиционно применяемые методы. Расход дегазирующих рецептур зависит от степени и характера загрязнений, температуры рабочего раствора, структуры обрабатываемой поверхности (гладкая, шероховатая, пористая), от расположения в пространстве (вертикальное или горизонтальное), от кратности нанесения раствора и эффективной концентрации действующего вещества.
Таким образом, нами было выявлено оптимальное количественное соотношение компонентов в рецептуре пенной дегазирующей, с помощью которой возможно выполнять широкий круг задач при возникновении чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах или при применении противником оружия массового поражения в военных конфликтах.
Литература:
1. Владимиров В. А., Измалков В. И., Измалков А. В. «Радиационная и химическая безопасность населения», 2005г.
2. Радиационная и химическая защита (учебное пособие). Часть 2. Обеспечение защиты сил РСЧС, населения и окружающей среды от радиоактивных, аварийно химически опасных веществ и биологических средств. - Химки: АГЗ МЧС России, 2011.
3. Руководство по специальной обработке (для гражданской обороны).- М.: Воениздат, 1998.
4. Теплов Г. «Пенное пожаротушение и ВНИИПО: история и перспективы». Каталог «ОПС. Охранная и охранно-пожарная сигнализация. Периметральные системы»-2012.
5. Тихомиров В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. 2-е изд., перераб. — М.: Химия, 1983. - 264 с.
6. Баратов А.Н., Иванов Е.Н. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. 2-е изд., перераб. — М.: Химия, 1979. - 368 с.
Рецензент: кандидат химических наук, доцент Глотов Е.Н.
