CC BY
22
Тушение пожаров
УДК 614.84.664
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
Воевода Сергей Семенович
С. С. Воевода
начальник кафедры общей и специальной химии Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, кандидат технических наук, доцент, полковник внутренней службы
С. А. Макаров
докторант кафедры общей и специальной химии Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, кандидат технических наук, майор внутренней службы
А. Ф. Шароварников
профессор кафедры общей и специальной химии Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, доктор технических наук, заслуженный деятель науки РФ
Представлены результаты экспериментальных исследований по определению поверхностного натяжения водных растворов фторсинтетических пленкообразующих пенообразователей в различных температурных режимах.
В практике тушения пожаров широкое применение получила пленкообразующая пена. Тушащее действие такой пены во многом определяется способностью выделившейся водной пленки самопроизвольно растекаться по поверхности нефтепродукта и предотвращать доступ горючих паров и газов в зону горения. Пленка образуется из водного раствора поверхностно-активных веществ (ПАВ), который через систему каналов постепенно выделяется из пены под действием сил гравитации, а также в результате разрушения пены от воздействия тепла факела пламени.
Основным параметром, определяющим возможность самопроизвольного растекания пленки, является поверхностное натяжение водного раствора пенообразователя [1]. В России существует несколько климатических поясов, поэтому применение пленкообразующей пены происходит, как правило, при различной температуре окружающей среды. Цель данной работы показать в узком диапазоне степень влияния температуры на поверхностное натяжение растворов пленкообразующих пенообразователей.
Определение поверхностного натяжения о исследуемых растворов пенообразователей произво-
дилось методом отрыва кольца (метод Де Нуи). Все измерения осуществлялись в стеклянной ячейке (рис. 1). Для определения усилия отрыва Е смоченного кольца от поверхности исследуемой фазы применялись торсионные весы [2].
Последовательность проведения измерений поверхностного натяжения:
1. Приготавливается раствор с рабочей концентрацией пенообразующего вещества. Чистота лабо-
1
6 5
РИС.1. Схема экспериментальной установки: а — общий вид; б — фрагмент измерительной части; 1 — торсионные весы; 2 — измерительный барабан; 3 — измерительный стакан с раствором; 4 — кольцо; 5, 6 — коромысло измерителя; 7 — штатив; 8 — термометр
7
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2'2005
раторных стаканов является важным условием получения достоверных результатов, поэтому для экспериментов по определению поверхностного и межфазного натяжений растворов ПАВ применяется одноразовая посуда.
2. Производится калибровка торсионных весов эталонной жидкостью.
3. Осуществляются измерения в измерительном стакане 3, который устанавливается на полку штатива 7.
4. Медленным вращением ручки торсионных весов определяется сила отрыва кольца. Повторение измерений производится не менее трех раз на каждом растворе. Результаты измерений заносятся в таблицу. Исходные данные: название пенообразователя, эталонная жидкость — гептан, коэффициент прибора, температура раствора Т, °С.
Величина усилия зависит от поверхностного натяжения исследуемой жидкости о и от периметра кольца Ь:
(1)
Торсионные весы предварительно необходимо калибровать с целью определения коэффициента прибора Кпр. Для этого используется калибровочная жидкость (гептан), ее поверхностное натяжение о0 при определенной температуре находится из справочника:
Кпр Р0 /°0.
(2)
2
си \
2 Я
я й
&в
си Й я к о к
22
21,5
21
20,5
20
19,5
19
10 15 20
Температура, °С
25
30
РИС.2. Зависимость поверхностного натяжения гептана от температуры (справочные данные)
17,4
17,2
17,0
16,8
сЗ к и о
о 16,6
о
к
X
а
к
о
С
16,4
16,2
♦ ♦ ♦ ♦
♦ ♦ ♦ *
♦ ♦
♦ »
♦♦♦ ♦ А
♦ ♦ ♦ ♦
0
10 15 20 Температура, °С
25
Так как по количеству делений пдел на шкале торсионных весов определяется усилие, необходимое для отрыва кольца, то
Кпр = п
дел I
(3)
После нахождения по прибору усилия, необходимого для отрыва кольца, определяется поверхностное и межфазное натяжения и коэффициент растекания раствора по горючему исследуемых растворов ПАВ:
о
= К ппов
пр 1 дел сред '
(4)
В данной работе использовались два пенообразующих состава различных производителей, аналогичные друг другу по свойствам. Для улучшения чистоты эксперимента и повторяемости результатов растворы приготавливались на дистиллированной воде. Предварительно водные растворы пенообразователей охлаждались до +6°С, затем их температура измерялась постоянно в процессе проведения эксперимента. Раствор нагревался постепенно от воздействия температуры окружающего воздуха до +27°С. Продолжительность проведения
17,6
17,4
17,2
17,0
та
и 16,8
О
т
О О X X р
ев16,4
о
16,6
16,2
« Л —♦—« ♦ « ♦ ♦
V
10 15 20
Температура, °С
25
30
РИС.3. Зависимость поверхностного натяжения водного раствора пенообразователей № 1 (а )и№2(б) от температуры (экспериментальные данные)
эксперимента составляла более 1,5 ч. Для иллюстрации снижения поверхностного натяжения гептана в зависимости от температуры на рис. 2 представлена диаграмма, составленная на основе справочных данных.
На рис. 3 показаны результаты экспериментальных исследований по определению влияния темпе-
0
5
а
5
б
0
5
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
ратуры водного раствора пенообразователя на его поверхностное натяжение.
Из рис. 3 видно, что увеличение температуры горючей жидкости на 10°С ведет к снижению ее поверхностного натяжения (о0 гептана) в среднем на 1,1 мН/м, в то время как для водных растворов пленкообразующих пенообразователей снижение поверхностного натяжения составляет в среднем
0,7 мН/м. Получаемая разница (0,4 мН/м) достаточно велика. Если учесть, что межфазное натяжение на границе с гептаном у большинства пленко-
образующих пенообразователей находится в диапазоне 2,5 - 3,1 мН/м, то можно сделать вывод, что в одних температурных режимах некоторые пенообразователи будут увеличивать свое пленкообразующее действие, в других — снижать, а в отдельных случаях образование водной пленки прекратится вовсе.
Таким образом, в узком температурном диапазоне показана степень влияния температуры на поверхностное натяжение растворов пленкообразующих пенообразователей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шароварников А. Ф. и др. //Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. — М.: Изд. дом “Калан”, 2002. — 448 с.
2. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии: Поверхностные явления и дисперсные системы. — М.: Химия, 1982. — 400 с.
Поступила в редакцию 15.02.05.
