CC BY
7
УДК 614.84.664
ЗАПОЛНЕНИЕ НАСОСНЫХ ПО ПЕРЕКАЧКЕ НЕФТИ ПЕНОЙ ВЫСОКОЙ КРАТНОСТИ
С. С. Воевода, А. Ф. Шароварников, Д. В. Матвеев, С. А. Макаров
Академия Государственной противопожарной службы МЧС России
Разобрана проблема заполнения насосных высокократной пеной. При проведении исследования выявлены закономерности заполнения высокократной пеной задымленного помещения. Представлены графические зависимости роста капиллярного давления в пенных каналах и высоты заполнения помещения от предельного капиллярного давления в каналах Плато - Гиббса.
Цель данной работы — выявить закономерности заполнения помещений пеной высокой кратности, установить влияние природы и концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) на структурные параметры высокократной пены в процессе заполнения объема закрытого помещения.
Работа проводилась на стендовой установке и на модели насосной по перекачке нефти и нефтепродуктов (рис. 1). Высота расположения пеноге-нераторов составляла 4,8 м. Площадь помещения — 450 м2. Тушение пожара предусматривало заполнение помещения насосной на 2,0 - 2,5 м. Число пе-ногенераторов варьировалось от 4 до 2 шт.
Кратность пены определяли устройством, работающем на принципе сравнения электропроводно-стей рабочего раствора ПАВ и полученной пены. Капиллярное давление в пенных каналах определяли компенсационным методом [1].
В работе использовали различные пенообразу-ющие составы как отечественного, так и зарубежного производства с условными наименованиями УП-БО, ПО-РЬ, ПО-ИР, ПО-гт, ПО-ТБ, УП-Ш.
Экспериментальные исследования показали, что время тушения помещения насосной по перекачке нефтепродуктов пеной кратностью 700 на высоту 2,5 м составило 160 с.
Анализ процесса тушения помещения насосной выявил, что скорость заполнения пеной помещения постепенно снижается по мере увеличения высоты пенного слоя. Чем больше высота пенного слоя, тем выше скорость разрушения пены.
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:
дёт = и, ёт + ин Б^т + Б0ёН, (1)
где д — секундный расход пены, м3/с;
и, — скорость разрушения пены от воздействия дыма, м/с;
Б — общая площадь поверхности пены, м2; ин — скорость разрушения пены в поверхностном слое, м/с;
Б0 — площадь помещения, м2; Н — средняя высота слоя пены, м; т — время тушения. Так как
ин = РН, (2)
где Р — коэффициент пропорциональности, а
V ЗУ
Б _ 4~„2п _ 4_г2 пены _ пены
Б / _ 4ПГ ппузырьков _ 4пг
413 -ш3
г.
(3)
пузырька
уравнение (1) примет следующий вид:
дёт _
ЗУ
ёт + РНБ 0ёт + Б 0ёН.
Преобразуя уравнение (4), получим:
Б 0
ёт_-
РИС.1. Заполнение насосной высокократной пеной
д - и.
ЗУ
ё Н.
(4)
(5)
-РНБ 0
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 6'2003
й с
и
0
X
1
I
1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 ( 0,2
0 ПО-РЬ С УП-80 О ПО-Т8 в ПО-67Т Э ПО-ИБ в УП-N0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 Время, с
РИС.2. Изменение величины капиллярного давления в пенных каналах с течением времени
м5
В
Р 0 0,01 в 0,05 э 0,10
---Г
5 { * » '
1—с ■ 1 \ 1 \ 1 <■
у- -ч
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Время, с
РИС.3. Зависимость степени заполнения задымленного помещения высокократной пеной от времени заполнения при различных коэффициентах Р
Так как Упены = 50Н, имеем:
ёт =
д-\и$-г +Р| 5 0 к
АН.
(7)
Проинтегрировав дифференциальное уравнение (7) в начальных условиях т = 0, к = 0, получим:
1
т = -
и3 -+Р
1п
1-
и$-г +Р| 5 0 н
(8)
н е п я о л с а т о с ы В
— и ,м7(м2-с) 0 0,000100 « 0,000075
а 0,000 050 3
0
80
10 20 30 40 50 60 70 Время, с
РИС.4. Зависимость степени заполнения помещения высокократной пеной от времени заполнения при различной скорости разрушения пены под воздействием дыма
Из выражения (8) путем преобразований можно найти зависимость степени заполнения помещения от времени.
Численное значение коэффициента Р определяется предельным значением капиллярного давления пенных каналов, которое пена способна выдерживать и которое определяется природой пенообразователя и структурой пены.
На рис. 2 показана зависимость изменения капиллярного давления в пенных каналах с течением времени. Чем выше значение предельного капиллярного давления, тем лучше устойчивость пены.
На рис. 3 представлены графические зависимости высоты заполнения помещения от коэффициента Р и. Исходя из того, что численное значение коэффициента Р составляет:
Р = идр/ДРСТ г
(10)
где идр — скорость роста капиллярного давления в пенных каналах, кПа/с;
ДР а тах — предельное значение капиллярного давления, кПа.
Анализируя рис. 2 и 3, можно сделать вывод о том, на каком пенообразователе полученная пена будет наиболее устойчивой.
Таким образом, при проведении исследования выявлены закономерности заполнения высокократной пеной задымленного помещения. Представлены графические зависимости роста капиллярного давления в пенных каналах и высоты заполнения помещения от предельного капиллярного давления в каналах Плато - Гиббса.
7
6
4
д
г
ЛИТЕРАТУРА
1. Шароварников А. Ф., Цап В. Н. Распределение жидкости в каналах и пленках пен // Кол-лоидн. ж. 1983. Т. 45. № 1.С. 120.
2. Шароварников А. Ф., Казаков М. В. Изучение процесса пенообразования в генераторах с принудительной подачей воздуха // В кн.: Пожарная техника и тушение пожаров. — М.: ВНИИПО, 1979. — С. 114.
3. Шароварников А. Ф., Цап В. Н. Электроосмотический перенос жидкости в пенах // Кол-лоидн. ж. 1982. Т. 44. № 4. С. 754.
4. Христов X., Кругляков П. М., ЕксероваД. Влияние давления в Гиббсовых каналах на устойчивость пен //Тезисы VII Международного конгресса по ПАВ. — М.: Внешторгиздат, 1976. — С. 64.
5. Перцов А. В., Чернин В. Н., Чистяков Б. Е., Щукин Е. Д. Капиллярные эффекты и гидростатическая устойчивость пен // Докл. АН СССР. Т. 238. № 6.
6. Христов X. И., Ексерова Д. Р., Кругляков П. М. Время жизни пены при постоянном давлении в каналах Плато - Гиббсакакхарактеристикаустойчивости //Коллоидн.ж. 1983. Т. 24. № 5. С. 85.
7. Шароварников А. Ф. Теоретические основы процесса получения противопожарной пены средней и высокой кратности // Пожаровзрывобезопасность. 1999. Т. 8. № 2. С. 41.
Поступила в редакцию 24.10.03.
