автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Экспериментально-расчетные методы определения эффективности пенных средств тушения углеводородных жидкостей

Министерство внутренних дел России Всероссийский научно-исследователь ский институт противопожарной обороны (ВНИИПО)

На правах рукописи

ГИЛЕТИЧ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕННЫХ СРЕДСТВ ТУШЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

05.26.01 - Охрана труда и пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 19ЭЗ

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МВД России.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Безродный И.Ф. доктор технических наук, профессор Шароварников А.Ф. кандидат химических наук, старший научный сотрудник Моисеенко В.М. Служба противопожарных аварийно-спасательных работ (СПАСР) МВД РФ.

Защита состоится "15" июня 1993 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДР 052.06.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД России по адресу: 143900, Московская обл., г. Балашиха-6, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИПО МВД России.

Автореферат разослан ¿мумЫЛ 1993 года, исх.N (if» .

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить во ВНИИПО МВД России по указанному адресу.

Телефон для справок: 521-29-00.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

В.И.Титков

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в стране добывается более 1000 видов нефтей и газовых конденсатов. В промышленности применяется и перерабатывается при различных давлениях и температурах большой ассортимент нефтепродуктов. В связи с этим интенсивность подачи пены на их тушение колеблется в широких пределах - от 0,02 л-с-1м~2 для масел и мазутов до 2 л-с-1м~2 для некоторых видов газовых конденсатов. Вместе с тем нормы подачи ог-нетушащих средств являются одним из наиболее важных показателей в расчете установок пенного пожаротушения, разработке планов пожаротушения и определении необходимого количества сил и средств. При создании объектовых пожарных частей на складах нефти и нефтепродуктов на основе этого показателя определяются тип и количество техники, численность личного состава.

Экспериментальное определение интенсивностей подачи пены на тушение жидкостей, почти все из которых представляют собой смеси различных углеводородов, выполнить сложно, так как это требует больших материальных затрат и соответствующего времени. Получить данные, необходимые для оценки огнетушащей эффективности пен и проектирования систем пожаротушения для различных видов горючих жидкостей (нефтей, нефтепродуктов, газовых конденсатов), наиболее целесообразно с помощью расчетных методов и разработанных на их основе программных средств.

Работа проводилась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ВНИИГО МВД РФ, согласованным со СПАСР МВД РФ (ГУПО МВД СССР), и программой работ ГКНТ по решению проблемы 0.74.08 задания 12.01.Н8.

Цель работы. Заключается в определении закономерностей тушения многокомпонентных углеводородных жидкостей пеной средней кратности, разработке расчетного метода и

автоматизированной системы для определения норм подачи пенных средств при тушении многокомпонентных углеводородных жидкостей (нефтей, нефтепродуктов, газовых конденсатов) как при нормальных условиях, так и с учетом теплового режима горючей жидкости , а также для оценки огнетуша-щей эффективности пен, получаемых из отечественных и импортных пенообразователей.

Научная новизна. На основании детального исследования процессов разрушения пены на поверхности горючих жидкостей, выявлены закономерности, устанавливающие зависимости скорости разрушения пены от компонентного состава углеводородных жидкостей. Доказано, что механизм прекращения горения горючей жидкости во многом зависит от тепломассообмена в объеме резервуара. Установлена зависимость интенсивности подачи раствора пенообразователя от среднеобъемной температуры горючей жидкости.

На разработанных лабораторных установках определены основные показатели пен средней кратности, полученных из различных типов пенообразователей и наиболее полно характеризующие их огнетушащие свойства. Разработана математическая модель процесса тушения, позволяющая в зависимости от компонентного состава горючего, его физико-химических свойств и свойств самой пены рассчитать интенсивность подачи раствора пенообразователя для тушения пожаров нефтей и нефтепродуктов с различным тепловым режимом горючего.

Практическая значимость. Основные результаты исследований были использованы при разработке раздела "Пожаротушение" СНиП 2.11.03-92 "Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы", "Рекомендаций по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах", "Рекомендаций по расчету интенсивности подачи пены при тушении смесей углеводородных жидкостей". На основании расчетного метода разработана прогнозирующая автоматизированная система,

позволяющая определить огнетушащую эффективность различных типов пенообразователей без проведения трудоемких огневых экспериментов применительно к условиям реального пожара.

Реализация работы на объектах промышленности. Результаты исследований используются при проектировании автоматических установок пенного пожаротушения, определении количества техники и численности личного состава объектовых пожарных частей по защите резервуарных парков, разработке планов пожаротушения при ликвидации пожаров нефтей и нефтепродуктов. Расчетный метод использован для определения интенсивности подачи пенных средств при тушении нефтей и газовых конденсатов различных месторождений.

Публикации. По результатам выполненного диссертационного исследования опубликовано 7 статей в информационных сборниках ВНШПО, ВИПТШ, журналах "Пожарное дело", "Химия и технология топлив и масел".

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации доложены на Всесоюзном совещании-семинаре "Вопросы совершенствования службы и профилактической работы подразделений ВПО, охраняющих объекты народного хозяйства" (Набережные Челны, 1989 г.), 10-ой Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы пожарной безопасности зданий и сооружений" (Москва, 1990 г.) и Республиканской научно-технической конференции "Современные проблемы обеспечения пожаробезопасности и пожаротушения в замкнутых пространствах" (Севастополь, 1991 г.).

На защиту выносятся:

исследование разрушения пены средней кратности при 'контакте с поверхностью многокомпонентной углеводородной

жидкости;

исследование процессов тепломассообмена в объеме резервуара между выделяющимся из пены раствором пенообразователя и горючей жидкостью;

опытные образцы лабораторных установок по определению показателей, характеризующих огнетушащую эффективность пены;

физическая модель процесса тушения; математическая модель процесса тушения; автоматизированная система "Пена" по оценке огнету-шащей эффективности пенных средств.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложении. Общий объем диссертации составляет 172 страницы, содержит 43 рисунка, 17 таблиц, список литературы, включающий 80 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе содержится обзор опубликованных работ, посвященных вопросам проведения расчетно-экспериментальных методов, связанных с определением огнетушащей эффективности пенных средств, а также нормативных документов, регламентирующих интенсивности их подачи.

Нормативное обеспечение пенного пожаротушения вызывает наибольшее число вопросов со стороны практических работников пожарной охраны из-за большого количества существующих документов, в которых даны различные значения интенсивности подачи раствора пенообразователя.

Анализ реальных пожаров в резервуарах показывает, что требуемая интенсивность подачи раствора пенообразователя зависит от места тушения пожара. Доля неудачно проведенных пенных атак по тушению пожара в резервуаре составляет 36,4Х хотя интенсивность подачи раствора пенооб-

равователя превышала нормативную более чем в 3 раза. В то же время число успешно проведенных пенных атак по тушению пожара в обваловании составляет 31,6% с интенсивностью близкой к нормативной.

В основном пенные атаки по тушению пожаров в резервуарах были неэффективны или сорваны вследствие того, что не учитывались тепловой режим пожара в резервуаре на момент тушения и наличие закрытых зон, в которых тепломассообмен происходил отдельно от всей массы горючего.

В зависимости от условий, складывающихся на пожаре, пены должны отвечать определенным требованиям в отношении стойкости, кратности, вязкости и т.д.

Естественно, одних этих показателей недостаточно для оценки эффективности пены при тушении той или иной горючей жидкости. Кроме того, явление синерезиса при пожаре не может служить основной причиной разрушения самой структуры пены, поскольку разрушение пены вследствие других факторов является более быстрым.

Другим способом оценки качества пенообразователя является проведение огневых экспериментов, требующих больших материальных затрат, расходования ценного углеводородного сырья. Таким образом в настоящее время имеется два подхода в оценке качества пенообразователя:

первый - это проведение лабораторных опытов по определению кратности, стойкости, вязкости и т.д., которые не могут достаточно полно оценить огнетушашую эффективность пены;

второй - проведение, как правило, полигонных трудоемких огневых экспериментов по определению величины критической интенсивности.

Новым этапом в определении величины критической интенсивности. является переход от экспериментальных исследований к расчетному методу, который был разработан и описан в ряде работ В.Ч.Реуттом и И.Ф.Безродным. Основное соотношение расчетного метода в общем виде может быть за-

писано:

1КР - 0,16-И>1фо + (0,94 - 0,4/(ИГ))-1Нр. (1)

где 1Кр - критическая интенсивность подачи; 1®о - параметр, характеризующий разрушение пены от теплового воздействия; 1Нр - параметр, характеризующий разрушение пены при контакте с горючей жидкостью; Ь - безразмерный параметр, определяемый по формуле:

Ь - Ьо + Ьа • 1пВ, (2)

!?• (273 + Ьк)2 В--, (3)

М-0и-ик "

где М - молекулярная масса горючего; Ьо, Ь1 - безразмерные параметры; И - универсальная газовая постоянная; ^ -температура кипения; Он - теплота испарения; ^ - расчетная температура жидкости.

Область существования выражений (1) и (2) определяется из двух основных условий:

Ь > О, (4)

Ьо * (5)

В результате проведенных преобразований получаем выражение:

В > ехр(-Ьо/Ьа) > 0,182, (6)

Проведя расчеты для ряда горючих жидкостей с учетом неравенства (6) можно сделать заключение, что расчетный метод является неприемлимым для водонерастворимых углеродных жидкостей с температурой кипения 310°С и выше.

Другим существенным недостатком физической и математической моделей расчетного метода является отсутствие

соотношений, учитывающих влияние тепломассообмена между горючей жидкостью и выделяющимся из пены раствором пенообразователя на величину критической интенсивности.

Предположим, что тогда 1К - к бесконечнос-

ти. Вместе с тем экспериментально полученные значения критических интенсивностей для небольших слоев горючего имели фиксированные значения. На рис. 1 изображена расчетная кривая (1) при тушении гексана, полученная по уравнениям (1) и (2). Кривые (2) и (3) характеризуют экспериментальные значения величины критической интенсивности при тушении гексана, имеющего различную высоту взлива. Отклонение расчетной критической интенсивности от экспериментальных значений по мере увеличения начальной температуры ГЖ постоянно возрастает и при температуре, близкой к температуре кипения гексана, величина отклонения стремится к бесконечности. Это объясняется тем, что расчетный метод не учитывает влияние тепломассообмена между горючей жидкостью и выделяющимся из пены раствором пенообразователя на процесс тушения.

Область применения расчетного метода может быть существенно расширена, если учесть влияние тепломассообмена на величину критической интенсивности, а также усовершенствовать модель разрушения пены при контакте с поверхностью многокомпонентной ГЖ.

В связи с вышеизложенным в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Исследовано разрушение пены на поверхности многокомпонентной углеводородной жидкости.

2. Исследованы процессы тепломассообмена- в объеме резервуара между выделяющимся из пены раствором пенообразователя и горючей жидкостью.

3. Разработаны лабораторные установки и методы определения показателей, характеризующих огнетушащую эффективность пен.

4. Разработана математическая модель процесса тушения.

- 10 -

5. Разработана автоматизированная система "Пена" по оценке огнетушащей эффективности пенных средств.

Во второй главе проведены исследования процесса тушения многокомпонентных углеводородных жидкостей на физической модели.

Тушение пламени достигается в том случае, если интенсивность подачи раствора пенообразователя превышает критическую. Критическая интенсивность разделяет процесс тушения на две области. Существование этих областей предопределяет возможность проведения исследований по двум направлениям.

В исследованиях по первому направлению, которое характеризуется условием I < 1КР, процесс тушения через некоторое время от начала подачи пены становится псевдостационарным. Упрощается его моделирование и существует больше возможности сузить круг накладываемых ограничений для построения физической модели.

На основе физической модели процесса тушения индивидуальных горючих жидкостей, разработанной ранее Б.Ч. Ре-уттом и И.Ф. Безродным, сформулирована модель процесса тушения многокомпонентных жидкостей, каковыми являются нефти, нефтепродукты. В предлагаемой модели процесс разрушения пены на поверхности многокомпонентной жидкости представляет собой суперпозицию процессов разрушения пены в результате воздействия каждого из компонентов.

Второе существенное отличие новой модели состоит в дополнительном учете процессов тепломассообмена в слое горючего при нанесении на его поверхность пены. При подаче пены на тушение значительные градиенты температуры наблюдаются в непосредственной близости от поверхности жидкости. При псевдостационарном горении, когда интенсивность подачи близка к критической, температура является функцией горизонтальных координат только в сравнительно тонком пограничном слое. В -интегральном плане указанные

Эк». А-м'?с' 0,10

0,09 0.08 0,0? 0,06 0,05 0,04 0,03

го

зо

«о

ео

Рис.1. Зависимость I от начальной температуры р гексана

1 - данные по формуле (I);

2 - данные при Н = 0,3м;

3 - данные при Н = 0,15м.

70

Т.'С

граница через 5 мин.

граница через ~ мин. после начала подачи пенн

место лол'-ш пенн

пена

кипящая пенная эмульсия

Рис.2. Развитие процесса тушения при наличии горизонтальных перегородок в резервуаре

- 12 -

процессы приводят к усреднению температуры горючего по всему его объему из-за интенсивного перемешивания холодных и прогретых слоев.

В установившемся режиме критической интенсивности подачи среднеобъемная температура горючего определяет интенсивность разрушения пены при контакте с его поверхностью, и учет этого эффекта расширяет границы применения модели на область тушения нагретых жидкостей.

Наиболее наглядный пример того, какую роль играют процессы тепломассообмена на динамику развития процесса тушения иллюстрирует рис. 2.

В наших экспериментах вертикальные крестообразно-установленные перегородки, не доходившие до поверхности горючего 25 см, позволили организовать потоки и выделить объемы горючей жидкости, которые практически не участвуют в общем процессе тепломассообмена. В этом эксперименте время тушения составило 15 минут, причем 80% времени тушения пенный слой на поверхности горючего имел неизменную конфигурацию и образовывал угол 90°, что соответствует углу между перегородками в горючем. В контрольном опыте (без перегородок) резервуар оыл потушен за 7 минут.

Другая интересная ситуация реализуется при наличии дополнительной горизонтальной перегородки. Зазор между горизонтальной перегородкой и стенкой резервуара составлял 5 см. Расстояние от свободной поверхности горючего было 15 см. В этом случае пена на поверхности горючего вообще не накапливалась даже через 15 минут тушения. При такой ситуации холодные слои горючего ниже горизонтальной перегородки не участвуют в процессе тепломассообмена. Верхний слой достаточно сильно прогрет, а выделяющийся ив пены раствор пенообразователя на коротком участке у пе-нослива не может сколь-нибудь существенно его охладить.

Для повышения эффективности пенотушения необходимо организовать дополнительное перемешивание холодного и горячего слоев ГЖ, причем так, чтобы в поверхностном слое

поток ГЖ способствовал распространению пены по горящей поверхности. Этот вывод проверен подачей под слой жидкости воздуха с расходом, составляющим 0,017X массы расходуемого раствора, что значительно меньше расхода воздуха при тушении известным способом перемешивания. Эффект тушения в этом случае достигался за 30-40 с. Другим эффективным способом организации потоков, способствующих тушению, является подача пены в слой горючего.

Эксперименты по исследованию процессов тепломассообмена проводились на резервуарах укрупненного размера в г.г. Сургут и Тюмень и на реальном резервуаре РВС-5000, расположенном на типовой промышленной площадке НГДУ "Туй-мазанефть" возле г. Октябрьский. Диаметр резервуаров составлял от 0,5 до 4 м.

Изменение температуры в объеме горючей жидкости при подаче пены представлено на рис. 3. Из графика видно, что наряду с понижением температуры на поверхности жидкости, происходит более резкое, чем при свободном горении, ее повышение в глубинных слоях. В средней части резервуара (точка 2), расположенной под местом подачи пены, температура резко повышается. В точках 3, 5 и 6, расположенных у днища резервуара, также происходит значительное повышение температуры, однако, с небольшим отставанием по времени от точки 2. В центре объема (точка 9) резервуара повышение температуры происходит значительно медленнее, чем в остальных точках. Объяснить обнаруженное распределение температур можно следующим образом. Пена, попадая на поверхность жидкости, нагретую до температуры, близкой к температуре кипения, разрушается и оседает, возбуждая в жидкости конвективные токи, направленные против движения пены. Возникающие конвективные токи жидкости вызывают повышение температуры жидкости в различных точках объема, за исключением центра (точка 9).

Из этого можно заключить, что при тушении реальных пожаров, где время свободного горения может достигать в

- 14 -

некоторых случаях несколько часов, процессы тепломассообмена будут оказывать существенное влияние, так как сред-небъемная температура горючего будет значительно отличаться от начальной.

Экспериментальные исследования по влиянию компонентного и фракционного состава горючих жидкостей проводились на полигоне ВНИИПО и на учебно-экспериментальных полигонах гарнизонов пожарной охраны городов Сургут и Тюмень. В качестве горючих жидкостей на полигоне ВНИИПО применялись смеси углеводородов (гептан + пентаи), на полигонах г.г. Сургут и Тюмень - нефти и газовые конденсаты различных месторождений. Проведенными исследованиями установлено, что изменение компонентного состава в смеси описывается экспоненциальной зависимостью, то есть в начальный период времени происходит некоторое уменьшение доли более легкого компонента, а в дальнейшем концентрация остается постоянной.

Кроме того, установлено, что изменение компонентного состава происходит, как правило, на границе прогретого слоя. В дальнейшем компонентный состав ГЖ в прогретом слое на протяжении всего времени горения остается практически неизменным.

Интенсивность разрушения пены при контакте с поверхностью горючей жидкости (для предельных углеводородов) определяется по формуле

1Э - 1но • Рэ / (Рк " Рэ), (?)

где Рэ - давление паров жидкости при заданной в эксперименте температуре, мм.рт.ст.; Рк - внешнее давление, мм.рт.ст.; 1э - интенсивность разрушения пены в эксперименте, м/с; 1но - максимальная интенсивность разрушения пены при контакте с поверхностью ГЖ.

В результате преобразований из формулы (7) получена зависимость, позволяющая определить интенсивность разрушения пены при контакте с-поверхностью ГЖ от каждого компонента

Рис.3. Изменение температуры в объеме жидкости в процессе тушения

1-9 номера термопар.

Рис„4. зависимость интенсивности разрушения пены на поверхности смеси гептан-пентан (ПО-ЗАИ, К = 50)

- 16 -с1-ехр(е-М)

1в1----- . (8)

К-Зно 1-Ф1

где, БНо _ коэффициент пропорциональности, характеризующий стойкость пены; <1 - средний диаметр пузырька пены; £ - коэффициент зависящий от свойств горючей жидкости; М -молекулярная масса горючей жидкости; К - кратность пены; <Н-Ф1 .юА1_В1/(С1+Ьр)- отношение давления паров каждого компонента при расчетной температуре к атмосферному, А, В, С - константы Антуана, 1р - расчетная температура.

Интенсивность разрушения пены при контакте с ГЖ определяется

1но - Ына / (1-Бн), (9)

Кроме того в результате проведенных преобразований с учетом кратности и дисперсности пены получена формула для определения величины коэффициента пропорциональности, характеризующего стойкость пены

(1 • ехр(еМ) • Рэ

Бно ---—. (Ю)

К • 1э-( Рк " Рэ )

Расчеты проведенные по формуле (10) для различных типов пенообразователей приведены в табл. 1. Установлено, что значение величины Бно во многом зависит от физической природы пенообразователя, а не только от класса горючей жидкости, как утверждалось ранее.

На рис.4 приведены зависимости интенсивности разрушения пены от состава смеси гептан-пентан, при различных температурах ее поверхности. Эксперименты проведенные по разработанной нами методике позволили подтвердить правильность расчетного метода определения интенсивности разрушения пены на поверхности многокомпонентных горючих жидкостей (нефть, газовый конденсат и т.д.).

Таблица 1

Значения величин Эно, £, ш для горючих жидкостей со связями в молекулах С-С, С-Н

1 1 1 по | 1 1 Бно ш 1 С

1 1 | П0-1Д.П0-6К | 1 1 300 1 0,07 |

1 1 | ПО-ЗАИ,ТЭАС | 1 1 450 1 0,07 |

1 1 | САМПО | 1 1 600 1 0,07 |

1 1 | ЕХРУЮЬ ГЗО | 1 1 1500 1 0,07 |

1 1 | ФОРЭТОЛ | I I 5000 1 0,07 | 1

Отсутствие необходимых данных по удельной теплоте разрушения пены не позволяет использовать расчетный метод для новых типов пенообразователей. Поэтому была разработана лабораторная установка по определению удельной теплоты разрушения пены, и получены зависимости величины удельной теплоты разрушения пены Офо от кратности для ряда пенообразователей.

В третьей главе разработаны методические основы определения эффективности пенных средств.

Разрушение пены при контакте с поверхностью горючего и тепловом воздействии факела пламени, а также тепломассообмен между раствором пенообразователя и' горючей жидкостью определяют параметры псевдостационарного режима горения, который устанавливается по прошествии переходного периода и характеризуется постоянством координат пенного слоя на поверхности горючего и постоянным, но достаточно медленным, повышением среднеобъемной температуры горящей жидкости.

- 18 -

Выравнивание температуры во всем объеме горючего в процессе тушения - сложное явление. Его количественное описание затруднено из-за большого числа одновременно протекающих процессов.

Величина критической интенсивности при тушении реального пожара может быть определена по формуле

1кр - 0,16-И^-1фо + (0,94 - 0,4/(Й£))-1нр, (И)

где 1кр- критическая интенсивность подачи; Ьр - параметр, зависящий от теплового режима горючего; 1фо - интенсивность разрушения пены при тепловом воздействии факела пламени; 1НР - интенсивность разрушения пены при контакте с поверхностью горючего в условиях реального пожара.

Критическую интенсивность для условий, определяемых на основании действующей методики /35/, можно записать.

1К - 0,16-ИГ-1фо + (0,94 - 0,4/Й~))-1н, (12)

где 1К - критическая интенсивность, полученная опытным путем; Ьр- параметр, характеризующий тепловой режим в условиях опыта; 1н - интенсивность разрушения пены при контакте с поверхностью горючего в условиях опыта.

Полагая, что основными компонентами рассматриваемых жидкостей являются предельные углеводороды, можно записать

« - 1нР/1н= *р-(1-*)/(У-(1-¥р)) (13)

где - отношение давления насыщенного пара горючего при среднеобъемной температуре на реальном пожаре к атмосферному давлению ; У - отношение давления насыщенного пара горючего при среднеобъемной температуре в методике.

Решая систему уравнений- (11) - (13), определим величину реальной критической интенсивности

г- V (1-Ю -(0,94-0,4/(X))

1КР - 0,16-/Ьр-1фо +---

*-(1-*р)- (0,94-0,4/(ИГ))

• (1к-0,16'Иэ~,1фо), (14)

Из уравнения теплового баланса, записанного для тепломассообмена в объеме резервуара с горючей жидкостью определим среднеобъемную температуру

ДН • Срж' Рж' (^Чо)

- + -, (15)

Рж' нж- СрЖ + I' Хт Ср р-ра 'Рр-ра

где tp - расчетная среднеобъемная температура горючей жидкости в резервуаре; ДН - толщина прогретого слоя; Тт -время тушения; I - интенсивность подачи раствора пенообразователя; Нж - высота слоя жидкости в резервуаре; рж -плотность каждого компонента; ^ - начальная температура горючего; Срж - удельная теплоемкость горящей жидкости; хт - расчетное время тушения; Ср р-ра - теплоемкость раствора пенообразователя; рр-ра - плотность раствора пенообразователя;

Четвертая глава посвящена описанию математической модели псевдостационарного процесса тушения и разработке автоматизированной системы по определению огнетушащей эффективности пенных средств.

Расчет производится методом последовательных приближений при известной 1Кр.

Для точности расчетов необходимо задаться шагом изменения интенсивности Д1.

Среднеобъемная температура ГЖ при тушении реального резервуара определяется по формуле (15) при этом

I - 1кр + Л1

(16)

- 20 -

Расчет параметров и Фр для тепловых режимов опытного и реального резервуаров следует определять исходя из изменения компонентного состава в процессе горения или по формуле

ф - ехр((273+1к)/(В • (273НР)), (17)

По формуле (14) вычисляем величину 1Кр и сравниваем ее с величиной 1кр+Д1, изменяя последнюю до тех пор, пока разность Е=1Кр-(1кр-Д1) не будет удовлетворять требуемой точности расчетов.

В результате анализа и систематизации теоретических и экспериментальных исследований, изложенных выше, была разработана универсальная автоматизированная система (АС) "Пена".

АС обеспечивает введение в базу данных физико-химических свойств индивидуальных и многокомпонентных углеводородных жидкостей. База данных может насчитывать до 10000 веществ.

При необходимости, АС производит расчет температуры гашения, теплоты сгорания, теплоты испарения, удельной теплоемкости, плотности углеводородной смеси в зависимости от процентного содержания компонентов.

АС обеспечивает расчет критической (нормативной) интенсивности подачи пены при тушении углеводородных жидкостей по характеристикам их компонентного состава, а также перерасчет критической (нормативной) интенсивности подачи пены в зависимости от теплового режима пожара при известной критической интенсивности, полученной расчетом или экспериментально.

С учетом складывающейся в России экономической ситуации особый интерес представляет сравнение огнетушащей эффективности российских пенообразователей с пенообразо--вателями других стран. Автоматизированная система расчета параметров подачи пены в сочетании с комплексом лабора-

- 21 -

горных испытаний позволила объективно, без проведения крупных огневых экспериментов оценить эксплуатационные и огнетушащие свойства предлагаемых к закупке пенообразователей и сделать выводы о том, что во многих случаях отечественные марки пенообразователей не уступают пенообразователям фирмы "Hoechst".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что явления, определяющие огнетушащую эффективность воздушно-механической пены, представляют собой сложные физико-химические процессы, исследования которых целесообразно проводить в условиях псевдостационарного режима тушения. Основными факторами, определяющими эффективность процесса тушения^ являются стойкость пены по отношению к тепловому воздействию факела пламени, воздействию углеводородной жидкости, а также условия тепломассообмена, происходящие в объеме резервуара.

2. На основании экспериментальных исследований разработана физическая модель тепломассообмена в объеме горючего, учитывающая взаимодействие между выделяющимся из пены раствором пенообразователя и углеводородной жидкостью. Установлено, что механические препятствия в объеме горючей жидкости способствуют образованию зон, где тепломассообмен происходит независимо от тепломассообмена остальной массы горючего, что требует увеличения времени тушения и интенсивности подачи огнетушащих веществ.

3. На основании-теплового баланса в объеме горючей жидкости при подаче пены получена система уравнений, описывающих процесс тушения при критической интенсивности подачи раствора пенообразователя.

4. Разработана модель механизма разрушения пены на поверхности многокомпонентной углеводородной жидкости в результате адсорбции паров компонентов горючей жидкости

на пленках с последующим взаимодействием адсорбированных молекул с молекулами поверхностно-активного слоя. Температурная зависимость скорости разрушения пены определяется суммарным давлением насыщенного пара в зависимости от компонентного состава горючего.

5. Разработанные лабораторные установки и методика проведения испытаний позволяют определить два показателя, достаточно полно характеризующие огнетушащие свойства пены: стойкость на поверхности углеводородной жидкости и удельную теплоту разрушения от факела пламени.

6. Расчетный метод по определению огнетушащей эффективности подачи пенных средств был использован для разработки прогнозирующей автоматизированной системы "Пена", позволяющей с минимальными затратами, без проведения трудоемких огневых экспериментов, определять параметры подачи пены при тушении смесей углеводородных жидкостей применительно к условиям реального пожара.

Автоматизированная система расчета параметров подачи пены в сочетании с комплексом лабораторных испытаний позволяет объективно оценить огнетушащие свойства отечественных и импортных пенообразователей.

7. По результатам исследований разработаны "Рекомендации по расчету интенсивности подачи пены при тушении смесей углеводородных жидкостей".

Основные результаты исследований использованы при разработке раздела "Пожаротушение" СНиП 2.11.03-92 "Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы" и "Рекомендаций по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах". По результатам испытаний сделан вывод о том, что во многих случаях отечественные марки пенообразователей не уступают пенообразователям фирмы "Hoechst".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Назаров В.П., Гилетич А.Н., Домничев В.А., Пшенич-гаша Л.А. Исследование воспламеняемости и горения тонких

слоев нефтепродуктов на поверхности воды// Пожарная опасность технологических процессов, зданий, сооружений и профилактика пожаров: Сб. науч. тр. -М.,ВЙПТШ, 1988, С.76-84.

2. Шариков A.B., Гилетич А.Н., Молчанов В.П. Для эффективного тушения резервуаров// Пожарное дело, -1989, -N 8, -С.24-25.

3. Гилетич А.Н., Безродный И.Ф., Бабенко В.В. Особенности расчета эффективности пены при тушении смесей углеводородов// Химия и технология топлив и масел, -1990, -N 10, -С.33-34.

4. Гилетич А.Н., Безродный И.Ф., Бабенко В.В. Влияние компонентного состава горючего на эффективность тушения// Пожаротушение на объектах нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИ-П0 МВД, 1991. -С.28-34.

5. Артюнов С.Н., Гилетич А.Н., Сычев А.Е. Способ тушения пожара с использованием диспергированной в виде хлопьев пены// Пожаротушение на объектах нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности: Сб. науч. тр. -М.: ВНИИПО МВД, 1991. -С.34-39.

6. Сучков В.П., Безродный И.Ф., Вязниковцев A.B., Гилетич А.Н., Молчанов В.П., Швырков А.Н. Пожары резервуаров с нефтью и нефтепродуктами// Обзорная информация: ЦНИИТЭнефтехим, Выпуск 3-4, 1992. -С.100.

7. Безродный И.Ф., Гилетич А.Н., Верещако О.Ю. Автоматизированная система расчета нормативов подачи пенных средств и сравнительной оценки пенообразователей// Пожарная безопасность информатика и техника: Науч.-техн. журнал. -М.:Пожинформтехника, 1993, 1(3), -С.66-72.

Формат 60x84/16. Печать офсетная. Т. - 65 экз. Гсл.печ.л. 1,39. Уч.-изд.л. 1,20. Заказ Л 90.

Типография ВШИЛО МВД РФ. 143900, г. Балашиха - 6

Соискатель

А.Н.Гилетич