автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Закономерности тушения пожаров гидрофобных горючих материалов и нефтепродуктов термовспенивающимися составами

л

V 1

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИИ ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА

На правах рукописи

НАУМОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ГИДРОФОБНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ .И НЕФТЕПРОДУКТОВ ТЕРМОВСПЕНИВАЮЩИМИСЯ СОСТАВАМИ

Специальность 05.26.01. Охрана труда и пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИИ ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА

На правах рукописи

НАУМОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ГИДРОФОБНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ТЕРМОВСПЕНИВАЮЩИМИСЯ СОСТАВАМИ

Специальность 05.26.01. Охрана труда и пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Высшей инженерной пожарно-техни-ческой школе МВД РФ.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Шароварников Александр Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Шебеко Юрий Николаевич;

Ведущая организация: Санкт-Петербургская высшая по-жарно-техническая школа МВД РФ

Защита состоится " 21 " марта 1994 г. в 16.00 часов на заседании специализированного совета Д 052.03.01 в Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД РФ по адресу: 129366, Москва, ул. Б. Галушкина, д. 4, ауд. 503.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИПТШ МВД РФ.

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить в ВИПТШ МВД РФ по указанному адресу. Телефон для справок: 283-19-05

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Т.Г.Меркушкина

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Андреев Олег Константинович

Автореферат разослан

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ликвидация пожаров гидрофобных твердых горючих материалов (ТГМ) и нефтепродуктов связана с определенными трудностями в выборе эффективных средств тушения, способов их подачи, а также с риском для жизни личного состава подразделений пожарной охраны. Одним из решений этой проблемы является применение термовспениваю-щихся составов, сочетающих в себе эффективность пены и возможность подачи в очаг пожара компактными струями. При попадании водного термовспенивающегося состава, содержащего газообразующие и поверхностно-активные вещества (ПАВ), на нагретые поверхности происходит его самопроизвольное вспенивание с образованием высокодисперсной пены.

Несмотря на появление за рубежом термовспенивающихся составов в открытой печати отсутствует анализ закономерностей процесса тушения пожаров этими составами и научное обоснование их рецептуры. Поэтому выявление закономерностей процесса тушения термовспенивающимися составами гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов является актуальным.

Диссертация выполнена в соответствии с планом науч-но-исследсвательских работ ВИПТШ МВД РФ в рамках программы. основанной на постановлениях Совета Министров СССР № 516 от 19.12.86 г. "О мерах по усилению пожарной безопасности в РСФСР" и № 1058 от 29.08.88 г. "О мерах по дальнейшему укреплению пожарной безопасности в стране".

Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является выявление закономерностей процесса тушения термсвспенивающимися составами гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов и разработка на их основе рецептуры огнетушащего состава.

Для реализации поставленной цели необходимо в комплексе решить следующие задачи:

определить влияние природы и содержания компонентов термовспенивающегося состава на параметры его огнетушащей

эффективности при тушении гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов;

исследовать процесс образования водных огнетушащих гермовспениваклцихся составов и их взаимодействия с гидрофобной поверхностью ТГМ и нефтепродуктов;

исследовать процесс термического вспенивания водных огнетушащих термовспекивающихся составов и разрушения образующейся пены, установить и обосновать показатели, характеризующие термическое пенообразование;

создать комплекс экспериментальных методов исследования коллоидно-химических свойств термовспенивающихся сос-тавоз и определения их огнетушащей эффективности при тушении гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов;

разработать оптимальный по огнетушащей эффективности термовспенивающийся состав для тушения гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов.

. Научная новизна работы заключается в разработке основ, позволяющих осуществить тушение гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов термовспенивающимися составами, которые включают:

выявление основных закономерностей тушения гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов термовспенивающимися составами, при подаче огнетушащего состава в виде водного раствора, образующего пену в очаге пожара;

определение влияния природы и содержания компонентов термовспенивающегося состава на его огнетушащую эффективность и установление корреляции параметров огнетушащей эффективности с параметрами пенообразования и термодинамическими свойствами огнетушащего состава;

выявление условий повышения огнетушащей эффективности составов при тушении гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов посредством обеспечения: фазовой устойчивости водных составов и их концентратов; устойчивости к контактному загрязнению нефтепродуктом; термодинамически самопроизвольного смачивания и растекания составов по гидрофобной поверхности ТГМ

•и нефтепродуктов; оптимальных пенообразующих свойств; увеличения термической устойчивости образующейся пены;

определение условий использования в водных термовспе-нивающихся составах с качестве пропеллента углеводородов;

установление и обоснование показателей, характеризующих термическое вспенивание водных составов: пенообразую-щей способности; степени увеличения объема; коэффициенте вспенивания; предельной концентрации углеводородного пропеллента; температуры вспенивания;

разработку модели образования слоя пены под воздействием потока тепла с учетом механизма термического вспенивания водных составов и разрушения образующейся пены, позволяющей описать изменение во времени величины слоя пены и невспенившегося слоя водного состава в зависимости от таких параметров, как величина теплового потока, начальная толщина слоя водного состава, начальная концентрация пропеллента, молярная масса пропеллента, температура вспенивания водного состава и температура разрушения образующейся пены;

создание комплекса экспериментальных методов исследования коллоидно-химических свойств термовспенивающихся составов и определения их огнетушащей эффективности при тушении гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов;

разработку оптимального термовспенивающегося состава для тушения гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов на основе выявленных синергетических комплексов веществ, позволяющих повысить эффективность и надежность тушения при минимальном содержании компонентов в водном составе посредством обеспечения ему требуемых физико-химических свойств.

Практическая ценность работы заключается в том, что: разработан термовспенивающийся состав для тушения ТГМ и нефтепродуктов, по огнетушащей эффективности не уступающий зарубежным аналогам, причем одна лз рецептур пенообразователя содержит вместо галоидоуглеводорода пентан - эк'../,'"-г,:-чески безопасный пропеллент- предложены эмпирически:- г.. -

мулы расчета критической интенсивности подачи в зависимости от физико-химических параметров огнетушащего состава и горючего; создан комплекс экспериментальных методов исследования свойств термовспенивающихся составов и определения их огнетушащей эффективности при тушении гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов.

Реализация результатов работы. Выпущена опытно-промышленная партия термовспенивающегося состава на опытном заводе НПО ГИПХ в г. Санкт-Петербурге.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований обсуждались на научно-технической конференции "Организация тушения пожаров и аварийно-спасательных работ" (Москва, ВИПТШ, 1989 г.). на научно-технической конференции "Совершенствование деятельности органов государственного пожарного надзора" (Москва. ВИПТШ, 1990 г.). на 3 Всесоюзной научно-технической конференции "Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и зданий" (Северодонецк. НИИТБХП, 1990 г.), на кафедральных заседаниях ВИПТШ МВД РФ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано одиннадцать работ, в том числе описания пяти авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка литературы, приложения. Общий объем диссертации составляет 381 страницу, в том числе 149 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 353 наименований.

На защиту выносятся следующие результаты и разработки: закономерности процесса тушения гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов термовспенивающимися составами;

результаты исследований влияния содержания компонентов термовспенивающегося состава на огнетушащую эффективность и физико-химические параметры огнетушащего состава; модель процесса образования из водного термовспенива-

ющегося состава пены и ее разрушения под воздействием потока тепла;

комплекс экспериментальных методов исследования коллоидно-химических свойств термовспенивающихся составов и определения их огнетушащей эффективности при тушении гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена аналитическому обзору сведений о водных огнетушащих составах, пенах и термовспенивающихся составах. Дается классификация пенообразователей на основе углеводородных и фторированных ПАВ. Рассмотрены основные соотношения теории процесса тушения пожаров твердых горючих материалов и нефтепродуктов водопенными огнетушащими составами. На основании анализа патентной и научной литературы произведен выбор направлений исследований.

Вторая глава содержит описание комплекса экспериментальных методов исследования свойств термовспенивающихся составов и определения их огнетушащей эффективности при тушении ТГМ и нефтепродуктов. Приведен перечень веществ и материалов, используемых в работе. Описана методика математической обработки результатов экспериментов.

В третьей главе представлены результаты определения влияния содержания компонентов термовспенивающегося состава и их совокупности на фазовую устойчивость составов (рис. 1), процесс смачивания и растекания состава по гидрофобной поверхности ТГМ и нефтепродуктов, пенообразующие свойства составов (рис. 2), устойчивость пены к разрушающему воздействию внутренних и внешних факторов.

Описаны результаты обработки изотерм поверхностного натяжения термовспенивающихся композиций и поверхностно-активных веществ, анализ которых позволил выявить си-нергетические соотношения компонентов для обеспечения инертности состава к контакту с нефтепродуктом и придания

хладон 114В2

Т ,С°

80 60 40 20

^ч20 90-

\\40 85-

80-

^\80 75-

1<Ч1 :2 V

П 0.12 0,09 0,06 0,03

\ 1 2

>

4/

\з

зе •

в

0,8 О, 6 0,4 0.2

80 60 40 20 П0Ф-9 лапрол 402

Рис.1. Диаграмма совместимости ПОФ-9, хла-дона 114В2, лапрола 402: 1 - 100 % масс.; 2 - 0,1 * 30 % масс, водный состав; 777777 -область образования совместимых композиций

О 2 4 6 8 10 Концентрация, % масс.

Рис.2. Зависимость степени увеличения объема (1), пенообразую-щей способности (2), температуры вспенивания (3), коэффициента вспенивания (4) от концентрации хладона 114В2 в водном составе, содержащем 4 % масс, лапрола 402 и 0,2 % масс. ПОФ-9

• 10* , кг-м 2•с"1

1кр

кг

15

12

9

6

3

О

1р/г

1

/

2

-1 кг

4 15(1

0 13

-4 И

-8 9

-12 7

-16 5«

1кр • 10:

-2

0.2 О

-0,2 -0,4

. 0,6 1 2, 3 0 1 2 3,4 5

Концентрация • 10 , % масс. Концентрация • 10 , % масс.

1 1) ч> / и с \2

\/' Г'

Д| 1

/ 1 I 1 } 1

СОБ в 0,4

Рис.3. Зависимость критической интенсивности подачи водного состава ( 7 % масс, хладона 114В2; 1 % масс. ОП-7; ПОФ-9) на тушение гептана (1) и коэффициента растекания состава по гептану (2) от концентрации ПОФ-9

Рис.4. Зависимость критической интенсивности подачи водного состава ( 1,1 % масс, хладона 114В2; 0,9 % масс, лапрола 402) на тушение резины . (1) и косинуса угла смачивания резины (2) от концентрации ПОФ-9

составу пленкоооразующих свойств. Количественно определена зависимость толщины водной пленки, образующейся на поверхности неполярной горючей жидкости, от времени ее существования и содержания компонентов термовспенивающегося состава. При этом время защитного действия водной пленки, образующейся на поверхности нефтепродукта, достигает 30 мин.

Установлено, что условием образования эмульсии про-пеллента в водном растворе ПАВ и эмульгатора является низкое межфазное натяжение раствора на границе с пропеллентом (менее 0.2 мН-м-1). При этом во избежание загрязнения ог-нетушащего состава горючей жидкостью величина межфазного натяжения полученной композиции на границе с нефтепродуктом должна быть не менее 0,8 мН-м"1.

Представлены результаты исследований взаимодействия водного термовспенивающегося состава с гидрофобной поверхностью твердых горючих материалов и нефтепродуктов, а также коллоидно-химических свойств термовспенивающихся составов, определения коэффициента растекания огнетушащего состава по нефтепродуктам (f /г). концентрации инверсии смачивания (Фкис). критической концентрации мицеллообразова-ния и смачивающей способности этих составов (рис.3, 4).

Установлено, что величина. критической концентрации мицеллообразования на порядок превосходит значение концентрации инверсии смачивания таких гидрофобных материалов, как резина и ее коксовый остаток. При этом характер процесса смачивания и растекания водного состава по горючему определяется, в первую очередь, содержанием стабилизатора пены. С повышением концентрации и поверхностной активности фторированного ПАВ увеличиваются значения косинуса угла смачивания (COS 9) водным составом гидрофобной поверхности ТГМ и термодинамического коэффициента растекания термовспенивающегося состава по нефтепродуктам (рис.3, 4).

На основе анализа процесса термического вспенивания капель водного состава при их растекании по поверхности твердого горючего материала и погружении в объем нефтепро-

дукта получены экспериментально обоснованные уравнения, позволяющие оценить глубину погружения водного состава в горючую жидкость на момент вспенивания и величину скорости пенообразования при контакте с твердым горючим материалом и нефтепродуктом в зависимости от физико-химических параметров огнетушащего состава и горючего.

Представлены результаты исследований процесса термического вспенивания водных термовспенивающихся составов и разрушения образующейся пены, на основе которых предложены и обоснованы показатели, характеризующие термическое пено-образование, а именно: пенообразующая способность (П) -параметр, характеризующий скорость образования пены из единичного объема водного состава; степень увеличения объема (С) - параметр, показывающий во сколько раз увеличился объем состава в процессе пенообразования; коэффициент вспенивания (эев) - параметр, характеризующий полноту вспенивания водного состава; предельная концентрация углеводородного пропеллента (<рп) - максимальная концентрация углеводородного пропеллента в водном составе, при которой образующаяся пена не горит под воздействием пламени; температура вспенивания (Т ) - параметр, численно равный минимальной температуре начала интенсивного термического пенообразования (рис. 2).

Экспериментально установлено, что показатели, характеризующие термическое вспенивание водных составов, экстремально зависят от содержания компонентов, ввиду чего возможна оптимизация термовспенивающихся составов по пено-образующим свойствам. Причем в системах: ПОФ-9 + хладон 114В2 + лапрол 402; ПОФ-9 + пентан + 0П-7; ПОФ-9 + хладон 114В2 + ОП-7; флаконит АФ9АИ + хладон 114В2 + лапрол 402; ПО-ЗАИ + хладон 114В2 + неонол-10 - максимум степени увеличения объема состава наблюдается при содержании в водном составе: 0,1... 0,3% масс, фторированного ПАВ; 3. ..5% масс, углеводородного ПАВ; 5...7 % масс, галоидоуглеводо-рода; 3...5 % масс, предельного углеводорода.

Представлены результаты определения массовой скорости разрушения пены в зависимости от температуры поверхности горючего и величины теплового потока, приходящего к наружному слою пенных пленок. Показано; что скорость разрушения термовспенивающегося состава повышается пропорционально увеличению теплового потока.

Описаны результаты исследования структурных параметров пены, образованной из водного термовспенивающегося состава, на основе которых рассчитан минимальный слой пены тушащий пламя горючей жидкости.

В четвертой главе анализируются результаты исследований по установлению зависимости параметров огнетушащей эффективности термовспенивающихся составов от природы и содержания их компонентов, позволившие: определить оптимальную рецептуру огнетушащего термовспенивающегося состава; выявить корреляцию критической интенсивности подачи и термодинамических свойств термовспенивающегося состава (рис.3, 4); установить корреляцию критической интенсивности и степени увеличения объема состава (рис.5, 6), на основе которых предложены эмпирические формулы расчета критической интенсивности подачи состава при тушении гидрофобных твердых горючих материалов (1) и нефтепродуктов (2) соответственно

и ■ Ц • К

I =—^-^-(1)

4 • 0 ■ С3 '

и • 0 • ш

г г

1К = - . (2)

кр а • с3 • ( юо - г3 ) р

где I - критическая интенсивность подачи состава,

^Р р

кг-с -м ; ир - удельная скорость выгорания горючего в стационарном режиме до начала тушения. кг-с"1-м"г;

1кр ■ ю< кг-м -с

I кр • юг ,

КГ-М"г -с"1

17 15 13 И

>

1 2 л <

V > г

\ ) Г

к 71

*—с <

1 1 0 О

О/ 3

м 4

| 2

2 4 6 8 10 12 Концентрация, % масс.

Рис.5. Зависимость критической интенсивности подачи на тушение штабеля (Кп=1б) резины (1) и степени увеличения объема состава (2) от содержания в водном растворе ТВС-2 ( 55 % масс, хладона 114В2; 43 % масс, лапрола 402; 2 X касс. ПОФ-9)

х .

т с

260 200 140 80 20

т® 3 \ / 4

г' Т1

1

¡Л

2/

12 10

С 30 25 20 15 10

2 4 6 8 10 12 Концентрация, % масс.

Рис.6. Зависимость критической интенсивности подачи на тушение гептана (1, 2) и степени увеличения объема водного состава (3, 4). содержащего 0,2 % масс. П0Ф-9 и 1 % масс. ОП-7. от концентрации: 1, 3 - пента-на; 2, 4 - хладона 114В2

Н, см

1

2

/

О 0, 05 0,10 Интенсивность, кг-м"

.15

О 5

10 15 20 Время, мин

25 30

Рис.7. Зависимость времени тушения гептана (1, 2) и резины (3, 4) от интенсивности подачи состава: 1- 10 % масс. ТВС-4; 2- 10 % масс. НаШоат; 3 - 2 % масс. ТВС-2 ; 4 - НаЫоат 2 % масс.

Рис.8. Зависимость величины слоя вспенивающегося состава от времени воздействия потока тепла: 1 - экспериментальная; 2 - расчетная

5

т

И - удельная теплота нагрева и испарения горючей жидкости (пиролиза ТГМ), Дж-кг"1; Цр - удельная теплота разрушения состава, Дж • кг"1; ш - показатель, зависящий от типа горючей жидкости и пропеллента; С - степень увеличения объема состава; Г - показатель, зависящий от вида пропеллента, % масс.

Полученные уравнения (1) и (2) позволяют использовать известные соотношения для описания процесса тушения тер-мовспенивающимися составами гидрофобных твердых горючих материалов (3) и нефтепродуктов (4) в зависимости от физико-химических свойств горючего и огнетушащего состава

Ь • Р • К

= -Е-!!_ , (3)

1 - I

кр

11 • Р 1 + 1

" - • -• (4)

т 2 1 1-1

кр кр

где Ьср - средняя толщина тушащего слоя, м; йо - минимальный тушащий слой, м; Р, Р - плотность пены и водного состава, кг-м"3; Кп - коэффициент поверхности; I - интенсивность подачи огнетушащего состава, кг-м"2-с"1.

На основе полученных экспериментальных данных предложена физическая модель процесса тушения, представленная в виде совокупности этапов: образования водного термовспени-вающегося состава; подачи водного состава; первичного контакта водного состава с гидрофобным горючим; образования пеноэмульсии; самопроизвольного распространения пеноэмуль-сии; образования пены при термическом довспенивании пеноэмульсии; образования пенного слоя; разрушения пены.

Предложен механизм термического пенообразования. заключающийся в совокупности процессов: образования пеноэмульсии из водной эмульсии пропеллента при нагреве водного состава до температуры вспенивания; образования пены

при термическом довспенивании пеноэмульсии; термического разрушения пены при нагреве до температуры разрушения; образования пеноэмульсии из пены в результате всасывания жидкости из разрушающихся наружных пенных пленок в пенные пленки и каналы Плато-Гиббса нижележащих пенных пузырей; образования водного состава из пеноэмульсии при ее охлаждении вследствие конденсации легкокипящего пропеллента.

Описан механизм предотвращения горения пены, дисперсной средой которой является горючий газ. Определены условия использования в водных термовспенивающихся составах в качестве пропеллента предельных углеводородов.

Представлены экспериментальные данные, показывающие, что огнетушащая эффективность термовспенивающегося состава связана с физико-химическими свойствами огнетушащего состава, которые определяются его рецептурой. Установлено, что наибольшей огнетушащей эффективностью при тушении гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов обладают составы, представляющие эмульсию с радиусом дисперсной фазы 1...5 мкм, дисперсной средой которой является водный раствор фторированного ПАВ, а дисперсной фазой - легкокипящий пропеллент.

На основе выявленных синергетических композиций веществ. позволяющих повысить эффективность и надежность тушения, при минимальном содержании компонентов огнетушащего состава в водном растворе предложены рецептуры термовспенивающихся составов. При этом максимальное содержание стабилизатора пены в разработанных водных огнетушащих составах ограничено концентрацией, при которой дальнейшее увеличение ПАВ не приводит к существенному повышению огнетушащей эффективности. Содержание эмульгатора ограничивается диапазоном концентраций, при которых образуется эмульсия пропеллента в водном растворе поверхностно-активного вещества с радиусом дисперсной фазы 1...5 мкм. Минимальное содержание пропеллента ограничено концентрацией, при которой состав обладает достаточными по огнетушащей эффективности пенпобразую цими свойствами, а максимальное - кон-

центрацией парообразующего компонента, при которой скорость образования паров пропеллента не превышает скорости формирования пенных пленок при оптимальном содержании в водном составе стабилизатора пены.

Определена огнетушащая эффективность разработанных термовспенивающихся составов при тушении гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов в сравнении с составсм На1оГоат. Анализ экспериментальных данных показал, что огнетушащая эффективность разработанных составов сравнима с зарубежным аналогом (рис.7).

В пятой главе представлен анализ процесса термического пенообразования. Полагая, что процесс с фазовыми превращениями описывается уравнениями первого порядка с привлечением некоторых модельных соотношений, полученных на основе экспериментальных данных, предложены следующие выражения, описывающие кинетику образования и разрушения пенного слоя:

Ь = А -

Г.--М'

(4)

г г т 5 = 5-11--I

(5:

г * -Г

Н = А - 5 • (С - 1) • | 1--|

1 т. '

г ■ х

(6)

где А = С • 5 ;

о

п С • 5о . В = - ; г =--

Ч>

°р'р

п =

1. • Ч,

0 • \ • (Т - Т )

Р Р В

\1 5 • Р - О

с = 1 + о» • р —— : т = —2-Е-

р м г

Ч,

г

х

о

X

11 - толщина слоя пены, м; 5о, 5 - толщина слоя водного состава начальная и текущая, м; Н - толщина слоя термо-вспенивающегося состава, м; д - интенсивность теплового потока, поступающего к поверхности пены, Дж-м~2-с-1; (1в - удельная теплота вспенивания водного состава, Дж-кг"1; X - коэффициент теплопроводности пены. Вт-м"2-КГ1; Тв - температура вспенивания. К; Тр - температура разрушения пены. К; ч>о - начальное массовое содержание пропеллента в водной дисперсии; Шт - объем паров про-пеллента, занимаемый одним киломолем, м3; М - молярная масса пропеллента, кг; х - время, с; тг - время полного вспенивания водного состава, с.

Сопоставление экспериментальных данных (рис.8) и результатов расчета показывает их удовлетворительное совпадение. Имеющееся расхождение объясняется принятыми в рассмотренной модели допущениями.

Таким образом, корреляция расчетных и опытных данных показывает правомочность предложенной модели термического образования пенного слоя и возможность использования расчетных формул для практических целей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. Выявлены основные закономерности процесса тушения термовспенивающимися составами гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов. Показано, что огнетушащая эффективность термовспенивающегося состава связана с физико-химическими свойствами огнетушащего состава, которые определяются его рецептурой.

2. Предложена физическая модель процесса тушения, представленная в виде совокупности этапов: образования водного термовспенивающегося состава; подачи водного состава; первичного контакта водного состава с горючим; образования пеноэмульсии; самопроизвольного распространения пеноэмульсин; образования пены при термическом довспенива-

нии пеноэмульсии; образования пенного слоя; разрушения пены.

3. Предложены эмпирические формулы расчета критической интенсивности подачи состава, времени тушения гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов тер-мовспенивающимися составами.

4. Установлено, что наибольшей огнетушащей эффективностью при тушении гидрофобных ТГМ и нефтепродуктов обладают составы, представляющие эмульсию с радиусом дисперсной фазы 1...5 мкм, дисперсной средой которой является водный раствор фторированного ПАВ, а дисперсной фазой -легкокипящий пропеллент.

5. Определены области образования композиций с повышенной вязкостью, позволяющие осуществить подачу состава компактными струями на значительное расстояние, что снизит воздействие опасных факторов пожара на личный состав подразделений пожарной охраны, занятый тушением.

6. Выявлены синергетические соотношения компонентов, обеспечивающие составу пленкообразующие свойства и инертность к контакту с нефтепродуктом, а также полное смачивание гидрофобной поверхности твердого горючего материала.

7. Установлена возможность частичной и полной замены галоидоуглеводородов на пентан. Выявлено, что содержание углеводородного пропеллента не должно превышать 4 % масс, при условии использования в качестве стабилизатора пены фторированного ПАВ. Определено, что при использовании в термовспенивающемся составе в качестве пропеллента смеси пентана и хладона 114В2 в соотношении по массе 1:1 образующаяся пена не горит независимо от суммарного содержания парообразующего компонента и природы поверхностно-активного вещества.

8. Описан механизм термического образования пены, предложены и обоснованы показатели, характеризующие термическое вспенивание составов, а именно: пенообразующая способность; степень увеличения объема; коэффициент вспенива-

ния; предельная концентрация углеводородного пропеллента; температура вспенивания.

9. Создан комплекс экспериментальных методов исследования свойств термовспенивающихся составов и определения их огнетушащей эффективности при тушении гидрофобных твердых горючих материалов и нефтепродуктов.

10. С учетом предложенного механизма термического образования пены разработана модель формирования из водного состава под воздействием потока тепла слоя пены, позволяющая количественно оценить изменение толщины слоя пены во времени в зависимости от таких параметров, как величина теплового потока, поступающего к поверхности пены, начальная толщина слоя водного состава, начальная концентрация пропеллента, молярная масса пропеллента, температура вспенивания водного состава; температура разрушения пены.

11. Разработан оптимальный термовспенивающийся состав, по огнетушащей эффективности не уступающий зарубежным аналогам. Одна из рецептур пенообразователя содержит вместо галоидоуглеводорода пентан - экологически безопасный пропеллент. При этом в пенообразующих водных составах содержится углеводородного пропеллента 0,8...4 % масс., га-лоидоуглеводородного пропеллента - 1,1...7 % масс., углеводородного эмульгатора - 0,04...4,3 % масс., фторированного стабилизатора пены - 0,04...О,2 % масс. Величина критической интенсивности подачи разработанными составами предельных углеводородов составляет 0,008...О,044 кг-м-"2с"'; резины - 0,004... 0,1 кг-м~г-с-1.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Ефимов A.A., Наумов В.В., Шароварников А.Ф. Огне-тушащая эффективность пен из смесей пенообразователя "Фо-рэтол" и "Сампо" // Пожарная техника, тактика и автоматические установки пожаротушения: Сб. науч. тр. - М.: ВИПТШ, 1989. - С. 71-79.

2. Шароварников А. Ф., Воевода С. С., Наумов В. В. Оптимизация огнетушащих составов для тушения аварийных розливов горючих жидкостей // Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и зданий: Тезисы докладов 3 Всесоюзной научно-технической конференции. - Северодонецк, 1990. - С. 128-130.

3. Ефимов A.A.. Наумов В.В., Шароварников А.Ф. Снижение пожарной опасности розливоЕ горючих жидкостей образованием водных пленок и пеноэмульсии на поверхности углеводородов // Там же. - С. 127-128.

4. Былинкин В.А., Наумов В.В., Шароварников А.Ф. Результаты лабораторных исследований тушения пожаров резины самовспенивающимися огнетушащими составами // Организация тушения пожаров и аварийно-спасательных работ: Сб. науч. тр. - М.: ВИПТШ. 1990. - С. 94-97.

5. Фархутдинов Р.И.. Грашичев Н.К., Наумов В.В. Тушение пламени пеноэмульсией, полученной в резервуаре под слоем нефтепродукта // Там же. - С. 87-91.

6. Снижение пожарной опасности розливов горючих жидкостей образованием водных пленок на поверхности нефтепродуктов / Воевода С.С., Фархутдинов Р.И., Ефимов A.A., Наумов В.В. // Совершенствование деятельности органов государственного пожарного надзора: Сб. науч. тр. - ВИПТШ, 1991. - С. 200-206.

7. A.c. 1729019 (СССР). МКИ5 А 62 D 1/00. Огнетушащий состав, вспенивающийся в очаге пожара / Шароварников А.Ф., Теплов Г.С., Наумов В.В. и др. // Открытия. Изобретения. - 1993. - № 17.

8. A.c. 1729019 (СССР). МКИ5 А 62 С 3/06. Способ предотвращения выброса горючей жидкости из резервуара / Шароварников А.Ф., Наумов В.В. - Решение о выдаче а. с. от 12.11.90.

9. A.c. 1796206 (СССР). Устройство для тушения пожаров горючих жидкостей в резервуарах / Шароварников А. Ф., Наумов В. В., Ефимов A.A. // Открытия. Изобретения.

- 1993. - № 7.

10. A.c. 1708363 (СССР). Устройство для тушения пожаров горючих жидкостей в резервуарах / Шароварников А.Ф., Наумов В.В. // Открытия. Изобретения. - 1992. - № 4.

11. A.c. 1824205 (СССР). Устройство для тушения пожаров / Шароварников А.Ф., Наумов В.В. // Открытия. Изобретения. - 1993. - № 24.

Соискатель с г— В. В. Наумов

Подписано в печать 10.02.94 г. Т.-100 экз.

Формат 60 х 84 / 16. Печать офсетная.

Усл.печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 17 Бесплатно

Типография ВНИИПО МВД РФ 143900, г. Балашиха-6