Введение к работе
Постановка проблемы и ее актуальность. Проблема борьбы с пожарами была и остается актуальной для любого государства. Ежегодно пожары сопровождаются материальными потерями и значительным числом жертв. С начала 2010 года за 9 месяцев зарегистрировано 128572 пожара погибло 8631 человек, в том числе 370 детей, получили травмы на пожарах 9491 человек, прямой материальный ущерб причинен в размере 10906,6 млн. р.
Среди известных огнетушащих средств широкое применение находят огнетушащие порошки (ОП). Они относятся к числу наиболее эффективных средств борьбы с пожарами. Способность быстро подавлять горение в сочетании с универсальным характером действия и возможностью применения при низких температурах делают ОП во многих случаях самым приемлемым средством пожаротушения и взрывоподавления.
Исторически порошковое пожаротушение впервые было применено в 1770 г. В конце XIX века в России производили тушение составом, состоящим из бикарбоната натрия, квасцов и сернистого аммония.
Расширение исследований по разработке отечественных ОП, изучение механизма их огнетушащего действия были активно продолжены во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны (ВНИИПО) А.Н. Баратовым, В.И. Горшковым, М.Н. Вайсманом, Л.П. Вогманом, А.В. Антоновым.
С 1993 г. начаты работы по расширению производства огнетушащих порошков в России на своей сырьевой базе.
Определение огнетушащей эффективности порошков производили в лабораторных или натурных условиях. Критерием огнетушащей эффективности в лабораторных опытах в основном являлась масса навески порошка, используемая на одно тушение, а в натурных опытах удельный расход кг/м2 или концентрация кг/м3, а также время тушения.
В 1998 г. были изданы НПБ 170-98. Нормы разрабатывались с учетом международных стандартов. В развитие стандартизации в 2009 году был разработан и внедрен ГОСТ Р 53280.4, в котором среди основных параметров оценки эффективности ОП приведена методика определения огнетушащей способности порошков на очаге класса 55 В. Тушение производят из огнетушителя (определяется удельный расход огнетушащего порошка на тушение, кг/м2).
В то же время отсутствует общепринятая (стандартизованная) методика определения огнетушащей концентрации порошков. Отсутствует также официальный методический подход, позволяющий адекватно сравнивать результаты лабораторных испытаний и данные натурных
опытов по тушению очагов класса В. В связи с этим, актуальной является задача разработки современных методик определения огнетушашей концентрации порошков.
Целью диссертационного исследования является оценка вклада теплового эффекта в механизм тушения пламен горючих жидкостей порошками, разработка методов оптимизации составов огнетушащих порошков при объемном или локально-объемном тушении диффузионных пламен горючих жидкостей, позволяющих повысить эффективность тушения и снизить затраты на производство.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные научные и практические задачи:
- проанализировать литературные данные по: механизмам
тушения пламени горючих жидкостей огнетушащими порошками,,
существующим методикам определения огнетушащей концентрации
порошков, известным результатам лабораторных и натурных испытаний;
- разработать лабораторные методики определения: огнетушащих
концентраций порошков, их дисперсности по узким фракциям, размера
частиц огнетушащих порошков после воздействия пламени, максимальной
температуры пламени;
- провести испытания по определению дисперсностей
огнетушащих порошков по узким фракциям;
на разработанных лабораторных установках определить огнетушащую эффективность порошков и их компонентов - время тушения и огнетушащую концентрацию для критических параметров;
провести натурные испытания по тушению бензина огнетушащими порошками;
разработать методику преобразования результатов натурных испытаний (кг/м2) в огнетушащую концентрацию (кг/м3), сопоставить результаты лабораторных исследований и натурных испытаний;
экспериментально исследовать огнетушащие порошки после тушения;
по тепловой интегральной схеме определить зависимость огнетушащей концентрации порошков от размера частиц, оценить тепловой вклад в механизм тушения порошками на основе хлорида калия;
составить оптимизационную зависимость влияния размеров частиц на огнетушащую эффективность порошков.
Научная новизна работы:
определен вклад теплового эффекта в механизм тушения диффузионных пламен горючих жидкостей огнетушащими порошками на основе хлорида калия;
экспериментально определен размер частиц хлорида калия, подвергангхся плавлению после прохождения фронта горения при тушении;
- по результатам оценки вклада теплового эффекта и
исследования на электронном микроскопе определено, что тушение
диффузионных пламен горючих жидкостей огнетушащими порошками на
основе хлористого калия осуществляется приоритетно за счет химического
механизма (предположительно в основном за счет гетерогенного
ингибирования на поверхности частиц порошков);
экспериментально определены времена тушения бензина Аи-80 и октана огнетушащими порошками при помощи высокоскоростной видеосъемки (500 кадров в секунду);
определена связь огнетушащей концентрации с размером частиц при локально-объемном тушении диффузионных пламен горючих жидкостей порошками, позволяющая оптимизировать фракционный состав ОП для наиболее эффективного тушения.
- в опытах применены современные технологии: высокоскоростная видеокамера; электронный сканирующий микроскоп ТМ-3000; высокоскоростная система измерения температур; система измерения дисперсности частиц ОП по узким фракциям. На защиту выносятся:
- оценка вклада теплового эффекта в механизм тушения
диффузионных пламен горючих жидкостей огнетушащими порошками на
основе хлорида калия;
- методики определения: огнетушащей концентрации ОП, их
дисперсности по узким фракциям (от 1 мкм), размера частиц огнетушащих
порошков после воздействия пламени, максимальной температуры
пламени;
- результаты испытаний по определению огнетушащих
концентраций на установках при подаче порошков в спутную струю и
сверху под давлением;
методика преобразования результатов натурных испытаний (кг/м2) в огнетушащую концентрацию (кг/м3);
результаты натурных испытаний, и их сопоставление с лабораторными опытами;
результаты экспериментов по определению размера частиц хлорида калия, подвергшихся плавлению после тушения тушения;
оптимизационные зависимости огнетушащей концентрации порошков от дисперсности для наиболее эффективного тушения.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработаны установки и методики определения огнетушащих концентраций порошков;
разработана методика, позволяющая корректно сопоставлять огнетушащие концентраций порошков, полученные в результате испытаний на лабораторных установках и в натурных опытах;
, - определен вклад теплового эффекта в механизм тушения диффузионных пламен горючих жидкостей огнетушащими порошками на основе хлорида калия;
- установлена зависимость огнетуїпащей концентрации от дисперсности порошка, позволяющая оптимизировать фракционный состав порошков для наиболее эффективного тушения и снижения затрат на производство.
Апробация работы.
Результаты работы были изложены в публикациях, доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях: МИСиС, ФГУ ВНИИПО.
Результаты работы реализованы в ФГУ ВНИИПО при разработке ГОСТ Р 53280.4, на предприятиях: ЗАО «Экохиммаш», ООО «ПромЭпотос»,ЗАО«Соболевский завод»,ЗАО «НПГ Гранит-Саламандра».
Публикации.
Основные положения диссертации изложены в 8 печатных работах. В диссертации обобщены результаты самостоятельной работы, а также выполненные совместно с коллегами. В совместных работах автор определял направление исследований, принимал участие в разработке установок, методик, экспериментах, осуществлял анализ и обобщение полученных результатов, принимал непосредственное участие в формулировке выводов и внедрении в практику.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка использованной литературы наименований и приложения. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 28 таблиц, ПО библиографических наименования.
