Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ литературных источников 12
1.1 Обзор тушений пожаров горючих жидкостей 12
Выводы по разделу 1.1: 24
1.2 Обзор исследований стабильности спиртосодержащих топлив 25
Выводы по разделу 1.2: 37
1.3 Анализ выполненных исследований пенного пожаротушения спиртов и
спиртосодержащих топлив 38
Выводы по разделу 1.3: 43
1.4 Однократная экстракция в системе жидкость – жидкость 43
Выводы по разделу 1.4: 46
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть 48
2.1 Методы исследований и вещества, используемые в работе 48
2.1.1 Определение поверхностного и межфазного натяжений рабочего раствора пенообразователя 48
2.1.2 Определение времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности 52
2.1.3 Определение доли спирта, экстрагируемого водой из спиртосодержащего топлива 57
2.2 Результаты экспериментальных исследований 66
2.2.1 Результаты экспериментальных исследований по определению поверхностного и межфазного натяжений рабочего раствора 66
2.2.2 Результаты экспериментальных исследований по определению времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности 68
2.2.3 Результаты экспериментальных исследований по определению количества спирта, извлекаемого водой из топлива 77
ГЛАВА 3 Анализ результатов экспериментальных исследований 86
3.1 Анализ результатов экспериментальных исследований по определению времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности 86
3.2 Анализ результатов экспериментальных исследований по определению количества спирта, извлекаемого из топлива водой 91
3.3 Анализ влияния величины снижения исходной концентрации спирта в топливе на основные параметры пенного пожаротушения 94
Заключение 100
Список сокращений и условных обозначений 101
Список терминов 102
Список литературы
- Обзор исследований стабильности спиртосодержащих топлив
- Определение времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности
- Результаты экспериментальных исследований по определению времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности
- Анализ результатов экспериментальных исследований по определению количества спирта, извлекаемого из топлива водой
Введение к работе
Актуальность работы. По статистике каждый пятый пожар
начинается с взрыва паровоздушной смеси. При этом происходит выход из
строя оборудования для автоматического пожаротушения, а дальнейшее
развертывание сил и средств для тушения пожара производится в течение
трех и более часов. В отдельных случаях проходят сутки с момента
возникновения пожара до начала пенной атаки пожарными
подразделениями. Примеров неудачного тушения подобных пожаров можно
привести достаточно много. Не случайно в последние десятилетия учеными
Академии ГПС МЧС России, ВНИИПО МЧС России, МГСУ и других
учреждений проводились научные исследования, посвященные
особенностям тушения пожаров на объектах нефтегазовой отрасли с применением пенообразователей. Учитывая ужесточение экологических требований и постепенный переход топлив на евростандарт, обеспечение безопасности резервуарных парков является сложной научной проблемой.
С 2015 года на территории России, Белоруссии и Казахстана вступил
в силу технический регламент Таможенного союза «О требованиях к
автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу,
топливу для реактивных двигателей и мазуту» (ТР ТС-013–2011). Данный
технический регламент запрещает использование ряда антидетонационных
добавок, негативно воздействующих на состояние окружающей среды. При
этом с целью повышения октанового числа в состав бензинов включают
полярные горючие жидкости. Наиболее сложные пожары горючих
жидкостей были потушены с применением пены, полученной из рабочих растворов фторсодержащих пенообразователей. Однако сейчас применение пенообразователей на основе стойких органических соединений ограничено Федеральным законом 27.06.2011 г. № 164-ФЗ «О ратификации Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях». При этом изменился состав, опасность, гигиенические характеристики и огнетушащие параметры пены, полученной на основе вновь выпускаемых пенообразователей. Фторированные поверхностно-активные вещества в
настоящее время не производятся методом электрохимического
фторирования. Основная проблема при ликвидации пожара заключается в
том, что полученная многокомпонентная топливная смесь водорастворимых
и водонерастворимых горючих жидкостей не является инертной к воде и
рабочему раствору пенообразователя для получения воздушно-
механической пены. При их взаимодействии с топливом происходит
расслоение системы. Эффекты расслоения бензинов водой были
обнаружены еще в середине ХХ века первыми разработчиками
спиртосодержащих топлив. Научные работы последних лет также
свидетельствуют, что спиртосодержащее топливо активно взаимодействует
с рабочим раствором пенообразователя, находящимся в пене. В результате
взаимодействия происходит экстракционное разделение
многокомпонентной смеси, частичное осаждение спирта и образование
отсека. В соответствии с Федеральным законом «Технический регламент о
требованиях пожарной безопасности» пена, полученная из рабочих
растворов пенообразователей, должна обеспечить ликвидацию горения с
использованием принятой тактики тушения пожара. Отсутствие
экспериментальных и теоретических исследований, направленных на поиск
комплексного решения проблемы пенного пожаротушения
спиртосодержащих топлив, определили актуальность темы диссертации.
Степень научной проработанности темы. Существенный вклад в изучение проблем горения и пенного пожаротушения полярных горючих жидкостей внесли В.И. Блинов, В.Ч. Реутт, И.И. Петров, А.Н. Баратов, А.Ф. Шароварников, Ю.Н. Шебеко, И.А. Болодьян, Г.С. Теплов и другие ученые. Разработанные ими фундаментальные основы были использованы при подготовке данной диссертационной работы.
По результатам исследований был разработан способ тушения спиртов путем их предварительного разбавления водой до начала пенной атаки. Количество поданной воды и интенсивность подачи пены приводятся в справочнике руководителя тушения пожаров (РТП). При этом отсутствует
документ с данными о требуемой нормативной интенсивности подачи пены для тушения современных углеводородно-спиртовых топлив.
Систематические исследования пенного пожаротушения
водорастворимых горючих жидкостей начали проводиться во ВНИИПО
МВД СССР. Была произведена апробация методик для специально
разработанных спиртоустойчивых пенообразователей на основе
поверхностно-активных веществ, производимых отечественной
промышленностью в то время. Попытка решить проблему подслойного пожаротушения спиртосодержащих топлив была сделана в 1997 году. Работа выполнялась во ВНИИПО МВД РФ С.А. Шароварниковым под руководством А.Я. Корольченко.
Дальнейшие исследования в этой области проводились в Академии ГПС МЧС России С.А. Макаровым, Б.Ж. Битуевым и Д.Л. Бастриковым. В работах рассматривались следующие вопросы:
– оценка концентрации спирта на огнетушащую эффективность пены;
– влияние полимерного компонента на процесс тушения;
– разрушение водных пленок при контакте со смесями углеводородов и спиртов.
Несмотря на большой объем проведенных исследований, остался не изученным вопрос поиска вариантов тушения спиртосодержащих топлив с учетом возможности их экстракционного разделения водой. Изучение роли экстракционного разделения водой спиртосодержащих топлив имеет большое значение для правильного понимания особенностей тушения, представляет особый интерес практическим работникам и может способствовать повышению надежности тушения сложных пожаров спиртосодержащих топлив.
Цель работы – определить закономерности пенного пожаротушения экстракционно-разделяемых водой спиртосодержащих топлив.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– выявить зависимость между основными параметрами пенного пожаротушения углеводородных топлив и углеводородно-спиртовых топлив с различным содержанием спиртового компонента;
– определить степень снижения исходной концентрации спирта в топливе от количества предварительно поданной воды;
– установить взаимосвязь между величиной снижения исходной концентрации спирта в топливе и основными параметрами пенного пожаротушения.
Объектом исследований является процесс тушения
спиртосодержащих топлив, а предметом исследований – параметры
тушения экстракционно-разделяемых спиртосодержащих топлив
пленкообразующей пеной после предварительной подачи воды.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– выявлены основные проблемы и узкие места в решении задачи по эффективности тушения пожаров горючих жидкостей, содержащих водорастворимые оксигенаты;
– предложена методика, позволяющая определить требуемую интенсивность подачи пены и повысить надежность ликвидации горения топлива с различным содержанием спиртового компонента;
– по результатам экспериментальных исследований получены ранее
неизвестные зависимости, касающиеся влияния количества предварительно
поданной воды на результативность пенного пожаротушения
спиртосодержащего топлива;
– разработан расчетный метод корректировки требуемой
интенсивности подачи пены после предварительной подачи воды в спиртосодержащее топливо;
– установлено совокупное влияние на требуемую интенсивность
подачи пены таких параметров, как: объем и температура
спиртосодержащего топлива, исходная концентрация спирта в топливе, объем предварительно поданной воды.
Теоретическая значимость исследования обоснована:
– вкладом в расширение представлений о внешних факторах, влияющих на огнетушащую эффективность воздушно-механической пены, используемой при тушении спиртосодержащих топлив;
– применительно к проблематике работы предложена совокупность
базовых и усовершенствованных методов исследования свойств
противопожарной пены для тушения экстракционно-разделяемых горючих жидкостей;
– подробно изучена степень влияния концентрации спирта в топливе на требуемую интенсивность подачи пены для гарантированного тушения.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
– разработанные расчетные методы корректируют подход к выбору
величины интенсивности подачи пены для тушения пожаров
спиртосодержащих горючих жидкостей и находят широкое применение в практической деятельности;
– основные положения диссертационного исследования представляют большой интерес и позволяют повысить квалификационный уровень практических работников служб пожаротушения предприятий по хранению и транспортировке нефтепродуктов;
– проведенные исследования могут способствовать дальнейшему
осмыслению и развитию специальных знаний о водо-пенном
пожаротушении горючих жидкостей, содержащих водорастворимые оксигенаты, а также послужить методологической основой для последующих научных исследований в рассматриваемой области;
– результаты исследований внедрены в учебный процесс преподавания дисциплины «Химия» по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» в Академии ГПС МЧС России.
Методология и методы исследований
Для решения поставленных задач в диссертационной работе
использованы известные существующие и лабораторные методы
исследования огнетушащей эффективности пены, а также определения снижения концентрации спирта в топливе после его экстракции водой. Структура и логическая организация применяемых методов исследования в совокупности позволяют установить взаимосвязь между величиной снижения исходной концентрации спирта в топливе и основными параметрами пенного пожаротушения.
На защиту выносятся:
– экспериментальные данные пенного пожаротушения топлив с различным содержанием спиртового компонента и экспериментальные данные снижения исходной концентрации спирта от количества предварительно-поданной в топливо воды;
– соотношение между величиной концентрации спирта в топливе и интенсивностью подачи пены;
– способ тушения экстракционно-разделяемого спиртосодержащего топлива.
Достоверность результатов исследования подтверждается:
– значительным объемом экспериментальных исследований;
– известной научно-теоретической основой применяемой методологии исследования с использованием обширной источниковедческой базы;
– результатами собственных исследований, базирующихся
на использовании в экспериментах стандартизированного оборудования и средств измерений, что позволяет обеспечить воспроизводимость полученных результатов;
– выполнение исследований по общепринятым критериям
совокупности отличительных признаков пленкообразующей воздушно-механической пены для тушения пожаров горючих жидкостей;
– использованием сравнительного анализа полученных в работе результатов и известных результатов аналогичных исследований в данной предметной области.
Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований докладывались на: III Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности-2014» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014); III Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014); Двадцать третьей международной научно-технической конференции «Система безопасности 2014» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014); Конференции международного салона «Комплексная безопасность-2014» (г. Москва, МВК «ВДНХ Экспо», 2014); IV Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2015); XXI Международном форуме «Технологии безопасности», конференции «Пожарная безопасность критически важных объектов: особенности проектирования, техническое регулирование» (г. Москва, МВЦ «Крокус Экспо, 2016).
Внедрение результатов. Результаты работы использованы:
– при подготовке проекта изменений № 1 в свод правил СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности»;
– для разработки порядка применения фторсодержащих
пенообразователей, выпускаемых на предприятии ООО «Компания
Югроспром» для тушения пожаров автомобильных бензинов
экологического класса К4 и К5;
– для выполнения п.132 плана научной работы Академии ГПС МЧС России на 2015 год при выполнении НИР на тему: «Разработка модели стенда и методики для получения и испытания пены низкой кратности»;
– в учебном процессе Академии Государственной противопожарной
службы МЧС России при разработке рабочей программы по дисциплине
«Химия» по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная
безопасность».
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в виде 8 научных публикаций, в том числе 5 статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, словаря терминов, списка литературы из 89 наименований и 1 приложения. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 6 таблиц.
Обзор исследований стабильности спиртосодержащих топлив
Большая часть проблем, связанных с тушением пожара, выпала канадским пожарным. Следует учитывать также тот факт, что боевое развертывание выполнялось в середине ночи, но была проделана огромная работа, и удалось сохранить много жизней.
На момент катастрофы не было связи с городом. Основываясь на первоначально имеющейся информации, решили сначала найти как можно больше пенообразователя для тушения легковоспламеняющейся горючей жидкости. В Агентстве Maine Emergency Management есть запасы пенообразователя для тушения пожаров по всей территории государства. Наиболее близким к Фармингтону было 8000 галлонов концентрата пенообразователя в Портленде – 95 милях к югу от места пожара. Пожарно-техническое вооружение могли получить от округа Франклин. Эта просьба была беспрецедентной, так как нет официального соглашения о взаимопомощи между пожарными подразделениями к северу от границы. Есть отделы в штате, которые ездят через границу довольно часто. Фармингтон округа Франклин, с численностью населения 30700 человек. Оборудование для пожарных и пожарно-техническое вооружение было получено через 90 минут из семи округов Франклина, в том числе Честервилла, Юстиса, Новойя Верджинии, Филлипса и Рэннгли. Фармингтон и Рэнгли послали 100 футовые антенны для связи. Серьезным препятствием для пожарных стал языковой барьер, требовался переводчик, так как в Квебеке преимущественно разговаривают на французском языке, поэтому никто не брал на себя ответственность руководителя тушения пожара. Американцам потребовалось несколько минут, чтобы найти переводчика в Квебеке.
Для получения полной картины командир Королевской канадской полиции и его команда берут на борт вертолета пожарных. Пожарные из Юстиса были гораздо ближе к Лак-Мегантик и добрались туда быстрее. Их автомобиль использовался в качестве насосной станции (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 –Забор воды из озера для тушения пожара в канадском городе Лак-Мегантик
Около 10 часов утра пришло назначение руководителя тушения пожара из Франклина. В течение следующих девяти часов пожарные трудились, чтобы охладить цистерны стоящие на рельсах. После трех часов охлаждения горящие цистерны были потушены.
В литературном источнике [24] дано описание пожара на Рязанском НПЗ. Сообщение о пожаре поступило на пульт охраны в 17:53. Объект охраняется тремя пожарными частями, объединенными в федеральное казенное учреждение «Первый отряд федеральной противопожарной службы ГПС по Рязанской области». После получения сообщения к месту вызова чрезвычайной ситуации были направлены: – 21 единица пожарной техники, – 92 человека личного состава. О том, что возгорание на железнодорожной эстакаде закрытого акционерного общества «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» чревато серьёзными последствиями, можно было предположить сразу. Сам объект является сложным: – 22 цеха из них 5 основных и 17 вспомогательных, – 30 технологических установок с резервуарными парками, – 9 сливо-наливных железнодорожных эстакад.
Категория «А» по взрывопожарной и пожарной опасности и 3-я степень химической опасности. Исходя из этого, в расписании выездов городского гарнизона на предприятие предусмотрен автоматически третий номер вызова сил и средств. Началось все с самопроизвольного выкатывания состава из 14 цистерн с легковоспламеняющейся горючей жидкости на одну из эстакад. В этот момент происходит столкновение с другим железнодорожным составом, в результате чего произошёл розлив легковоспламеняющейся горючей жидкости по территории, и последовало возгорание (рисунок 1.7).
Пожар угрожал всему составу и сливо-наливной эстакаде. Когда первые подразделения прибыли на объект, огнем были охвачены уже четыре цистерны на эстакаде, площадь горения составляла 1500 м2. От воздействия пожара были разрушены технологические трубопроводы эстакады, из которых под давлением выходил продукт. Пожарные подразделения, прибывшие на объект, из администрации не кто не встретил, а персонал предприятия успел к тому времени само эвакуироваться. Между тем ситуация усугублялась: огненное море уже захватывало ближайшие складские здания, устремляясь к резервуарным паркам и цистернам, стоящим на путях соседней эстакады. В то же время большие тепловые потоки не давали возможности пожарной технике проехать непосредственно к зоне горения и встать на ближайшие водоисточники. Руководивший тушением заместитель начальника отряда Э. А. Кондрашкин, оценив серьезность положения, объявил сбор личного состава, свободного от несения службы, потребовал повысить давление в водопроводной сети, а также запросил тепловоз для расцепки цистерн. Руководитель тушения распределил технику и людей по двум боевым участкам. Был организован оперативный штаб пожаротушения. Основные усилия пожарных были направлены на охлаждение расположенных вблизи зоны горения насосной станции резервуарного парка, цистерн и оборудования сливо-наливной эстакады. Для этой цели применялись переносные лафетные стволы. В оперативный штаб был включен и представитель объекта. Однако в этот очень важный начальный период тушения администрация предприятия обнаружила явную неготовность к таким чрезвычайным происшествиям. Ликвидации пожара на объекте мешал также тот факт, что задвижки на трубопроводах не были своевременно перекрыты. Истекающий из поврежденных труб продукт в течение 4 часов подпитывал горение. Уже через четверть часа после начала тушения к месту пожара прибыл руководящий состав Главного управления МЧС России по Рязанской области. В пути, основываясь на поступающей информации, заместитель начальника Главного управления по ГПС объявил сбор личного состава, ввёл в боевой расчёт резервную технику и направил к месту пожара дополнительные подразделения. Несмотря на принимаемые меры, пожар продолжал распространяться по территории предприятия.
Определение времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности
Для построения градуировочной зависимости предварительно проводятся исследования по определению коэффициента рефракции (преломления) в зависимости от соотношения компонентов в модельном топливе. Рефрактометр калибруется под значение коэффициента рефракции соответствующее известному соотношению компонентов в модельном топливе, приготовленном в мерном цилиндре объемом 1000 см3. Компоненты топлива тщательно перемешиваются, полученная модель топлива отстаивается в течение 5 минут. Во время калибровки контролируются стандартные условия окружающей среды. Перед определением поверхности призм рефрактометр промываются несколькими каплями спирта и вытирают, осторожно прикладывая бумагу, полотно или замшу (материалы должны быть мягкие и неворсистые). Термостат соединяют при помощи резиновых трубок с кожухом призм рефрактометра и пропускают через кожух воду (20±0,1 С) в течение 15–20 мин.
Перед началом работы проверяется точность прибора по дистиллированной воде (ГОСТ 6709), показатель преломления которой при 20 С равен 1,3330, или по образцам, приложенным к рефрактометру. Проверку производится по инструкции, приложенной к прибору. Если рефрактометр дает отклонение показателя преломления образца или воды, то винтом корректировки нуля устанавливается метка на нужном делении шкалы.
Полученные значения коэффициента преломления сведены в таблицу 2.2 и таблицу 2.3. Разделительные воронки нумеруют от 1 до 4. Мерные цилиндры делят на две группы и помечают отдельно для топлива и отдельно для водно-спиртовой смеси. Цилиндры, как и разделительные воронки, нумеруют от 1 до 4 для каждой груп пы. Мерные цилиндры и разделительные воронки тщательно промывают, ополас кивают и протирают фильтровальной бумагой. Готовят модельных топлива № 2– 1, 3–1, 4–1, 5–1 по 100 мл каждого. Далее необходимо подготовить питьевую во ду. Измеряют температуру воды и топлив. Температура воды и топлив должна составлять 20±1 С. В шприцы набирают заданное количество воды.
В разделительные воронки заливают по 100 мл одного из исследуемых топ-лив в соответствии с соотношением компонентов указанных в таблице 2.2. Количество питьевой воды, заливаемой в каждую из разделительных воронок, зависит от серии проведенного эксперимента и температурного режима исследований. Количество воды, подаваемой в воронку, составляет от 1 до 20 мл в зависимости от концентрации спирта в исходном топливе. Разделительные воронки закрывают пробками. Содержимое каждой делительной воронки взбалтывают в течение 5 мин. Делительные воронки устанавливают на штативы и помещают в климатическую камеру. Устанавливают соответствующий температурный режим (20 или 60 С). Через окно климатической камеры визуально наблюдают за разделением фаз. Через 15 мин после отстоя отделившийся в разделительной воронке нижний слой сливают в один мерный цилиндр, а топливо в другой мерный цилиндр. Для первого температурного режима мерные цилиндры до проведения исследований по преломлению закрывают пробками. Для второго температурного режима мерные цилиндры закрывают пробками и термостатируют до достижения температуры 20 С.
При помощи рефрактометра определяется коэффициент преломления. Производятся 2 серии экспериментов: - по определению концентрации спирта в топливе; - по определению концентрации спирта в водно-спиртовом отсеке. На поверхность нижней призмы рефрактометра закапывают одну-две капли топлива, не касаясь призмы пипеткой, быстро соединяют обе призмы и прижимают их зажимом. Зрительная трубка устанавливается слегка в наклонном положе 64 нии. Зеркало устанавливается по отношению к естественному или искусственному источнику света так, чтобы получить максимальную освещенность поля зрения и появление черно-белой границы светотени. Если после фокусировки окуляра граница светотени будет иметь некоторую окраску, то она устраняется вращением компенсатора. Если светотень будет серо-белой, необходимо тщательно вымыть призму на входе луча света. Затем медленно вращают поворотный винт, связанный с дуговой шкалой до тех пор, пока четкая граница светотени точно и симметрично пересечет центр скрещенных визирных линий. Отсчет показателя преломления ведется при помощи лупы дуговой шкалы по делению, соответствующему визирной линии шкалы. Отмечается граница светотени, отсчет ведется пять раз (попеременно сверху и снизу), после чего вычисляется среднее арифметическое значение этих измерений. После окончания измерения поверхности призма промывается спиртом или другим растворителем (в зависимости от растворимости испытуемого вещества) и высушивается так же, как перед началом определения. Аналогично проводятся эксперименты для водно-спиртовой смеси.
За результат принимают среднеарифметическое параллельных определений одного исследования первой и второй серии экспериментов. Серии экспериментов повторяются два раза. Значения концентрации спирта в водно-спиртовом отсеке пересчитываются в концентрацию спирта в верхней фазе. По градуировочной зависимости в соответствии с таблицами 2.2 и 2.3 определяется концентрация спирта в фазах. Допустимое расхождение между результатами параллельных определений с доверительной вероятностью 0,8 должно быть не более 25 % от среднего значения. Результатом определения считается среднее арифметическое значение параллельных измерений двух серий.
По результатам исследований строятся зависимости величины объемной доли оставшегося спирта к исходной доле спирта в топливе до экстракции от величины отношения объема поданной воды к исходному объему горючего. Зависимость доли спирта от доли воды позволяет не привязываться к образовавшимся углеводородно-спиртовой и водно-спиртовой фазам, так как после экстракции спирта изменяется их объем, что делает затруднительными дальнейшие расчеты оставшейся объемной концентрации спирта в топливе без установленных значений объема углеводородо-спиртовой и водно-спиртовой фаз.
Результаты экспериментальных исследований по определению времени тушения горючей жидкости пеной средней кратности
Зависимость времени тушения от интенсивности подачи пены средней кратности для тушения углеводородного топлива 1–1, состоящего из 90 % об. изооктана и 10 % об. гептана, представленная на рисунке 2.7, имеет традиционный вид экспоненциальной кривой с вертикальной асимптотой, соответствующей критической интенсивности подачи пены 0,012 кг/(м2с). Крайняя точка максимального времени тушения находится в районе 300 с и соответствует интенсивности подачи пены 0,014 кг/(м2с). Для интенсивности 0,010 кг/(м2с) тушение топлива не происходит при непрерывной подаче пены от 330 до 350 с. В качестве критической интенсивности подачи пены выбрана та интенсивность, которая является средней между последним положительным тушением и последним отрицательным тушением. Кривая постепенно выпрямляется после интенсивности подачи пены соответствующей значению 0,06 кг/(м2с). Среднее время тушения при дальнейшем увеличении интенсивности подачи пены практически не снижается.
Зависимость времени тушения от интенсивности подачи пены средней кратности для тушения углеводородного-спиртового топлива 2–1, состоящего из 85,5 % об. изооктана, 9,5 % об. гептана и 5 % об. изопропилового спирта, представлена на рисунке 2.8. По сравнению с топливом 1–1 критическая интенсивность подачи пены возросла на 37 % и составила 0,019 кг/(м2с). Крайняя точка максимального времени тушения находится в районе 250 с и соответствует интенсивности подачи пены 0,021 кг/(м2с). Для интенсивности 0,017 кг/(м2с) туше 87 ние топлива не происходит при непрерывной подаче пены от 330 до 350 с. В данном случае в качестве критической интенсивности подачи пены выбрана средняя между последним положительным тушением и последним отрицательным тушением. Кривая тушения постепенно выпрямляется после интенсивности подачи пены соответствующей значению 0,08 кг/(м2с). Среднее время тушения при дальнейшем увеличении интенсивности подачи пены практически не снижается.
Зависимость времени тушения от интенсивности подачи пены средней кратности для тушения углеводородного-спиртового топлива 3–1, состоящего из 81,0 % об. изооктана, 9,0 % об. гептана и 10,0 % об. изопропилового спирта, представлена на рисунке 2.9. По сравнению с топливом 2–1 критическая интенсивность подачи пены возросла на 38 % и составила 0,031 кг/(м2с). Крайняя точка максимального времени тушения находится в районе 289 с и соответствует интенсивности подачи пены 0,034 кг/(м2с). Для интенсивности 0,028 кг/(м2с) тушение топлива не происходит при непрерывной подаче пены от 332 до 347 с. В качестве критической интенсивности пены выбрана средняя между последним тушением и последним не тушением. Постепенное выпрямление кривой происходит после интенсивности подачи пены соответствующей значению 0,08 кг/(м2с). Среднее время тушения при дальнейшем увеличении интенсивности подачи пены продолжает снижаться.
Зависимость времени тушения от интенсивности подачи пены средней кратности для тушения углеводородного-спиртового топлива 4–1, состоящего из 76,5 % об. изооктана, 8,5 % об. гептана и 15,0 % об. изопропилового спирта, представлена на рисунке 2.10. По сравнению с топливом 3–1 критическая интенсивность подачи пены возросла на 28 % и составила 0,043 кг/(м2с). Крайняя точка максимального времени тушения находится в районе 325 с и соответствует интенсивности подачи пены 0,045 кг/(м2с). Для интенсивности 0,041 кг/(м2с) тушение топлива не происходит при непрерывной подаче пены от 331 до 350 с. За критическую интенсивность подачи пены выбрана средняя между последним положительным тушением и последним отрицательным тушением. Выход кривой на интенсивность подачи пены, после которой время тушения практически не меняется для топлива 4–1, отсутствует.
Зависимость времени тушения от интенсивности подачи пены средней кратности для тушения углеводородного-спиртового топлива 5–1, состоящего из 72,0 % об. изооктана, 8,0 % об. гептана и 20,0 % об. изопропилового спирта, представлена на рисунке 2.11. По сравнению с топливом 4–1 критическая интенсивность подачи пены возросла на 34 % и составила 0,066 кг/(м2с). Крайняя точка максимального времени тушения находится в районе 345 с и соответствует интенсивности подачи пены 0,071 кг/(м2с). Для интенсивности 0,061 кг/(м2с) тушение топлива не происходит при непрерывной подаче пены от 315 до 348 с. В данном случае в качестве критической интенсивности пены выбрана средняя между последним положительным тушением и последним отрицательным тушением. Выход кривой на интенсивность подачи пены, после которой время тушения практически не меняется для топлива 5–1, отсутствует.
Следующая группа исследований посвящена влиянию на огнетушащую эффективность пены предварительно поданной воды в спиртосодержащее топливо. На рисунке 2.12 представлены зависимости времени тушения топлива 2–1 от интенсивности подачи пены средней кратности. Зависимость времени тушения исходного топлива 2–1 отмечена пунктирной линией аналогично кривой, представленной на рисунке 2.8. Кривая времени тушения от интенсивности подачи пены средней кратности на поверхность топлива 2–1, экстракционно-разделенного объемом воды, составляющим 3,5 % от исходного объема топлива, является сплошной серой линией, построенной по значениям, полученным экспериментальным путем. Из рисунка видно, что форма сплошной линии для экстракционно-разделенного топлива повторяет форму кривой, отмеченной пунктирной линией. Критическая интенсивность подачи пены для экстракционно-разделенного топлива снизилась на 11 % и составила 0,017 кг/(м2с). Крайняя точка максимального времени тушения находится в районе 308 с и соответствует интенсивности подачи пены 0,019 кг/(м2с). Перечеркнутая точка графика представляет отсутствие ликвидации горения. Для интенсивности 0,015 кг/(м2с) тушение топлива не происходит при непрерывной подаче в течение 348 с. За критическую интенсивность подачи пены выбрана средняя между последним положительным тушением и последним отрицательным тушением. Кривая тушения постепенно выпрямляется после интенсивности подачи пены соответствующей значению 0,08 кг/(м2с). Среднее время тушения при дальнейшем увеличении интенсивности подачи пены практически не снижается.
Анализ результатов экспериментальных исследований по определению количества спирта, извлекаемого из топлива водой
В результате проведенной серии экспериментов по определению огнету-шащей эффективности пены средней кратности в зависимости от содержания спирта в углеводородно-спиртовом топливе получен массив данных.
На рисунке 3.1 обработанный массив сведен в один график поверхности, на котором время тушения показано в зависимости от содержания спирта в топливе. Средние значения времени тушения углеводородного топлива 1–1 и спиртосодержащих топлив 2–1, 3–1, 4–1 и 5–1 обозначены на графике черными точками экстракционно-разделенные – красными точками.
График зависимостей времени тушения от интенсивности подачи пены на поверхность топлива с различным содержанием спирта Предложенный инструмент позволяет установить характер влияния концентрации спирта на время тушения при фиксированной интенсивности. При фиксированном значении времени тушения также можно определить характер изменения требуемой интенсивности подачи пены от соотношения спиртовой и углеводородной части экстракционно-разделенного топлива. Для определения величины интенсивности подачи пены в зависимости от содержания спирта в топливе сделана проекция разреза поверхности по оси времени на уровне времени тушения 100 с. На рисунке 3.2 показана проекция разреза поверхности, представленной на рисунке 3.1 по оси времени тушения.
Проекция разреза поверхности по оси времени 100 с сделана в соответствии с установленным п. 5.6 ГОСТ Р 50588–2012 максимальным значением времени тушения пеной средней кратности для пенообразователей типа AFFF, при котором тушение признается успешным [76]. Используя программное обеспечение Microsoft Exel, подобрана зависимость с величиной апроксимации 0,9998, показывающая характер степени влияния концентрации спирта в топливе на величину тре 97 буемой интенсивности подачи пены для тушения пламени горючей жидкости
Зависимость справедлива для диапазона концентраций от 0 до 10 % спирта в топливе. Величина интенсивности при тушении углеводородного топлива и концентрация спирта является исходной для проведения расчета: J=J0+1,4c2+0,09с, (3.2) где J – интенсивность подачи пены для тушения углеводородно-спиртового топлива, кг/(м2с); J0 – интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с); 1,4 и 0,09 – коэффициенты пропорциональности, кг/(м2с); с – объемная доля спирта в топливе.
Таким образом, опираясь на данные нормативной интенсивности для тушения углеводородных горючих жидкостей и предложенное математическое соотношение (3.2), возможно выявить ориентировочное значение нормативной интенсивности подачи пены для тушения углеводородно-спиртовых горючих жидко стей с различным содержанием спирта. Расчет интенсивности подачи пены для тушения экстракционно-разделенного топлива в зависимости от объема предварительно поданной воды, учитывая соотношения (3.1) и (3.2), производится по формуле 3.3: где с – объемная доля спирта в топливе после экстракции; сисх – исходная объемная доля спирта в топливе до экстракции водой; k – коэффициент пропорциональности, показывающий распределение концентраций спирта между фазами (k=1,74 для температуры системы 59–61 С; k =3,48 для температуры системы 19–21 С); Vв – объем предварительно поданной воды; Vгж – исходный объем горючей жидкости до экстракции спирта водой; J – интенсивность подачи пены для тушения углеводородно-спиртового топлива, кг/(м2с); J0 – интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с).
Объем поданной воды, м3 Рисунок 3.3 – Зависимость интенсивности подачи пены от объема предварительно поданной воды В соответствии с регламентирующим документом МЧС России СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности» нормативные интенсивности подачи пены в зависимости от температуры вспышки горючей жидкости и способа подачи пены находятся в диапазоне от 0,05 до 0,1 кг/(м2с) [89]. Свод правил не учитывает возможное содержание спирта в топливе.
Для проведения расчетов величина интенсивности подачи пены при тушения углеводородного топлива принимается равной 0,05 кг/(м2с) и соответствующей нормативной интенсивности для ЛВЖ с температурой вспышки менее 28 С для пленкообразующей пены средней кратности. Температура ГЖ при этом должна быть 19–21 С. Исходная объемная концентрация спирта в топливе для расчетов устанавливается на уровне 10 % по максимальной величине массовой доли кислорода в топливе 2,7 в соответствии с требованиями нормативного документа «Технический регламент о требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту».
После проведенных расчетов и на основании полученных данных предлагается вариант тактики пенного пожаротушения с предварительным осаждением спирта в спиртосодержащем топливе при помощи подачи распыленной воды на поверхность горючего. Объем предварительно поданной воды определяется возможностью пожарных подразделений обеспечить требуемую интенсивность подачи пены после экстракции спирта. Затем производится подача пены средней кратности на поверхность горючей жидкости.