Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Г.А. Тихановская, Е.А. Фокичева





Г.А. Тихановская, Е.А. Фокичева

 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ И ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ

Часть 2

Утверждено редакционно - издательским советом ВоГТУ

в качестве учебного пособия

 

 

 

Вологда

УДК

ББК

Т

 

 

Рецензенты:

Д.В. Карлович, начальник управления пожаротушения ГУ МЧС России

по Вологодской области;

М.Б. Гусев, главный эксперт ЭКЦ УМВД России по Вологодской области

Тихановская, Г.А.

Физико-химические основы развития и тушения пожаров:учеб. пособие / Г.А. Тихановская, Е.А. Фокичева. – Вологда: ВоГТУ, 2012. - 94 с.

 

 

Учебное пособие по курсу «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» часть II предназначено для студентов направления бакалавриата 280700 «Техносферная безопасность», профиль «Защита в чрезвычайных ситуациях».

Пособие включает краткий курс лекций по физико-химическим основам пожаротушения, тематические тесты и словарь терминов. Может быть использовано как руководство для самостоятельной работы студентов, при текущей проверке усвоения материала и при подготовке к экзаменам студентами направления «Техносферная безопасность».

 

 

УДК

ББК

 

ВоГТУ, 2012

Тихановская Г.А., Фокичева Е.А. 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» часть II, составлено для студентов направления бакалавриата «Техносферная безопасность», профиль «Защита в чрезвычайных ситуациях». Пособие включает общетеоретические основы курса пожаротушения (органические соединения), теоретические вопросы, тематические тесты и словарь терминов, использующихся при изложении материала.

Тематические тесты затрагивают все аспекты физико-химических основ пожаротушения и применения огнетушащих средств и могут быть использованы как средство закрепления материала, так и способ контроля, усвоения знаний по указанному направлению.



ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие является второй частью сокращенного курса лекций по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров». В пособии рассматриваются вопросы, связанные с физико-химическими процессами пожаротушения и с химией основных пожаротушещих составов. Вода является одним из наиболее распространенных и наиболее универсальных огнетушащих средств, применяемых при тушении пожаров. Ее с успехом используют при тушении горящих газов, пожаров легковоспламеняющихся жидкостей, горючих жидкостей, твердых горючих материалов. Поэтому в пособие включены сведения по физическим свойствам воды, ее реакционная способность и химические реакции воды с горючими материалами.

Не менее широко в качестве пожаротушащих средств используются пены. Они имеют преимущество по сравнению с водой. Применение пен позволяет сократить время тушения пожара до 3 раз и уменьшить материальные потери от пожаров до 1,5 раза. Пена является наиболее эффективным средством тушения пожаров нефти и нефтепродуктов. Практика ставит дополнительные требования к качеству пены. Поэтому на первое место выдвигаются знания по химии пенообразователей на органической основе, получение пен разной кратности для использования на пожарах различной этиологии. В соответствие с этим в пособие включена теория органических соединений, их классификация и номенклатура.

Отдельным разделом рассматриваются токсические свойства летучих продуктов горения тушащих композиций, которые предопределяются химической активностью их ингибиторов. В основе большинства из указанных процессов лежат физико-химические закономерности, поэтому рассмотрение фундаментальных концепций, связанных с вопросами химии горения являются необходимым. В связи с этим в данном пособии рассматриваются общетеоретические основы курса, отдельные пожаротушащие составы, физико-химические процессы их получения и поведения на пожаре.

ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КУРСА

Углеродные цепи и изомерия

Если друг с другом соединяется большое число атомов углерода, то они могут образовать или прямые, или разветвленные цепи (явление изомерии).

Для цепи, содержащей 5 атомов углерода, могут быть следую­щие структуры (изомерные формы):

C

|

С-С-С-С-С или С-С-С-С

C

|

C– C – C

|

C

Эти изомеры были получены практически и свойства их изучены.

Для цепи из пяти атомов углерода, содержащей одну двойную связь, возможны следующие изомерные формы: C

С=С-С-С-С С-С=С-С-С С=С-С

C

С увеличением числа атомов углерода в цепи число возможных изомеров возрастает: для С5 возможны 3 изомера, С6 — 5 изомеров, C10 — 35 изомеров, С20 — 366 319 изомеров, С30 — 4 111 846 763 изомера.

Радикалы

Компоненты, из которых построено химическое соединение, еще со времени Лавуазье называются радикалами. Формально можно представить, что радикал является частью молекулы, по­лучаемой отщеплением от нее водорода. Поэтому все радикалы содержат неспаренные электроны R: R1 → R + R1 и сами по себе неспособны существовать или существуют в течение ничтожных промежутков времени. Радикалы стремятся присоединить к себе атомы или группы и перейти в стабильное состояние. При таких превращениях радикалы, как правило, сохраняют неизменными все существовавшие в них связи между отдельными атомами.

В зависимости от числа образовавшихся неспаренных электро­нов, радикалы могут быть одновалентными, двухвалентными и т. д. От метана могут быть произведены радикалы

СН3 Н2 H

Доказательством существования этих радикалов является то, что первый из них — метил — может стабилизоваться путем при­соединения другого метила, давая углеводород этана; второй об­разует соответственно этилен, а третий — ацетилен:

Третий процесс лежит в основе промышленного способа полу­чения ацетилена из природного газа — метана.

Известны и неорганические радикалы. Так, при отщеплении атома водорода от молекулы воды образуется радикал ∙ОН. Ра­дикалы содержат неспаренные электроны, но не несут электриче­ского заряда.

К радикалам, с известной оговоркой, можно отнести простые газообразные вещества в атомарном состоянии, например атомар­ный водород, хлор и т. д.

Цепная реакция образования хлористого водорода протекает

через стадии образования свободных атомов (радикалов):

Cl2→ 2 ∙Cl

∙Cl + H2 → HCl + ∙H

∙H + Cl2 → HCl + ∙Cl и т. д.

Реакции, протекающие с образованием свободных радикалов, характеризуются большой скоростью и часто протекают взрывоподобно.

Радикалы имеют огромное значение в процессах полимериза­ции; их способность полимеризоваться используется в производ­стве синтетических каучуков и т. п. Взрывные реакции в двигате­лях внутреннего сгорания также протекают, с образованием сво­бодных радикалов.

Функциональные группы

Подобно тому, как путем отнятия водорода от органических соединений можно произвести органические радикалы, отнятие водорода от неорганических соединений приводит к появлению неорганических радикалов, или остатков. Например, отнятие атома водорода от молекулы воды приводит к образованию радикала ∙ОН. Подобным образом из аммиака можно произвести амино­группу ∙NH2 и т. д.

Связывая любой органический радикал с радикалом ∙ОН, мож­но получить спирты, а с аминогруппой — амины. Можно произвести радикалы и из более сложных неорганических соединений.

Вещества, образующиеся из углеводородных радикалов и раз­личных остатков, обладают большим разнообразием свойств в за­висимости от природы этих остатков.

Углеводородную цепь органических соединений часто называют скелетом соединения, тем самым подчеркивая, что при большинстве химических реакций относительное положение отдельных атомов остается неизменным. Наблюдающиеся превращения чаще всего касаются лишь тех остатков или групп, которые присоединены к этой углеродной цепи и вызывают комплекс химических свойств. Чаще всего остатки неорганических соединений, связанных с угле­родной цепью, называют функциональными группами, или функциями. Главнейшими из них являются:

неорганические

∙ОН—гидроксил, спиртовая группа, оксигруппа;

∙NH2—аминогруппа;

: NH—аминогруппа;

∙˙NO2—нитрогруппа;

∙˙NO—нитрозогруппа;

∙SO3H—сульфогруппа;

∙О∙—эфирный кислород;

∙Х(С1, Вг, J, F)—галогены;

органические

∙СООН—карбоксил, кислотная группа;

∙СО∙—карбонил, оксогруппа;

∙C=N—нитрил, цианогруппа.

От наличия тех или иных функциональных групп зависит хи­мический характер органических соединений, ибо группы, являясь подвижной, реакционноспособной частью молекулы, участвуют, в первую очередь, в химических реакциях.

Вместе с тем нельзя забывать, что и углеродный скелет, с ко­торым соединена та или иная функциональная группа, оказывает определенное влияние на свойства соединения, усиливая или ос­лабляя химическую активность. Так, группа ОН, связывающаяся с углеводородными радикалами, образует спирты, которые почти нейтральны — не реагируют со щелочами; только активные ме­таллы способны вытеснить из них водород. В фенолах гидроксильная группа связана с остатком бензола; они способны реагировать со щелочами.

Большое влияние на функциональную группу оказывает при­сутствие в данной, молекуле других функциональных групп. Нередко в таких случаях изменяется весь ход химических превра­щений.

Сополимеризация

В процессе образования полимерной цепи могут участвовать не один, а два различных мономера. Получен­ный в этом случае продукт называется сополимером

А В А В

| | | |

Х -CH2-CH + CН2 = СН → Х СН2- СН -СН2 – СН -

Особенно широко сополимеризация применяется при создании различных типов синтетических каучуков.

Нужно отметить, что не все мономеры способны к совместной полимеризации. Например, стирол и винилацетат не образуют сополимера. Способность к сополимеризации зависит от природы молекул мономеров, их полярности и других свойств.

Ионная полимеризация

СН3

Замечено, что изобутилен С =СН2 , альфа-метилстирол С6Н5—С = СН2,

СН3 |

СН3

Виниловые эфиры СН2=СН—О—R и некоторые другие вещества не полимеризуются свободными радикалами. Для их полимеризации применяют различ­ные электрофильные катализаторы, характеризующиеся недостат­ком электронов у центрального атома. К катализаторам этого типа относятся BF3; AlBr3 AlCl3; TiCl4; ВСl3; SnCl.

Реакция протекает по цепному механизму. На ход этого про­цесса не оказывают влияния ни другие инициаторы, ни ингиби­торы. Вещества, обладающие основными свойствами, например амины, резко снижают скорость этого процесса. В этом случае полимеризация протекает с промежуточным образованием катио­нов (катионная полимеризация).

Характерной особенностью катализаторов катионных процес­сов является способность легко образовывать комплексные соеди­нения (например, с водой), проявляющие свойства сильных кислот (кислоты Льюиса). ВF3 и АlСl3 в присутствии следов воды образуют соответственно [BF3OH]-H+ и [А1С13ОН]-Н+. Эти комплексы способны вызывать цепную реакцию полимеризации, осуществляю­щуюся по катионному механизму:

R

+ |

2 = СН [Н – СН2 – СН] + х-

|

R

+

→[ Н – СН2 – СН – СН2 - СН ]+ х- и т.д.

| |

R R

Для BF3 характерна способность полимеризовать этилен с об­разованием искусственных смазочных масел, а АlСl3 полимеризует изобутилен до каучукоподобного материала. Катионная по­лимеризация обычно осуществляется при очень низкой температуре (до—100° и ниже). При полимеризации этого типа рост полимер­ной цепи связан с постепенным возникновением все более сложных полимерных катионов.

Существует и анионная полимеризация, в которой катализато­рами, инициирующими цепной процесс, могут быть: амид натрия NaNH2, амид калия КNН2, металлы — натрий, калий, литий; металлоорганические соединения — бутиллитий C4H9Li амилнатрий C5H11Na. Реакции можно проводить в жидком аммиаке:

R

- |

2 = СН [Н – СН2 – СН] Na+

|

R

-

→[NН – СН2 – СН – СН2 - СН ]- Na+ и т.д.

| |

R R

По этому механизму могут быть заполимеризованы акрилонитрил СН2=СН—CN, метилметакрилат СН2=С—СOOСН3 и др.

|

СН3

Свойства пены

Пены относятся к огнетушащим средствам, широко используемым при пожаротушении. Это связано с преимуществами, которыми они обладают по сравнению с таким традиционным ОС как вода. Применение пен позволяет сократить время тушения пожаров до 3 раз, уменьшить материальные потери от пожаров до 1,5 раз.

Пена представляет собой грубодисперсную двухфазную систему, состоящую из ячеек, заполненных газом и разделенных пленками жидкости. Газ (или пар), заполняющий ячейки, является дисперсной фазой, а жидкость - дисперсионной средой. Жидкую фазу пены называют отсеком.

Структура пены определяется отношением объемов газовой Vг и жидкой Vж фаз в единице объема. Если объем газовой фазы превышает объем жидкости не более чем в 10-20 раз, т.е. Vг/Vж < 10-20, ячейки, заполненные газом, имеют сферическую форму. В таких пенах пузырьки окружены слоем жидкости относительно большой толщины. С увеличением отношения Vг/Vж до нескольких десятков или даже сотен толщина пленки жидкости, разделяющей газовые объемы, уменьшается, а газовая полость утрачивает сферическую форму и трансформируется в многогранник, причем форма многогранника может быть самой различной - параллелепипеды, треугольные призмы, тетраэдры и т.д.

Кратностью пены называется отношение объема пены Vп к объему жидкой фазы, из которой она получена:

Кп = Vп/Vж = (Vг+ Vж)/ Vж

Отношение объема газа в пене к объему пены называется газосодержаниемпены b:

b = Vг/Vж

Газосодержание и кратность связаны между собой соотношением:

b = (Кп - 1)/Кп = 1 - 1/Кп

Дисперсностьпены Dп оценивается либо средним размером пузырьков пены dср, либо их распределением по размерам:

Dп = 1/dср

dср = (ådi ×Ni )/å Ni

 

где di - диаметр пузырьков фракции;

åNi - общее число пузырьков всех фракций;

Ni - число пузырьков фракции i с диаметром di.

Видно, что с уменьшением диаметра пузырьков пены ее дисперсность возрастает. Если пузырьки имеют одинаковые размеры, пена называется монодисперсной, если имеется много размеров (фракций) пузырьков, пена называется полидисперсной.

На дисперсность пены оказывают влияние физико-химические свойства пенообразователя, способ смешения фаз, конструкция пеногенератора и т.д. Чем выше дисперсность пены, тем она более подвижна. С повышением кратности пены ее дисперсность уменьшается.

В зависимости от величины кратности пены разделяют на четыре группы:

1. Пеноэмульсии, К < 3;

2. Низкократные пены, 3 < К < 20;

3. Пены средней кратности, 20 < К <2 00;

4. Пены высокой кратности, К > 200.

В практике тушения пожаров используются все четыре вида пены, которые получают различными способами и с помощью разных устройств:

· Пеноэмульсии – соударением свободных струй раствора для тушения пожаров нефти в амбарах.

· Низкократные пены – в пеногенераторах, в которых эжектируемый воздух перемешивается с раствором пенообразователя.

· Пена средней кратности – на металлических сетках эжекционных пеногенераторов.

· Пена высокой кратности – в генераторах с перфорированной поверхномтью тонких металлических листов или на специальном оборудовании в результате принудительного наддува воздуха в пеногенератор от вентилятора.

Свойства пены:

- устойчивость;

- огнестойкостьпены характеризует ее поведение в реальных условиях пожаротушения.

- вязкостьпены характеризует ее способность к растеканию и оценивается коэффициентом динамической вязкости m, либо напряжением сдвига s. Коэффициент динамической вязкости возрастает с увеличением кратности пены и ее дисперсности.

- плотность пены зависит от соотношения жидкой и газовой фаз и может изменяться от 0,5 rж до значений, близких к rг ( rж и rг - плотности жидкой и газовой фаз, соответственно). Пены, используемые для тушения пожаров, обычно имеют плотность 10-5 кг/м3 и меньше.

- электропроводностьпены пропорциональна количеству содержащейся в ней жидкости. Экспериментально установлено, что отношение электропроводности жидкости к электропроводности пены линейно связано с отношением их плотностей. Уравнение, описывающее эту зависимость имеет следующий вид:

Хжп = 3/2Кп

где Хж, Хп - удельные электропроводности раствора и пены, соответственно.

Передача тепла в пене происходит через пузырьки газа и через жидкостные пленки между ними. Из-за наличия газовой фазы теплопроводность пен незначительна.

2.2.2. Устойчивость пен и их разрушение.

Пена, как и любая дисперсная система, является неустойчивой. Это связано с наличием избытка поверхностной энергии, пропорциональной поверхности раздела фаз жидкость - газ. Поэтому с момента образования пен в ней протекают процессы старения, в результате которых пена изменяет свои свойства. Разрушение пены в нормальных условиях происходит в результате истечения жидкости (синерезиса) и разрыва пленок внутри пены. Следствием этого является изменение структуры.

В реальных условиях при тушении пожара пена разрушается также в результате деформации пузырьков под действием силы трения при движении, термического воздействия окружающей среды, конвективных потоков и др. Процесс разрушения может быть охарактеризован интенсивностью разрушения, которая определяется по формуле:

Iразр = DVпразр/(Vп× Dt)

где DVпразр - объем пены, разрушенной за промежуток времени Dt;

Vп - начальный объем пены.

В настоящее время чаще пользуются понятием «устойчивость пены». Устойчивостьпены Sп - это ее способность сохранять объем, дисперсный состав и препятствовать синерезису.

Различают следующие показатели, характеризующие устойчивость пены:

- устойчивость объема пены. Характеризуется временем разрушения 25% от исходного объема.

- устойчивость к обезвоживанию (к синерезису). Характеризуется временем выделения из пены 50% жидкости.

- структурная устойчивость. Характеризуется временем изменения среднего диаметра пузырьков на 25 % от исходной величины.

- контактная устойчивость на поверхности полярных горючих жидкостей. Характеризуется временем полного разрушения пены.

- термическая устойчивость. Характеризуется временем разрушения всего объема пены под действием теплового потока от факела пламени.

- устойчивость изолирующего действия. Характеризуется временем, в течение которого слой пены препятствует воспламенению жидкости открытым источником пламени.

Sп - величина, обратная интенсивности разрушения:

Sп = 1/Iразр

Ее оценивают по времени, в течение которого из пены выделяется 50 % объема жидкой фазы, из которого она получена, т.е. 50 % отсека.

Для пен кратностью 100-1000 время выделения 50 % отсека при 20 оС описывается следующей эмпирической зависимостью:

qж = 7,7d (1 + 0,001 Kп) (мин);

где d – диаметр пузырьков фракции, Кп – кратность пены.

Устойчивость пены зависит от многих факторов, но следует выделить следующие: температура окружающей среды, дисперсноть пены (моно- или полидисперсная), ее кратность, высота слоя, давление упругих паров горючей жидкости, механическое воздействие на нее при движении, т.е.

Для повышения устойчивости пен в них вводят вещества-стабилизаторы (соли поливалентных металлов, глинозем, поливиниловый спирт, эфиры целлюлозы, полиакриламид, протеин и т.д.).

Область применения

Составы на основе хладонов эффективно подавляют горение различных веществ во всех трех агрегатных состояниях при любых видах пожара.

Наиболее целесообразно их применение для объемного тушения в зданиях, помещениях, сооружениях и т.д. Хладоны успешно используются для защиты музеев, архивов, вычислительных центров, окрасочных камер, отделений, складов с горючими материалами и т.д. С помощью стационарных установок для тушения внутренних пожаров в объеме помещения, где происходит пожар в течение короткого промежутка времени (1-2 мин), хотя время тушения хладонами должно составлять около 10 с, может быть создана концентрация ХАИ, равная или превышающая огнетушащую. При этом следует учитывать утечки хладона, находящегося в газообразном состоянии, через неплотности с продуктами горения, неравномерность по защищенному объему и т.д.

Количество хладона в установках пожаротушения определяется по следующей формуле:

M = V · qн· к + m1· x + m2 + m3, (кг)

где V - защищенный объем помещения, м3;

qн - нормативная огнетушащая концентрация, принимаемая для зданий и помещений категорий А и Б равной 0,37 кг/м3, для категории В - 0,22 кг/м3;

к - коэффициент, учитывающий потери хладона в трубопроводах и в результате утечки из помещений и равный 1,2 для помещений, 1,1 - для подвалов;

m1 - остаток хладона в баллоне, кг;

x - число баллонов;

m2 - остаток хладона в распределительных трубопроводах, кг.

При наличии постоянных проемов, площадь поверхности которых составляет до 10 % от площади поверхности ограждающих конструкций, должен быть предусмотрен дополнительный расход хладона, равный 2 кг на 1 м2 площади проема. Огнетушащие составы на основе галогенпроизводных углеводородов рекомендуется использовать для защиты помещений объемов до 3000 м3. Но эта норма может быть увеличена.

В установках объемного тушения наибольшее распространение нашли хладоны 114В2 и 13В1, а также комбинированный состав СО2 (85%) - C2H4Br2 или СН3Br (15%).

Необходимо отметить, что в ряде случаев наблюдалось неполное испарение хладона 114В2 даже при наличии очага пожара. Последнее обстоятельство позволяет рассматривать хладон 13В1, имеющий практически такую же огнетушащую эффективность, как более перспективный.

Следует также иметь в виду, что с повышением содержания кислорода в горючей смеси расход хладона резко возрастает. Для того, чтобы подавить горение нефтепродуктов в кислороде, необходимо довести содержание хладона 114В2 до 30 %, хладона 13В1 - до 40 %. При содержании кислорода в окислительной среде выше 83 % хладон 114В2 становится горючим. Хладон же 13В1 остается трудногорючим даже в чистом кислороде.

Из-за небольшого поверхностного натяжения и гораздо лучшей смачивающей способности по сравнению с водой и углекислым газом составы на основе ХАИ могут успешно использоваться для тушения пожаров волокнистых материалов. Вследствие хороших диэлектрических свойств их можно применять для тушения оборудования под напряжением. Для подавления глубинных пожаров они малоэффективны. Известны случаи, в которых для тушения длительно горевших материалов расход хладона достигал несколько килограммов на метр кубический.

Не рекомендуется применять рассматриваемые составы для тушения металлов, некоторых металлоорганических соединений и гидридов металлов, а также для подавления процессов горения, в которых в качестве окислителя участвует не кислород, а другие химические вещества (окислы азота, например).

Коррозионная активность

Хладоны имеют низкую коррозионную активность и не оказывают существенного воздействия на металлы, особенно на сталь и алюминий.

Однако присутствие влаги заметно усиливает их воздействие, особенно по отношению к бронзе и латуни. Причиной наблюдаемой коррозии является галогенводородная кислота, образующаяся при гидролизе галогенуглеводорода по схеме:

RX + HOH <===> HX + ROH,

где R - CH3-, C2H5-;

X - Cl-, Br-.

Естественно, чем больше воды в данном огнетушащем составе, тем сильнее выражена коррозионная активность. Фторпроизводные углеводородов по сравнению с хлор- и бромсодержащими углеводородами менее активны в этом отношении.

Кроме того, на многие полимерные материалы хладоны при длительном контакте могут оказывать растворяющее действие (таблица 2.7).

Таблица 2.7

Химическая стойкость полимерных материалов к действию

галогенпроизводных углеводородов

Материалы Отношение к воздействию
Мочевино-формальдегидные смолы, полиацетат, политетрафторэтилен, полиамид устойчивы
Эпоксидная смола, полипропилен, твердый поливинилхлорид относительно устойчивы
Этилцеллюлоза, целлулоид, полиэтилен (низкого и высокого давления), полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид с 40 % пластификатора неустойчивы

Практически присутствие воды в галогенуглеводородах можно определить с помощью карбида кальция. При добавлении последнего к огнетушащему составу имеющаяся в нем вода будет взаимодействовать с образованием газообразного ацетилена:

CaC2 + 2HOH « Ca(OH)2 + C2H2.

Внешне это проявляется в выделении пузырьков газа.

Но в условиях пожара, вследствие быстрого испарения хладонов, опасений в отношении их агрессивности к полимерам и материалам на их основе не должно быть.

Для защиты от коррозии резервуаров, в которых долгое время хранятся галогенпроизводные, можно предложить следующие мероприятия:

- обеспечить в емкостях полное отсутствие воды;

- добавлять в огнетушащие составы ингибиторы коррозии;

- внутренние стенки резервуаров освинцовывать или покрывать устойчивым к коррозии лаком;

- использовать хладоны с невысокой коррозионной активностью (фтористые, например).

Тушение порошками

Большинство огнетушащих порошков - нетоксичные соединения. Бикарбонат натрия не ядовит, а фосфат и сульфат аммония используют в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Имеются сведения, что порошки на основе карбонатов и диаммонийфосфатов не оказывают значительного вредного действия на человека, животных и растения. По другим данным порошки группы Пиранта оказывают слабораздражающее действие на кожу и слизистую оболочку глаз, но не являются аллергенами. Однако, попадая в пламя, некоторые порошки разлагаются с образованием соединений, которые могут быть токсичны. В таблице 3.7 приведены составы продуктов разложения некоторых порошков.

Таблица 3.7

Вещество в огнетушащем порошке tразл, °C tпл, °С Продукты разложения
(NH4)24 - NH3, SО2, SО3
(NH4)2HPО4 - NH3, P2О5
NH4H24 - NH3, P2О5
SiO2 - 1610-1730 SiО2
K2CO3 - CO2, K2O
КНСО3 - CO2, K2O
K2SO4 - SO2, SO3, K2O
Na2CO3 - 2,Na2O

 

Как видно, в процессе тушения могут образовываться токсичные вещества: аммиак, диоксид углерода, оксиды фосфора, азота.

Эксплуатационные добавки в порошки на основе оксида кремния также оказывают вредное влияние на живые организмы, но реальная опасность зависит от их концентраций в зоне пожара. По степени воздействия на человека огнетушащие порошки общего назначения относят к 3-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, которые могут находиться в воздухе при использовании порошков во время тушения, приведены в таблице 3.8. Попадание продуктов разложения порошков в организм может вызвать раздражение и заболевание дыхательных путей. Негативно действуют на организм аммиак, оксиды серы и углерода. Поэтому безвредность порошков относительна, все зависит от концентрации в зоне присутствия людей. По сравнению с концентрацией собственно токсичных продуктов горения вклад порошков в загрязнение атмосферного воздуха невелик, но во избежание последствий для здоровья необходимо защищать органы дыхания: противопылевыми респираторами.

Таблица 3.8

ПДК некоторых компонентов и продуктов разложения ПОС

Вещество ПДКрз, мг/м3
Аэросил
Кальцинированная сода 0,5
Тетрафтордибромэтан (хладон 114В2)
Аммиак
Пятиокись фосфора
Оксид углерода

 

Расширение ассортимента порошков как средств тушения особо опасных пожаров имеет большие перспективы в будущем.

В целом целесообразность использования природных материалов, и особенно промышленных минеральных отходов в качестве порошковых средств тушения, не вызывает сомнений. Вместе с тем необходимо обращать внимание на минеральный состав отходов, так как в порошках могут находиться тяжелые металлы и их соли, которые токсичны. Некоторые порошки на основе смеси органических полимеров с неорганическими добавками способны препятствовать горению металлов и эффективны при тушении тлеющих пожаров. Описан случай, когда такие порошки тушили загорания алюминиевых сплавов.

Применение порошковых составов с использованием принципов импульсной модели подачи порошков в зону горения расширяет возможности эффективного пожаротушения за счет сокращения времени горения. С позиций экологической безопасности этот метод также эффективен.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1. Какой из фреонов – Ф – 11 или Ф -152 – представляет большую опасность для озонового слоя планеты?

Решение:

Для ответа на поставленный вопрос следует, прежде всего представить молекулярные формулы хлорфторуглеводородов, отвечающие фреонам Ф-11 и Ф-152.

В соответствии с системой, разработанной специалистами фирмы «Дюпон» и получившей широкое распространение, при классификации фреонов цифрами обозначается разность между числом, в котором записанные подряд цифры означают количество атомов углерода, водорода и фтора в молекулярной формуле хлорфторуглеводорода, и некоторыми «кодовым» числом, которое равно 90. Например, запись Ф-11 будет означать: 11+90 = 101, т.е. в состав соединения входят 1 атом углерода, 0 атомов водорода и 1 атом фтора. Поскольку углерод в органических соединениях всегда имеет валентность, равную 4, в состав молекулы фреона Ф-11 должно входить 3 атома хлора. Поэтому молекулярная формула Ф-11 отвечает соединению CFCl3.

В случае фреона Ф-152 имеем: 152+90 = 242, т.е. в состав фторхлоруглеводорода входят 2 атома углерода, 4 атома водорода и 2 атома фтора. Атомы углерода в хлорфторуглеводородах, если это не оговаривается особо, связаны между собой одинарной связью, поэтому в данном соединении может быть только 6 неуглеродных атомов. Все «вакантные» места заняты атомами водорода и фтора, поэтому в этом фреоне нет атомов хлора. Его молекулярная формула имеет вид C2H4F2.

Поскольку фреон Ф-152 не содержит хлора, он не представляет опасности для озонового слоя. Однако в результате его трансформации в тропосфере возможно образование соединений, токсичных для биоты.

Ответ: фреон Ф-11, содержащий три атома хлора в каждой молекуле, представляет большую опасность для озонового слоя, чем фреон Ф-152, молекулы которого не содержат хлора.

Пример 2. Какой из фреонов – CF2Cl2 или CHF2Cl – более опасен для озонового слоя? Представьте кодовые формулы соответствующих фреонов.

Решение. Поскольку молекулы дифторхлорметана в отличие от молекул дифторхлорметана содержат в своем составе атомы водорода, они будут менее устойчивы в тропосфере. Время их жизни в атмосфере значительно меньше, чем у молекул CF2Cl2. Они будут разлагаться, не достигая озонового слоя. Поэтому большую опасность для озонового слоя представляют молекулы дифторхлорметана.

Зная условия кодирования (см. пример 1), для дифтордихлорметана можно записать:

CF2Cl2 или CH0F2Cl2 – 102;

102 – 90 = 12, следовательно, это фреон Ф-12.

Для дифторхлорметана имеем:

CHF2Cl – 112;

112 – 90 = 22, следовательно, это фреон Ф-22.

Ответ: хлорфторуглдеводороды CF2Cl2 или CHF2Cl –это фреоны Ф-12 и Ф-22 соответственно. Большую опасность для озонового слоя представляют молекулы дифторхлорметаны (Ф-12).

Задача №1. Напишите формулы фреонов Ф-123, Ф-11. Какой из этих фреонов более опасен для озонового слоя?

Задача № 2. Представьте в кодированной форме фреона следующие хлорфторуглеводороды: а) CH3CCl2F ; б) CF3CHCl2.

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ

Тема 1: ОГНЕТУШАЩИЕ ВЕЩЕСТВА И МЕХАНИЗМЫ ПРЕКРАЩЕНИЯ ГОРЕНИЯ

 

ГЛОССАРИЙ

Абсорбция газов – объемное поглощение газа или пара жидкостью (абсорбентом), приводящее к образованию раствора.

Авогадро закон– в равных объемах различных идеальных газов при одинаковых температурах и давлении содержится одинаковое число молекул.

Агломерация частиц сажи – происходит на поздних стадиях сажеобразований, когда из-за отсутствия поверхностного роста коагуляция уже невозможна. Как следствие образуются открытые структурированные агрегаты, содержащие 30-1800 первичных сферических частиц.

Адиабатическая температура пламени – температура, получающаяся при сгорании смеси, при условии, что потерями тепла в окружающую среду можно пренебречь.

Адсорбция – концентрирование (адсорбата) из объема фаз на поверхности раздела между ними.

Алканы – (предельные соединения), органические соединения, в скелете молекул которых содержатся только простые (ординарные) связи.

Алкены – (непредельные соединения), органические соединения, в скелете молекул которых содержатся двойные связи.

Алкилсульфаты – ROSO3M, где R – первичный или вторичный радикал, М – Na, К, а также NH4, триэтаноламмоний. Основа синтетических моющих средств, эмульгаторы, стабилизаторы пен.

Алкины – (непредельные соединения), органические соединения, в скелете молекул которых содержатся тройные связи.

Альдегиды – RC(O)H, органические соединения, содержащие карбонильную группу, связанную с атомом водорода (R ≡ Н или органический радикал). НСНО – газ, остальные альдегиды – жидкие.

Амины – продукты замещения атомов водорода аммиака на органические радикалы. По числу замещенных атомов









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.