Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ОГНЕТУШАЩИЕ ВЕЩЕСТВА И МЕХАНИЗМЫ ПРЕКРАЩЕНИЯ ГОРЕНИЯ





Под огнетушащими составами (ОС) понимают различные вещества и материалы, с помощью которых можно непосредственно создать условия прекращения горения.

Все ОС классифицируются по двум признакам: по агрегатному состоянию и механизму прекращения горения.

По агрегатному состоянию они подразделяются на:

- жидкие (вода, водные растворы смачивателей и т.д.);

- пенные (воздушно-механические и химическая пены);

- порошковые составы;

- сыпучие материалы (песок, земля, специальные составы и т.д.);

- газообразные (нейтральные газы).

Все огнетушащие составы оказывают комбинированное воздействие на процесс горения. Вода, например, может охлаждать и изолировать (или разбавлять) источник горения; порошковые составы изолируют и тормозят реакцию горения; наиболее эффективные газовые составы разбавляют и тормозят реакцию горения и т.д. Однако любое огнетушащее средство обладает одним доминирующим свойством.

По механизму прекращения горения все ОС подразделяются на:

- охлаждающие зону химической реакции или горящие вещества (вода, водные растворы смачивателей, твердый диоксид углерода и т.д.);

- разбавляющие вещества в зоне реакций горения (нейтральные газы, водяной пар и т.д.);

- изолирующие горючие вещества от зоны горения (химическая и воздушно-механическая пены, негорючие сыпучие материалы, листовые материалы и т.д.);

- химически тормозящие реакцию горения (хладоны).

ОС широко распространены в природе. Кроме того, современные технологии позволяют получать такие ОС, которые отсутствуют в природе. Однако не все ОС могут быть взяты на вооружение органами и подразделениями по чрезвычайным ситуациям, а лишь те, которые отвечают определенным требованиям. Они должны:



- обладать высоким эффектом тушения при сравнительно малом расходе;

- быть доступными, простыми в использовании и иметь низкую стоимость;

- не оказывать вредного воздействия при их применении на людей и материалы, быть экологически чистыми.

Физико-химические свойства и механизмы прекращения горения водой

Вода является одним из наиболее распространенных и наиболее универсальных огнетушащих составов, применяемых при тушении пожаров. Она эффективна при тушении пожаров, связанных с горением веществ, находящихся во всех агрегатных состояниях. Ее с успехом используют при тушении горящих газов, пожаров легковоспламеняющихся жидкостей, горючих жидкостей, твердых горючих материалов.

Область применения воды может быть ограничена по следующим причинам:

- водой нельзя тушить горючие вещества и материалы, с которыми она вступает в интенсивное химическое взаимодействие с выделением тепла и горючих компонентов (щелочные, щелочноземельные металлы, карбид кальция и т.д.), а также кислоты и щелочи, с которыми вода бурно взаимодействует;

- нельзя тушить водой пожары с температурой 1800-2000оС, т.к. при этом происходит сравнительно интенсивная диссоциация паров воды на кислород и водород, которые интенсифицируют процесс горения;

- водой нельзя тушить пожары, при которых ее применение не обеспечивает требуемых условий безопасности для личного состава (например, электроустановок, находящихся под высоким напряжением).

Во всех остальных случаях вода является надежным, эффективным и поэтому наиболее широко используемым средством тушения пожаров. Это объясняется наиболее удачным сочетанием физико-химических свойств с точки зрения требований к огнетушащим составам: относительно высокой термической устойчивостью, высокими теплоемкостью и теплотой испарения, относительной химической инертностью и т.д.

Вода, как огнетушащих состав, имеет свои недостатки. Сравнительно высокая температура замерзания и аномалия изменения плотности при замерзании сильно ограничивают ее использование при отрицательных температурах. Сравнительно малая вязкость и высокий коэффициент поверхностного натяжения ухудшают ее смачивающие способности и тем самым снижают коэффициент использования в процессе тушения.

Но низкая стоимость, широкая распространенность, простота использования, удобства хранения и транспортировки, простота и регулируемость подачи в зону горения, безопасность применения, хорошая растворяющая способность и другие положительные свойства в значительной степени компенсируют недостатки воды.

Вода – жидкость без цвета и запаха. Химическая формула – Н2О.

Основные физические свойства воды:

- плотность r = 1000 кг/м3;

- температура замерзания tзам = 0оС;

- температура кипения tкип = 100оС;

- плотность насыщенного водяного пара при 100оС и давлении 98,1×103 Па rп = 0,6 кг/м3;

- удельная теплоемкость жидкости сж = 4,19 кДж/(кг×К);

- удельная теплоемкость паров в диапазоне температур от 100 до 1000оС ср = 2,52 кДж/(кг×К);

- скрытая теплота парообразования r = 2260 кДж/кг;

- коэффициент поверхностного натяжения sв = 7,25×10-3 Н/м;

- коэффициент динамической вязкости mв = 10-3 (Н×м)/м2;

- удельная электрическая проводимость (чистой воды) при 20оС 1/R = 400 Ом-1×м-1.

По механизму прекращения горения вода относится к категории охлаждающих огнетушащих средств [3].

Если в факел пламени подать тонкораспыленную воду, то значительная часть или почти вся вода испарится, отняв максимальное количество тепла. 1 л воды, введенной в зону горения при полном ее испарении и нагревании паров до наименьшей температуры пламени, способен отнять от факела пламени 4860 кДж тепла. Если допустить, что вся вода, поданная в зону пламени, полностью испарится, то механизмы отвода тепла и механизм прекращения горения будут следующими:

- снижение температуры пламени из-за затрат тепла на нагревание капелек воды до температуры кипения:

q1 = cв×mв×Dt = cв× mв×(tкип – tо);

- снижение температуры в факеле пламени из-за затрат тепла на парообразование (на испарение):

q2 = r×mв;

- снижение температуры факела пламени за счет смешения паров воды при температуре 100 оС и реагентов в зоне реакции и затраты тепла на нагревание паров воды до температуры среды в зоне горения:

q3 = cрв.п. × mв ×Dt = cрв.п. × mв × (tпл – 100);

- разбавление компонентов горючей смеси в зоне химической реакции горения парами воды;

- изменение теплофизических свойств газовой среды в зоне горения: cрсм; lсм и др.

Количество тепла, отводимое 1 кг воды, имеющей начальную температуру 20 оС, будет равно:

q1 + q2 + q3 = cв× mв×(tкип – tо) + r×mв + cрв.п. × mв × (tпл – 100) =

= 4,19×1× (100 – 20) + 2260×1 + 2,52×1× (1000-100) » 4860 кДж/кг,

т.е. 1 л воды, введенной в зону горения при полном ее испарении и нагревании паров до наименьшей температуры пламени, способен отнять от факела пламени 4860 кДж тепла.

Физико-химические свойства и механизмы прекращения горения пеной

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.).









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


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