Одержання та застосування екологічно безпечних піноутворювачів для гасіння пожеж

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство внутрішніх справ України

Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки

УДК 614.842.615

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Одержання та застосування екологічно безпечних піноутворювачів для гасіння пожеж

21.06.02 - Пожежна безпека

Боровиков Володимир Олександрович

Київ 2002

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. За останні десять років в Україні сталося понад 500 тисяч пожеж, на яких загинуло майже 23 тисячі людей, у тому числі 1572 дитини. Вогнем знищено 117 тисяч будівель, 13,6 тисячі одиниць техніки, 363 тисячі тон грубих кормів. Тільки у 2001 році зареєстровано 60743 пожежі. Відомо, що ефективність боротьби з пожежами у значній мірі залежить від якості вогнегасних речовин та технологій їх застосування. Серед сучасних вогнегасних речовин (водні вогнегасні речовини, тонкорозпилені водні розчини, вогнегасні порошки, газові вогнегасні речовини тощо) одними з таких, що найчастіше застосовуються під час гасіння пожеж, є піноутворювачі. До 1996 року Україна не мала власного виробництва піноутворювачів для гасіння пожеж, дослідження, спрямовані на їх розроблення, організацію виробництва, а також технологій застосування піноутворювачів, не проводились. Піноутворювачі для гасіння пожеж імпортувалися переважно з Росії та Естонії (“ПО-6К”, “ПО-1”, “ПО-1Д” тощо), при цьому найбільше в Україну було поставлено біологічно “жорсткого” піноутворювача загального призначення для гасіння пожеж “ПО-6К”, основою якого є алкіларілсульфонати натрію. Основними недоліками цих піноутворювачів є їх екологічна небезпечність, яка полягає в тому, що вони мають низьку здатність до біологічного розкладання (менше 80%) і забруднюють довкілля, а також низька вогнегасна ефективність піни, що утворюється з їх робочих розчинів. Крім того, випадання кристалічного осаду з піноутворювача “ПО-6К” під час його зберігання у технічних засобах пожежогасіння часто призводило до їх непрацездатності. Піноутворювачі “ПО-6К”, “ПО-1” і “ПО-1Д” не відповідають вимогам чинного з 2000 року Державного стандарту України ДСТУ 3789 на піноутворювачі загального призначення для гасіння пожеж.

Необхідність забезпечення пожежної безпеки в державі, підвищення ефективності дій підрозділів пожежної охорони, ефективності функціонування систем протипожежного захисту з урахуванням сучасних вимог щодо охорони довкілля обумовили актуальність проведення досліджень, спрямованих на розроблення рецептур нових екологічно безпечних піноутворювачів як загального, так і спеціального призначення для гасіння пожеж з метою організації їх вітчизняного виробництва, а також розроблення нормативних документів, що регламентують технічні вимоги до них, методи випробувань та технології застосування у практиці пожежогасіння.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися в рамках виконання Державної програми забезпечення пожежної безпеки в 1995-2000 роках, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 03.04.1995 р. №238 під час виконання науково-дослідних робіт в УкрНДІПБ МВС України за такими темами:

- “Провести дослідження по вдосконаленню рецептури піноутворювача загального призначення на основі альфа-олефінсульфонатів” (державний реєстраційний №0198U001875);

- “Здійснити аналіз використання піноутворювачів для пожежогасіння, розробити інструкцію по застосуванню і випробуванню піноутворювачів для пожежогасіння” (державний реєстраційний №0198U001876);

- “Розробити проект ДСТУ “Піноутворювачі для низькократних пін, що використовуються для гасіння пожеж водонерозчинних і водорозчинних горючих рідин. Загальні технічні вимоги і методи випробувань” (державний реєстраційний №0101U002886).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - розроблення рецептур і впровадження у виробництво екологічно безпечних піноутворювачів для гасіння пожеж, а також рекомендацій щодо технологій пожежогасіння з їх застосуванням.

Задачі досліджень, необхідних для досягнення поставленої мети, полягали:

- у здійсненні аналізу літературних даних з питань розроблення і застосування піноутворювачів загального і спеціального призначення для гасіння пожеж;

- у проведенні досліджень з розроблення рецептур піноутворювачів загального призначення та піноутворювачів, придатних до застосування з морською водою, визначенні показників їх якості;

- у проведенні досліджень з виявлення впливу умов застосування піноутворювачів загального та спеціального призначення на їх показники якості;

- у проведенні досліджень з визначення показників якості та ефективності плівкоутворювальних піноутворювачів вітчизняного та закордонного виробництва для гасіння пожеж;

- у розробленні нормативних документів, що регламентують технічні вимоги, методи випробувань та порядок застосування піноутворювачів для гасіння пожеж.

Об'єкт досліджень - піноутворювачі для гасіння пожеж та їх водні розчини, процеси припинення горіння твердих і рідких речовин, технології пожежогасіння з їх застосуванням.

Предмет досліджень - вплив на показники якості піноутворювачів для гасіння пожеж концентрацій і співвідношень їх компонентів, твердості води, температури робочих водних розчинів, а також процеси взаємодії повітряно-механічної піни та водних розчинів піноутворювачів з полум'ям горючих та легкозаймистих рідин (клас пожежі В, підклас В1 за ГОСТ 27331) та твердих горючих матеріалів (клас пожежі А за ГОСТ 27331).

Методи досліджень. Проводився літературний пошук з питань розроблення рецептур і застосування піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж. Дослідження з визначення показників якості відомих піноутворювачів, а також розроблюваних рецептур проводили за стандартизованими методиками (ДСТУ 3789, ДСТУ 4041). Застосовувались такі фізико-хімічні методи досліджень як кріоскопія, потенціометрія, віскозиметрія, денситометрія. Усі показники якості піноутворювачів визначалися з використанням метрологічно атестованого випробувального обладнання. Результати досліджень оброблялися методами математичної статистики. Під час розроблення рецептур піноутворювачів проводили математичне планування експерименту (метод Бокса - Уілсона), виводили рівняння регресій, що описують залежність показників якості піноутворювачів від їх компонентного складу.

Наукова новизна отриманих результатів. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

- вперше досліджено вплив довжини вуглецевого ланцюга молекул динатрієвих солей моноефірів сульфоянтарної кислоти і спиртів (октилового, нонілового, децилового, ундецилового, додецилового) на кратність і стійкість піни середньої кратності, генерованої ежекційними піногенераторами з 1,5% розчинів цих поверхнево-активних речовин (ПАР) як у дистильованій, так і у морській воді, і показано, що піна з найвищими показниками кратності і стійкості у разі використання дистильованої води утворюється з розчину ПАР, синтезованої з децилового (С10) спирту, а у разі використання морської води - з розчину ПАР, синтезованої з нонілового (С9) спирту;

- обґрунтовано можливість використання у рецептурах піноутворювачів загального призначення та піноутворювачів, придатних до застосування з морською водою, неочищених від технологічних домішок a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14, а також динатрієвих солей моноефірів сульфоянтарної кислоти і спиртів фракції С8-С10 (динатріймоноалкілсульфосукцинатів);

- вперше виявлено, що зміна твердості води від 0 до 30 мг-екв./дм3, а також заміна питної води на морську незначною мірою впливає на кратність пін низької та середньої кратності, що утворюються з робочих розчинів піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” марок 103, 103М, 106, 106М, основою якого є вуглеводневі та фторвмісні ПАР, а підвищення температури його робочих розчинів призводить до збільшення кратності і зменшення стійкості піни.

Практичне значення отриманих результатів. Результати дисертаційної роботи впроваджено шляхом:

- розроблення технічних умов ТУ У 3.50-14310945.126-98, технологічного регламенту, налагодження виробництва піноутворювача загального призначення для гасіння пожеж на основі a-олефінсульфонатів натрію, розроблення “Рекомендацій щодо вихідної сировини і технологічних режимів виробництва піноутворювача “Пегас” на Горлівському казенному хімічному заводі”, розроблення “Інструкції про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння”, розроблення “Тимчасових рекомендацій щодо застосування піноутворювача загального призначення “Сніжок-1”, які затверджено ГУДПО МВС України, а також “Тимчасових рекомендацій щодо застосування піноутворювача спеціального (цільового) призначення для гасіння пожеж “ППЛВ-(Універсал)”, які узгоджено з ГУДПО МВС України;

- розроблення Державного стандарту України ДСТУ 4041-2001 Піноутворювачі спеціального призначення, що використовуються для гасіння пожеж водонерозчинних і водорозчинних горючих рідин. Загальні технічні вимоги і методи випробувань, придатного для цілей сертифікації;

- застосування в практиці пожежогасіння і протипожежного захисту об'єктів піноутворювачів “Пегас” (понад 800 т), “Сніжок-1” (понад 500 т), а також “ППЛВ-(Універсал)” (понад 400 т).

Результати дисертаційної роботи можуть бути використані для налагодження виробництва піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж на основі a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14 або динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракції С8-С10.

Особистий внесок здобувача:

- проведено експериментальні дослідження з визначення залежності кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з водних розчинів динатріймоноалкілсульфосукцинатів, від довжини їх вуглецевого ланцюга;

- проведено експериментальні дослідження з визначення залежності показників якості дослідних зразків піноутворювачів від якості та вмісту ПАР і модифікуючих добавок;

- проведено експериментальні дослідження з визначення показників якості піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж, дослідження з визначення впливу концентрації піноутворювачів у водних розчинах, температури і твердості води та тиску перед піногенератором на піноутворювальну здатність водних розчинів піноутворювачів, а також дослідження з визначення залежності вогнегасної ефективності піни, що утворюється з робочих розчинів піноутворювачів загального призначення, від її кратності;

- проведено дослідження та випробування під час відпрацювання методик визначення показників якості піноутворювачів спеціального призначення для гасіння пожеж, які ввійшли складовою частиною до Державного стандарту ДСТУ 4041, і розроблено із співавторами рекомендації щодо застосування піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж;

- здійснено тлумачення результатів досліджень та розроблення висновків спільно з керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційних досліджень доповідалися на ІV науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 99” (ЧІІПБ МВС України ім. Героїв Чорнобиля, м. Черкаси, 8-11 червня 1999 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Авиа-2000” (Київський міжнародний університет цивільної авіації, м. Київ, 4-6 жовтня 2000 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Чрезвычайные ситуации: Предупреждение и ликвидация” (Науково-дослідний інститут пожежної безпеки та проблем надзвичайних ситуацій МНС Білорусі, м. Мінськ, 22-24 травня 2001 р.), науково-практичній конференції “Живучість корабля і безпека на морі” (Севастопольський військово-морський ордена Червоної Зірки інститут ім. П.С.Нахімова, м. Севастополь, 28-30 травня 2001 р.), науково-практичному семінарі “Взрывопожарозащита резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов и НПС” (ВАТ “Інститут транспорту нафти”, м. Київ, 18-19 жовтня 2001 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Крупные пожары: Предупреждение и тушение” (ВНДІПО МВС Росії, м. Москва, 30-31 жовтня 2001 р.), V Міжнародній науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 2001” (Львівський інститут пожежної безпеки МВС України, м. Львів, 20-22 листопада 2001 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 5 наукових статей у виданнях, включених у перелік ВАК України, і 12 тез доповідей науково-практичних конференцій та семінарів.

Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел з посилань, додатків. Зміст роботи викладено на сторінках, що включає ілюстрацій і таблиць.

Основний зміст роботи

екологічно безпечний піноутворювач пожежа

У вступі обгрунтовано вибір та актуальність теми дослідження, наведено мету роботи, задачі досліджень, наукову новизну та практичну значимість роботи.

У першому розділі наведено аналіз літературних даних з питань розроблення та застосування пінних засобів пожежогасіння, класифікацію піноутворювачів для гасіння пожеж, опис механізму припинення горіння пінами, а також статистичні дані про застосування піноутворювачів підрозділами Державної пожежної охорони України.

Аналіз наукової та патентної літератури показав, що у рецептурах піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж застосовують, як правило, синтетичні аніонактивні ПАР певних фракцій та їх суміші, а також модифікуючі добавки, введенням яких до складу піноутворювачів досягаються регламентовані значення показників якості. Для розроблення піноутворювачів, придатних до застосування з водою, що має високу твердість (у тому числі з морською), використовують ПАР, які утворюють стійкі розчини у такій воді. Для розроблення плівкоутворювальних піноутворювачів використовують, крім вуглеводневих, фторвмісні ПАР, які знижують поверхневий натяг водних розчинів таких піноутворювачів до значень, менших за 18 мН/м, завдяки чому вони можуть утримуватись на поверхні горючих (легкозаймистих) рідин, густина яких менша за густину води з утворенням водної плівки, яка довільно по ній поширюється.

У колишньому СРСР дослідження щодо розроблення нових рецептур піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж, а також технологій їх застосування проводили О.Ф.Шароварніков, Д.Г.Білкун, В.В.Пєшков, С.В.Баженов, М.В.Казаков, В.В.Жуков, В.М.Кучер, В.А.Меркулов, В.Ч.Реутт та інші. Зокрема, було розроблено біологічно “м'які” піноутворювачі на основі первинних і вторинних алкілсульфатів натрію та триетаноламонію (“ПО-3АИ”, “ТЭАС”, “Поток”, “Сампо” тощо). Відсутність в Україні виробництва первинних та вторинних алкілсульфатів необхідного фракційного складу обумовила необхідність дослідження піноутворювальних і вогнегасних властивостей інших вуглеводневих ПАР.

Згідно з літературними даними, такими біологічно “м'якими” аніонактивними ПАР є олефінсульфонати, сульфоетоксілати, алкілбензолсульфонати, динатріймоноалкілсульфосукцинати, а також їх суміші. Зокрема, у роботах Д.Г.Білкуна, С.В.Баженова із співавторами показано, що олефінсульфонати натрію можуть використовуватись у рецептурах піноутворювачів. Критичні інтенсивності подавання робочих розчинів двох відомих рецептур піноутворювачів на основі олефінсульфонатів, очищених від несульфованих вуглеводнів та неочищених від них, у разі гасіння н-гептану піною середньої кратності суттєво відрізняються між собою - 0,018 дм3/(м2·с) проти 0,044 дм3/(м2·с). Через складність та пожежовибухонебезпечність процесу очищення цих ПАР від цих домішок піноутворювачі на їх основі не впроваджено у промислове виробництво. Відомостей про вплив модифікуючих добавок на показники якості піноутворювачів на основі неочищених олефінсульфонатів та можливість підвищення за допомогою цих добавок вогнегасної ефективності піни у технічній і патентній літературі не знайдено. В.І.Бавикою, І.Г.Резніковим та іншими було розроблено технології одержання динатріймоноалкілсульфосукцинатів, але їх піноутворювальні та вогнегасні властивості не досліджувались, відомостей про рецептури піноутворювачів для гасіння водонерозчинних горючих (легкозаймистих) рідин на основі цих ПАР у літературі не виявлено.

За останні 20 років у Росії було розроблено рецептури та налагоджено виробництво плівкоутворювальних піноутворювачів декількох найменувань. На вітчизняному ринку з'явився ряд плівкоутворювальних піноутворювачів зарубіжного, а з 1999 року і українського виробництва. Гасіння горючих (легкозаймистих) рідин пінами, що утворюються з робочих розчинів піноутворювачів загального призначення, відбувається за рахунок ізолювання поверхні рідини, що горить, від кисню повітря шаром піни та охолодження рідини відсіком, що виділяється під час руйнування піни. У разі гасіння горючих (легкозаймистих) рідин пінами, що утворюються з робочих розчинів плівкоутворювальних піноутворювачів, припинення горіння відбувається головним чином за рахунок утворення на поверхні рідини, що горить, водної плівки, яка запобігає випаровуванню горючої (легкозаймистої) рідини з її поверхні. Піни низької кратності, що утворюються з робочих розчинів багатьох плівкоутворювальних піноутворювачів, можна застосовувати для гасіння горючих (легкозаймистих) рідин, що зберігаються у резервуарах, з реалізацією прогресивної технології пожежогасіння подаванням піни знизу крізь шар рідини. Досвід застосування плівкоутворювальних піноутворювачів для гасіння пожеж в Україні до останнього часу був майже відсутнім, насамперед через відсутність стандарту щодо технічних вимог до них та інших нормативних документів щодо їх застосування.

На підставі проведеного аналізу нормативної, технічної та патентної літератури сформульовано задачі досліджень та основні напрямки їх розв'язання.

У другому розділі наведено результати досліджень з розроблення рецептур піноутворювачів загального призначення для гасіння пожеж на основі a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14, а також на основі динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракції С8-С10.

Для досліджень використовували a-олефінсульфонати, виготовлені різними виробниками та у різних технологічних режимах. За результатами досліджень було запропоновано рецептуру піноутворювача загального призначення та розроблено вихідні дані для проектування лінії його виробництва на Горлівському хімічному заводі (ГХЗ). Після монтажу лінії було розроблено технологічний регламент виробництва, розроблено технічні умови, виготовлено дослідну партію піноутворювача загального призначення для гасіння пожеж “Пегас” та проведено приймальні випробування, за результатами яких піноутворювач рекомендовано до серійного виробництва.

Вивчено вплив 12 модифікуючих добавок (карбаміду, етиленгліколю, моно- та діетаноламідів вищих жирних кислот, поліетиленполіамінів, вищих жирних спиртів, ряду водорозчинних полімерів) на показники якості дослідних зразків піноутворювачів на основі a-олефінсульфонатів натрію, виготовлених різними виробниками. Проведено літературний пошук з питань впливу вихідної сировини та технологічних режимів виробництва a-олефінсульфонатів на показники їх якості та ефективність піноутворювачів для гасіння пожеж, виготовлених на основі цих ПАР. Встановлено придатність не очищених від технологічних домішок a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14 для виготовлення піноутворювачів, показники якості яких відповідають вимогам ДСТУ 3789. Уточнено рецептуру піноутворювача загального призначення “Пегас”, яка складається з ПАР, добавок, які знижують температуру застигання та підвищують вогнегасну ефективність піни, і води.

Оцінку впливу співвідношення компонентів на експлуатаційні характеристики піноутворювача проводили методом математичного планування експерименту з побудовою рівнянь регресій виду

(1)

Встановлено, що залежність температури застигання піноутворювача (Т, °С) і тривалості гасіння (t, с) макетного осередку пожежі класу В (бензин) від вмісту модифікуючих добавок (Х1, Х2) описується рівняннями

T = -1,6 - 0,56X1, (2)

t = 152 - 1,4X1 - 30,3X2 (3)

де Х1 та Х2 - масові частки модифікуючих добавок у рецептурі.

Розрахунки за наведеними рівняннями дозволили розробити рецептуру піноутворювача з мінімальним вмістом модифікуючих добавок, яка задовольняє вимогам нормативних документів.

Запропоновано альтернативну рецептуру піноутворювача на цій основі, яка складається з ПАР, добавки, яка підвищує вогнегасну ефективність піни і знижує температуру застигання піноутворювача, та води. Розроблено “Рекомендації щодо вихідної сировини і технологічних режимів виробництва піноутворювача “Пегас” на Горлівському казенному хімічному заводі”.

Проведено дослідження з вивчення впливу температури води і тиску перед піногенератором на піноутворювальну здатність робочих розчинів піноутворювача “Пегас”. Встановлено, що найвищі значення кратності і стійкості піни мають місце у разі створення тиску перед піногенератором близько 0,6 МПа. Підвищення температури робочих розчинів від 5°С до 60°С призводить до збільшення кратності піни від ~50 до ~100, піна середньої кратності з максимальним значенням показника стійкості t1/2 утворюється з робочих розчинів піноутворювача “Пегас”, температура яких близька до 20°С.

Проведено дослідження з визначення залежності кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з 1,5% розчинів динатріймоноалкілсульфосукцинатів у дистильованій воді, від довжини вуглецевого ланцюга молекул спирту, з якого отримано ПАР. Встановлено, що у разі використання як розчинника дистильованої води піна з найвищим значенням кратності утворюється з розчинів ПАР, отриманих з децилового спирту (С10). Піна з найвищим значенням показника стійкості t1/2 утворюється з розчину ПАР, синтезованого з ундецилового спирту (С11).

Для подальших досліджень використано динатріймоноалкілсульфосукцинати, синтезовані із спиртів фракцій С8-С10 та С7-С11. Проведено дослідження і встановлено можливість отримання піни середньої кратності, яка задовольняє вимогам ДСТУ 3789 за показниками кратності і стійкості, з водних розчинів ПАР обох фракцій. Обґрунтовано придатність динатрієвих солей моноефірів сульфоянтарної кислоти і спиртів фракції С8-С10 для розроблення піноутворювачів загального призначення для гасіння пожеж. Запропоновано рецептуру такого піноутворювача, яка складається з ПАР, добавок, які підвищують розчинність ПАР і знижують температуру застигання піноутворювача, та води. Встановлено можливість підвищення вогнегасної ефективності піни шляхом введення до складу піноутворювача модифікуючої добавки.

Проведено дослідження зразка піноутворювача на основі динатрієвих солей моноефірів сульфоянтарної кислоти і первинних спиртів фракції С8-С10, виготовленого в лабораторних умовах, і встановлено відповідність показників його якості вимогам ДСТУ 3789. Виявлено, що за температури робочого розчину 20°С найвищі значення показників кратності і стійкості піни середньої кратності спостерігаються у разі створення тиску перед піногенератором близько 0,6 МПа. Підвищення температури з 5°С до 60°С призводить до збільшення кратності піни середньої кратності з ~ 65 до ~100, а найвищу стійкість має піна, що утворюється з робочих розчинів, температура яких близька до 20°С.

У третьому розділі наведено результати досліджень з розроблення рецептур піноутворювачів спеціального призначення для гасіння пожеж, придатних до застосування з морською водою, на основі a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14, а також на основі динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракції С8-С10.

Визначено концентрацію робочого розчину піноутворювача “Пегас” у морській воді, достатню для отримання піни середньої кратності. Виявлено, що добавки, які підвищують вогнегасну ефективність піни у разі використання питної води, не впливають на неї у разі використання морської води.

Проведено дослідження з визначення залежності кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з розчинів динатріймоноалкілсульфосукцинатів у морській воді, від довжини вуглецевого ланцюга молекули спирту, з якого синтезовано ПАР. Встановлено, що піна з найбільшими значеннями кратності і стійкості утворюється з розчину ПАР, синтезованої з нонілового (С9) спирту. Встановлено можливість отримання піни середньої кратності з розчинів динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракцій С8-С10 та С7-С11, а також можливість застосування ПАР фракції С8-С10 у рецептурах піноутворювачів для гасіння пожеж, придатних до застосування з морською водою.

Запропоновано рецептури піноутворювачів для гасіння пожеж, придатних до застосування з морською водою, на основі a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14 та динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракції С8-С10. Проведено дослідження з визначення показників якості дослідних зразків піноутворювачів, виготовлених згідно з запропонованими рецептурами, та дослідження з вивчення впливу температури води і тиску перед піногенератором на піноутворювальну здатність їх робочих розчинів. Виявлено, що підвищення температури робочих розчинів піноутворювачів на основі a-олефінсульфонатів та динатріймоноалкілсульфосукцинатів, з 5°С до 60°С призводить до збільшення кратності піни середньої кратності з ~45 до ~105 та з ~55 до ~100 відповідно. Найвищу стійкість має піна, що утворюється з робочих розчинів піноутворювачів, температура яких близька до 20°С. Найвищі значення кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з робочих розчинів зразка піноутворювача на основі a-олефінсульфонатів у морській воді, мають місце у разі створення тиску перед піногенератором близько 0,6 МПа. Найвищі значення показників кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з робочих розчинів зразка піноутворювача на основі динатріймоноалкілсульфосукцинатів у морській воді, спостерігаються у разі створення тиску перед піногенератором близько 0,7 МПа.

У четвертому розділі наведено впровадження отриманих результатів у практику.

Проведено дослідження з експериментального визначення критичної і розрахунку нормативної інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача “Пегас” у разі гасіння ряду горючих (легкозаймистих) рідин піною середньої кратності (таблиця 1).

Нормативну інтенсивність подавання робочого розчину розраховували за відомою формулою

Ін = 2,3·Ікр, (4)

де Ікр - критична інтенсивність подавання робочого розчину у разі гасіння певної горючої (легкозаймистої) рідини піною середньої кратності, визначена експериментально за методикою УкрНДІПБ.

Отримані результати використано під час розроблення “Інструкції про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння”.

Таблиця 1. Результати досліджень з визначення критичної та нормативної інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача “Пегас” у разі гасіння горючих (легкозаймистих) рідин піною середньої кратності

Горюча (легкозаймиста) рідина	Критична інтенсивність подавання робочого розчину піноутворювача, дм3/(м2.с)	Нормативна інтенсивність подавання робочого розчину піноутворювача, дм3/(м2.с)
н-гептан	0,036 ± 0,001	0,08
бензин А-76	0,036 ± 0,001	0,08
гас авіаційний	0,034 + 0,001	0,08
петролейний ефір	0,036 ± 0,001	0,08
бензол	0,034 + 0,001	0,08
толуол	0,031 + 0,001	0,07
діетиловий ефір	0,058 ± 0,003	0,13

Проведено дослідження з визначення залежності вогнегасної ефективності піни, що утворюється з робочих розчинів піноутворювачів загального призначення “ПО-6К” (основа - алкіларілсульфонати натрію), “ТЭАС” (основа - первинні алкілсульфати триетаноламонію), “Пегас” (основа - a-олефінсульфонати натрію) та “Сніжок-1” (основа - первинні алкілсульфати амонію), від її кратності. Виявлено, що збільшення кратності пін, що утворюються з робочих розчинів цих піноутворювачів, від (25 ± 3) до (70 ± 3) призводить до зниження величини критичної інтенсивності подавання їх робочих розчинів у 1,5-2,5 рази, а з підвищенням кратності пін від (70 ± 3) до (100 ± 3) не змінюється критична інтенсивності подавання робочих розчинів піноутворювачів, але зменшується тривалість гасіння макетних осередків пожежі класу В та питома витрата робочого розчину. Отримані результати враховано під час розроблення “Тимчасових рекомендацій щодо застосування піноутворювача загального призначення для гасіння пожеж “Сніжок-1”.

Досліджено 10 плівкоутворювальних піноутворювачів вітчизняного та іноземного виробництва. Встановлено, що плівкоутворювальний піноутворювач спеціального призначення “ППЛВ-(Універсал)” марок 103, 103М, 106, 106М, виробництво якого розпочато в Україні, за показниками якості не поступається плівкоутворювальним піноутворювачам іноземного виробництва.

Досліджено вплив температури і твердості води на кратність пін низької та середньої кратності, що утворюються з водних розчинів піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” марок 103, 103М, 106, 106М. Виявлено, що зміна твердості води від 0 до 30 мг-екв./дм3 незначною мірою впливає на цей показник. Встановлено можливість застосування піноутворювача з морською водою без зміни концентрації робочих розчинів порівняно з випадком застосування питної води. Виявлено, що збільшення температури води від 0°С до 50°С призводить до збільшення кратності пін низької кратності в середньому від 5,5 до 7,0 і збільшення кратності пін середньої кратності в середньому від 25 до 65.

Визначено концентрації піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” у робочих розчинах, необхідні для отримання пін середньої та високої кратності, які дорівнюють 4,5% для піноутворювача марок 103 і 103М та 9% для піноутворювача марок 106 і 106М. Піни з найбільшими значеннями кратності утворюються з водних розчинів піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” за умови створення тиску перед піногенератором в межах від 0,4 МПа до 0,5 МПа.

На підставі результатів досліджень з визначення показника змочувальної здатності піноутворювач “ППЛВ-(Універсал)”марок 103 і 103М рекомендовано застосовувати для приготування змочувальних розчинів у концентраціях не менше 1%, а піноутворювач марок 106 і 106М - у концентраціях не менше 2%.

Проведено дослідження з визначення ефективності гасіння модельних вогнищ пожежі класу В (підклас В1) пінами низької та середньої кратності, що утворюються з водних розчинів піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” марки 106М. Встановлено, що тривалість гасіння модельних вогнищ і показник вогнегасної здатності у разі гасіння пінами низької та середньої кратності за приблизно однакової інтенсивності їх подавання ((0,042 ± 0,002) дм3/(м2·с) і (0,038 ± 0,004) дм3/(м2·с) відповідно) майже однакова, але ізолювальна здатність піни низької кратності у 5-6 разів вище.

Виявлено ефективність гасіння осередків пожеж класу В (підклас В1) шляхом подавання розпилених водних розчинів піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” або піноемульсій, що утворюються з них, на поверхню горючої (легкозаймистої) рідини, що горить. На підставі результатів експериментальних досліджень та аналізу літературних даних зроблено висновок про придатність піноутворювача “ППЛВ-(Універсал)” до застосування у системах “підшарового” гасіння резервуарів для зберігання неполярних горючих та легкозаймистих рідин.

Розроблено “Тимчасові рекомендації щодо застосування піноутворювача спеціального (цільового) призначення для гасіння пожеж “ППЛВ-(Універсал)”. Отримані результати використано під час розроблення ДСТУ 4041-2001 Піноутворювачі спеціального призначення, що використовуються для гасіння пожеж водонерозчинних і водорозчинних горючих рідин. Загальні технічні вимоги і методи випробувань.

Висновки

Дисертаційну роботу присвячено вирішенню проблеми підвищення рівня пожежної безпеки в Україні, а саме розробленню рецептур піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж, впровадженню їх у виробництво, практику пожежогасіння та протипожежного захисту об'єктів різного призначення. Основні висновки за дисертацією такі:

1. Проведено дослідження з розроблення рецептур піноутворювачів загального призначення для гасіння пожеж на основі неочищених від технологічних домішок a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14. Розроблено рецептуру піноутворювача “Пегас”, виробництво якого налагоджено на Горлівському хімічному заводі. Розроблено “Рекомендації щодо вихідної сировини і технологічних режимів виробництва піноутворювача “Пегас” на Горлівському казенному хімічному заводі”.

2. Проведено дослідження з визначення тривалості гасіння і критичної інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача “Пегас” у разі гасіння ряду горючих та легкозаймистих рідин піною середньої кратності і розраховано нормативну інтенсивність подавання робочого розчину. Встановлено, що додавання піноутворювача “Пегас” до води у кількості 2% зменшує на 15% її витрату на гасіння деревини.

3. Проведено дослідження з визначення залежності кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з розчинів динатріймоноалкілсульфосукцинатів у дистильованій та морській воді, від довжини вуглецевого ланцюга молекули спирту, з якого отримано ПАР. Проведено дослідження з розроблення піноутворювачів загального призначення для гасіння пожеж на основі динатріймоноалкілсульфосукцинатів, синтезованих із спиртів фракцій С8-С10. Встановлено відповідність показників якості піноутворювача на їх основі вимогам ДСТУ 3789.

4. Проведено дослідження і встановлено придатність не очищених від технологічних домішок a-олефінсульфонатів натрію фракції С12-С14 та динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракції С8-С10 для розроблення рецептур піноутворювачів для гасіння пожеж, придатних до застосування з морською водою. Запропоновано рецептури таких піноутворювачів.

5. Проведено дослідження з визначення впливу температури води і тиску перед піногенератором на піноутворювальну здатність робочих розчинів піноутворювачів на основі a-олефінсульфонатів фракції С12-С14 та динатріймоноалкілсульфосукцинатів фракції С8-С10 у питній та морській воді. Встановлено, що підвищення температури призводить до підвищення кратності піни середньої кратності, а піна з максимальною стійкістю утворюється з робочих розчинів, температура яких близька до 20°С. Визначено тиск перед піногенератором, за якого кратність і стійкість піни мають найвищі значення.

6. Проведено дослідження з визначення залежності тривалості гасіння і критичної інтенсивності подавання робочих розчинів піноутворювачів загального призначення для гасіння пожеж “ПО-6К”, “ТЭАС”, “Пегас” та “Сніжок-1” від кратності піни. Встановлено, що найвищу вогнегасну ефективність в усіх випадках має піна з кратністю 70-100.

7. Проведено дослідження з визначення показників якості 10 зразків плівкоутворювальних піноутворювачів вітчизняного та закордонного виробництва. Встановлено, що плівкоутворювальний піноутворювач спеціального призначення “ППЛВ-(Універсал)” марок 103, 103М, 106, 106М за показниками якості не поступається плівкоутворювальним піноутворювачам закордонного виробництва. Проведено дослідження і виявлено умови ефективного застосування цього піноутворювача.

8. Розроблено “Інструкцію про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння”, “Тимчасові рекомендації щодо застосування піноутворювача загального призначення “Сніжок-1”, “Тимчасові рекомендації щодо застосування піноутворювача спеціального (цільового) призначення для гасіння пожеж “ППЛВ-(Універсал)”, Державний стандарт України ДСТУ 4041-2001 Піноутворювачі спеціального призначення, що використовуються для гасіння пожеж водонерозчинних і водорозчинних горючих рідин. Загальні технічні вимоги і методи випробувань.

Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у таких роботах

1. Боровиков В.О., Білошицький М.В., Антонов А.В. Дослідження з розробки рецептури піноутворювача на основі альфаолефінсульфонатів натрію // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. Вып. 7. - Харьков: ХИПБ МВД Украины. - 2000. - С. 41-46.

2. Дослідження з визначення можливості розробки рецептури піноутворювачів для пожежогасіння на основі динатрієвих солей моноефірів сульфоянтарної кислоти / Боровиков В.О., Білкун Д.Г., Юрченко І.О., Білошицький М.В., Антонов А.В., Ковальов В.М. // Науковий вісник УкрНДІПБ: Науковий журнал. - №1-2. - К.: УкрНДІПБ МВС України. - 2000. - С. 33-37.

3. Исследование динатриевых солей моноэфиров сульфоянтарной кислоты и показателей качества пенообразователей на их основе / Боровиков В.А., Билкун Д.Г., Белошицкий Н.В., Антонов А.В., Юрченко И.А., Ковалев В.М. // Пожарная безопасность. - №1. - М.: ВНИИПО МВД России. - 2001. - С. 53-58.

4. Боровиков В.О., Антонов А.В., Білошицький М.В. Розробка піноутворювачів для гасіння пожеж в Україні // Сборник научных трудов СИЯЭП. - Вып. 4. - Севастополь: СИЯЭП, 2001. - С. 177-182.

5. Антонов А.В., Боровиков В.О., Білошицький М.В. Дослідження піноутворювача спеціального призначення для гасіння пожеж “ППЛВ-(Універсал)” і розроблення рекомендацій щодо його застосування // Науковий вісник УкрНДІПБ: Науковий журнал. - №4. - К.: УкрНДІПБ МВС України. - 2001. - С. 37-47.

6. Білошицький М.В., Антонов А.В., Боровиков В.О. Дослідження піноутворювальної і вогнегасної здатності піноутворювача “ПЕГАС” при застосуванні морської води // Матеріали IV науково-практичної конференції “Пожежна безпека - 99”. Науковий збірник. Частина 2. - Черкаси: ЧІПБ МВС України. - 1999. - С. 33-35.

7. Боровиков В.О. Визначення вогнегасної ефективності піноутворювача “ПЕГАС” при гасінні полум'я горючих рідин // Там же. - С. 36-38.

8. Антонов А.В., Білошицький М.В., Боровиков В.О. Дослідження з розроблення піноутворювачів для застосування з морською водою / Підвищення бойової ефективності, обгрунтування тактичних та технічних характеристик систем озброєння та техніки військово-морських сил України: Збірник наукових праць. Вип. 2 “Живучість корабля і безпека на морі”. - Севастополь: Севастопольський військово-морський інститут ім. П.С.Нахімова. - 2001. - С. 37-40.

9. Боровиков В.А., Антонов А.В., Белошицкий Н.В. Исследования в области разработки пенообразователей для тушения пожаров // Чрезвычайные ситуации: Предупреждение и ликвидация: Сборник материалов международной научно-практической конференции. Минск.: НИИПБ и ЧС МВД Беларуси. - 2001. - С. 197-199.

10. Антонов А.В., Боровиков В.А., Белошицкий Н.В. Исследование пленкообразующего пенообразователя “ППЛВ-(Универсал)” // Крупные пожары: Предупреждение и тушение: Материалы XVI научно-практической конференции. Ч. 2. М.: ВНИИПО МВД России. - 2001. - С. 120-123.

11. Антонов А.В., Боровиков В.О., Білошицький М.В. Дослідження піноутворювача спеціального призначення “ППЛВ-(Універсал)” і розроблення рекомендацій щодо його застосування // Матеріали V науково-практичної конференції “Пожежна безпека - 2001”: Збірник наукових праць. - Львів: Сполом. - 2001. - С. 234-237.

12. Дослідження залежності вогнегасної здатності піни від її кратності / Антонов А.В., Боровиков В.О., Білошицький М.В., Свєтлов Є.Я., Щіпець С.Д. // Там же. - С. 271-273.

13. ДСТУ 4041-2001 Піноутворювачі спеціального призначення, що використовуються для гасіння пожеж водонерозчинних і водорозчинних горючих рідин. Загальні технічні вимоги і методи випробувань. Введ. 01.10.2001. К.: Держстандарт України. - 2001. - 22 с.

14. Інструкція про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння. К.: МВС України. - 1999. - 31 с.

Анотація

Боровиков В.О. Одержання та застосування екологічно безпечних піноутворювачів для гасіння пожеж. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - Пожежна безпека. Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МВС України, Київ, 2002.

Дисертаційну роботу присвячено розробленню рецептур екологічно безпечних піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж, впровадженню їх у виробництво, практику пожежогасіння та протипожежного захисту об'єктів різного призначення. Розроблено рецептури піноутворювачів загального призначення та піноутворювачів, придатних до застосування з морською водою, на основі a-олефінсульфонатів натрію та динатріймоноалкілсульфосукцинатів, один з яких впроваджено у промислове виробництво. Проведено дослідження 10 плівкоутворювальних піноутворювачів для гасіння пожеж закордонного і вітчизняного виробництва, відпрацьовано методики визначення показників їх якості, які впроваджено шляхом розроблення Державного стандарту України. Виявлено умови найбільш ефективного застосування піноутворювачів загального та спеціального призначення для гасіння пожеж і розроблено нормативні документи, які регламентують порядок їх транспортування, зберігання, випробування та технологій застосування.

Ключові слова: поверхнево-активні речовини, піноутворювачі для гасіння пожеж, показники якості, нормативні документи, технології пожежогасіння, критична інтенсивність подавання.

Summary

Borovykov V.O. - Obtaining and using of ecologically safe foam concentrates for fire extinguishing. - Manuscript.

A dissertation for competition of the scientific degree of the candidate of engineering sciences by the speciality 21.06.02. - Fire safety. Ukrainian Fire Safety Research Institute of the Ministry of Internal Affairs of Ukraine, Kyiv, 2002.

The dissertation work is dedicated to development of compoundings of ecologically safe general and special designation foam concentrates for fire extinguishing, their introduction into manufacture, practice of fire fighting and protection of various designation objects. Compoundings of general designation foam concentrates and also foam concentrates suitable for using with seawater have been developed. The bases of those foam concentrates are alpha olefin sulfonates and bi-sodium salts of monoesters of sulphoamber acid. One of the foam concentrates has been introduced into industrial production. 10 foam concentrates of “AFFF” type produced abroad and in Ukraine have been investigated and methods of determination of their quality performance have been worked through and introduced by way of working out of a State standard of Ukraine. Conditions of the most effective using of general and special assignment foam concentrates for fire extinguishing have been revealed and normative documents as to their transportation, storing, testing and using technologies have been worked out.

Key words: surfactants, foam concentrates for fire extinguishing, quality performance, normative documents, fire fighting technologies, critical feeding intensity.

Аннотация

Боровиков В.А. Получение и применение экологически безопасных пенообразователей для тушения пожаров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - Пожарная безопасность. Украинский научно-исследовательский институт пожарной безопасности МВД Украины, Киев, 2002.

Диссертационная работа посвящена решению проблемы обеспечения пожарной безопасности в Украине, а именно разработке рецептур пенообразователей общего и специального назначения для тушения пожаров, внедрению их в производство, практику пожаротушения и противопожарной защиты объектов различного назначения.

Обоснована возможность использования a-олефинсульфонатов натрия, не очищенных от технологических примесей, в рецептурах пенообразователей общего назначения для тушения пожаров, показатели качества которых соответствуют требованиям ДСТУ 3789. На основании проведенных исследований разработана рецептура, технические условия и технологический регламент производства пенообразователя “Пегас” на Горловском химическом заводе (ГХЗ). Разработаны рекомендации по выбору сырья и усовершенствованию технологических режимов производства пенообразователя на ГХЗ.

Исследована зависимость пенообразующей способности растворов в дистиллированной воде динатриймоноалкилсульфосукцинатов, синтезированных из индивидуальных спиртов, от длины углеродной цепи в диапазоне от С8 до С12. Показано, что наибольшей пенообразующей способностью обладают растворы ПАВ, синтезированного из децилового (С10) спирта. Обоснована возможность использования ПАВ, полученных из первичных спиртов фракции С8-С10, для разработки пенообразователей общего назначения для тушения пожаров. Проведены исследования и предложены рецептуры пенообразователей на основе таких ПАВ, установлено соответствие требованиям ДСТУ 3789 показателей качества образца, изготовленного по предложенной рецептуре.

Обоснована возможность использования пенообразователя “Пегас” с морской водой при концентрации его рабочих растворов 9-10%. Изучена зависимость пенообразующей способности растворов в морской воде динатриймоноалкилсульфосукцинатов, синтезированных из индивидуальных первичных спиртов, от длины углеродной цепи в диапазоне от С8 до С12. Показано, что наибольшей пенообразующей способностью обладают растворы ПАВ, синтезированного из нонилового (С9) спирта. Обоснована возможность использования ПАВ, полученных из первичных спиртов фракции С8-С10, в рецептурах пенообразователей специального назначения для тушения пожаров, пригодных для использования с морской водой. Предложена рецептура такого пенообразователя.

Установлено, что повышение температуры рабочих растворов разработанных пенообразователей общего и специального назначения в питьевой и морской воде приводит к повышению кратности пены средней кратности, а максимальная устойчивость пены имеет место, когда их температура близка к 20°С. Пены с максимальными значениями кратности образуются при давлении перед пеногенератором около 0,6 МПа.

Определена экспериментально критическая интенсивность подачи рабочих растворов пенообразователя “Пегас” при тушении ряда горючих (легковоспламеняющихся) жидкостей пеной средней кратности, по известной формуле рассчитаны значения нормативной интенсивности их подачи. Изучена зависимость огнетушащей эффективности пены, образующейся из рабочих растворов пенообразователей общего назначения для тушения пожаров “ПО-6К”, “ТЭАС”, “Пегас” и “Снежок-1”, от ее кратности в диапазоне от 6 до 100. Установлено, что наибольшей огнетушащей эффективностью обладает пена с кратностью 70-100.

Проведено исследование 10 пленкообразующих пенообразователей для тушения пожаров отечественного и зарубежного производства и отработаны методики определения показателей качества таких пенообразователей, которые внедрены путем разработки Государственного стандарта Украины, пригодного для целей сертификации.

Установлено, что повышение температуры приводит к увеличению кратности пен низкой и средней кратности, образующихся из водных растворов пенообразователя “ППЛВ-(Универсал)”. Выявлено, что повышение концентрации пенообразователя “ППЛВ-(Универсал)” в водных растворах приводит к повышению кратности пен средней и высокой кратности, генерируемых из них, а жесткость воды в незначительной степени влияет на пенообразующую способность водных растворов пенообразователя. Обоснована возможность использования данного пенообразователя с морской водой, а также его пригодность для тушения пожаров класса В (подкласс В1) при “подслойной” подаче пены. Показано, что при тушении горючих (легковоспламеняющихся) жидкостей пенообразователь наиболее целесообразно использовать для получения пены низкой кратности.

Разработан ряд нормативных документов, регламентирующих порядок транспортировки, хранения, испытания и применения пенообразователей общего и специального назначения.

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, пенообразователи для тушения пожаров, показатели качества, нормативные документы, технологии пожаротушения, критическая интенсивность подачи.

Размещено на Allbest.ru

...