Підвищення ефективності застосування водних та водопінних вогнегасних речовин

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО УКРАЇНИ З ПИТАНЬ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ ТА У СПРАВАХ ЗАХИСТУ НАСЕЛЕННЯ ВІД НАСЛІДКІВ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ КАТАСТРОФИ

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ

УДК 614.842.615

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення ефективності застосування водних та водопінних вогнегасних речовин

Спеціальність 21.06.02 - пожежна безпека

Козяр Назарій Михайлович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі промислової безпеки та охорони праці Львівського державного університету безпеки життєдіяльності Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи (м. Львів).

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, доцент Ковалишин Василь Васильович, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи (м. Львів), проректор з науково-дослідної роботи.

Офіційні опоненти:

заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Пашковський Петро Семенович, науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи та пожежної безпеки "Респіратор" Міністерства вугільної промисловості України, перший заступник директора з наукової роботи;

кандидат технічних наук, Баланюк Володимир Мірчович, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи, начальник кафедри процесів горіння та загальної хімії.

Захист відбудеться «22» грудня 2009 року о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.720.01 в Українському науково-дослідному інституті пожежної безпеки Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи за адресою: 01011, м. Київ, вул. Рибальська, 18.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту пожежної безпеки Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи за адресою: 01011, м. Київ, вул. Рибальська, 18.

Автореферат розісланий «21» листопада 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, старший науковий співробітник А.В. Антонов.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Щороку в Україні виникає близько 50 тис. пожеж, які супроводжуються значними збитками, знищенням будівель та споруд, технологічного обладнання, матеріальних цінностей, загибеллю людей, домашніх тварин та худоби. Ефективність боротьби з пожежами та систем протипожежного захисту об'єктів значною мірою залежить від ефективності вогнегасних речовин, найбільшого поширення з яких, як у світовій практиці, так і в Україні, набули водні та водопінні (понад 90%).

Основними недоліками таких вогнегасних речовин є їх недостатня вогнегасна здатність, суттєве погіршення показників якості з досягненням значень нижче нормативних після певного часу зберігання у ємкостях технічних засобів пожежогасіння, а також досить вузький температурний діапазон, за якого забезпечується їх працездатність.

Значний обсяг теоретичних та експериментальних досліджень з розробки водних і водопінних засобів пожежогасіння, проведено, зокрема, у ВНДІПО (РФ), НДІПБ і ПНС (Білорусь), НДІГСЧ, УкрНДІПБ (Україна) тощо, які висвітлено в роботах Казакова М., Шароварникова О., Пешкова В., Білкуна Д., Копилова М., Цариченка С., Меркулова В., Горшкова В., Безродного І., Навроцького О., Заневської Ю., Пашковського П., Булгакова Ю., Костенка В., Антонова А., Жартовського В., Боровикова В., Тропінова О., Апановича В., Орла В., Білошицького М., Турчина А., Терпигор'єва В., Ковалишина В., Ємця А., Тарахно О. та ін. Незважаючи на наявну теоретичну базу і досягнуті практичні результати з цих питань, актуальною залишається задача розкриття особливостей впливу екологічно прийнятних модифікувальних добавок до водних і водопінних вогнегасних речовин на їх вогнегасну здатність та експлуатаційні показники як теоретичного та практичного підґрунтя підвищення ефективності їх застосування в практиці пожежогасіння та протипожежного захисту об'єктів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота проводилась у відповідності до Програми забезпечення пожежної безпеки на період до 2010 року, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 01 липня 2002 року № 870, під час виконання науково-дослідної роботи у Львівському державному університеті безпеки життєдіяльності МНС України за темою «Проведення пошукових досліджень щодо розроблення зарядів до водяних і водопінних вогнегасників та установок водяного і водопінного пожежогасіння», (державний реєстраційний № 0107U001510), в якій здобувач був відповідальним виконавцем.

Ідея роботи полягає у застосуванні екологічно прийнятних модифікувальних добавок і обґрунтуванні складу водних і водопінних вогнегасних речовин з їх вмістом, які підвищують вогнегасну здатність та забезпечують стабільність показників якості у температурному діапазоні їх експлуатації.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розкриття особливостей впливу модифікувальних добавок до водних і водопінних вогнегасних речовин на їх вогнегасну здатність та експлуатаційні показники як підґрунтя підвищення ефективності їх застосування. Для досягнення зазначеної мети поставлено до вирішення такі задачі дослідження:

проведення аналізу ефективності використання водних і водопінних вогнегасних речовин та модифікувальних добавок до них, а також стану нормативної бази щодо їх застосування;

теоретичне обґрунтування шляхів підвищення вогнегасної здатності водних вогнегасних речовин у температурному діапазоні їх застосування;

проведення експериментальних досліджень з виявлення впливу модифікувальних добавок на вогнегасну здатність та показники якості водних вогнегасних речовин, призначених до застосування у технологіях їх тонкого розпилення;

проведення експериментальних досліджень з виявлення впливу хімічного складу водопінних вогнегасних речовин на проміжок часу, протягом якого вони зберігають свою придатність до застосування як зарядів технічних засобів пожежогасіння;

проведення експериментальних досліджень з визначення сумісності біологічно"жорстких" піноутворювачів загального призначення із біологічно "м'якими", а також сумісності між собою сучасних плівкоутворювальних піноутворювачів для пожежогасіння;

розроблення технічних вимог та технічних документів щодо застосування водних і водопінних вогнегасних речовин із запропонованими модифікувальними добавками.

Об'єкт дослідження - водні і водопінні вогнегасні речовини та модифікувальні добавки до них.

Предмет дослідження - вплив виду і концентрацій модифікувальних добавок до водних вогнегасних речовин на процеси припинення горіння, показники їх якості, а також ефективність їх застосування в практиці пожежогасіння та елементах систем протипожежного захисту об'єктів.

Методи досліджень. У роботі використано комплексний метод досліджень, який включав аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень з питань розроблення і застосування водних і водопінних вогнегасних речовин; оптичний метод вимірювання розміру краплин розпилених водних вогнегасних речовин; застосовування фізико-хімічних методів досліджень (термогравіметрія, кріоскопія, потенціометрія, віскозиметрія, денситометрія). Порівняльну вогнегасну ефективність тонкорозпилених водних вогнегасних речовин визначали за запропонованою у роботі методикою. Показники якості робочих розчинів піноутворювачів визначали із використанням стандартних і стендових методик та метрологічно атестованого обладнання. Ефективність припинення горіння у разі застосування технології тонкого розпилення водних вогнегасних речовин перевіряли у полігонних умовах під час гасіння модельних вогнищ пожеж класів А та В за ГОСТ 27331 сертифікованими модулями пожежогасіння. Визначення вагових коефіцієнтів показників, які характеризують якість зарядів до водних і водопінних вогнегасників, проводилось із застосуванням матричного методу розрахунку. Результати досліджень обробляли методами обчислювальної математики, рівняння апроксимуючих кривих отримано із використанням програмного комплексу "Microsoft Office".

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розкритті особливостей впливу визначених екологічно прийнятних модифікувальних добавок до водних та водопінних вогнегасних речовин на їх вогнегасну здатність та експлуатаційні показники як підґрунтя підвищення ефективності їх застосування в практиці пожежогасіння, а також в елементах систем протипожежного захисту об'єктів. При цьому:

вперше науково обґрунтовано рецептури екологічно прийнятних водних вогнегасних речовин з використанням ефекту синергізму сумісної наявності в їх складі неорганічних солей калію, а також піноутворювачів загального або спеціального призначення, що пояснено домінуванням інгібувальної дії солей калію з одночасним посиленням охолоджувальної здатності завдяки зменшенню розмірів краплин у тонкорозпилених газо-водяних струменях таких вогнегасних речовин. Визначені рецептури водних вогнегасних речовин придатні до застосування у різних температурних діапазонах від мінус 30єС до плюс 50єС і ввійшли до складу ТУ У 24.6-0023668-008:2009 «Речовини водні вогнегасні»;

розкрито особливості впливу гідрофосфата амонію (від 0,2% до 0,5%, мас) на підвищення в 15-20 разів терміну зберігання водопінних вогнегасних речовин у ємкостях технічних засобів пожежогасіння, які полягають у зменшенні швидкості корозії вуглецевої сталі під час контакту з ними, а також суттєвого зменшення швидкості зміни їх водневого показника;

виявлено відсутність неадитивних ефектів під час змішування біологічно «м'яких» і «жорстких» піноутворювачів загального призначення між собою, а також при змішуванні один з іншим плівкоутворювальних піноутворювачів спеціального призначення “AFFF-106”, “Sthamex-AFFF” та “ППЛВ - (Універсал)”;

набуло подальшого розвитку уявлення про способи регенерації водних розчинів піноутворювачів загального призначення, які втратили свою піноутворювальну та вогнегасну здатність, яке полягає у тому, що додавання до них карбаміду призводить до відновлення прийнятних значень цих показників, а необхідна концентрація карбаміду залежить від значень критичної інтенсивності подавання і показників кратності піни середньої кратності вихідних розчинів піноутворювачів, що підлягають регенерації.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується аналізом вітчизняних та закордонних літературних джерел, відповідністю методів дослідження поставленим в роботі меті і задачам, застосуванням апробованих фізико-хімічних та аналітичних методів досліджень, необхідним об'ємом експериментального матеріалу, отриманого з використанням стандартних і апробованих стендових методик, а також метрологічно атестованого обладнання і повірених засобів вимірювальної техніки, задовільною збіжністю розрахункових та експериментальних результатів, поширеною апробацією з практичним впровадженням результатів роботи.

Практичне значення і реалізація одержаних результатів полягає у використанні водних і водопінних вогнегасних речовин з вмістом запропонованих екологічно прийнятних добавок, які забезпечують підвищену вогнегасну здатність та стабільність показників якості у температурному діапазоні застосування протягом життєвого циклу їх експлуатації.

Підтвердженням практичного значення одержаних результатів та їх реалізації є:

використання розробок і рекомендацій здобувача під час виготовлення зарядів, які використовуються для заряджання та перезаряджання водних і водопінних вогнегасників а також стаціонарних систем водяного і пінного пожежогасіння (акт впровадження ТОВ "Марко ЛТД" від 16.05.2009 р.; акт впровадження ПМП «Вогнеборець» від 22.04.2009 р.);

застосування розроблених під час дисертаційних досліджень здобувача рецептур водних вогнегасних речовин, включених до складу ТУ У 24.6-002300668-008:2008, які забезпечують значно вищу порівняно з відомими водними та водопінними вогнегасними речовинами вогнегасну здатність (акт впровадження ЗАТ "Інститут "Спецавтоматика" від 22.05.2009 р.; акт впровадження Державного центру сертифікації МНС України від 15.05.2009 р.);

застосування одержаних здобувачем даних під час проведення регенерації робочих розчинів піноутворювачів, які зберігаються на ТЕЦ-4 і ТЕЦ-6 АК "Київенерго" (м. Київ), ЗАТ "Росава" (м. Біла Церква, Київська обл.), фабриці банкнотного паперу Національного Банку України (м. Малин, Житомирська обл.), а також ЗАТ "Приколотнянський маслоекстракційний завод" (смт. Приколотня, Харківська обл.). Реалізація запропонованих заходів дала змогу відновити втрачені водними розчинами піноутворювальні та вогнегасні властивості, відновивши належний рівень протипожежного захисту зазначених об'єктів (довідка УкрНДІПБ МНС України від 02.05.2009 р.; акт впровадження ТОВ ППО "Пірена" від 24.04.2009 р.);

впровадження у наукову діяльність та навчальний процес Львівського державного університету безпеки життєдіяльності створеної дисертантом установки та методики визначення порівняльної вогнегасної здатності тонкорозпилених водних вогнегасних речовин (акт впровадження ЛДУ БЖД від 07.05.2009 р.);

включення методики визначення тривалості гасіння і критичної інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача у разі гасіння горючих рідин піною середньої кратності до оновленої редакції ДСТУ 3789, яке було обгрунтовано здобувачем;

застосування в навчальному процесі пожежно-технічних навчальних закладів, а також практичних працівників пожежно-рятувальної служби розробленого за участі дисертанта навчального посібника "Пінне гасіння" (Гриф МНС України "Схвалено для використання в навчальному процесі", лист №04-7098/291 від 15.06.2007 р.);

застосування підрозділами МНС та організаціями, які виконують роботи за замовленням МНС, а також підприємствами, установами та організаціями незалежно від форми власності, які здійснюють діяльність у сферах виробництв, застосування, транспортування, зберігання, випробувань, стабілізації якості, регенерації та утилізації піноутворювачів а також проектування, експлуатації і випробувань технічних засобів водяного зі змочувальником та пінного пожежогасіння розробленої за участі здобувача "Інструкції про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння", затвердженої наказом МНС України від 24.11.2008 р. №851;

розроблення проекту Національного стандарту України «Пожежна безпека. Вогнегасні речовини. Заряди до водяних і водопінних вогнегасників та систем водного і пінного пожежогасіння. Загальні технічні вимоги і методи випробувань».

Особистий внесок здобувача полягає у самостійному аналізі вітчизняних та закордонних джерел, участі у постановці мети і задачі досліджень, формулюванні ідеї роботи, основних наукових положень, проведенні теоретичних та експериментальних досліджень, участі у розробленні нормативних документів щодо застосування водних та водопінних вогнегасних речовин запропонованого складу, а також узагальненні висновків. Участь автора в роботах, опублікованих у співавторстві, наведено в списку опублікованих праць за темою дисертації.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на:

X ювілейній науково-технічній конференції курсантів та студентів "Запобігти, врятувати, допомогти" (м. Харків, 2006 р.)

Міжнародній науково-практичній конференції "Пожежна безпека - 2007" (м. Черкаси, 15-16 листопада 2007 р.);

IX Міжнародній науково-практичній конференції "Пожежна безпека - 2009" (м. Львів, 5-6 листопада 2009 р.).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 16 наукових праць, з яких 12 статей у виданнях, включених ВАК України до переліку фахових, 4 тези доповідей на конференціях, отримано також один патент України на корисну модель.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаних в роботі літературних джерел і додатків. Матеріали основного тексту дисертаційної роботи викладено на 125 сторінках тексту, що містить 15 рисунків, 27 таблиць, 9 додатків та 152 посилання на використану літературу.

Основний зміст роботи

У вступі наведено актуальність та ідею дисертаційної роботи, мету, задачі, об'єкт і предмет досліджень, відображено наукову новизну отриманих результатів, дані щодо апробації, а також публікації її результатів.

У першому розділі "Сучасний стан розроблення і застосування водних і водопінних вогнегасних речовин для пожежогасіння і протипожежного захисту об'єктів" висвітлено огляд літературних джерел щодо розроблення і ефективності застосування водних і водопінних вогнегасних речовин, проаналізовано вплив модифікувальних добавок на їх показники якості з урахуванням сучасних екологічних вимог до них. На підставі аналізу масивів карток обліку пожеж Pog Stat, сформованих згідно з вимогами наказу МНС України №39 від 29.01.2004, виявлено, що найбільш поширеними в практиці пожежогасіння в Україні в 2007-2008 роках були водяні і водопінні вогнегасні речовини. Теоретично обґрунтовано шляхи підвищення ефективності застосування водних вогнегасних речовин завдяки введенню до їх складу екологічно прийнятних піноутворювачів, неорганічних солей калію - інгібіторів горіння, інгібіторів корозії, а також добавок, які знижують температуру застигання. Прийнято, що під час розроблення сучасних водних і водопінних вогнегасних речовин слід користуватись принципом "3Е" - ефективність, економічність, екологічність.

У другому розділі "Дослідження впливу модифікувальних добавок на ефективність водних вогнегасних речовин, призначених до застосування у технологіях їх тонкого розпилення" наведено результати експериментальних досліджень з виявлення впливу плівкоутворювальних піноутворювачів та піноутворювачів загального призначення на вогнегасну здатність та інші показники якості водних вогнегасних речовин, призначених до застосування у технологіях їх тонкого розпилення. За розробленою методикою, сутність якої полягає у визначенні об'ємів водних вогнегасних речовин, які необхідно подати для досягнення гасіння макетного вогнища пожежі класу В за ГОСТ 27331 повітряно-водним струменем з розміром краплин не вище 350 мкм, з використанням створеної здобувачем установки, визначено вогнегасну ефективність води та води з добавками від 0,05 до 2% мас сертифікованих, екологічно прийнятних піноутворювачів, а також неорганічних солей - інгібіторів горіння (таблиця 1). Визначався вплив добавок піноутворювачів до води на дисперсність розпилених за однакових умов ежектором-розпилювачем установки краплин повітряно-водного струменя досліджуваних водних вогнегасних речовин методом оптичної спектроскопії. Методом термогравіметрії із застосуванням дериватографа Q-1500 D системи Paulic, Paulic-Erdey досліджувались процеси випаровування води та води з добавками зазначених вище піноутворювачів у температурному діапазоні від 18 до 140 є С. Аналіз проведених результатів досліджень свідчить про те, що в умовах випробувань вогнегасна здатність водних вогнегасних речовин з вмістом піноутворювача залежно від виду і концентрації від 1,2 до 11,7 разів перевищує вогнегасну здатність води, що обумовлене зниженням поверхневого натягу, зменшенням розмірів краплин, підвищенням швидкості їх випаровування, тобто підвищенням швидкості охолодження поверхні горіння макетного вогнища. Значне підвищення вогнегасної здатності завдяки введенню до рецептури водної вогнегасної речовини солей калію (найбільш ефективний карбонат калію) пояснюється домінуючим внеском інгібувального ефекту. Ще більшого ефекту вдалося досягти за сумісного введеня до складу водних вогнегасних речовин піноутворювачів (ПУ), а також інгібіторів горіння. Результати досліджень впроваджено шляхом внесення запропонованих рецептур до складу ТУ У 24.6-0023668-008:2008, витяг з яких наведено у таблиці 2.

Отримані зображення оброблялись за допомогою растрового графічного редактору Adobe Photoshop CS3 з метою підвищення контрастності зображень краплин. Оброблені файли зберігались та оброблялись за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення для проведення оптичної мікроскопії UTHSCSA ImageTool (Університет Техаса, США). Це програмне забезпечення дозволяло за визначеного масштабу, значення якого спиралось на відомому діаметрі фрагмента жили дроту, класифікувати та визначити площу кожної краплі. Результати формувались у вигляді таблиці, яка в подальшому оброблялась за допомогою табличного редактора Microsoft Excel 2003. Подальша обробка результатів проведених дослідів, а саме розрахунок розподілу розмірів крапель виконувалась відповідно до додатку В європейських норм CEN/TS 14972:2008 Fixed firefightingsystems - Watermist systems - Design and installation (Стаціонарні системи пожежогасіння - Системи водяного туману - Проектування та установка).

Визначено значення D_v0.1, D_v0.5, D_v0.9, що характеризують значення діаметрів краплин (мкм), по відношенню до загального об'ємного співвідношення, тобто краплини менш якого діаметра складають відповідно 10, 50 та 90% загального об'єму крапель, а також співвідношення SPAN, що характеризує загальний розподіл. Визначені D_v0.1, D_v0.5, D_v0.9, а також SPAN мають такі відповідні значення:

для води (а): 117,03; 235,28; 300,01 та 0,778;

для водного розчину ПУ «Сніжок-1» (б): 28,50; 40,69; 69,05 та 0,998;

для водного розчину ПУ «AFFF-106» (в): 31,17; 46,45; 76,61 та 0,978;

для водного розчину ПУ «AFFF-106» і K₂CO₃ (г): 79,58; 114,51; 163,64 та 0,798.

Наведені значення свідчать про значний вплив досліджених модифікувальних добавок до води на розмір і розподілення краплин за діаметром у повітряно-водяних струменях за однакових умовах розпилення водних вогнегасних речовин, а також про їх різну охолоджувальну здатність.

Таблиця 1 Усереднені результати визначення вогнегасної ефективності деяких водних вогнегасних речовин (ВВР), (горюча речовина - «Нефрас С-2-80/120» - 80 мл, час вільного горіння - 30 с, площа горіння - 0,00785 м², витрата вогнегасної речовини - 1,25*10^-3 л*с^-1, інтенсивність подавання тонкорозпиленої вогнегасної речовини - 0,16 л*с^-1*м^-2)

Хімічний склад вогнегасної речовини, % мас	Об'єм ВВР, витраченої на гасіння, л*10-3	Відношення об'єму ВВР до площини горіння, л*м-2	Відносна вогнегасна ефективність
Вода 100%	35,0	4,46	1,0
Вода + 0,05 % ПУ «АFFF-106»	14,0	1,78	2,5
Вода + 0,1% ПУ «АFFF-106»	14,0	1,78	2,5
Вода + 0,2% ПУ «АFFF-106»	14,0	1,78	2,5
Вода + 0,4 % ПУ «АFFF-106»	14,0	1,78	2,5
Вода + 1,0% ПУ «АFFF-106»	28,0	3,56	1,2
Вода + 0,125 % ПУ «Сніжок-1»	24,0	3,06	1,5
Вода + 0,25 % ПУ «Сніжок-1»	3,0	0,38	11,7
Вода + 0,5 % ПУ «Сніжок-1»	7,0	0,89	5,0
Вода + 1,0 % ПУ «Сніжок-1»	11,0	1,40	3,2
Вода + 2,0 % ПУ «Сніжок-1»	27,0	3,44	1,3
Насичений розчин алюмокалієвих галунів	33,0	4,20	1,1
Полтавський бішофіт	25,0	3,18	1,4
Вода + 12 % нітроамофосу	15,0	1,91	2,3
Вода + 20% КОН	15,0	1,91	2,3
Вода + 20% КС1	7,0	0,89	5,0
Вода + 16,6 % КNО3	2,0	0,25	17,8
Вода + 20% KI	2,0	0,25	17,8
Вода + 12% К2S04	1,0	0,12	37,2
Вода + 34% К2С03	0,5	0,06	74,3

Таблиця 2 Вимоги до показників якості водних вогнегасних речовин:

Найменування показників якості, розмірність	Нормоване значення для ВВР марок
	АВ 5х50 Д	AB 5х40	AB -5Ч40 №1 та №2	AB -30Ч40
1 Зовнішній вигляд	однорідна рідина без розшарування
2 Масова частка осаду, % (мас), не більше	0,25 без термодії, 1,00 після термодії
3 Густина, кг/м3	від 980 до 1200
4 Температура замерзання, єС, не вище	1	1	-5	-30
5 Водневий показник (рН)	від 5,5 до 12,0
6 Питома електропровідність, Ом/м Ч 104, не більше	5	не регламентується
7 Корозійна активність, кг/(м2с), 10-8, не більше	2	2	2	2
8 Показник вогнегасної здатності, кг/м2	1,1
9 Температурний діапазон застосування, єС	від 5 до 50	від 5 до 40	від -5 до 40	від -30 до 40
10 Гарантований термін зберігання у заводській тарі, міс., не менше	24

У третьому розділі "Дослідження впливу хімічного складу водопінних вогнегасних речовин на показники їх якості та ефективність застосування" наведено результати, одержані як в лабораторних, так і в полігонних умовах з використанням стандартних і стендових методик та метрологічно атестованого обладнання.

Аналіз результатів досліджень, дає підставу сформулювати такі висновки за розділом:

додавання від 0,2 до 0,5% гідрофосфату амонію до водних розчинів піноутворювачів залежно від їх хімічного складу призводить до зниження швидкості корозії вуглецевої сталі марки Ст3 під час контакту з ними. Додавання гідрофосфату амонію до робочих розчинів піноутворювачів "Сніжок-1" та «ППЛВ-(Універсал)» призводить до зниження швидкості корозії та зменшення водневого показника приблизно на 15%, а у разі додавання у тій же концентрації до робочих розчинів піноутворювача "Лавина" - у 3-4 рази;

зберігання робочих розчинів піноутворювача "Лавина" (як з добавкою карбаміду, так і без нього), у посудинах, виготовлених з вуглецевої сталі, призводить до швидкого зниження кратності піни середньої кратності, генерованої з них. Введення 0,4% гідрофосфату амонію до робочих розчинів піноутворювача "Лавина" дозволяє генерувати з них піну середньої кратності з регламентованими її значеннями щонайменше протягом року зберігання порівняно з 30 добами у разі відсутності такої модифікувальної добавки;

додавання 0,4 % мас гідрофосфату амонію до робочих розчинів піноутворювача «AFFF-106», які зберігаються у посудинах з вуглецевої сталі, суттєво зменшує ступінь погіршення піногенерації. Кратність піни низької кратності зменшується за таких умов всього на 10% протягом року порівняно з 25% через 30 діб і 50% через 90 діб відповідно у разі відсутності такої модифікувальної добавки;

додавання 0,4% гідрофосфату амонію до робочих розчинів піноутворювача "Лавина" (як з добавкою карбаміду, так і без нього), які зберігаються у посудинах з вуглецевої сталі, зберігає регламентовану вогнегасну ефективність протягом щонайменше року порівняно 60-80 добами за відсутності такої модифікувальної добавки;

додавання 0,4% мас гідрофосфату амонію до робочих розчинів піноутворювача «AFFF-106», які зберігаються у посудинах з вуглецевої сталі, призводить до суттєвого зменшення ступеня погіршення вогнегасної ефективності та ізолювальної здатності піни, генерованої з них. Регламентовані значення таких показників якості як тривалість гасіння та проміжок часу до повторного займання зберігаються протягом щонайменше року порівняно з 30 добами за відсутності цієї модифікувальної добавки;

додавання карбаміду до водних розчинів біологічно "жорстких" і "м'яких" піноутворювачів загального призначення підвищує вогнегасну ефективність піни середньої кратності, генерованої з них. Кількість карбаміду, яку необхідно додавати для відновлення прийнятного значення критичної інтенсивності подавання залежить від значення цього показника вихідного розчину, що підлягає регенерації;

виявлено відсутність неадитивних ефектів у разі змішування водних розчинів біологічно "м'яких" і "жорстких" піноутворювачів загального призначення. Регламентоване значення критичної інтенсивності подавання 6% водного розчину піноутворювача "Сніжок-1" зберігається за наявності у ньому не більше 3% піноутворювача ПО-6К.

У четвертому розділі "Впровадження результатів досліджень в практику пожежогасіння та протипожежного захисту об'єктів" наведено розроблені технічні вимоги та технічні документи щодо застосування водних і водопінних вогнегасних речовин із запропонованими модифікувальними добавками, рецептури запропонованих екологічно прийнятних водних вогнегасних речовин з різними температурними діапазонами застосування від мінус 30 до 50 °С, методику вибору піноутворювачів загального призначення як зарядів до вогнегасників, а також способи регенерування водних розчинів піноутворювачів, про що є відповідні акти впровадження, які наведено у додатках.

Висновки

В дисертаційній роботі, що є завершеною науково-дослідною роботою, вирішено актуальну науково-технічну задачу розкриття особливостей впливу екологічно прийнятних модифікувальних добавок до водних і водопінних вогнегасних речовин на їх вогнегасну здатність та експлуатаційні показники як підґрунтя підвищення ефективності їх застосування в практиці пожежогасіння, а також протипожежного захисту об'єктів. В результаті дисертаційного дослідження сформульовано такі науково-практичні результати та висновки: вогнегасний водний піноутворювач

найбільш поширеними в практиці пожежогасіння в Україні є водні і водопінні вогнегасні речовини, підвищення ефективності їх застосування можна досягти завдяки введенню до їх складу екологічно прийнятних піноутворювачів, неорганічних солей-інгібіторів горіння, інгібіторів корозії, а також добавок, які знижують температуру їх застигання. Під час розроблення сучасних водних і водопінних вогнегасних речовин слід користуватися принципом «3Е»: ефективність, економічність, екологічність;

підтверджено суттєве підвищення вогнегасної ефективності тонкорозпиленої води при гасінні пожеж класу В завдяки додаванню до неї від 0,05 до 1,0 % піноутворювачів загального або спеціального призначення;

вперше науково обґрунтовано рецептури екологічно прийнятних водних вогнегасних речовин з використанням ефекту синергізму сумісної наявності в їх складі неорганічних солей калію, а також піноутворювачів загального або спеціального призначення, що пояснено домінуванням інгібувальної дії солей калію з одночасним посиленням охолоджувальної здатності завдяки зменшенню розмірів краплин у тонкорозпилених газо-водяних струменях таких вогнегасних речовин. Визначені рецептури водних вогнегасних речовин придатні до застосування у різних температурних діапазонах від мінус 30єС до плюс 50єС і ввійшли до складу ТУ У 24.6-0023668-008:2009 «Речовини водні вогнегасні»;

розкрито особливості впливу гідрофосфата амонію (від 0,2% до 0,5%, мас) на підвищення в 15-20 разів терміну зберігання водопінних вогнегасних речовин у ємкостях технічних засобів пожежогасіння, які полягають у зменшенні швидкості корозії вуглецевої сталі під час контакту з ними, а також суттєвого зменшення швидкості зміни їх водневого показника;

виявлено відсутність неадитивних ефектів під час змішування біологічно «м'яких» і «жорстких» піноутворювачів загального призначення між собою, а також при змішуванні один з іншим плівкоутворювальних піноутворювачів спеціального призначення “AFFF-106”, “Sthamex-AFFF” та “ППЛВ - (Універсал)”;

набуло подальшого розвитку уявлення про способи регенерації водних розчинів піноутворювачів загального призначення, які втратили свою піноутворювальну та вогнегасну здатність, яке полягає у тому, що додавання до них карбаміду призводить до відновлення прийнятних значень цих показників, а необхідна концентрація карбаміду залежить від значень критичної інтенсивності подавання і показників кратності піни середньої кратності вихідних розчинів піноутворювачів, що підлягають регенерації. Реалізація запропонованих способів регенерації дала змогу відновити втрачені водними розчинами піноутворювачів піноутворювальні та Вогнегасні властивості, зокрема, на таких об'єктах, як ТЕЦ-4 і ТЕЦ-6 АК «Київенерго» (м. Київ), ЗАТ «Росава» (м. Біла Церква, Київська обл.), фабрика банктнотного паперу Національного Банку України (м. Малин, Житомирська обл.), а також ЗАТ «Приколотнянський маслоекстракційний завод» (смт. Приколотня, Харківська обл.), що призвело до відновлення належного рівня забезпечення протипожежного захисту зазначених об'єктів;

розроблено і впроваджено у наукову діяльність та навчальний процес Львівського державного університету безпеки життєдіяльності установку та методику визначення порівняльної вогнегасної ефективності тонко розпилених водних вогнегасних речовин;

обґрунтовано доцільність включення методики визначення тривалості гасіння і критичної інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача у разі гасіння горючих і легкозаймистих рідин піною середньої кратності до оновленої редакції ДСТУ 3789;

розроблено технічні вимоги та технічні документи щодо застосування і випробування водних та водопінних вогнегасних речовин із запропонованими модифікувальними добавками, способи їх регенерації, які увійшли до складу технічних умов на водні вогнегасні речовини, розділу «Транспортування і зберігання піноутворювачів» нової редакції «Інструкції про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння», навчального посібника «Пінне гасіння», (гриф МНС України «Схвалено для використання у навчальному процесі». Лист № 04-7098/291 від 15.06.2007 р., а також у проекті національного стандарту України «Пожежна безпека. Вогнегасні речовини. Заряди до водяних і водопінних вогнегасників та систем водяного і пінного пожежогасіння. Загальні технічні вимоги і методи випробувань».

Список опублікованих праць за темою дисертації

У наукових фахових виданнях:

1. Вплив гідрофосфату амонію на якість зарядів до повітрянно-пінних вогнегасників та установок пожежогасіння / В. О. Боровиков, В. В. Ковалишин, А. В. Антонов, Н. М. Козяр // Пожежна безпека : Зб. наук. праць. - Л. : ЛІПБ, УкрНДІПБ МНС України, 2004. - Вип. 5.- С. 146-156.

2. Козяр Н. М. Деякі аспекти застосування піноутворювачів та водних розчинів для гасіння пожеж / Н. М.Козяр // Пожежна безпека : Зб. наук. праць. - Л. : ЛДУ БЖД, УкрНДІПБ МНС України, 2006. - Вип. 8. - С. 171-179.

3. Обґрунтування перспективних напрямків розроблення зарядів до водяних і водопінних вогнегасників та установок пожежогасіння / Н. М. Козяр, В. В. Ковалишин, В. О. Боровиков, А. В. Антонов // Науковий вісник УкрНДІПБ : Науковий журнал. - К. : УкрНДІПБ МНС України, 2006. - Вип. 2(14). - С. 59-65.

4. Питання удосконалення методик досліджень та випробувань піноутворювачів для гасіння пожеж / В. І. Згуря, В. О. Боровиков, О. М. Слуцька, В. О. Чеповський, Н. М. Козяр // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. - Л. : ЛДУ БЖД, УкрНДІПБ МНС України, 2006. - Вип. 9. - С. 11-20.

5. Основні положення проекту нової редакції інструкції про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння / В. О. Боровиков, О. М. Слуцька, Н. М. Козяр, М. В. Білошицький // Науковий вісник УкрНДІПБ: Науковий журнал. - К.: УкрНДІПБ МНС України, 2006. - Вип. 1(13). - С. 97-101.

6. Дослідження з визначення показників якості деяких водних вогнегасних речовин / А. І. Турчин, В. О. Боровиков, А. В. Антонов, Н. М. Козяр // Науковий вісник УкрНДІПБ : Науковий журнал. - Вип. 2(18). - К. : УкрНДІПБ МНС України, 2008. - С. 110-115.

7. Боровиков В. О. Обґрунтування придатності методики визначення критичної інтенсивності подавання робочих розчинів піноутворювачів загального призначення під час гасіння неполярних горючих рідин для оцінювання якості вогнегасних речовин / В. О. Боровиков, Н. М. Козяр, О. М. Слуцька // Науковий вісник УкрНДІПБ: Науковий журнал. - К. : УкрНДІПБ МНС України, 2009. - Вип. 1(19). - С. 179-182.

8. Семерак М. М. Ідентифікація пінних зарядів вогнегасників / М. М. Семерак, Н. М. Козяр, В. В. Ковалишин // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. - Л. : ЛДУ БЖД, УкрНДІПБ МНС України, 2009. - Вип. 14. - С. 133-139.

9. Вплив параметрів горіння деяких неполярних горючих рідин на ефективність їх гасіння піною низької та середньої кратності / В. О. Боровиков, Н. М. Козяр, Є. Ю. Шеверєв, О. М. Слуцька, В. О. Чеповський // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. - Л. : ЛДУ БЖД, УкрНДІПБ МНС України, 2007. - Вип. 10. - С. 202-212.

10. Відновлення показників якості водних і водопінних вогнегасних речовин - зарядів вогнегасників та систем пожежогасіння / Н. М. Козяр, В. О. Боровиков, А. В. Антонов, В. В. Ковалишин // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. - Л. : ЛДУ БЖД, УкрНДІПБ МНС України, 2007. - Вип. 11. - С. 27-37.

11. Козяр Н. М. Шляхи підвищення ефективності застосування водних та водопінних вогнегасних речовин / Н. М. Козяр // Науковий вісник УкрНДІПБ: Науковий журнал. - К.: УкрНДІПБ МНС України, 2009. - Вип. 2(20). - С. 13-18.

12. Дослідження вогнегасних речовин термічними методами аналізу / Н. М. Козяр, В. В. Кочубей, А. І. Турчин, В. В. Ковалишин // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. - Л. : ЛДУ БЖД, УкрНДІПБ МНС України, 2009. - С.7-11.

Особистий внесок здобувача у роботах, написаних у співавторстві:

[1, 3, 10] - проведено дослідження з визначення залежності показників якості водних розчинів піноутворювачів від вмісту в них модифікувальних добавок - стабілізаторів піни та інгібіторів корозії; [4, 7, 9] - обґрунтовано удосконалення стендових методик визначення вогнегасної ефективності піни низької та середньої кратності, а також математичного оброблення експериментальних даних; [6] - визначено перелік водних вогнегасних речовин, придатних до застосування за різних температурних діапазонів; [8] - обґрунтовано математичну модель вибирання зарядів до водопінних вогнегасників з урахуванням числових значень коефіцієнтів важливості за класами пожежі; [12] - здобувачем проведено експериментальні дослідження процесів випаровування води та води з добавками піноутворювачів; [5] - здобувачем розроблено пропозиції до розділу «Транспортування і зберігання піноутворювачів» до проекту нової редакції «Інструкції про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежогасіння» в частині змішування між собою піноутворювачів різних марок та їх водних розчинів;

Опубліковано в інших виданнях:

1. Козяр Н. М. Вивчення перспективи використання водних розчинів / Н. М.Козяр // Запобігти, врятувати, допомогти : матеріали Х Ювілейної наук.-техн. конф. курсантів та студентів. - Х.: АЦЗ України, 2006. - С. 210-211.

2. Козяр Н. М. Основні положення проекту національного стандарту України «Заряди до водяних і водопінних вогнегасників та систем водяного і пінного пожежогасіння. Загальні технічні вимоги і методи випробувань» / Н. М. Козяр, А. В. Антонов, В. В. Ковалишин // Пожежна безпека-2007: Матеріали міжнар. наук.-практ. конф., 15-16 листопада 2007 р. - Ч. : АПБ, 2007. - С. 366-367.

3. Козяр Н. М. Відновлення показників якості водних і водопінних вогнегасних речовин - зарядів вогнегасників та систем пожежогасіння / Н. М. Козяр, В. В. Ковалишин, В. О. Боровиков // Пожежна безпека-2007: Матеріали міжнар. наук.-практ. конф., 15-16 листопада 2007 р. - Ч.: АПБ, 2007. - С. 368-369.

4. Козяр Н. М. Підвищення ефективності застосування водних і водопінних вогнегасних речовин / Н. М. Козяр // Пожежна безпека - 2009: Зб. тез доповідей IX Міжнар. наук.-практ. конф. - Л. : ЛДУ БЖД. - С. 93-95.

Особистий внесок здобувача у роботах, написаних у співавторстві:

[2] - здобувачем сформульовано структуру, технічні вимоги та методи випробувань у відповідних розділах проекту національного стандарту України "Пожежна безпека. Вогнегасні речовини. Заряди до водяних і водопінних вогнегасників та систем водяного і пінного пожежогасіння. Загальні технічні вимоги і методи випробувань"; [3] - здобувачем обґрунтовано введення до робочих розчинів піноутворювачів загального призначення модифікувальної добавки - карбаміду, яка забезпечує підвищення вогнегасної здатності піни середньої кратності, генерованої з них, а також обґрунтовано спосіб відновлення втрачених нормованих показників якості робочих розчинів піноутворювачів.

Анотація

Козяр Н. М. Підвищення ефективності застосування водних і водопінних вогнегасних речовин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - пожежна безпека. Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МНС України, Київ, 2009.

Розкрито особливості впливу екологічно прийнятних модифікувальних добавок до водних і водопінних вогнегасних речовин на їх вогнегасну здатність та експлуатаційні показники як підґрунтя підвищення ефективності їх застосування в практиці пожежогасіння, а також протипожежного захисту об'єктів. Запропоновано рецептури таких вогнегасних речовин з різними температурними діапазонами застосування від мінус 30 до плюс 40 °С, які увійшли до складу ТУ У 24.6-0023668-008:2008 "Речовини вогнегасні водні", і забезпечують значно вищу порівняно з відомими водними вогнегасними речовинами вогнегасну ефективність у разі застосування технологій їх тонкого розпилення. Встановлено, що додавання до робочих розчинів піноутворювачів від 0.2 до 0.5% гідрофосфату амонію зменшує швидкість зниження їх водневого показника та корозії вуглецевої сталі під час контакту з ними, у разі піноутворювачів "Сніжок - 1" та «ППЛВ-(Універсал)» швидкість корозії зменшується на 15%, а у разі піноутворювачів "Лавина" та «AFFF-106» - у 3-4 рази, при цьому забезпечується стабільність нормованих показників кратності та критичної інтенсивності подавання протягом щонайменше року порівняно з 30 добами без застосування такої модифікувальної добавки. Встановлено відсутність неадитивних ефектів у разі змішування біологічно "жорстких" та "м'яких" піноутворювачів загального призначення, а також у разі змішування плівкоутворювальних піноутворювачів спеціального призначення. Підтверджено, що додавання карбаміду до водних розчинів, які містять біологічно “м'які” піноутворювачі загального призначення і біологічно “жорсткий” піноутворювач “ПО-6К”, дає змогу збільшити вогнегасну ефективність піни середньої кратності, генерованої з них.

Ключові слова: водні вогнегасні речовини, водопінні вогнегасні речовини, модифікувальні добавки, показники якості, вогнегасна здатність, ефективність застосування, системи протипожежного захисту.

Аннотация

Козяр Н. М. Повышение эффективности применения водных и водопенных огнетушащих веществ. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 21.06.02 - пожарная безопасность. Украинский научно-исследовательский институт пожарной безопасности МЧС Украины, Киев, 2009.

Раскрыты особенности влияния экологически приемлемых модифицирующих добавок к водным и водопенным огнетушащим веществам на их огнетушащую способность и эксплуатационные показатели как основных путей повышения эффективности их применения в практике пожаротушения, а также противопожарной защиты объектов. Предложены рецептуры таких огнетушащих веществ с различными температурными диапазонами применения от минус 30 до плюс 40 °С, которые регламентированы требованиями ТУ У 24.6-0023668-008:2008 " Вещества огнетушащие водные", и обеспечивают значительно большую сравнительно с известными водными огнетушащими веществами огнетушащую эффективность при использовании технологий их тонкого распыливания. Установлено, что добавление к рабочим растворам пенообразователей от 0,2 до 0,5% гидрофосфата аммония уменьшает скорость изменения их водородного показателя и коррозии углеродистой стали при контакте с ними. В случае пенообразователя типа "Снежок-1" и «ППЛВ-(Универсал)» скорость коррозии уменьшается на 15%, а для пенообразователя "Лавина" - в 3-4 раза, при этом обеспечивается стабильность нормированных показателей кратности и критической интенсивности подачи на протяжении по меньшей мере года, по сравнению с 30 сутками без применения такой модифицирующей добавки. Установлено отсутствие неаддитивных эффектов при смешивании биологически "жестких" и "мягких" пенообразователей общего назначения, а также при смешивании пленкообразующих пенообразователей специального назначения. Подтверждено, что добавление карбамида к водным растворам, которые содержат биологически “мягкие” пенообразователи общего назначения и биологически “жесткий” пенообразователь “ПО-6К”, дает возможность увеличить огнетушащую эффективность пены средней кратности, генерируемой из них.

Ключевые слова: водные огнетушащие вещества, водопенные огнетушащие вещества, модифицирующие добавки, показатели качества, огнетушащая способность, эффективность применения, системы противопожарной защиты.

Abstract

Kozyar N.M. Raising efficiency of application of aqueous and foaming fire extinguishing substances. - A manuscript.

A dissertation for the competition of the scientific degree of candidate of Sciences (Engineering) by specialty 21.06.02 - fire safety. Ukrainian Fire Safety Research Institute of the MOE of Ukraine, Kyiv, 2009.

Specific features of influence of ecologically acceptable modifying additives to aqueous and foaming fire extinguishing substances upon their fire extinguishing ability as well as exploitation performance have been revealed as theoretical and practical base for rising efficiency of their application in fire fighting practice, and fire protection of objects of any designation. Influence of inorganic potassium salts being burning inhibitors as well as film-forming and general designation foam concentrates upon fire extinguishing ability and other performance of aqueous fire extinguishing substances designed for the application in fine spray technologies has been determined. Compositions of some fire extinguishing substances having various temperature ranges of application of minus 30 to plus 40 C have been proposed that have been introduced to TU U 24.6-00230668-008:2008 “Aqueous fire extinguishing substances”, and those substances have much higher fire extinguishing ability than the known ones. Thus, extinguishing of five model class A fire places and five class B ones according to GOST 27331 is achieved for a while of 30 s, expenditure of the fire extinguishing substance being no greater than 50 liters. Raised fire extinguishing ability of the proposed fire extinguishing substances containing both salts being burning inhibitors and foam concentrates has been explained by the revealed synergism effect. It has been revealed that addition of 0.2 to 0.5 % of ammonium hydro phosphate to foaming solutions of foam concentrates decreases speed of lowering their pH value as well as corrosion rate of carbon steel at the time of contact with them. Corrosion rate decreases 15 % when using “Snizhok-1” and “PPLV-(Universal)” foam concentrates, and 3 to 4 times when using “Lavina” and “AFFF-106” foam concentrate. At the same time, stability of the regulated quality performance of expansion value as well as critical rate of application is achieved for at least a year compared to 30 days when not using this modifying additive. Absence of non-additive effects while mixing biologically “hard” and “soft” foam concentrates has been determined, and the fact that acceptable critical rate of application of 6% aqueous solution of “Snizhok-1” foam concentrate remains at presence of up to 3% of “PO-6K” foam concentrate in it. It has been proved that addition of carbamide to aqueous solutions containing biologically “soft” foam concentrates and biologically “hard” “PO-6K” foam concentrate allows rising fire extinguishing efficiency of medium expansion foam generated out of them. Critical rate of application of aqueous solution while extinguishing with medium expansion foam decreases linearly when increasing carbamide content. It has been revealed that quantity of carbamide necessary for achieving acceptable value of critical rate of application of aqueous solution while extinguishing with medium expansion foam depends on the same quality performance of the initial solution. Results of the work are used in the practice of fire fighting and in some elements of fire protection systems of objects in Ukraine. These facts are confirmed by appropriate acts of introduction.

Key words: aqueous fire extinguishing substances, foaming fire extinguishing substances, modifying additives, quality performance, fire extinguishing ability, efficiency of application, fire protection systems.

Размещено на Allbest.ru

...