Дипломная (вкр): Особливості застосування газових та аерозольних вогнегасних засобів

Оцінка ефективності вогнегасних засобів пов’язана з необхідністю моделювання процесів гасіння. Хоча достатньо точне моделювання цих процесів досить проблематичне, цілком очевидно, що не можна орієнтуватися тільки на лабораторні випробування.

З проведеного аналізу видно, що існуючі вогнегасні засоби володіють високою вогнегасною ефективністю в певних умовах, але для ефективного подавлення пожеж класів А вони не придатні так як не можуть подавляти ефективно гетерогенне горіння - горіння, яке відбувається на поверхні деревини - власне горіння карбону з температурою приблизно 600-700оС. Очевидно, що з цією метою найкраще застосовувати комбіновані засоби, які поєднують властивості вогнегасних порошків та газових вогнегасних засобів. Такі вогнегасні засоби повинні:

володіти низькою мінімальною вогнегасною концентрацією;

створювати та підтримувати вогнегасну концентрацію в захищуваному приміщенні достатньо довгий час - близько 20-30 хвилин;

подавляти поверхневе гетерогенне горіння - тління, тобто володіти в достатній мірі ізолюючою та охолоджуючою дією;

висока вогнегасна здатність;

швидкодія;

низька вартість протипожежного захисту об'єктів;

екологічна безпека (відсутність токсичних компонентів, озоноруйнівних речовин, низька корозійна активність, хімічна інертність);

Ми зосередилися на дослідженні можливості вдосконалення систем пожежогасінні газовими і аерозольними складами шляхом їх об'єднання. Аналізуючи вогнегасні властивості окремо кожного виду можна визначити ряд недоліків з обох боків, які до певної міри можуть бути компенсовані за рахунок поєднання їх в одному засобі пожежогасінні. Ефект від поєднання газових вогнегасних речовин з аерозолеутворювальними сполуками величезний. Перевагами такого об'єднання є в першу чергу підвищення вогнегасних властивостей, зниження витрат на газові вогнегасні речовини за рахунок введення відносно дешевших аерозолів. З аналізу наукових робіт в яких проведено дослідження за визначенням вогнегасячої і флегматизуючої ефективності таких сумішей встановлено, що порівняльне незначне розведення газового середовища приводить до істотного зменшення мінімальної вогнегасної концентрації аерозольного інгібітору горіння [18].

Важливо підкреслити, що аерозолі є найбільш перспективною альтернативою екологічно шкідливим хладонам. Одним з недоліків аерозольних вогнегасних речовин, який обмежує сферу їх вживання, є втрата видимості в об'ємі приміщення, в якому вони розподілені, протягом десятків хвилин. Цей недолік також мінімізується завдяки розведенню задимленості газовими вогнегасними компонентами. Сучасні газові суміші, розроблені, для використання в системах автоматичного пожежогасіння, дозволяють людям знаходитися в зоні використання газу, що дозволяє не лише проводити евакуацію персоналу із зони горіння, але і вести боротьбу з вогнем. [29]

.        Розробка методики експериментального визначення вогнегасної ефективності та подачі газоаерозольної суміші

Механізм флегматизуючої дії газових вогнегасних речовин полягає у декількох аспектах: зниження концентрації кисню, відбір тепла від зони горіння, розбавлення зони реакції горіння газовими компонентами.

Подальшого підвищення флегматизувальної ефективності можна досягти при забезпеченні додаткового інгібування початку реакції горіння. Ефективним інгібуючим ефектом володіє аерозоль на основі неорганічних солей калію, який утворюється при згорянні АУС.

Аерозоль, який утворюється при цьому, складається з дрібнодисперсних частинок солей та гідроксидів, зокрема, К2СО3, КСl, КОН тощо, а також газів - продуктів згоряння - СО2, СО, Н2О, N2. Більшість авторів стверджують, що механізм вогнеподавляючої дії аерозолю полягає у інгібуванні реакції окислення, зниженні швидкості її протікання та відповідно, неможливості виникнення полум'яного горіння. Газоаерозольна суміш, яка утворюється в результаті згорання аерозоль утворювальної сполуки, використовується в основному, для гасіння пожеж класів А2 В, С, Е. Швидкість гасіння при цьому залежить від концентрацій аерозолю неорганічних солей калію та інертних газів [30]. Враховуючи компонентний склад газоаерозольної суміші та способу її утворення, залишається актуальним питання флегматизаційних властивостей аерозолю на основі неорганічних солей калію.

Флематизаційна дія аерозолів буде проявлятись за рахунок компонентів аерозолю з сильною інгібувальною дією та високими значеннями теплоємкостей. Ці компоненти призводитимуть до зменшення кількості активних радикалів в зоні реакції та відповідно зменшення тепловиділення. Також, дотичні шари аерозолю будуть активно поглинати тепло реакції, що призводитиме до перерозподілу тепла, яке необхідне для підтримання нормальної швидкості горіння. Крім цього, в зоні реакції буде зростати концентрація інертних розріджувачів, що також позитивно впливатиме на

флегматизувальну ефективність. Для виявлення ролі кожного із цих факторів необхідно розглянути процес утворення аерозолю з АУС. У більшості запропонованих рецептур АУС у якості окислювачів використовують KNO3, KClO4 або їх суміш. В меншій мірі використовують нітроцелюлозу та інші окисники. Як паливо пропонують використовувати різноманітні синтетичні смоли - ідітол, епоксидну смолу, каучуки та інші, а також різноманітні добавки для регулювання процесу горіння АУС, так як в продуктах горіння АУС різного складу, який залежить від природи пального і окисників та їх співвідношення, може знаходитись різне співвідношення газових компонентів (СО2, СО, Н2О, N2, NxOy) і твердої фази у вигляді дрібнодисперсних частинок (К2О, К2СО3, КНСО3, КОН, КСl, КNO2), а також гідратовані форми цих сполук.

Ефективність флегматизувального впливу аерозолю на горючу пароповітряну суміш підтверджується експериментами, що проводилися при нижній та верхній концентраційних межах поширення полум’я для гептану.

Результати експерименту показали, що флегматизувальна концентрація при подачі аерозолю в пальник є достатньо високою як при нижній, так і при верхній концентраційних межах поширення полум’я. Викликане це декількома факторами: аерозоль не контактує з поверхнею полум'я і в процесі руху в потоці пари з окисником він зазнає попереднього нагріву, що негативно впливає на флегматизувальну ефективність [29]. Таким чином, з загальної суми факторів впливу вилучається один важливий фактор - зовнішній контакт аерозолю з полум'ям, що веде до додаткового охолодження та флегматизувальну дію на зону кільцевого запалювання та газового простору навколо полум’я.

Флегматизувальна дія аерозолю є схожою на флегматизувальну дію порошків. При подачі порошків в полум'я помітну роль будуть відігравати дисперсність порошку та його компонентний склад.

Вогнегасний аерозоль складається з різного типу газів та солей, а саме вуглекислого газу, водяної пари, азоту. Дисперсні солі, які входять до складу аерозолю - К2СО3, KCl, KOH·H2O, володіють різною вогнегасною та флегматизувальною концентрацією. Вогнегасна концентрація порошку на основі карбонатів та бікарбонатів лежить в межах 50-100 г/м3, причому частинки вищеназваних солей при нагріванні можуть забезпечувати додатковий вихід СО2 та Н2О, які флегматизують зону горіння. Беручи до уваги те, що аерозоль містить додатково адсорбовані гази, в районі полум'я буде виділятись деяка кількість газів, яка буде сприяти посиленню конвективних потоків.

.1      Методика проведення експериментальної подачі вогнегасного засобу на осередок полум’я

Випробування за даною методикою необхідно проводити при умовах, дотримуючись при цьому всі правила, встановлені в інструкціях з техніки безпеки при роботі з вогнегасної аерозолем.

Перед проведенням експерименту необхідно:

.        Провести візуальний огляд камери і обладнання на предмет цілісності корпусних деталей і струмоведучих елементів;

.        Перевірити надійність кріплень;

.        Переконатися в працездатності освітлення;

.        Встановити пластину для накладання вогнегасного аерозолю, а також підвести трубку для подачі газу (для спільної подачі вогнегасних аерозолю і газу);

.        Приєднати вузли пуску до джерела запалювання ;

.        Вивести дроти вузла пуску з камери через спеціальні отвори;

.        Приєднати проведення блоку живлення ;

.        Підготувати балон з горючим газом та пальник для подачі полум’я в камеру.

.        Підготувати засоби вимірювання та реєстрації параметрів експерименту до роботи ;

.        Включити блок живлення (у разі потреби , попередньо підключити блок живлення до мережі);

.        Переконатися в працездатності блоку живлення ;

.        Переконатися в тому , що іскра запалила наважку АУС ;

.        Подати газ.

.        Зафіксувати отримані результати ;

.        Приступити до дегазації камери .

.        При проведенні експерименту одночасно можуть реєструватися наступні параметри:

         Зміна середнього розміру часток вогнегасної аерозолю в часі ;

         Розподіл концентрації частинок за розмірами в різних місцях камери ( по висоті і / або по її довжині );

         Оптична щільність середовища, що містить вогнегасний аерозоль;

         Вогнегасна здатність генератора вогнегасного аерозолю;

         Вогнегасна інтенсивність виходу аерозолю, що забезпечує гасіння.

Критерієм вогнегасної ефективності виступав час горіння пальника з газом.

Мінімальну вогнегасну концентрацію газоаерозольної суміші визначали фіксуючи тривалість горіння. Якщо тривалість гомогенного горіння перевищувала значення 10 с, дослід повторювали з більшою масою АУС та газу; у випадках, коли тривалість горіння була меншою за 5 с, повторювали дослід із меншою масою АУС. Таким чином, за результатами 5-6 дослідів визначали масу АУС та кількість газу при внесенні якої, тривалість горіння модельного вогнища становила не більше 6-8 с.

Попередніми дослідами було встановлено, що на МВК впливає тривалість горіння модельного вогнища до моменту самозагасання в атмосфері без газоаерозольної суміші. Очевидно, що це проходить завдяки зниженню концентрації кисню в камері. Концентрацію кисню було виміряно на різних проміжках часу за допомогою газового хроматографа Хром-5 та програми мультихром. Задовільні по відтворюваності результати одержували при умові, що тривалість горіння модельного вогнища без газоаерозольної суміші становить до 250 с.

3.22  Опис установки для подачі вогнегасної суміші

Для визначення вогнегасної ефективності та мінімальної вогнегасної концентрації газоаерозольної суміші розроблено установку, схема якої наведена на рис.1.

Рис.1. Схема установки для визначення мінімальної вогнегасної концентрації АУС

. Камера; 2. Свічка накалу; 3. Підставка; 4. Газовий пальник; 5. Реометр; 6. Газовий кран; 7. Акумулятор; 8. Оглядове вікно

Установка для визначення ефективності газоаерозольної суміші.

Камера для досліджень представляє собою об’єм 175 л. Вона виготовлена у формі паралелепіпеда із листової сталі (29,6×20×19,8 см) товщиною δ=1 мм. Три сторони камери була виготовлені із оргскла приклеєних до каркасу камери. У верхній, нижній та боковій поверхнях є отвори (d=80 мм) та закриті шиберами. В нижній частині камери закріплений аерозольний генератор. В якості модельного осередку вогню використовували тигель з метаном.

Наважку АУС зважували з точністю до 0,001 г на електронних аналітичних терезах марки WPS-60/c/2 після чого споряджали генератор зарядом АУС.

У нормальних умовах заряди АОС володіють хімічною стабільністю, але при нагріванні (від електроспіралі, пиропатрона, вогнища пожежі) починають інтенсивно горіти з виділенням в навколишній простір твердофазного вогнегасної аерозолю. Співвідношення в ньому за масою твердої та газової фаз може бути різним, але для забезпечення високої вогнегасної ефективності аерозолю воно повинно знаходитися в межах 50/50 -40/60.

Припинення горіння відбувається як через потрапляння частинок аерозолю в полум’я при досягненні його вогнегасної концентрації, так і через холодні навколишні контактуючі аерозолеповітряні маси. Відомо, що підвищення ефективності аерозольного гасіння можна досягнути через вплив зовнішніх факторів, які порушуватимуть баланс тепломасобміну між полум’ям та аерозолем. Одним з таких факторів є акустично-ударні хвилі, які спрямовані на ділянку з полум’ям.

Об’єм газів з 1 г становитиме 0,7165 л/г, а витрачатиметься атмосферного кисню 0,31 л/г. Але навіть у цьому випадку при спалюванні такого АУС концентрація кисню знизиться до 20,54% об. І тільки при спалюванні 50 чи 100 г заряду можна досягнути зниження концентрації кисню до 18,8 і 16,7% об. відповідно і це вже суттєво може впливати на час припинення горіння.

3.3 Експериментальне дослідження вогнегасної ефективності газоаерозольної суміші

Для створення ефективної вогнегасної суміші необхідно підібрати таку рецептуру складників, яка могла б забезпечувати максимальний вогнегасний ефект при дії аерозольно-газового струменю та були б синергетичними компонентами один для одного.

В першу чергу ми досліджували вогнегасну ефективність при одночасній подачі газу та аэрозолю.

Мінімальна кількість експериментів для отримання середнього значення досліджуваної величини не менше трьох. При поганій відтворюваності результатів число експериментів було збільшено до 6.

Усереднені результати залежності тривалості горіння метану від маси АУС наведені в таблиці 2.

Таблиця 2.

Флегматизувальна ефективність суміші аерозоль + СО2 при конценрації АУС в 15 г/м3.

Як видно вже при концентрації в 15 г/м3 досягається достатньо вагома флегматизуюча дія газоаерозольної суміші. В наступній серії експериментів визначали флегматизуючу дію при концентрації аерозолю в 30 г/м3 Збільшення концентрації аерозолю до 30 г/м3 призводить до зменшення флегматизувальної концентрації СО2 в суміші до 3%. При цьому змінюється поведінка поширення полумя по горючій системі. Полумя повільно поширюється у вигляді сфери від джерела запалювання. При збільшенні концентрації аерозолю відбувається збільшення інгібуючої ролі аерозолю, що підтверджується отриманими результатами дослідів (табл.3).

Кількість вогнегасної речовини, необхідної для досягнення нормативної концентрації для об'ємного гасіння, розраховують із рівнянь, наведених у 7.6.2 або 7.6.3, або з даних, наведених у таблиці 3. Кількість вогнегасної речовини, що необхідна для об'ємного пожежогасіння, наводять у відповідних частинах ISO 14520.