Особливості застосування газових та аерозольних вогнегасних засобів

Особливості застосування газових та аерозольних вогнегасних засобів

Зміст

Вступ

.        Особливості застосування газових та аерозольних вогнегасних засобів

.        Теоретичне обґрунтування доцільності поєднання компонентів газів-флегматизаторів та аерозольних речовин

.        Розробка методики експериментального визначення вогнегасної ефективності та подачі газоаерозольної суміші

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

.2      Опис установки для подачі вогнегасної суміші

.3      Експериментальне дослідження вогнегасної ефективності газоаерозольної суміші

.4      Гасіння пожеж газоаерозольними сумішами

. Правила безпеки праці та надання першої допомоги при нещасних випадках

Висновки

Література

Графічна частина.

Вступ

Останнім часом в системах протипожежної безпеки невеликих об'єктів підлягають захисту системами автоматичного пожежогасіння все більшого поширення набувають автоматичні установки газового пожежогасіння .

Їх перевага полягає у відносно безпечних для людини вогнегасних складах, повній відсутності шкоди захищається при спрацьовуванні системи, багаторазовому використанні обладнання і гасінні вогнища загоряння у важкодоступних місцях.

Як один зі шляхів підвищення ефективності гасіння пожеж почали досліджувати застосування комбінованих вогнегасних засобів і створення засобів комбінованої подачі різних вогнегасних речовин. У той же час, як в Україні, так і за кордоном ще не розроблені наукові основи створення засобів комбінованої подачі вогнегасних речовин і визначення раціональних параметрів комбінованої подачі вогнегасних речовин для підвищення ефективності гасіння пожеж різних класів.

У практиці комбінованого пожежегасіння переважно застосовують комбінацію з двох вогнегасних речовин. Крім одночасної подачі речовин ще можуть бути одночасно-послідовна і послідовно-одночасна. При одночасно-послідовній подачі на початковій стадії гасіння до моменту припинення полум'яного горіння застосовують подачу одночасно двох вогнегасних речовин, а для дотушування застосовують одну з двох речовин. При послідовно-одночасній подачі на початковій стадії гасіння застосовують одну з двох речовин, а, починаючи з певного моменту часу, здійснюють подачу обох вогнегасних речовин.

При проектуванні установок найбільш часто виникають питання щодо вибору вогнегасних складів і технічного розрахунку установки.

В даній роботі зосередимо увагу на газо-аерозольному гасінні, поставивши за мету експериментально визначити найбільш ефективний спосіб приготуванні та подачі вогнегасної суміші.

Метою дипломної роботи є розкриття особливостей бінарної дії комбінацій вогнегасних речовин і визначення раціональних параметрів їхньої подачі для підвищення ефективності гасіння пожеж.

Для виконання поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

провести аналіз стану питання комбінування газової та аерозольної вогнегасних речовин і способів їхньої подачі;

виконати теоретичний огляд процесів гасіння пожеж обраною комбінацією вогнегасних речовин;

розробити лабораторну експериментальну установку і методику, провести дослідження ефективності гасіння модельного вогнища пожежі;

провести лабораторні випробування гасіння модельного вогнища;

розробити рекомендації з тактичних прийомів комбінованого пожежогасіння та способів комбінованої подачі вогнегасних речовин.

Об'єкт дослідження - способи і засоби гасіння різних класів пожеж вогнегасними речовинами.

Предмет дослідження - процеси гасіння різних класів пожеж комбінаціями вогнегасних речовин.

Методи дослідження. Аналітичні і теоретичні методи дослідження вогнегасної ефективності комбінацій вогнегасних речовин. Фізико-хімічні методи дослідження процесу гасіння модельних вогнищ за допомогою комбінованих вогнегасних речовин. Лабораторні методи дослідження гасіння модельних вогнищ різних класів пожеж за допомогою комбінованого способу подачі вогнегасних речовин. Статистичні методи обробки результатів експериментальних досліджень.

.        Особливості застосування газоаерозольних вогнегасних засобів

Усі найбільш часто застосовувані в сучасних установках об’ємного пожежогасіння газові вогнегасні склади можна умовно розділити на три основні групи. Це речовини хладонового ряду, діоксид вуглецю, широко відомий як вуглекислота (СО2) та інертні гази та їх суміші.

Відповідно до державного стандарту[2] всі ці газові вогнегасі речовини застосовуються в установках пожежогасіння для гасіння пожеж класу А, В, С за ГОСТ 27331 та електрообладнання з напругою не вище зазначеного в технічній документації на застосовувані ГВЗ.

Газові ВЗ застосовуються переважно для об'ємного пожежогасіння в початковій стадії пожежі [3]. Також ГВЗ використовуються для флегматизації вибухонебезпечного середовища в нафто -хімічної, хімічної та ін галузях.

Газові вогнегасники речовини Аргон, Азот, Інерген:

Озонобезпечні ;

Інертні, не викликають корозії металів, не реагує з більшістю матеріалів;

Час випуску 60 секунд ;

Контроль тиску за манометром ;

Аргон, азот і інерген відносяться до групи стислих (інертних) газових вогнегасних складів, для яких основним механізмом гасіння вважається розбавлення - зниження концентрацій кисню до значень, при яких горіння припиняється ;

Газові вогнегасники речовини Азот, Аргон, Інерген не застосовувані для пожежогасіння приміщень, де знаходяться або можуть знаходитися люди;

Рекомендується застосовувати тільки для гасіння приміщень, в яких попередньо евакуйовані люди.

Так як аргон, азот, інерген є стисненими газами і зберігаються в модулях при високому тиску 200 або 300 атмосфер, то є деякі обмеження щодо застосування балонів з даними газами :

) Відповідно до НПАОП 0.00-1.59-87 балони тиском 200 і 300 атм. і ємністю 50 літрів і більше підлягають реєстрації в органах Держгірпромнагляду.

) При застосуванні балонів тиском 200 і 300 атм. є спеціальні підвищені вимоги до випробувань трубопроводами та їх сполук на герметичність[7].

Газові Вогнегасні речовини аргон, азот і інерген за принципом пожежогасіння належить до класу розріджувачів. Для підтримки горіння необхідною умовою є наявність не менше 12 % кисню. Принцип розбавлення атмосфери полягає в тому, що при випуску газу у приміщення, що знижується вміст кисню до рівня менше 12 % і горіння припиняється. При цьому вогнегасна концентрація інертного газу складає близько 40 % і більше.

Прямий вплив інертних газів на людину при таких концентраціях не є смертельним, але при такому принципі пожежогасіння зниження концентрації кисню менше 12 % викликає асфіксію (задуха ) людей .

Інерген містить суміш газів: 52 % ( об.). азоту, 40 % ( о.) аргону і 8 % ( о.) вуглекислий газ СО2. Так як до складу інерген входить вуглекислий газ СО2, то називати газ інерген інертним і чистим не можна.

Водночас звертає на себе увагу висока токсичність СО2. Вже при концентрації близько 2% спостерігається помітне почастішання дихання, а при концентраціях 5 % об. і більше відбувається збій у роботі регуляторів дихання, що веде до смерті.

Відзначається, що навіть невелика кількість СО2 8 %, що входить до складу інерген, в доповненні до вже наявного СО2 в приміщенні при пожежі може викликати найгострішу токсикацію .

В якості вогнегасної речовини для гасіння використовуються такі гази:

Таблиця 1.

вогнегасний газоаерозольний суміш пожежа

Аерозолеутворюючий вогнегасний склад - композиція спеціального складу, здатна до самостійного горіння без доступу повітря з утворенням вогнегасного аерозолю.

Аерозольні вогнегасні суміші одержують спалюванням твердопаливної композиції (ТПК), яка складається з окисника (як правило, KNO3; KClO4 чи їх суміші) і відновника-пального (епоксидна смола, ідітол, каучуки і т.п.), в процесі горіння ТПК утворюються конденсована та газова фази. Висока ефективність АВС пояснюється утворенням високодисперсної конденсованої фази з розміром частинок 1 мкм і менше. Оскільки конденсована фаза - це такі речовини як K2CO3, KOH, KCl, то деякі дослідники схильні вважати, що механізм дії АВС подібний до механізму дії вогнегасних порошків [17]. Підвищення ефективності АВС можна досягнути шляхом високої степені газифікації вихідних компонентів рецептур ТПК з максимально можливим вмістом інертних газових розріджувачів (азот, СО2, пари води), відтак, кількість газових компонентів має бути більшою, ніж твердих. Також автор праці [20] зазначає, що висока степінь газифікації ТПК сприяє підвищенню вогнегасної ефективності аерозолів.

Найкраща вогнегасна здатність аерозолів , в порівнянні з традиційними засобами гасіння , досягається завдяки наступним особливостям цього способу пожежогасіння . Перша особливість полягає в тому , що в аерозольному вогнегаснику речовина знаходиться не в готом до вживання вигляді, а в хімічно зв'язаному стані - у вигляді спеціально підібраного аерозолеутворюючого вогнегасного складу. Друга особливість - значно менші ( в десятки разів) розміри аерозольних частинок в порівнянні з розмірами частинок , утворених при використанні звичайних порошків. В результаті вдається досягти більшої площі поверхні і , отже , більш високою вогнегасної здатності АВС від 30 до 80 г/м3 залежно від виду складу і горючого матеріалу, що підлягає гасінню.

Тверді частинки аерозолю можуть діяти:

За тепловим механізмом - шляхом відбору тепла із зони горіння за рахунок нагріву частинок, їх розпаду чи випаровування .

Автор [31] подає таку класифікацію за дисперсністю: аерозоль може бути системою грубої, колоїдної і аналітичної дисперсності. Грубодисперсний аерозоль включає в себе частинки, видимі за допомогою оптичного мікроскопа, тобто частинки з розміром більше 0,5- 1,0 мк і менше 10 мк; аерозолі колоїдної дисперсності містять частинки речовини колоїдних розмірів, тобто в межах від 5 до 500 ммк, що піддаються спостереженню тільки методами ультра- і електронної мікроскопії; і аерозолі аналітичної дисперсності мають частинки розміром 1-5 ммк.

.       
Теоретичне обґрунтування доцільності поєднання компонентів газів-флегматизаторів та аерозольних речовин

Ефективність застосування комбінованого гасіння доведено багатьма науковцями, що працюють в цій галузі. Зокрема професор Шкоруп О.І. наводить методику визначення моделі залежності часу гасіння від інтенсивності подачі ВР при різних способах подачі - послідовно і одночасно.[27]

Використання процесів горіння для гасіння пожеж можливе або в опосередкованому вигляді (як хімічних джерел робочого тиску в порошкових або імпульсних вогнегасниках), або безпосередньо для гасіння (шляхом генерації вогнегасних аерозолів або інертних газів).

Враховуючи аналіз деяких методів об’ємного пожежогасіння, необхідно відмітити, що на даний час не розроблені загальноприйняті принципи і кількісні закономірності, які заздалегідь дозволяють спрогнозувати умови пожежогасіння. Це пов’язано з надзвичайним різноманіттям факторів, які визначають розвиток і придушення пожежі. Тому для підбору вогнегасних речовин і визначення норм їх витрат користуються зазвичай експериментальними даними з обчисленням конкретних умов можливої пожежі. Існують лабораторні та полігонні методи випробування вогнегасних речовин. Необхідність перевірки результатів лабораторних досліджень полігонними випробуваннями обумовлена складністю моделювання процесу пожежогасіння в обмеженому об’ємі і в частковості екстраполяції результатів дослідів на реальні масштаби.

Основними характеристиками вогнегасних засобів,які слід оцінювати під час експериментальних досліджень є вогнегасна ефективність та інтенсивність подачі вогнегасного засобу.

Під вогнегасною ефективністю зазвичай розуміють мінімальну кількість вогнегасних речовин, необхідних на придушення будь-якого модельного вогнища пожежі. У випадку застосування засобів об’ємного гасіння (газових складників) під вогнегасною ефективністю розуміють концентрацію інтенсивність подачі вогнегасних складників приймають їх масову витрату під час гасіння на одиницю захищуваної площі або об’єму.

При проектуванні систем пожежогасіння після вибору вогнегасного засобу найбільш важливо визначити оптимальну інтенсивність подачі засобу. Вирішення цього завдання пов’язано з необхідністю дотримання двох умов: итома витрата повинна бути мінімальною, а час гасіння не повинен бути більшим за допустимий. Для різних видів вогнегасних засобів причини появи екстремальної концентрації є різними. Кожен процес гасіння володіє своїми особливості теплового режиму. Згідно існуючих уявлень про граничні умови горіння нижче температурної межі, до якої може розповсюджуватися полум’я, що самопідтримується, для звичайних вуглеводних горючих матеріалів, складає близько 1000оС. При зниженні температури горіння нижче цієї межі відбувається погасання полум’я.

Між тим для початку горіння достатньо нагріти горюче середовище до температури її самоспалахування. Інколи вважають, що гасіння полум’я можна досягти лише при зниженні температури в зоні реакції нижче температури самоспалахування.

Із викладених свідчень про горіння випливає, що гасіння горіння може бути забезпечено або охолодженням зони реакції, або поверхні палаючого матеріалу. В останньому випадку придушення горіння досягається тоді, коли інтенсивність тепловідведення перевищує інтенсивність виділення тепла в зоні горіння.

Для припинення горіння охолодженням зони реакції вимагається відвести в два рази більше тепла, ніж при охолодженні поверхні палаючої речовини. Очевидно, із збільшенням пружності пари палаючої рідини різниця в умовах гасіння охолодженням поверхні і власне зони горіння буде зменшуватись, а у випадку твердих матеріалів - зростати.

Особливості закономірностей інгібування горіння полягають перш за все в тому, що інгібувати можна тільки ті процеси горіння, які пов’язані з ланцюговим розгалуженим характером окислення. Такими властивостями володіють горючі системи, в яких в якості окисника бере участь кисень (повітря). В цей же час процеси горіння органічних матеріалів в інших окисниках - в галогенах, оксидах азоту, які протікають переважно за тепловим механізмом, як відомо, не можливо придушити за допомогою інгібуючих засобів.

Невдалими до цього часу залишаються також спроби віднайти інгібітори для придушення горіння в повітрі металів і ряду металовмісних речовин (гідридів легких металів, деяких елементоорганічних сполук).

Остаточне припинення горіння, як правило, досягається при одночасному гальмуванні реакції і охолодженні - наприклад, при розбавленні зони реакції надлишком реагуючої горючої суміші.

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.

Таблиця 3.

Флегматизувальна ефективність суміші аерозоль + СО2 при конценрації АУС в 30 Г/M3.

Подальше збільшення концентрації аерозолю до 40 г/м3 призвело до зменшення конценрації СО2 при якій відбувається ефективна флегматизація до 2%. Результати експерименту наведено в таблиці 4.

Таблиця 4

Флегматизувальна ефективність суміші аерозоль + СО2 при конценрації АУС в 40 Г/M3 .

Виходячи з результатів експериментів флегматизаційна ефективність газоаерозольної суміші при різних концентраціях СО2, буде мати наступну залежність (рис 2).

Враховуючи, що флегматизаційна ефективність газоаерозольної суміші з добавками СО2 працює за складним механізмом, що включає як інгібуючу так і флегматизуючу дію окремих компонентів газоаерозолю, а додатковий вміст СО2 створює не бажане газове середовище ,представляє інтерес флегматизувальна сумарна дія СО2 та іншого інертного газу( наприклад N2).

Частково цього можна досягнути, збільшивши ступінь газифікації аерозолеутворювальної сполуки при її згорянні. На підставі цих припущень розраховані рецептурні склади АУС, які теоретично мали б забезпечувати

більшу ступінь газифікації. Також на характер перебігу процесу горіння АУС суттєвий вплив має хімічна природа палива. Зробити висновок про вплив природи палива та продуктів його перетворення на вогнегасну ефективність одержуваних аерозолів можна провівши експериментальні дослідження.

3.4    Гасіння пожеж газоаерозольними сумішами

Установка повинна забезпечувати затримку випуску вогнегасної аерозолю у приміщення, що на час , необхідний для евакуації людей після подачі звукового і світлового сигналів оповіщення про пуск генераторів , а також повної зупинки вентиляційного обладнання , закриття повітряних заслінок , протипожежних клапанів і т.п. , але не менш 30 с.

Час заповнення газоаерозольною сумішшю обєму рівний близько 30 секунд причому флегматизація горючої системи забезпечується вже з перших секунд і по мірі заповнення аерозолем спостерігатимеься тільки підвищення флегматизаційної ефективності газоаерозольної суміші.

Набуття газоаерозольною сумішшю максимальних флегматизаційних властивостей буде відбуватись лише за умови коли газоаерозольна суміш буде максимально перемішана а гази рівномірно розподілені в ній. Це забезпечить утворення «ефективних» частинок які несуть флегматизаційну дію. З другої сторони подача інертного газу в зону догоряння буде нести певні негативні моменти, а саме недогоряння суміші приведе до утворення проміжних форм частинок аерозолю - (СО, С, СnНm і т.д.) В реальності це може привести до зменшення флегматизаційної ефективності, до тогож [7], в аерозолі які зазнають додаткового охолодження можуть входити токсичні продукти які утворюються при неповному згорянні, а їх вогнегасна концентрація значно підвищується. Майже те ж саме стосується і процесу гасіння пожежі в негерметичному об’ємі, де згідно з [139], на процес гасіння впливають такі фактори як тип палива, ступінь негерметичності приміщення, площі відкритих прорізів в захищуваному об’ємі.

Оптимальним варіантом застосування газоаерозольної суміші для горючих систем є до моменту виникненя горіння та при відсутності турболізації середовища. Збільшення часу подачі газоаерозольної суміші робить проблематичним флегматизацію великих обємів в умовах негерметичності, коли велика кількість аерозолю встигає витекти назовні через нещільності. Якщо пожежа можлива в гетерогенному режимі, то після припинення полум’яного горіння можливе її відновлення через тління. Такі умови гасіння аерозолем можна вважати за несприятливі.

Застосування аерозольних генераторів швидкої дії є також актуальним в закритих об’ємах технологічних установок враховуючи тиск який утворюватиметься всередині технологічної установки. Також необхідно враховувати пожежне навантаження всередині захищає мого об’єму, а також особливості гасіння аерозолем та його властивості як аеродисперсної системи. Врахування цих особливостей дає змогу визначати тип АУС та генератора яку доцільно використовувати для гасіння того чи іншого об’єму. Генератори, які забезпечують швидке утворення вогнегасної концентрації аерозолю, як правило, характеризуються достатньо високою швидкістю витікання газоаерозольного струменя, що при потраплянні в вогнище горіння може сприяти збільшенню його розмірів (розбризкування горючої рідини, розкидання горючих кусків твердих речовин та матеріалів). Можлива також розгерметизація захищуваного об’єкта через збільшення тиску в результаті роботи генераторів. Також при виборі типу аерозольного генератора необхідно враховувати вихідну температуру самого аерозолю, та температуру самоспалахування кожної з горючих речовин, які перебувають в захищеному приміщенні.

Як варіант сучасної установки, яка володіє підвищеними вогнегасними властивостями завдяки конструкції пропонується наступна будова генератора аерозолю (рис.2).

Технічні пристрій, в якому розміщенні аерозольутворювальний склад, - генератор вогнегасного аерозолю (ГВА) та балон з вуглекислим газом. Загалом генератор вогнегасного аерозолю складається з корпусу, заряду АУС, вузла запуску-ініціатора (електро-,термо або комбінованого пристрою). Деякі ГВА можуть бути обладнані додатковими вузлами, наприклад, охолоджувальним пристроєм, пристроєм контролю спрацювання соплами для формування аерозольного струменя.

Використання газів інгібіторів призводить до значного підвищення флегматизаційної ефективності газоаерозольних модулів та розширює перелік об’єктів, де можна їх застосовувати, враховуючи умови, які створюються при сумісному використанні газів флегматизаторів та вогнегасного аерозолю. Тип приміщення, кількість горючих рідин газів тав речовин визначатимуть необхідну кількість газоаерозольних генераторів. Також необхідно враховувати особливості гасіння газоаерозолем та його фізикохімічні властивості, що дає змогу визначати умови застосування газоаерозольних модулів.

.        Правила безпеки праці та надання першої допомоги при нещасних випадках

. Роботи з ГВА виконуються групою у складі не менше двох осіб , один з них є старшим . У неї входять особи не молодше 18 років , ознайомлені з інструкцією по експлуатації ГВА , пройшли інструктаж , а також навчені правилам роботи з приладами для гасіння пожеж .

. Всі роботи повинні проводитися у приміщенні , обладнаному припливно- витяжною вентиляцією.

. Всі параметри проведення експериментів , реєстровані в ході проведення повинні заноситися до відповідного журналу із зазначенням дати , часу , місця проведення експерименту , а також з підписами учасників експерименту.

. Видалення вогнегасного аерозолю після проведення експериментів проводитися через наявну в камері систему вентиляції.

. Відповідальність за порушення техніки безпеки покладається також на безпосереднього керівника робіт , начальника сектору та начальника відділу відповідно до Законодавства .

7. Експлуатацію посудин необхідно негайно припинити в разі: підвищення тиску в посудині вище дозволеного, незважаючи на дотримання всіх вимог;

несправності запобіжних клапанів від підвищення тиску;

виникнення пожежі, що безпосередньо загрожує посудині під тиском; несправності манометра і неможливості визначити тиск за іншими приладами.

8. У випадку травмування виконавця досліду, йому повинна бути надана перша медична допомога. Співробітники повинні вміти надавати долікарську допомогу.

. При отруєнні організувати доступ свіжого повітря до потерпілого .

. При ураженні електричним струмом необхідно звільнити потерпілого від дії електричного струму , винести на свіже повітря , забезпечивши йому вільне дихання .

Висновки

Практично всі вогнегасні речовини характеризуються комплексною дією на процес горіння. Газові засоби пожежогасіння одночасно діють як інгібітори й розбавляють горючі речовини; аерозолі гальмують хімічні реакції й частково ізолюють зону горіння в разі утворення стійкої хмари-завіси. Однак припинення горіння досягається одним із застосовуваних способів, тоді як інші тільки сприяють цьому. Це визначається співвідношенням властивостей комбінації вогнегасних речовин та матеріалу, що горить.

У виконаній дипломній роботі була здійснена спроба оцінити переваги застосування газоаерозольної вогнегасної суміші та перевірити оптимальний спосіб подачі її на полум’я.

Таким чином результатом дослідження стало:

1.      Запропоновано варіант комбінованого гасіння пожежі із використанням генератора, що може подавати суміш інертного або негорючого газу з аерозолем, що утворюються в результаті згоряння спеціальних твердих ВР.

2.      Розроблено методичні рекомендації з використання установки газо-аерозольного гасіння в закритих приміщеннях з використанням вогнегасного складу на основі поєднання інертних газів та аерозолів.

3.    Розроблена методична база і випробувальна установка для визначення вогнегасної ефективності газогазоаерозольної суміші .

4.      Отримано ефективну суміш яка утворюється з аерозоль утворювальної сполуки та рецептури в такому співвідношенні компонентів: АУС 15%+ 9% СО2.

5.      Проведено експериментальне дослідження впливу виду і співвідношень негорючих газів на вогнегасну ефективність аерозолевих вогнегасних речовин, рецептури яких визначено розрахунками.

6.  Експериментально підтверджені теоретичні міркування про сукупний вплив компонентів газоаерозольної суміші на її вогнегасну ефективність в процесі гасіння пожежі.

7.      Запропонована конструкція аерозольного генератора забезпечує утворення високоефективного аерозолю за рахунок забезпечення контакту повітря з газоаерозольним потоком.

Література

1.      ДСТУ 2272. Пожежна безпека. Терміни та визначення основних понять.

.        ДСТУ 4466-1:2005. Системи газового пожежогасіння.

.        ГОСТ 12.1.004-91. Пожежна безпека.

.        ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

.        ГОСТ 12.1.032-81 ССБТ. Пожарная безопасность. Методы определения нижнего концентрационного предела воспламенения пылевоздушных смесей.

.        ISO 14520-1:2000 Системы пожаротушения газовые. Физические характеристики и расчет систем. Часть 1. Общие требования.

.        НПАОП 0.00-1.59-87 "Правила будови і безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском".

.        НПАОП 73.1-1.11-12 Правила охорони праці під час роботи в хімічних лабораторіях.

.        Агафонов В.В., Копылов Н.П. Обоснование механизма подавления газофазного горения аэрозолями АОС и пути повышения их огнетушащей способности // Материалы 16 Всероссийской научно-технической конференции. - Видавництво, 2001. - С. 91-96.

.        Баланюк В.М., Грималюк Б.Т. Дослідження впливу інертних розріджувачів на ефективність вогнегасних аерозолів // Пожежна безпека. - 2005. - №5. - С. 113-116.

11.   Баланюк В.М. Вогнегасна ефективність дослідного зразка аерозольутворюючої сполуки на основі бінарної суміші неорганічних солей калію // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. - Львів, 2006. - №9. - С. 37-42.

12.    Баратов А.Н., Иванов Е.Н., Корольченко А.Я. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочн. изд. - М.: Химия, 1987. - 269 с.

.        Баратов А.Н., Мышак Ю.А., Радченко С.А. Исследование огнетушащей способности аэрозольных составов // Материалы 11 Всесоюзной конференции. - М.: ВНИИПО, 1991. - С. 56-57.

.        Водяник В.И., Проничева Н.М. Механизм воздействия огнегасящих составов на пламя. - М.: НИИТЭХИМ, 1981. (Техника безопасности в хим. промышленности. Экспресс - инф.№10). 12 с.

.        Вогнегасні речовини. Посібник / Антонов А.В., Боровиков В.О., Орел В.П. та ін. - К.: Пожінформтехніка, 2004. - 176 с

.        Гоголь Л.А., Кононенко К.М., Однорог Д.С., Колесников Б.Я. и др. Ингибирование горение пропана аэрозолями солей металлов // Ингибирование цепных газовых реакций: Материалы совещания по механизму ингибирования цепных газовых реакций. - Алма-Ата, 1971. - С. 205-213.

.        Демидов П.Г. Горение и свойства горючих веществ / Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. - М: Химия, 1981. - 272 с.

.        Жартовський В.М., Откідач М.Я., Цапко Ю.В., Тропінов О.Г. Дослідження з визначення вогнегасної ефективності сумішей інгібіторів горіння та інертних розріджувачів // Науковий вісник. - 2003. - №2. - С. 5-10.

.        . Д.А. Журбинський. До питання застосування аєрозольних вогнегасних речовин як флегматизаторів газових пальних середовищ// Науковій вісник УКРНДІПБ, 2007 № 1(15)

.        Д.А. Журбинський, В.М. Баланюк, к.т.н., Флегматізувальна ефективність аерозолей на основі солей калію.

.        Коростильов В.Г. Аэрозольгенерирующие пожаротушащие составы. Основные типы составов и оптимальные условия их применения // Пожаровзрывобезопасность 1. - 2002. - №1. - С. 61-66.

.        Котов А.Г., Андрейченко П.А. Газовые огнетушащие составы. Практическое пособие по применению. - К.: Изд. дом “Репро-Графіка”, 2004. - 215 с.

24. Нестеров В.К., Федотов Г.Н., Михайлов В.Г., Бородин Н.М.
Экспериментально-расчетный способ определения минимальных огнетушащих концентраций объемных средств тушения // Пожарная опасность веществ и материалов в промышленности: Сб. научн. трудов. - М.: ВНИИПО МВД СССР, 1987. - С 78-81.

25.    Тарахно Е.В., Михайлюк А.П., Рябова И.Б. Аэрозольное ингибирование пламенного горения // Проблемы пожарной безопасности. - 2000. - Выпуск 7. - С. 201-204.

.        Тарахно О.В., Теоретичні основи пожежовибухонебезпечності. Підручник. - Харків: АЦЗУ, 2006 . - 395 с.

.        О.І. Шкоруп. Визначення раціональних параметрів Комбінованої подачі Вогнегасна речовина для Підвищення ефективності пожежогасіння./ Держ. Макіїв. Н.-д. ін-т з безпеки робіт у гірн. пром-сті. - Макіївка, 2003. - 20 с.

.        Шорин С.Н., Балин В.А. Влияние инертной пыли на нормальную скорость распространения пламени в горючих газовых смесях // Вопросы теории горения. Труды общемосковского семинара по теории горения: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1970. - С. 93-100.

.        Шрайбер, Г. Огнетушащие средства: химико-физические процессы при горении и тушении Текст. / Г. Шрайбер, П. Порет // М.: Стройиздат, 1975. -240 с.

30.    <http://sst.kiev.ua/page_pojeja.html>

.        Аэрозоли. Пер. с чешского Н.В. Рябова и К.П. Маркова и М.Н. Пчельникова. М., Атомиздат, 1964