IX. ТУШЕНИЕ ПОЖАРА В ЗАКРЫТОЙ НАСОСНОЙ ПО ПЕРЕКАЧКЕ НЕФТИ ПЕНОЙ ВЫСОКОЙ КРАТНОСТИ

Процесс тушения пожара в насосной по перекачке нефтепродуктов высокократной пеной происходит заполнением помещения пеной. Отличие процесса тушения пожара высокократной пеной внутри защищаемых помещений, в том что пена производится не на чистом воздухе, а с применением продуктов сгорания - дыма.

Экспериментальные исследования показали, что наличие дыма в воздухе, который увлекается (эжектируется) в генератор пены, всегда приводит к снижению кратности пены. В зависимости от природы пенообразователя и конструкции генератора пены, а также от концентрации и температуры дыма величина кратности пены сни- жаегся от 800...700 до 400... 150.

Дополнительным эффектом дыма является длительное ухудшение работоспособности генераторов пены, которые при последую-цем использовании чистого юздуха не образуют пены кратностью выше 400.

Главным условием устойчивости процесса образования пены высокой кратности является обеспечение целостности пленок водного i раствора пенообразователя, смачивающих металлическую сетку. Процесс образования пены характеризуется высокой удельной скоростью производства (деформации) поверхности жидких пленок на границе с воздухом, что приводит к возникновению заметной, разности электрического потенциала между сеткой и пеной.

Трение воздуха с поверхностью пленок, при движении воздуха! через сетку, вызывает в смачивающих пленках высокие касательные 1 напряжения. При достижении предельных скоростей движения воздуха через сетку возникают критические условия, при которых целостность пленок нарушается. Происходит срыв процесса образе-1 вания пены, а вместо пены из генератора раздельно выходят воздух и раствор пенообразователя.

В зависимости от природы горючей нагрузки - горючих жид- костей, типа упаковочного материала, пластмассовых изделий, содержащих хлор или фтор, утеплителей из пенополиуретана, техни-1 ческих резиновых изделий, силиконовых труб и т д., природа дыма может изменяться как по степени черноты, размеру частиц, гак и по виду агрессивных газов.

Основными компонентами дыма являются:

• твердые углеродистые частицы;

• обугленная, смолистая дисперсия;

• газы, растворимые в воде;

• газы, не растворимые в воде;

• газы, химически взаимодействующие с металлом сетки;

• водяной пар.

Твердые углеродистые частицы поглощают (сорбируют) своей развитой поверхностью молекулы ПАВ, снижая их эффективную концентрацию в пленках. В результате утрачивается стабильность свободных пенных пленок, снижается рабочая скорость образования пены.

Обугленная, смолистая дисперсия постепенно обволакивает металлическую поверхность, формируя гидрофобный слой, который не смачивается водным раствором пенообразователя. Экранируется электрический потенциал металлической поверхности и утрачиваются электроосмотическое и электростатическое давление, стабилизирующее смачивающие водные пленки и свободные пленки пены. Дисперсия растворяется в мицеллах ПАВ, снижая их эффективную концентрацию в пленках.

Газы, растворимые в воде, растворяясь, повышают кислотность среды, что снижает степень диссоциации анионных ПАВ. В ре:льтаге снижается величина электрокинетического потенциала и общий заряд поверхности, что ведет к потери целостности смачивающей и свободных пленок.

Газы, не растворимые в воде, в том числе азот воздуха, являются основными наполнителями пенных пузырьков.

Газы, химически взаимодействующие с металлом сетки, способны образовывать с металлической поверхностью химические соединения или окислы, которые затрудняют смачивание сетки. Как и в случае с обугленной, смолистой дисперсией здесь экранируется электрический потенциал металлической поверхности и утрачиваются электроосмотическое и электростатическое давление, стабилизирующее смачивающие водные пленки и свободные пленки пены.

Нагретый, пересыщенный водяной пар конденсируется на стенках холодных водных пленок. В результате кратность пены снижает-

ся. Чем выше температура дыма и чем выше концентрация пара, тем резче снижение производительности генератора по пене.

Если режим образования пены некритический, то периодическое орошение оголенных участков вновь приведет к формированию смачивающей пленки, и ячейка войдет в нормальный режим образования пузырьков пены. Закономерности образования пены на сетках наиболее полно отражаются зависимостью кратности пены от скорости воздушного потока, поданного в генератор пены.

Противопожарная защита насосной по перекачке нефти осуществляется с помощью пены высокой кратности, огнетушащая эффективность которой сохраняется, несмотря на возникающие, в процессе пожара или взрыва, проемы.

Применение высокократной пены дает возможность заполнить объем помещения в течение 10-30 с, что позволяет быстро локализовать пожар и предотвратить возможность повторного загорания.

Для противопожарной занцггы помещения насосной по перекачке нефти предусматривается автоматическая стационарная установка пенотушения, использующая пеногенератор высокократной пены с повышенной производительностью, в котором применен новый принцип пенообразования.

Использование высокократных пеногенераторов без принудительного наддува воздуха позволяет эффективно защищать насосные, технологическое оборудование и тушить пламя разлива нефти, несмотря на частично разрушенное остекление проемов в конструкции здания.

С появлением способа образования пены на сетках стало реальным тушение пожаров горючих жидкостей в резервуарах пеной средней кратности, а высокократной пеной - пожары в трюмах кораблей и в закрытых помещениях. Несмотря на высокие потенциальные возможности этого способа, далеко не всякий пенообразователь пригоден для получения пены этим методом.

Большая скорость движения воздуха через сетку приводит к возникновению высоких касательных напряжений в смачивающих пленках. При достижении критических условий сплошность пленок нарушается, что приводит к срыву образования пены и вместо пены из пеногенератора раздельно выходят воздух и пенообразующий раствор, причем нарушение процесса наступает намного раньше, если

вместо анионных пенообразователей использовать композиции не ионных поверхностно-активных веществ (ПАВ). В результате устойчивое образование пены ограничивается по скорости (давлению) воздушного потока и, соответственно, по производительности. Чем лучше пенообразователь, тем выше критическая скорость воздуха и степень его использования при образовании пены.

Для обеспечения направленного подбора компонентов пенообразующей композиции необходимо выявить основные закономерности, связывающие коллоидно-химические свойства растворов ПАВ с параметрами процесса образования пены на сетках. Формирование научных основ этого процесса связано с решением ряда экспериментальных и теоретических вопросов, включающих:

• выявление и научное обоснование механизма (модели) процесса образования пены;

• установление причин нарушения процесса образования пены;

• выяснение взаимосвязи параметров процесса образования пены с природой и концентрацией ПАВ;

• разработка методологии прогнозирования пенообразуюших свойств растворов ПАВ.

9.1. Анализ факторов, сопровождающих процесс образования противопожарной пены на сетках

Наличие срыва процесса образования пены на сетках неоднократно отмечалось в литературе [217-223], причем это явление встречается и при получении пены другими методами, в частности, на электромеханической пропеллерной мешалке при повышении числа оборотов вала [222] и в методе диспергирования газа через пористую перегородку, при высоких расходах газа [218-221]. Как правило, исследователи ограничиваются констатацией факта срыва образования пены, не объясняя причин появления этого эффекта.

Разработка научных рекомендаций по созданий) и совершенствованию пенообразующих композиций должна базироваться на экспериментально обоснованном механизме образования пены на сетках. Механизм образования пены разрабатывается с целью выявить причины возникновения критического режима и найти взаимосвязь между природой и содержанием пенообразователя в растворе и параметрами процесса образования пены. В этом случае появится возможность

прогнозирования пенообразующих свойств растворов ПАВ и композиций на их основе.

Возникновение критического режима образования пены в неш-торых работах связывают с замедленностью кинетики адсорбции ПАВ при быстром росте поверхности пленок [221-223] и с недостаточной собственной эластичностью пленок при их формировании [222]. Равновесная величина эластичности пленок определяется величиной поверхностной активности и молекулярными характеристиками ПАВ [217-220, 225, 226].

Детализация механизма образования пены связана с рассмотрением роли таких параметров, как: кинетика адсорбции и поверхностная активность ПАВ; контактное взаимодействие, деформация и слияние пленок в процессе их формирования; анализ встречного течения жидкости в пленках и учет электрокинетических эффектов при образовании пены и в обеспечении устойчивости пены.

Независимо от конструкции установки и режима работы распылителя, локальная плотность орошения поверхности сетки периодически меняется. Эти изменения неизбежны, поскольку связаны с флуктуациями плотности, концентрации и температуры в пенообразующем растворе.

При малых скоростях продува сеток воздухом раствор успевает перераспределиться и покрыть обедненные участки поверхности за счет растекания по сетке. В случае высоких расходов воздуха такого выравнивания не происходит, поскольку капли раствора сразу же идут на формирование смачивающих пленок либо на подпитку уже деформированных в процессе образования пены пенных пленок.

В этом случае участки, не орошенные раствором, представляют собой ячейки, обладающие пониженным гидравлическим сопротивлением и через них устремляется часть воздушного потока, который, в конечном счете, образует в пене отдельные каверны воздуха. Если режим образования пены не критический, то периодическое орошение оголенных участков вновь приведет к формированию смачивающей пленки и ячейка войдет в нормальный режим образования пузырьков пены.

Закономерности образования пены на сетках наиболее полно отражаются зависимостью кратности пены от скорости воздушного потока, поданного в пеногенератор. Расход жидкости при этом

поддерживается неизменным. Типичная зависимость представлена на рис. 9.1.

По мере увеличения скорости потока воздуха линейно нарастает кратность пены. Эта область отвечает квазиравновесному режиму формирования пенных пленок, когда на сетке поддерживается небольшой избыток жидкости. В конце этой области расход жидкости на формирование пленок пены становится равным количеству раствора, подаваемому на сетки. С этого момента рост кратности пены становится нелинейным.

Вторая область соответствует критическому режиму образования пены. Наряду с компактной пеной появляются включения воздушных «каверн», наличие которых свидетельствует о достижении критической, для данного раствора, скорости образования пены.

В качестве критичесшй принимается скорость, соответствующая положению максимума на кривой кратности пены. Дальнейшее увеличение скорости воздуха обычно ведет к снижению кратности пены.

2 400 ш

t 300 1-200 100

0.6 ё.

о." 1 I

0.21:

Рис. 9.1. Типичная зависимость кратности пены (1) и коэффициента использования воздуха при образовании пены на сетках: - критическая скорость образования пены;

- максимальная кратность пены

8 12 16 20 Скорость воздуха, см/с

24 28

Анализ кривой зависимости кратности пены К от расхода воздуха и дает возможность определить три параметра процесса: кратность максимальную-К, критическую скорость образования пены - Со и коэффициент использования воздуха (при оптимальной скорости С/р) - В, который рассчитывается на основе первых двух величин и удельного расхода раствора

VflV: = KJK„ = KVJV, (9.1)