Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
22
МІНІСТЕРСТВО ВНУТРІШНІХ СПРАВ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ ІНСТИТУТ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ
ТИЩЕНКО ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ
УДК 614.842
ВИЗНАЧЕННЯ особливОСТЕЙ ЗМІНИ
ВОГНЕГАСНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ПОРОШКІВ ПРИ
ГАСІННІ ПОЛУМ’Я ГАЗОПОВІТРЯНОГО СЕРЕДОВИЩА
З ПЕРЕМІННИМ ВМІСТОМ КИСНЮ
21.06.02 – Пожежна безпека
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському інституті пожежної безпеки МВС України.
Науковий керівник - доктор технічних наук, професор
Жартовський Володимир Михайлович,
професор кафедри пожежної профілактики,
Черкаський інститут пожежної безпеки
ім. Героїв Чорнобиля МВС України,
факультет № 2 (м.Київ).
Офіційні опоненти:
- доктор технічних наук, старший науковий співробітник Тимофеєва Лариса Андріївна, завідувач кафедри екологічно чистих технологій, Харківський державний автомобільно-дорожний технічний університет;
- кандидат технічних наук, доцент Сирих Василь Миколайович, завідувач сектором пожежно-технічних досліджень науково-дослідного інституту ім.. заслуженого професора М.С.Бокаріуса (м. Харків).
Провідна установа: Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МВС України (м. Київ).
Захист відбудеться “16” листопада 2000 року о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.707.01 при Харківському інституті пожежної безпеки МВС України за адресою: 310023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського інституту пожежної безпеки МВС України.
Автореферат розісланий “15” жовтня 2000 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Кривцова В.І.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Вирішення проблем протипожежного захисту та боротьби з пожежами в сучасних умовах набуває все більшої актуальності у зв’язку з технічним переозброєнням, модернізацією підприємств та виробництв, впровадженням технологій з використанням нових вибухо- та пожежонебезпечних речовин і матеріалів, що потребує більш ефективного і селективного застосування вогнегасних речовин для пожежогасіння. Висока спроможність швидко припиняти горіння і універсальний механізм вогнегасної дії порошків, дозволяє їх використовувати як один із найбільш прийнятних і екологічно безпечних вогнегасних засобів, але більш ефективному і економічному їх застосуванню перешкоджає недостатнє вивчення особливостей їх вогнегасної дії в конкретних умовах пожеж, коли змінюється концентрація кисню в зоні горіння.
З позицій сучасного трактування механізму гасіння полум’я порошками, а також теорії процесів горіння та ланцюгових реакцій найбільш перспективним способом підвищення їх вогнегасної спроможності, є посилення їх інгібуючих властивостей. Досягнути цього шляхом пошуку нових, більш ефективних інгібіторів проблематично, у зв’язку з вичерпністю можливих сировинних компонентів та комплексом вимог до показників яким повинні відповідати вогнегасні порошки, що нормуються ДСТУ 3105-95 “Порошки вогнегасні. Загальні технічні вимоги і методи випробувань”. Тому новим і більш перспективним вбачається напрямок по одночасному використанню двох і більше порошкових інгібіторів, неадитивність спільної дії яких повинна мати синергічний ефект у реальних умовах гасіння пожеж, коли змінюється концентрація кисню в газоповітряному середовищі зони горіння.
Відсутність даних про дослідження залежності зміни вогнегасної здатності порошків та їх синергічних сумішей від концентрації кисню в середовищі зони горіння обмежує можливості використання комбінованого пожежогасіння інгібуванням полум’я вогнегасними порошками з одночасною флегматизацією газоповітряного середовища інертними газами або аерозольними вогнегасними сумішами.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження проводилися відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України від 3.04.1995 р. № 238 “Про затвердження Державної програми забезпечення пожежної безпеки в 1995-2000 роках”. У розділі ІІ “Приоритетні напрямки наукових досліджень та розробок в галузі пожежної безпеки” визначено: “Виконати комплекс науково-дослідних, проектних та дослідно-технологічних робіт, спрямованих на розвиток теорії пожежогасіння, розроблення рецептур і технологій, одержання науково обгрунтованої номенклатури екологічно безпечних вогнегасних речовин загального призначення”.
Мета і задачі дослідження. Мета дослідження – підвищення ефективності використання вогнегасних порошків при гасінні полум’я газоповітряного середовища з перемінною концентрацією кисню.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:
провести аналіз відомих лабораторних методів визначення вогнегасних властивостей порошків та розробити методику проведення досліджень вогнегасної ефективності порошків у середовищах із перемінною концентрацією кисню;
розробити лабораторну установку пальникового типу для дослідження вогнегасної здатності порошків у газоповітряному середовищі з перемінною концентрацією кисню;
розробити методику проведення досліджень вогнегасної здатності бінарних порошкових сумішей у газоповітряному середовищі з перемінною концентрацією кисню;
дослідити та вивчити залежність вогнегасної ефективності порошків та їх бінарних сумішей від хімічної природи їх основи та концентрації кисню в газоповітряному середовищі;
розробити пропозиції та рекомендації щодо ефективного використання вогнегасних порошків та їх сумішей для інгібування полум’я з одночасною флегматизацією газоповітряного середовища інертними газами або аерозольними вогнегасними сумішами.
Об’єкт дослідження – процес припинення горіння газоповітряного середовища вогнегасними порошками в умовах зниження та підвищення концентрації кисню.
Предмет дослідження – визначення залежності вогнегасної ефективності порошків від зміни концентрації кисню в газоповітряному середовищі полум’я.
Методи дослідження. Для досягнення мети і вирішення поставлених проблем використовувались аналітичні та експериментальні методи досліджень. Підготовка і проведення досліджень здійснювалися на основі їх математичного планування та моделювання, а достовірність отриманих результатів підтверджувалася їх аналітичним статистичним обгрунтуванням із комп’ютерним програмним забезпеченням.
Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що експериментально досліджено та теоретично обгрунтовано закономірності зміни вогнегасної ефективності порошків залежно від концентрації кисню в газоповітряному середовищі полум’я, розроблено та впроваджено методику визначення неадитивних явищ, які характеризують вогнегасну здатність бінарних порошкових сумішей при гасінні газоповітряного полум’я з перемінною концентрацією кисню, а також експериментально встановлено наявність синергізму в спільній дії інгібіторів на основі бікарбонату натрію та хлориду калію в середовищах із підвищеним вмістом кисню, а також наявність антагонізму при застосуванні в аналогічних умовах порошків на основі фосфатів амонію в бінарних сумішах із порошками на основі хлоридів калію або бікарбонату натрію.
Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати дозволяють більш ефективно та раціонально використовувати вогнегасні порошки з урахуванням зміни концентрації кисню в конкретних умовах гасіння пожеж. Визначені закономірності підвищення вогнегасної ефективності порошків в умовах зниження концентрації кисню дають змогу ефективно використовувати комбіноване пожежогасіння розбавленням газоповітряного середовища інертними газами з одночасним інгібуванням осередків горіння вогнегасними порошками. На основі результатів експериментальних досліджень запропоновані обгрунтовані рекомендації щодо використання вогнегасних порошків, а також їх бінарних синергічних сумішей для гасіння пожеж у газоповітряних середовищах із підвищеною концентрацією кисню. Розроблений метод дослідження вогнегасної ефективності порошкових сумішей у середовищах із перемінною концентрацією кисню впроваджено в навчальний процес ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля МВС України при проведенні лабораторних робіт з дисципліни “Основи теорії розвитку та припинення горіння”.
Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в проведенні аргументованого аналізу відомих методів визначення вогнегасної здатності порошків, на основі якого розроблені вдосконалена модернізована лабораторно-дослідна установка та методика її використання для досліджень вогнегасної ефективності порошків при гасінні газоповітряного полум’я з перемінною концентрацією кисню. Вперше експериментально досліджено особливості та аналітично обгрунтовано закономірності зміни вогнегасної ефективності порошків та їх бінарних сумішей в умовах зменшених та підвищених концентрацій кисню в газоповітряному середовищі.
Апробація результатів дисертації. Про основні результати дисертаційного дослідження доповідалося на ІІІ науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 97” (УкрНДІПБ МВС України, м. Київ, 1997 р.), на ІV Міжнародній науково-практичній конференції “Екологія й освіта: питання теорії та практики” (ЧОІПОПП, м. Черкаси, 8-9 жовтня 1998 р.), на науково-практичній конференції “Современные проблемы тушения пожаров” (МІПБ МВС РФ, м. Москва, 22-23 квітня 1999 р.), на ІV науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 99” (ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля МВС України, м. Черкаси, 9-10 червня 1999 р.), на ХV науково-практичній конференції “Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков” (ВНДІПО МВС РФ, м. Москва, 3-4 листопада 1999 р.).
Публікації. Основні наукові положення і результати досліджень опубліковані в 10 наукових статтях, 4 з яких - у виданнях, включених у перелік ВАК України, у 7 тезах доповідей науково-технічних і науково-практичних конференцій.
Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків і додатків. Повний обсяг дисертації включає 125 сторінок, 15 малюнків, 15 таблиць, 159 найменувань використаних джерел і додатки на 52 сторінках.
Основний зміст роботи
У ВСТУПІ обгрунтовується вибір і актуальність теми дослідження, указується мета роботи, задачі досліджень, наукова новизна і практична значимість роботи.
У ПЕРШОМУ розділі проведено аналіз основних напрямків із розробок рецептур вогнегасних порошків, наведено обгрунтоване, сучасне трактування механізму припинення горіння порошками та зроблено узагальнений аналіз інгібуючої дії різних за природним походженням інгібіторів.
Аналіз науково-технічної та патентної літератури показує, що на сучасному етапі практично вичерпано можливості стосовно розробки рецептур вогнегасних порошків на принципово нових сировинних основах. Більшість розробок базується на вдосконаленні рецептур із використанням уже відомих і добре випробуваних компонентів. Наявність великої кількості рецептур свідчить про те, що в сучасних умовах ведеться інтенсивний пошук найбільш оптимального складу порошків, який би забезпечував максимальну вогнегасну ефективність, універсальність використання при мінімальних матеріальних затратах. Принцип досягнення необхідних результатів базується на частковій заміні основного компонента іншим із забезпеченням синергізму їх спільної дії та покращанням необхідних властивостей порошку.
Сучасне трактування механізму припинення горіння порошками також показує, що найбільш перспективним способом покращання їх вогнегасної здатності може бути селективний підбір та спільне використання компонентів із посиленим сумарним ефектом інгібування, з урахуванням конкретних умов гасіння пожеж, пов’язаних зі зміною концентрації кисню в газоповітряному середовищі зони горіння.
На особливу увагу заслуговує результат спільної участі різних за природою інгібіторів в умовах змінної концентрації кисню в реакційній суміші, якою є полум’я вуглеводнів. У таких умовах вогнегасна ефективність порошкової суміші може не змінюватися (це свідчить про наявність адитивного характеру спільної дії інгібіторів), а також посилюватись або знижуватися, що є проявом неадитивності їх спільної дії.
Аналіз вогнегасної здатності високодисперсних хімічних сполук лужних металів показує, що їх ефективність змінюється в такій послідовності:
гідроксили оксиди карбонати бікарбонати > хлориди,
а ряди вогнегасної ефективності металів для однотипних сполук мають вигляд:
гідроксили: калій натрій літій рубідій цезій магній;
оксиди: калій натрій літій цезій рубідій магній;
карбонати: калій натрій рубідій цезій літій;
хлориди: калій натрій рубідій цезій літій магній.
Таким чином, високодисперсні хімічні сполуки калію є найбільш ефективними із сполук лужних металів для використання в ролі інгібуючих компонентів вогнегасних порошків.
Встановлено, що введення вуглекислого газу в середовище з оксидами або гідроксидами знижує (за рахунок інтенсивного утворення карбонатів), а азоту - підвищує їх вогнегасну ефективність, особливо це проявляється по відношенню до карбонатів та хлоридів. На цій підставі сформульована задача дослідження та намічені основні напрямки та особливості її розв’язання.
У ДРУГОМУ розділі проведено аналіз лабораторних методів дослідження вогнегасної здатності порошків, на основі чого розроблено обгрунтовану методику дослідження вогнегасної ефективності порошкових інгібіторів та їх бінарних сумішей за допомогою удосконаленої, модернізованої лабораторної установки пальникового типу в умовах гасіння полум’я газоповітряної суміші з перемінною концентрацією кисню.
В результаті проведеного аналізу встановлено, що умови проведення експериментів за допомогою бомби постійного об’єму та вертикальної труби найбільшою мірою визначаються флегматизуючими властивостями порошків, а не їх інгібуючою здатністю в реальних умовах гасіння полум’я. Таким чином, обгрунтовано підтверджено, що лабораторні установки з пальником Бунзена дають змогу проводити дослідження вогнегасної здатності порошків в максимально реальних умовах механізмів їх інгібуючої дії на полум’я, і вони стали базовими при розробці лабораторного методу дослідження вогнегасної ефективності порошків та їх бінарних сумішей в умовах гасіння полум’я газоповітряної суміші з перемінною концентрацією кисню. На рис. 1 показана блок-схема лабораторно-дослідної установки з визначення вогнегасної ефективності порошків в умовах гасіння полум’я газоповітряної суміші з перемінною концентрацією кисню.
Для кожного експерименту робоча газоповітряна суміш (концентрація газу, кисню та азоту) регулюється відповідними кранами і контролюється за допомогою відповідних ротаметрів. Контрольна дослідна маса порошку зважується на аналітичних вагах і засипається через лійку у вікно ежектора. Проведенням серії експериментів визначається мінімальна маса порошку, здатна надійно гасити полум’я при відповідних робочих параметрах.
При плануванні проведення експериментів для однозначності прийняття висновків стосовно дії порошків на полум’я у фіксованих умовах прийнято рішення кожний експеримент із визначення мінімальної вогнегасної маси порошку повторювати не менше 10 разів. Вибір кількості паралельних вимірів обумовлений необхідною точністю та величиною допустимою відносної похибки. Кількість паралельних вимірів визначається з формули:
(1),
де - коефіцієнт Стьюдента, який залежить від довірчої ймовірності () і числа ступенів свободи (), - точність вимірів, або довірчий інтервал, - стандартне відхилення, - число вимірів. Стандартне відхилення визначаємо за формулою:
= (2),
де - номер окремого виміру, - середнє арифметичне вимірюваної величини; - окреме значення вимірюваної величини.
З (1 і 2) маємо:
(3).
Тоді число вимірів, необхідних для досягнення потрібної точності, визначаємо з:
= (4).
Для десяти паралельних вимірів ( = 10) число ступенів свободи () дорівнює 9; довірчу ймовірність () приймаємо рівною 0,95. Тоді дорівнює 2,26. Точність вимірів (довірчий інтервал) наважок на аналітичних терезах () – 0,0001 г; така ж сама різниця між величиною середнього й окремого вимірів (). Із (4) маємо:
=
Аналогічне число вимірів потрібне і при визначенні наважок на аналітичних мікротерезах з їх точністю 0,00001 г. Оскільки n = 5,68, то навіть шести вимірів достатньо для обгрунтованого визначення мінімальної вогнегасної маси порошку.
Для інтерпретації результатів експериментального визначення вогнегасної ефективності бінарних порошкових сумішей використана методологія фізико-хімічного аналізу: метод судження про взаємодію речовин за залежністю властивостей системи від її складу. Цей метод добре використовувати з побудовою діаграм із геометричним відтворенням відношення: “склад – властивість” системи, дослідження геометричних зв’язків якої відтворює її фізико-хімічні властивості.
Відтворюючи результати експериментів у вигляді діаграм “вогнегасна ефективність – концентрація компонентів”, за положенням відповідної кривої визначається характер спільної вогнегасної дії компонентів бінарної суміші. Позитивне відхилення експериментальної кривої від прямої адитивності свідчить про синергізм спільної дії компонентів, а негативне, відповідно, - про антагонізм.
Для бінарних сумішей із порошків, властивості яких поєднуються неадитивно, ступінь відхилення від адитивності доцільно оцінювати за коефіцієнтом неадитивності Кн, який визначається з відношення вогнегасної ефективності суміші, визначеної в результаті експерименту, до ефективності цієї ж суміші, розрахованої за правилом адитивності.
У ТРЕТЬОМУ розділі наведено результати експериментальних досліджень щодо визначення характеру зміни вогнегасної ефективності порошків та їх бінарних сумішей залежно від концентрації кисню в газоповітряному середовищі зони горіння.
В ролі об’єкта досліджень використовувалися вогнегасні порошки на основі бікарбонату натрію (ПСБ-3), на основі фосфату амонію (П-2АП) та на основі хлориду калію (ПХ). Дослідні зразки цих порошків відповідають технічним умовам та державному стандарту ДСТУ 3105-95.
Для забезпечення максимальної достовірності результатів дослідження проводились у два етапи. На першому етапі визначався орієнтовний діапазон мінімальних мас порошків, здатних гасити полум’я, при відповідному фіксованому співвідношенні азоту до кисню, а на другому етапі проводились уточнюючі дослідження щодо визначення їх мінімальних (порогових) значень. Після визначення мінімальної (порогової) маси порошку вираховувалося її зворотне значення, що є критерієм вогнегасної ефективності (Е) порошку в умовних одиницях, та проводилася статистична комп’ютерна обробка результатів із побудовою діаграми зміни вогнегасної ефективності порошків (рис. 2 та рис. 3) залежно від відношення азоту до кисню в газоповітряному середовищі.
Результати експериментальних досліджень із достатньою достовірністю (коефіцієнт кореляції має значення 0,979 і вище) свідчать, що в умовах зменшення концентрації кисню в газоповітряному середовищі вогнегасна ефективність порошків (Е) значно покращується і перебуває в лінійній залежності від зміни відношення азоту до кисню N2/O2, тобто:
Е = К0 + К1 (5),
де К0 і К1 – відповідно, вільний член та кутовий коефіцієнт лінійної залежності.
Експериментальні графіки рис. 2 також наочно підтверджують явне збільшення вогнегасної ефективності досліджених порошків при зменшенні концентрації кисню в газоповітряному середовищі.
У газоповітряних середовищах із підвищеним вмістом кисню вогнегасна ефективність порошків (Е) перебуває в поліноміальній залежності від величини відношення азоту до кисню, про що з високою достовірністю (коефіцієнт кореляції має значення 0,990 і вище) свідчать результати експериментальних досліджень, проілюстровані відповідними графіками на рис. 3, тобто:
Е = а0 + а1 + + аn (6),
де а0, а1 аn – коефіцієнти, n – степінь полінома, яка для вищевстановленої залежності дорівнює 3.
В інтервалі співвідношень N2/O2 від3,76 до 3,32 в межах похибок вимірів вогнегасна ефективність порошків практично не змінюється. Оскільки при подальшому збільшенні концентрації кисню (в інтервалі співвідношень N2/O2 від 3,32 до 2,2) вогнегасна ефективність порошків апроксимується кубічною залежністю, то для чотирифакторної моделі для статистичної достовірності з довірчою ймовірністю не менше 95% для кожної кривої визначалося 16 експериментальних точок.
Дослідження залежності вогнегасної ефективності бінарних порошкових сумішей від їх складу та зміни концентрації кисню в газоповітряному середовищі оцінювалося за коефіцієнтом неадитивності (Кн).
Для визначення коефіцієнта неадитивності КН використана така методика.
Для кожного значення визначалася різниця між та , тобто
(7),
де – вогнегасна ефективність бінарної суміші, відповідно, експериментальна та теоретична. Оскільки:
то
(8),
де .
Тоді, відповідно до визначення,
(9),
де – корінь рівняння;
(10).
Оскільки практично найбільш часто , то рівняння (10) спрощується до:
тоді
(11),
(12).
Оскільки корінь рівняння (10) хextr виражає процентний склад одного з компонентів у бінарній суміші, то розв’язання рівняння (10) показує, що величина хextr лежить в інтервалі значень(46,154,6)%, а це значить, що
(13),
де n – число порошкових сумішей, для яких експериментально визначалася вогнегасна ефективність.
Комп’ютерна статистична обробка експериментальних результатів проведена за допомогою пакета Math Cad 7.0. Ступінь адекватності моделей оцінювався:
(14),
де Emi(x), Eеі(x) – величина вогнегасної ефективності, визначена для i-го варіанта суміші, відповідно, за допомогою регресійної моделі та за результатами експериментів; – математичне очікування вогнегасної ефективності:
(15).
Зі статистичного аналізу встановлено, що показник R2 має значення 0,952 і вище, що свідчить про високий ступінь адекватності відповідної математичної моделі:
Еэ(х) = а0 + а1х + а2х2 (16).
Статистичний аналіз величин коефіцієнтів неадитивності (Кн), проведений із комп’ютерним програмним забезпеченням, вказує на наявність лінійної залежності його величин від концентрації кисню (відношення азоту до кисню N2/О2) в газоповітряному середовищі, тобто:
Кн = К0 + К1 (17).
На діаграмі рис. 4 чітко виділенні дві області значень коефіцієнтів неадитивності: область А, де Кн > 1; область Б, де Кн < 1.
Якщо Кн > 1, то порошкові компоненти в суміші проявляють синергізм спільної вогнегасної дії, а якщо Кн < 1, то вогнегасна здатність компонентів у суміші носить антагоністичний характер.
Із графіків рис. 4 чітко видно, що тільки одна із досліджених бінарних сумішей проявляє неадитивні синергічні властивості при припиненні горіння в умовах збільшення концентрації кисню в газоповітряному середовищі, ця суміш в середньому 50% на 50% складається із порошків ПСБ-3 та ПХ.
У ЧЕТВЕРТОМУ розділі приведено обгрунтовані рекомендації щодо впровадження експериментальних досліджень у практику пожежогасіння та протипожежного захисту об’єктів.
Встановлені закономірності підвищення вогнегасної здатності порошків в умовах зниження концентрації кисню дозволяють розширити можливості ефективного застосування комбінованого пожежогасіння розбавленням газоповітряного середовища інертними газами з одночасним інгібуванням осередків горіння порошками.
Застосування систем пожежогасіння інертними газами обмежуються розмірами захищаємих приміщень та необхідністю забезпечення безпеки людей в умовах зниження концентрації кисню. При застосуванні комбінованого пожежогасіння достатньо розбавити газоповітряне середовище азотом до мінімальних безпечних для життя людей концентрацій кисню (до 14-16 % (об.)) і більш ефективно використовувати порошки для інгібування осередків горіння. Значну перспективу для застосування в таких комбінованих системах протипожежного захисту об’єктів має технологія та обладнання для регулювання газового складу повітря в приміщеннях на основі полімерних мембран (розробка Українського науково-дослідного інституту волокон, м. Київ).
Враховуючи, що при використанні генераторів вогнегасного аерозолю знижується концентрація кисню в приміщенні, а також наявність синергізму спільної дії порошкових компонентів на основі бікарбонату натрію та калійхлоридній основі, пропонується комбіноване застосування аерозольних систем для локалізації пожеж класів А, В і С з одночасним гасінням осередків горіння порошками ПСБ-3 або ПХ. Така тактика пожежогасіння може бути ефективною при гасінні великих та складних пожеж малочисельними гарнізонами пожежної охорони.
Гасіння пожеж та запобігання вибухам у середовищі з підвищеним вмістом кисню носить проблемний характер, тому що процес горіння в таких умовах характеризується великими швидкостями та високими температурами, супроводжується детонацією, негорючі речовини в умовах підвищеного вмісту кисню здатні інтенсивно горіти, що, в свою чергу, потребує надійних, швидкодіючих та високоефективних засобів пожежогасіння. Аналіз результатів експериментальних досліджень показує, що порошки на основі бікарбонату натрію (ПСБ; ПСБ-3; ПСБ-3М), а також на основі амофосу (П-1А; П-2АП; П-4АП; П-2АПМ) можна ефективно використовувати для гасіння пожеж в умовах відношення азоту до кисню в межах 2,35-2,45, тобто при концентрації кисню не більше 28-30% (об.). Порошки на калійхлоридній основі здатні ефективно припиняти горіння при відношенні азоту до кисню в межах до 2,05-2,15, тобто при концентрації кисню не більше 31-33% (об.). Із графіків рис. 3 наочно видно, що найбільш ефективно в середовищах із підвищеним вмістом кисню можуть використовуватись порошки на калійхлоридній основі.
Бінарні порошкові суміші на основі бікарбонату натрію та хлориду калію в співвідношенні 1:1 (50 % на 50 %) мають значно кращу ефективність для пожежогасіння в середовищах із підвищеним вмістом кисню, ніж окреме їх використання в аналогічних умовах.
Слід окремо відзначити, що всі вищевказані порошки та їх бінарні суміші можуть з відповідною ефективністю використовуватись для інгібування процесу горіння середовища з підвищеною концентрацією кисню і є малоефективними для флегматизації вибухонебезпечного середовища в аналогічних умовах.
Для розбавлення концентрації кисню в газоповітряному середовищі ефективно можна використовувати аерозольні вогнегасні суміші, які залежно від виду горючих речовин здатні швидко знизити концентрацію кисню:
від 30 % (об.) до 23-25,5 % (об.);
від 40 % (об.) до 25-31 % (об.);
від 60 % (об.) до 35-38 % (об.).
Враховуючи наявність синергізму вогнегасної спільної дії порошків на основі бікарбонату натрію і хлориду калію та вогнегасної основи аерозольних сполук, пропонується для пожежогасіння в середовищах із концентрацією кисню від 30% (об.) до 60% (об.) використовувати комбіноване пожежогасіння за рахунок максимально досяжної флегматизації середовища аерозольними сполуками з одночасним інгібуванням процесу горіння вищевказаними порошками.
ВИСНОВКИ
У дисертації наведене теоретичне узагальнення нового вирішення наукового завдання з визначення особливостей та встановлення закономірностей зміни вогнегасної ефективності порошків при гасінні полум’я газоповітряного середовища із зменшеним та підвищеним вмістом кисню, врахування яких розширює та покращує можливості їх використання в пожежогасінні та протипожежному захисті об’єктів.
На основі аналізу лабораторних методів визначення вогнегасних властивостей порошків створено лабораторну установку та розроблено методику з дослідження вогнегасної ефективності порошкових сумішей при гасінні газоповітряного полум'я з перемінною концентрацією кисню.
Експериментально встановлено наявність лінійної закономірності збільшення вогнегасної ефективності промислово вироблюваних порошків (ПХП-2АППСБ-3) при інгібуванні полум'я в умовах послідовного зниження концентрації кисню в газоповітряному середовищі.
Досліджено та експериментально підтверджено наявність поліноміальної залежності зміни вогнегасної ефективності порошків (ПХП-2АППСБ-3) при інгібуванні полум'я газоповітряного середовища з підвищеним вмістом кисню і встановлено, що порошки на основі хлориду калію проявляють найкращу ефективність у таких умовах.
Розроблена математична модель та методика визначення коефіцієнта неадитивності дозволяють оцінювати залежність вогнегасної ефективності бінарних порошкових сумішей від їх складу та зміни концентрації кисню в газоповітряному середовищі полум’я.
Встановлено та експериментально підтверджено, що бінарна суміш порошків на основі бікарбонату натрію та хлориду калію проявляє синергічний ефект при інгібуванні полум'я газоповітряного середовища з підвищеним вмістом кисню, а порошки на основі фосфатів амонію в бінарних сумішах з порошками на основі хлоридів калію або бікарбонату натрію проявляють антагоністичний ефект в аналогічних умовах.
Розроблено пропозиції щодо підвищення ефективності пожежогасіння інгібуванням газоповітряного полум'я порошками з одночасною флегматизацією горючого середовища інертними газами або генераторами вогнегасного аерозолю.
Розроблено обгрунтовані пропозиції щодо гасіння пожеж у киснезбагачених середовищах вогнегасними порошками або їх бінарними синергічними сумішами, а також комбіноване пожежогасіння порошками та генераторами вогнегасного аерозолю.
Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в таких роботах.
1. Тищенко О.М. Аналіз лабораторних методів дослідження вогнегасної здатності порошків. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. Вып. № 4. – Харьков: ХИПБ МВД Украины. – 1998. – С. 194-196.
2. Тищенко О.М. Дослідження ефективності вогнегасних порошків при гасінні газоповітряних сумішей з перемінною концентрацією кисню. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. Вып. № 4. – Харьков: ХИПБ МВД Украины. – 1998. – С. 197-200.
3. Тищенко А.М. Исследование эффективности бинарных смесей огнетушащих порошков с повышенным содержанием кислорода. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. Вып. № 5. – Харьков: ХИПБ МВД Украины. – 1999 . – С. 193-195.
4. Тищенко А.М. Комбинированное пожаротушение инертными газами с одновременным ингибированием очагов горения порошковыми смесями. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. Вып. 6. – Харьков: ХИПБ МВД Украины – 1999 – С. 159-162.
5. Тищенко А.М. Экспериментальное обоснование применения порошков для пожаротушения в кислородобогащенных средах // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. – Спец. Вып. – Харьков: ХИПБ МВД Украины, 1999. – С. 31-32.
6. Тищенко А.М. Некоторые аспекты изменения компонентов при производстве огнетушащих порошков. // Материалы научно-практической конференции “Современные проблемы тушения пожаров”. – Москва: ВНИИПО МВД РФ. – 1999. – С. 254-256.
7. Жартовский В.М., Тищенко А.М. Неаддитивный характер пламеподавления бинарными порошковыми смесями в средах с повышенным содержанием кислорода. // Материалы ХV научно-практической конференции “Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков”. – Москва: ВНИИПО МВД РФ. – 1999. – С. 251-253.
8. Жартовский В.М., Тищенко А.М. Огнетушащая эффективность порошков при подавлении углеводородного пламени с переменным содержанием кислорода. // Материалы научно-практической конференции “Современные проблемы тушения пожаров”. – Москва: МИПБ МВД России. – 1999. – С. 38-40.
9. Тищенко О.М. Дослідження процесу подрібнення в технології виробництва вогнегасних порошків. // Всеукраїнський щоквартальний науково-технічний журнал “Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту” №2. – 1998. – С. 9-10.
10. Тищенко О.М. Екологічні аспекти при виробництві та використанні вогнегасних порошків. // Матеріали ІV Міжнародної науково-практичної конференції “Екологія і освіта: питання теорії та практики”. – Черкаси: ЧОІПОПП. – 1998. – С. 226-227.
11. Тищенко О.М. Використання некондиційних вогнегасних порошків в якості мінеральних добрив. // Матеріали ІV Міжнародної науково-практичної конференції “Екологія і освіта: питання теорії та практики”. – Черкаси: ЧОІПОПП. – 1998. – С. 224-225.
12. Тищенко О.М., Шульгін Ю.В. Товщина насипного шару активних компонентів вогнегасних порошків – важливий робочий параметр барабанно-роликових млинів. // Матеріали ІІІ науково-практичної конференції “Пожежна безпека”. – К.: УкрНДІПБ МВС України. – 1997. – С. 298-299.
13. Тищенко О.М., Шульгін Ю.В. Дослідження деяких напрямків покращення технології виробництва вогнегасних порошків. // Матеріали ІІІ науково-практичної конференції “Пожежна безпека”. – К.: УкрНДІПБ МВС України. – 1997. – С. 292-293.
14. Дядченко А.И., Тищенко А.М. Снижение горючести пенопластов на основе новолачных фенолформальдегидных олигомеров. // Матеріали ІV науково-практичної конференції “Пожежна безпека”. Науковий збірник. Частина 2. – Черкаси: ЧІПБ МВС України. – 1999. – С. 7-8.
15. Дядченко А.И., Тищенко А.М. Основные направления в снижении дымообразования при горении полимерных материалов. // Матеріали ІV науково-практичної конференції “Пожежна безпека”. Науковий збірник. Частина 2. – Черкаси: ЧІПБ МВС України. – 1999. – С. 5-6.
16. Тищенко О.М. Лабораторні дослідження вогнегасної здатності порошків в умовах гасіння газоповітряного полум’я з різною концентрацією кисню. // Матеріали ІV науково-практичної конференції “Пожежна безпека”. Науковий збірник. Частина 1. – Черкаси: ЧІПБ МВС України. – 1999. – С. 182-184.
17. Тищенко О.М. Деякі санітарно-екологічні проблеми виробництва та використання вогнегасних порошків. // Матеріали ІV науково-практичної конференції “Пожежна безпека”. Науковий збірник. Частина 1. – Черкаси: ЧІПБ МВС України. – 1999. – С. 180-182.
Тищенко О.М. Визначення особливостей зміни вогнегасної ефективності порошків при гасінні полум’я газоповітряного середовища з перемінним вмістом кисню. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 21.06.02 – Пожежна безпека. Харківський інститут пожежної безпеки МВС України, Харків, 2000.
На розробленій експериментальній установці встановлено, що при зменшенні вмісту кисню в газоповітряному середовищі вогнегасна ефективність порошків зростає і перебуває в лінійній залежності від його концентрації. При збагаченні киснем газоповітряного середовища вогнегасна ефективність порошків змінюється в поліноміальній залежності від його концентрації. Встановлено, що порошки ефективно інгібують полум’я при концентраціях кисню в межах 30-33%, найбільш ефективні в таких умовах порошки на основі хлориду калію. Розроблено математичну модель із визначення коефіцієнта неадитивності, який характеризує залежність вогнегасної ефективності бінарних порошкових сумішей від їх складу та зміни концентрації кисню. Встановлено, що бінарна суміш порошків на основі бікарбонату натрію та хлориду калію в межах рівнозначних співвідношень проявляє неадитивні синергічні властивості і з максимальною ефективністю інгібує полум’я газоповітряного середовища з перемінним вмістом кисню.
Ключові слова: вогнегасний порошок, вогнегасна ефективність, інгібітор, бінарна суміш, неадитивність, синергізм, антагонізм.
Tischenko A.М. Definition of features of change of extinguishing efficiency of dusts at damping a flame gas-air mixture of medium with the variable contents of oxygen. - Manuscript.
A disertation for the scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 21.06.02 - Fire safety. The Kharkov Fire Safety Institute of the Ministry of Internal Affairs of Ukraine, Kharkov, 2000.
On the designed trial type is established, that at reduction kept in repair oxygen in gas-air mixture to medium the extinguishing efficiency of dusts increases and is in linear dependence from its concentration. At oxygen enrichment gas-air mixture of medium the extinguishing efficiency of dusts changes in polynomial relation to its concentration.
It is established, that the dusts effectively inhibit a flame at concentrations of oxygen in limits 30-33 %, most effective in such conditions dusts on the basis of chloride of potassium. The mathematical model for definition of a factor of nonadditivity is designed, which one characterizes relation of extinguishing efficiency of binary powder mixtures to their structure and change of concentration of oxygen. It is established, that the binary mixture of dusts on the basis of Sodium hydrogenum and chloride of potassium in limits of equivalent ratio shows nonadditivity synergetic properties and with a peak efficiency inhibits a flame gas-air mixture of medium with a variable of kept in repair oxygen.
Key words: an extinguishing dust extinguishing efficiency, inhibitor, binary mixture, nonadditivity, synergy, antagonism.
Тищенко А.М. Определение особенностей изменения огнетушащей эффективности порошков при подавлении пламени с переменным содержанием кислорода. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 – Пожарная безопасность. Харьковский институт пожарной безопасности МВД Украины, Харьков, 2000.
Диссертация посвящена определению особенностей и установлению закономерностей изменения огнетушащей способности порошковых составов в зависимости от содержания кислорода в газовоздушной среде пламени с целью более эффективного их применения в пожаротушении и противопожарной защите объектов.
Анализ научно-технических и патентных источников показал, что на современном этапе наиболее перспективным способом повышения огнетушащей способности порошков является усиление их ингибирующих свойств путем поиска и подбора новых, более эффективных ингибиторов. Однако в настоящее время, с учетом комплекса требований, предъявляемых к порошкам и ограничивающих круг пригодных для этих целей веществ, этот путь практически исчерпан. Поэтому определение особенностей и установление закономерностей изменения огнетушащей эффективности порошков и их бинарных смесей в зависимости от концентрации кислорода в газовоздушной среде пламени позволит производить селективный подбор компонентов порошковых составов с усиленным суммарным ингибирующщим эффектом.
На основании анализа известных методов определения огнетушащей эффективности порошков разработана лабораторная установка горелочного типа (с горелкой Бунзена), на которой, в соответствии с принятой методикой, спланированы и проведены экспериментальные исследования по определению особенностей и установлению закономерностей изменения огнетушащей эффективности порошков и их бинарных смесей в условиях снижения и повышения концентрации кислорода в газовоздушной среде пламени.
Результаты экспериментальных исследований с высокой статистической достоверностью указывают на наличие четко выраженной линейной зависимости огнетушащей эффективности порошков от содержания кислорода в условиях снижения его концентрации в газовоздушной среде пламени. Установление закономерностей возрастания огнетушащей эффективности порошков в условиях снижения концентрации кислорода позволяет расширить возможности комбинированного пожаротушения порошками с одновременным разбавлением горючей среды инертными газами.
С достаточной статистической достоверностью экспериментально установлено, что в кислородобогащенных средах огнетушения эффективность порошков изменяется в полиномиальной зависимости при увеличении концентрации кислорода в газовоздушной среде пламени. Результаты экспериментов показывают, что порошки на основе фосфата аммония, а также на основе бикарбоната натрия могут с достаточной эффективностью использоваться для пожаротушения в средах, обогащенных кислородом, при его объемной концентрации до 28-30%, а порошки на основе хлорида калия в аналогичных условиях оказались наиболее эффективными и могут использоваться при объемных концентрациях кислорода до 31-33%.
Зависимость огнетушащей эффективности бинарных порошковых смесей от их состава и концентрации кислорода в газовоздушной смеси пламени определялась и оценивалась по коэффициенту неаддитивности, который представляет собой отношение пламеподавляющей эффективности порошковой смеси, определенной экспериментально, к теоретической эффективности того же состава, рассчитанной по правилу аддитивности с помощью регрессионной модели. То, что показатель погрешности R2 имеет значения выше 0,952, позволяет утверждать о высокой степени адекватности математической модели.
Анализ результатов исследования указывает, что бинарная смесь, состоящая из порошков на основе бикарбоната натрия и хлорида калия, обладает неаддитивными синергическими свойствами как в условиях повышенных, так и пониженных концентраций кислорода в газовоздушной смеси пламени, причем пик ее огнетушащей эффективности находится в области приближения к равнозначности масс обоих компонентов (Хextr лежит внутри интервала 46,1% ? 54,6%), т. е. когда порошковая смесь в среднем 50% на 50% состоит из приведенных выше компонентов. То, что вышеуказанная бинарная порошковая смесь обладает значительно большим ингибирующим эффектом, чем ее отдельные компоненты, имеет приоритетное значение при разработке технических решений средств и систем противопожарной защиты, когда технические условия ограничивают их максимальную массу. Кроме того, при ее применении в серийно выпускаемых средствах пожаротушения значительно улучшаются их тактические возможности при неизменных технических параметрах.
В результате исследований установлено, что порошки на основе фосфатов аммония в бинарных смесях с порошками на основе бикарбоната натрия, а также хлорида калия проявляют антагонизм в огнетушащем действии по сравнению с огнетушащей эффективностью отдельных компонентов, поэтому не рекомендуется их смешивать в средствах пожаротушения и системах противопожарной защиты объектов.
Ключевые слова: огнетушащий порошок, огнетушащая эффективность, ингибитор, бинарная смесь, неаддитивность, синергизм, антагонизм.