Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические основы развития и тушения пожаров. Практикум для СПО
.pdf
разделяющих газовые ячейки, уменьшается, ячейки утрачивают сферическую
Газ
Газ
Газ
Газ
Газ
Газ
ж
жг
ж
п
п
V
VV
V
V
K
п
п
1
K
K
форму и трансформируются в многогранники, причем форма многогранников
может быть различной. Для газовых пузырьков высококонцентрированных
монодисперсных пен наиболее характерна форма пентагонального додекаэдра
двенадцатигранника, каждая сторона которого представляет собой правильный
пятиугольник (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Схема строения ячейки высококонцентрированной пены
Количественной характеристикой содержания в пене жидкой фазы является
ее кратность. Кратностью пены называется отношение объема пены Vп к объему
жидкой фазы Vж, из которой она получена:
. (3.3)
Если кратность пены ≤ 30 пены называют жидкими или низкой кратности,
при кратности 30−200 − средней кратности и при Kп> 200 − высокой кратности.
Пены с кратностью выше 500 получили название “сухих”. При пожаротушении
оптимальной является кратность используемых пен от 60 до 150.
Газосодержание и кратность пены связаны между собой соотношением:
(3.4)
Вязкость пены характеризует ее способность к растеканию и оценивается
коэффициентом динамической вязкости
, либо напряжением сдвига.
Коэффициент динамической вязкости возрастает с увеличением кратности пены и
ее дисперсности.
Плотность пены зависит от соотношения газовой и жидкой фаз и может
изменяться от 0.5
.
до значений, близких к
ж
(
и
г
ж
плотности жидкой и
г
газовой фаз). Пены, используемые для тушения пожаров, обычно имеют плотность
510 кг/м3 и меньше.
44
41
Продолжительность огнетушащего действия пены определяется ее
)
о
п
/(
разр.
п
.разр
VVJ
разр.
п
V
о
п
V
разр.
1
п
J
S
ж.п.
).
п
,
окр.
1
,
ж.п.
,
п
1
(
п
D
tK
fS
стойкостью. В реальных условиях при тушении пожара пена разрушается как в
результате термического воздействия факела пламени, испаряющего жидкостные
прослойки, так и за счет деформации пузырьков при ее движении. Процесс
разрушения пены количественно может быть охарактеризован интенсивностью
разрушения, которая определяется по формуле:
, (3.5)
где Δ
изменение объема пены за промежуток времени
;
начальный объем пены.
Размерность интенсивности разрушения − с−1, что не очень удобно. Поэтому
чаще пользуются величиной обратной интенсивности разрушения устойчивостью
пены, Sп, под которой понимают способность сохранять некоторое время объем,
дисперсность, и сопротивляемость синерезису, т.е. отделению воды и межфазному
расслаиванию:
. (3.6)
Устойчивость пены оценивают по времени, в течение которого из пены
выделяется 50 % жидкой фазы, из которой она получена, т.е. это время
образования 50 % отсека. Устойчивость пен может колебаться от нескольких
минут до нескольких часов. К стойким относят пены, не разрушающиеся более
10−20 минут.
Устойчивость пены зависит от многих факторов, но следует выделить
основные: кратность пены (Kп), толщина жидкостной прослойки пузырька
,
температура окружающей среды t
, дисперсность пены Dп:
окр.
(3.7)
Пены средней и высокой кратности обладают преимуществом перед
низкократными при тушении жидких углеводородов. Они имеют меньшую
плотность, и поэтому менее вероятно их погружение вглубь горючего. Кроме того,
пенами средней и высокой кратности можно осуществлять не только
поверхностное, но и объемное тушение (кабельных каналов, подвалов). Наиболее
широкое применение находят первые из них с кратностью от 30 до 200 в связи с их
большей устойчивостью. При очень высокой кратности (выше 500) огнетушащая
способность пены уменьшается, в первую очередь за счет снижения ее
термической стойкости. На рис. 3.2 приведены зависимости устойчивости одного
45
42
из видов противопожарных пен от их кратности при различных температурах
Кратность пены
Устойчивость пены, с
0 250
500
750
50
100
150
150
0
600
0
300
0
450
0
nп
кр.
кр.
SK
H
J
окружающей среды.
Рис 3.2. Зависимость устойчивости противопожарных пен от их кратности
при различных температурах окружающей среды
Видно, что время устойчивого состояния пен уменьшается строго
пропорционально их кратности, а повышение температуры окружающей среды со
150 до 600 оС снижает этот показатель для всех видов пен примерно в 5−6 раз.
В то же время увеличение дисперсности для тех же видов пен повышает их
устойчивость и, следовательно, огнетушащую эффективность. Так, уменьшение
среднего диаметра газовых пузырьков с 6.7 мм до 2.0 мм повышает устойчивость
пены в 3−4 раза.
Тушение пеной может быть достигнуто лишь при подаче на горящую
поверхность такого минимального по толщине ее слоя, через который горючие
пары практически не проникают в зону горения. Такая толщина слоя называется
критической, и она определяет интенсивность критической подачи пены J
Критическая толщина Н
рассчитывается с учетом давления упругих паров
кр.
кр.
горючей жидкости, диаметра газовых пузырьков, плотности и энергии сдвига
пены. В результате критическая интенсивность подачи пены с учетом ее кратности
и устойчивости. находится из выражения:
. (3.8)
43
46
Для обеспечения быстрого и надежного тушения пожара используется
кр.п.
3.2 JJ
величина нормативной (оптимальной) интенсивности подачи раствора пенообразователя Jн, которая в 2.3 раза больше критической Jкр:
. (3.9)
Следует помнить, что с увеличением площади пожара повышается удельный
расход огнетушащего средства на единицу площади, что приводит и к увеличению
интенсивности ее подачи. Это объясняется скоплением пены в местах слива и
связанным с этим ухудшением равномерного распределения ее по площади очага
горения.
Вторая причина, вызывающая увеличение интенсивности подачи связана с
ухудшением изолирующей способности пены, находящейся в движении. Для
сравнения пена, находящаяся в статическом состоянии несколько плотнее. Однако
переход к такому состоянию обычно занимает не менее 10 с.
47
44
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. Опыт №1.
Определение кратности и стойкости среднекратной воздушно-механической
пены, полученной из пенообразователя общего назначения. Схема
экспериментальной установки приведена на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Вид установки для опыта №1
48
45
Пена
Объем, л
Высота
слоя пены,
м
Время разрушения,
мин
пены
раствора
25%
75%
Среднекратная
НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ
1. Установка состоит из стеклянного сосуда и электрической мешалки.
2. Рабочий раствор пенообразователя.
Прядок выполнения опыта
1. Налить в сосуд рабочий раствор пенообразователя, концентрацию
которого необходимо узнать у преподавателя.
2. Поставить сосуд на площадку электрической мешалки и опустить
корпус мешалки.
3. Перемешать раствор в течении 10 секунд.
4. При достижении верхнего уровня пены отметки 25 % начать отсчет
времени разрушения пены до отметки 75 %.
5. Измерить расстояние (в м) между отметками 25 и 75% объема пены.
Записать время разрушения и расстояние в таблицу.
6. Записать результаты в таблицу:
Таблица 3.1
2. Опыт №2
Определение оптимального удельного расхода на тушение воздушномеханической пены, полученной из пенообразователя общего назначения. Схема
экспериментальной установки приведена на рис 3.4.
49
46
Концентрация пенообразователя
Время т тушения, с
Расход Q пены, л/с
Установка состоит из штатива с лапкой, на которой установлена воронка с
изменяемым диаметром.
1. Проделать пункты 1-3 из первого опыта.
2 Налить в очаг пожара ГЖ и зажечь ее.
3 Включить секундомер и приступить к тушению.
4 Отметить время тушения.
5 Результаты испытаний записать в таблицу:
Рис 3.4 Вид установки для опыта №2
Порядок выполнения опыта
Таблица 3.2
50
47
3. Содержание отчета по лабораторной работе
Пена
Кратность,
Газосодержащие,
Дисперсность,
м
-1
Коэффициент
стойкости,
мин/м
Средне кратная
Горючая
жидкость
Концентрация
пенообразователя
в растворе
т, с
J, с л/см2
q, л/см2
1. Название лабораторной работы.
2. Цель работы.
Опыт №1.
1. Схема и описание лабораторной установки.
2. Рассчитать кратность по формуле для средне кратной пены.
3. Рассчитать коэффициент стойкости средне кратной пены по формуле.
4. Оценить дисперсность пены.
5. Занести результаты вычислений в таблицу:
Таблица 3.3
6. Выводы.
Опыт№2.
1. Схема лабораторной установки.
Рассчитать интенсивность подачи J пены на тушение по формуле:
J = Q / F, л/(см2с), (3.10)
где, Q - расход пены на тушение, л/с;
F - площадь горящей поверхности ГЖ, см2
2. Рассчитать удельный расход пены q на тушение по формуле (3).
3. Занести полученные данные в таблицу:
Таблица 3.4
4. Выводы.
51
48
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чём заключается механизм прекращения горения жидкости пенами?
2. Какую роль играет разрушение пены в процессе тушения горючих
жидкостей?
3. Чем различаются процессы, протекающие при тушении жидкостей
пенами, полученными из пенообразователей разных видов?
4. Что такое критическая и оптимальная интенсивности подачи? Чем
определяются их значения для пенообразователей разных видов?
5. Какие параметры пены определяют её огнетушащую эффективность?
6. Каков физический смысл удельного расхода? От чего зависит
удельный расход?
52
49
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. РАСХОД НЕЙТРАЛЬНОГО ГАЗА
НА ТУШЕНИЕ ГОРЮЧЕЙ ЖИДКОСТИ В ЗАКРЫТОМ
ПОМЕЩЕНИИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1. Определить оптимальный удельный расход нейтрального газа на тушение
горючей жидкости.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Объемное тушение пожаров основано на создании в защищаемом объеме
среды, не поддерживающей горения. В качестве огнетушащих веществ при этом
используют нейтральные газы: диоксид углерода (СО2), азот (N2), водяной пар
(Н2О), гелий (Не) и аргон (Ar). Часто их называют инертными газами, что не
совсем корректно. Собственно инертными являются только Не и Ar. Остальные
способны вступать в различные химические реакции и являются инертными только
по отношению к компонентам конкретной реагирующей смеси.
При использовании таких огнетушащих веществ тушение пламени наступает
в результате снижения его температуры до температуры потухания. Это
происходит в результате снижения скорости тепловыделения в зоне химической
реакции за счет:
- уменьшения числа активных соударений.
- непосредственного охлаждения зоны горения.
Эффективность нейтральных газов как огнетушащих веществ зависит не
только от способности разбавлять газовую среду (так как эта способности
одинакова у всех газов), но и от способности их молекул поглощать энергию, т.е.
от теплоемкости. Из данных, приведенных в табл. 4.1, следует, что самым
эффективным среди этих газов является наиболее теплоемкий СО2.
Кроме того, скорость распространения пламени по перемешанной смеси в
присутствии нейтральных газов зависит от интенсивности передачи тепла из зоны
реакции в свежую горючую смесь. Чем ниже теплопроводность смеси, тем меньше
скорость распространения пламени. Поэтому огнетушащая способность
нейтральных газов определяется не только теплоемкостью, а соотношением
теплоемкости и теплопроводности – ср/λ (см. табл. 4.1).
53
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]