ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ “ПІДШАРОВОГО” ПОЖЕЖОГАСІННЯ В РЕЗЕРВУАРАХ З НАФТОПРОДУКТАМИ

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-технічної задачі – вдосконаленню технології підшарового пожежогасіння в резервуарах з нафтопродуктами. Незважаючи на значний прогрес технологій, у тому числі й у сфері пожежної безпеки, пожежі рідин у резервуарах з нафтою і нафтопродуктами залишаються одними з найскладніших для ліквідації. Підшаровий спосіб гасіння таких пожеж є найбезпечнішим для особового складу рятувальників, протипожежної техніки та обладнання. Для його реалізації використовують саме піноутворювач (пінний концентрат) із фторованими стабілізаторами, водний розчин якого здатен самовільно розтікатись, покривати поверхню нафти і нафтопродуктів тонкою плівкою, яка пригнічує дифузію горючих парів. На сучасному етапі розвитку нашої країни дослідженню цього питання приділено недостатньо уваги. Викладено проблеми гасіння пожеж в резервуарах, а також особливості їх ліквідації подаванням робочих розчинів фторсинтетичних піноутворювачів під шар горючої речовини. Під час виконання дисертаційної роботи були використані: комплексний метод досліджень, який включав аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень з питань розроблення і застосування водопінних вогнегасних речовин; гравіметричний метод для дослідження впливу інгібіторів корозії на корозійну активність робочих розчинів піноутворювачів; фізико-хімічні методи – термодинамічний; метод обробки статистичних даних; методи математичного моделювання для теоретичної оцінки параметрів руху затоплених струменів піни низької кратності в резервуарі із нафтопродуктом, які будуть оптимальними для транспортування піни крізь шар пального на його поверхню. Спроектовано експериментальну установку для моделювання пожеж в резервуарах. Проведено дослідження з визначення вогнегасної ефективності ряду піноутворювачів вітчизняного виробництва під час підшарового гасіння резервуарів. Згідно планування експериментів для визначення оптимальної інтенсивності та тиску в системі підшарового подавання робочих розчинів піноутворювачів загального і спеціального призначення для гасіння бензину необхідно провести не менше 4 дослідів. Визначено тривалість гасіння нафтопродуктів, а також експериментально визначено інтенсивності подавання робочих розчинів піноутворювачів загального і спеціального призначення: для гасіння горіння бензину (0,1 л/м2·с-1) та дизельного палива (0,08 л/м2·с-1). Проаналізовано відповідність інтенсивностей до нормативних значень. Встановлено, що чинні вітчизняні нормативні документи потребують змін щодо інтенсивності подавання робочих розчинів піноутворювачів при підшаровому гасінні нафти і нафтопродуктів в резервуарах. Визначено, що у разі використання піноутворювачів загального призначення для гасіння горіння бензину і дизельного палива підшаровим способом, необхідна більша інтенсивність подавання, ніж з використанням фторсинтетичних піноутворювачів (не менше 0,135 л/м2·с-1). Причиною є наявність у піноутворювачах спеціального призначення фторвуглеводневого компонента, який надає піні інертності до вуглеводних речовин, а також здатності утворювати плівку, яка розтікається по поверхні пального і значно зменшує швидкість його випаровування. Під час гасіння реальних пожеж вертикальних сталевих резервуарів з нафтою та нафтопродуктами підшаровим способом використання піноутворювачів загального призначення є неможливим, оскільки в резервуарі зі значною висотою піна, генерована з робочого розчину піноутворювача цього типу, руйнується під впливом вуглеводнів. За результатами гасіння бензину підшаровим способом визначено, що тривалість руйнування піни на основі піноутворювача загального призначення після гасіння становила до 6 хвилин, а на основі плівкоутворювального піноутворювача – більше 12 хвилин. Спроектовано установку для дослідження швидкості підйому піни низької кратності крізь шар нафтопродукту, адже від неї напряму залежить швидкість гасіння пожеж у вертикальних сталевих резервуарах. Встановлено залежність швидкості підйому піни низької кратності крізь шар дизельного палива від тиску в системі: із збільшенням тиску подавання, швидкість підйому пропорційно зростає. Розроблено математичну модель руху затопленого невільного пінного струменя в середовищі моторного палива, яка адекватно описує реальні фізичні процеси, що відбуваються під час підшарового гасіння пожеж у вертикальних сталевих резервуарах. Визначено параметри руху затоплених струменів піни низької кратності в резервуарі з нафтопродуктом, які будуть оптимальними для транспортування піни через товщу палива на його поверхню. Визначено, що початкова швидкість руху затопленого пінного струменя характеризується значним згасанням: від 36 до 1,5 м/с із подальшим її зростанням завдяки дії сили Архімеда. Високі значення початкової швидкості струменя призводять до руйнування піни і відповідно гіршого гасіння пожежі: збільшення початкової швидкості пінного струменя із 10 до 18 м/с приводить до 50 % втрати піни. Зменшення початкової швидкості пінного струменя за заданої інтенсивності подавання слід здійснювати шляхом збільшення відповідної кількості пінних струменів із початковою швидкістю в діапазоні від 2 до 3 м/с. Встановлено, що значення енергії турбулентності затопленого пінного струменя є основним чинником руйнування піни. Відношення максимальних значень енергії турбулентності пінних струменів близьке до 10 (9,88), а відношення відповідних їм значень товщини піни на поверхні нафтопродукту в баку близьке до 3 (2,57), тобто присутня нелінійна залежність між значенням енергії турбулентності пінного струменя та руйнування піни в ньому. Пінні струмені слід розміщувати по колу радіуса, за якого б зберігався їх взаємний вплив, а швидкість збірного пінного струменя не перевищувала б рекомендованих для конкретного нафтопродукту максимальних значень (3 або 6 м/с). Це призводить до покращення стійкості руху збірного струменя, зменшення руйнування піни в процесі її переміщення та недопущення виносу палива на поверхню горіння. Зроблені від реалізації математичної моделі рішення повністю узгодились з результатами, отриманими під час експериментальних досліджень з гасіння макетної пожежі класу В в установці, яка є зменшеним варіантом резервуара РВС-5000. Наведено результати експериментального дослідження впливу інгібіторів корозії алкілімідозоліну і алкілімідозоліну М на корозійну активність робочих розчинів піноутворювачів загального та спеціального призначення. Описано методику визначення ефективності цих інгібіторів корозії. Виявлено, що швидкість корозії металевих пластин, які витримували в розчинах з алкілімідозоліном і алкілімідозоліном М, значно менша, ніж без інгібітора. Залежно від виду піноутворювача, інгібітор алкілімідозолін зменшує швидкість корозії у 1,9-3,5 раза, а алкілімідозолін М – у 5-18,2 раза. За результатами випробувань з’ясовано, що за змінної температури корозійна активність робочих розчинів піноутворювачів більша, ніж із випробуваннями при кімнатній температурі. Додаванням інгібітора корозії алкілімідозоліну М до піноутворювачів «Барс S-1» та «Пірена» у герметично закритих корпусах вогнегасників протягом 30 діб встановлено, що додавання алкілімідозоліну М зменшує швидкість корозії у 1,4-1,7 раза. Результати дослідження можуть бути використані для розробки водопінних вогнегасників, а також під час експлуатації стаціонарних систем пінного пожежогасіння. Удосконалено методику розрахунку основних параметрів системи гасіння резервуарів з нафтою і нафтопродуктами: додано розрахунок сил і засобів для підшарового способу подавання робочих розчинів піноутворювачів. Наведено приклади розрахунку для резервуара типу РВС-10000, згідно із запропонованою нами методикою, а також методикою, описаною у вітчизняних нормативних документах. Визначено, що запас піноутворювача при підшаровому гасінні згідно із запропонованою нами методикою, становив 15,15, що більш, ніж у 2 рази менше, ніж для поверхневого гасіння стволами ГПС-600. Розраховано технічні параметри системи гасіння резервуарів з нафтою і нафтопродуктами підшаровим способом для різної тривалості гасіння, типів резервуарів та видів палива, що зберігаються в них. Наукова новизна одержаних результатів полягає у розкритті особливостей гасіння резервуарів з нафтопродуктами із застосуванням ряду піноутворювачів вітчизняного виробництва підшаровим способом. Вперше експериментально встановлено нормативні інтенсивності подавання робочих розчинів ряду піноутворювачів загального і спеціального призначення вітчизняного виробництва для гасіння горіння бензину та дизельного палива підшаровим способом. Вперше змодельовано за допомогою програмного продукту SolidWorks Flow Simulations параметри руху затопленого невільного пінного струменя в середовищі моторного палива, які адекватно описують реальні фізичні процеси. Вперше встановлено вплив інгібіторів корозії алкілімідозоліну та алкілімідозоліну М на корозійну активність робочих розчинів піноутворювачів загального та спеціального призначення. Вперше за результатами визначення таких показників якості палива цетановий індекс, густина, температура спалаху, а також фракційний склад встановлено, що дизельне паливо, яке піддавалося гасінню із застосуванням плівкоутворювальних піноутворювачів, може бути придатним до використання за призначенням. Обґрунтовано зміни та доповнення до вітчизняних нормативних документів, що стосуються нормативних інтенсивностей подавання робочих розчинів піноутворювачів. Таким чином, була вирішена актуальна науково-технічна задача – вдосконалення технології підшарового пожежогасіння в резервуарах з нафтою та нафтопродуктами.