национальный исслед овательский томский политехнический университет
 Скачать 1.99 Mb.
|
|
2.3.4. Виды пенообразователей по природе основного поверхностно- активного вещества Все промышленно изготавливаемые и продаваемые на рынке пенообразователи помимо прочего обозначаются по природе главного поверхностно-активного вещества. По природе ключевого ПАВ пенообразователи обозначаются на: протеиновые; искусственные углеводородные; фторсодержащие. Базу протеиновых пенообразователей сочиняют продукты гидролиза животного возникновения, этих как рога, копыта, перья и пр. Главными плюсами пенообразователей этого вида считается невысокая цена, сравнительно высочайшие стойкость и термическая стабильность пены. Ключевые недочеты – низкая огнетушащая способность и непродолжительный срок хранения. Фтор протеиновые пенообразователи (FP) fluoric protein производятся методом прибавления Особых фтор химикатов к протеиновой базе. Добавка фтор химикатов содействует увеличению текучести пены и, таковым образом, несколько делает лучше огнетушащую способность. Фтор протеиновые пленкообразующие пенообразователи (FFFP) film forming fluoric protein включают в собственный состав достаточное число фторсодержащих поверхностно-активных веществ (ФПАВ), чтоб образовывать узкую водную пленку на плоскости каких-либо углеводородов. Эти пенообразователи имеют чрезвычайно высочайшие характеристики устойчивости пены и сравнительно высочайшие характеристики огнетушащей способности. Фтор протеиновые пленкообразующие спиртоустойчивые пенообразователи (FFFP AR) film forming fluoric protein alcohol resistant включают в собственный состав помимо ФПАВ Особые спиртоустойчивые соединения, дозволяющие образовывать полимерную пленку на плоскости углеводородов причем даже полярных жидкостей растворимых в воде. Эти пенообразователи имеют чрезвычайно высочайшие характеристики стойкости пены и самую высшую огнетушащую способность. Выход в свет фторированных пленкообразущих искусственных и протеиновых пенообразователей дает возможность использовать пену невысокой кратности для тушения горючих жидкостей на великих площадях. Возникающий пенный слой обеспечивает долгую локализацию плоскости горючего. Базу искусственных пенообразователей (S) synthetic оформляют углеводородные ПАВ. Главное использование – генерирование пены центральной и высочайшей кратности для тушения пожаров в урезанных местах. Для них характерен долгие срок хранения. Искусственные водные пленкообразующие пенообразователи (AFFF либо A3F) aqueous film forming foam – композиция фторированных ПАВ и углеводородных ПАВ. Образуют водную пленку на плоскости всех углеводородов. Водные растворы таковых пенообразователей имеют необыкновенно невысокое поверхностное натяжение, что делает возможность образование аква пленок на плоскости углеводородного горючего. Она чрезвычайно проворно распространяется по плоскости пылающего топлива и дает возможность резко локализовать и потушить пожар класса В. В отличие от обрисованных выше, пенообразователи этого вида имеют все шансы отлично употребляться в роли смачивающей присадки для тушения пожаров класса А (обычно в еще наименьшей от номинала концентрации). Рабочие растворы этих пенообразователей замечательно смачивают и освежают материалы класса А, тушат глубоко залегающие пожары, остужают пламенеющие резервуары. Вспомогательное превосходство – долгие срок хранения. Искусственные спиртоустойчивые пленкообразующие пенообразователи (AFFF AR или же A3F AR) aqueous film forming foam alcohol resistant делаются на синтетической базе в композиции с фторированными ПАВ и спиртоустойчивыми агентами, формирующими полимерную пленку. Эти пенообразователи работают так же, как и простые пленкообразующие пенообразователи при тушении пожаров углеводородов, но при контакте с полярной жидкостью наблюдается образование полимерной пленки, которая оберегает пенный покров от разрушительного действия спиртов. Самая высочайшая огнетушащая способность и стойкость к обратному возгоранию присуще непосредственно данной группе пенообразователей. Почти все из них подходящи для получения пены невысокой, центральной и высочайшей кратности при применении надлежащего оборудования, владеют долгим сроком хранения. Они успешно используются на объектах увеличенного риска, этих как хим, нефтеперерабатывающие компании, нефтехранилища и суда морского флота и имеют все шансы работать как для тушения пожаров, так и для локализации аварийных выбросов химикатов и каких-либо сжиженных газов с помощью наличия полимерной пленки и в соответствии с этим больших характеристик стойкости пены. В таблице 9 приведены обычные эксплуатационные качества для всевозможных классов пенообразователей обрисованных выше. Таблица 9 – Эксплуатационные качества для различных классов пенообразователей Тип пенообразователя (в сокращении) Класс огнетушащей способности Степень стойкости к повторному возгоранию Способность к пленкообразованию AFFF 1 В Да AFFFAR 1 А Да FFFP 1 В Да FFFPAR 1 А Да FP 2 А Нет FPAR 2 А Нет S 3 С Нет SAR 3 С Нет Р 3 В Нет PAR 3 В Нет Все вышеуказанные пенообразователи, классифицирующиеся по природе ПАВ, возымели обширное использование в мире. Каждый из этих видов имеет собственные отличительные свойства, что обязаны предусматриваться пользователем в момент выбора важного огнетушащего препараты для защиты точного объекта. Каждый из пенообразователей в зависимости от числа и качеств, содержащихся в нем компонентов, быть может морозоустойчивым, пленкообразующим или же спиртоустойчивым. Иные типы пенообразователей, такие как РAR (protein, alcohol resistant), SAR (synthetic, alcohol resistant), FP AR (fluoric protein, alcohol resistant) считаются узкоспециализированными и, как правило, делаются чрезвычайно не часто и как правило применяются для защиты явных объектов. Рассматривая в роли объекта защиты технологические производства, нужно применять Особые полярные пенообразователи (AR), что не сносятся при контакте с водорастворимыми горючими жидкостями. Метод получения и подачи таковых пен во многом схож с пленкообразующими фторированными пенами, но конкретная подача под слой полярных жидкостей не видится вероятной. Эксплуатационные качества, отмеченные выше в таблице 9, типичны для всех пенообразователей, впрочем высококачественные характеристики точного пенообразователя имеют все шансы превышать или же ниже в зависимости от способностей производителя и целевого назначения пенообразователя. При выборе пенообразователя следует знать настоящий класс огнетушащей возможности и степень стойкости к повторному возгоранию, потому что такие эти получаются лишь методом огневых тестирований и с высочайшей степенью точности отображают качество пенообразователя. 2.3.5. Стабилизация свойств пенообразователей и контроль качества Стабилизация – система событий, нацеленных на сбережение начальных пенообразующих и огнетушащих качеств пенообразователей и их растворов. Для сохранения параметров пенообразователей и их растворов при хранении и эксплуатации необходимо: - при исследованию составов пенообразователей учитывать содержание компонентов, снижающих отрицательное действие процесса гидролиза (разложение ПАВ под действием воды), коррозии материала емкости, воздействия бактерий; - строго блюсти технологический регламент при промышленном производстве пенообразователей, начиная с выбора и ревизии качества начального сырья и заканчивая кропотливой проверкой норм технических требований, установленных в нормах тех. документации на пенообразователь; скрупулезно исполнять все требования, предъявляемые к чистоте тары при перевозке пенообразователей (выбор материала тары, неимение отпечатков нефтепродуктов). Сбережение эксплуатационных данных ряда пенообразователей достигается кроме того методом присадки Специализированных хим компонентов: карбамида (мочевины), гидроксида натрия, триэтаноламина, тетрабората натрия (буры), полифосфатов, ингибиторов коррозии. При поступлении пенообразователя с предприятия-изготовителя на базу или же склад надлежит выяснить присутствие документа предприятия- изготовителя о проверке качества продукта, состояние тары и поступившего продукта. Нужно будет отобрать пробу (по ГОСТ 2517-85) и подтолкнуть ее на тестирования. Тесты ведутся профессионалами испытательной пожарной лаборатории (ИПЛ). Контроль качества пенообразователя целенаправлено проводить по последующим показателям: водородному показателю, кратности и устойчивости пены центральной кратности, показателю смачивающей возможности, времени тушения при установленной интенсивности подачи. При получении неудовлетворительных эффектов даже по 1 показателю по нему проводят повторные тесты из удвоенной выборки. 2.3.6. Требования безопасности и охраны окружающей среды Согласно уровню влияния на человеческий организм и здоровье пенообразователи ПО-6К, ПО-ЗАИ, САМПО относятся к 3-му классу опасности (вещества умеренно опасные); пенообразователи ПО-ЗНП, ТЭАС, ПО-6ТС, ПО-6НП, «Морской», ФОРЭТОЛ, «Универсальный» – к 4-му классу опасности (вещества мапоопасные). Пенообразователи в концентрированной форме владеют слабыми кумулятивными свойствами, и при контакте с кожными покровами или слизистой оболочкой глаза могут вызвать раздражение. Рабочие смеси пенообразователей безобидны. Составы, имеющие фторированные соединения, владеют слабеньким кумулятивным и кожно- резорбтивным деянием. Научно-технический процесс производства пенообразователей обязан быть механизирован, а оборудование герметизировано. Здание, где ведется работа с продуктом, обязательно должно быть оборудовано общеобменной приточно- вытяжной вентиляцией. При работах, связанных с разгрузкой пенообразователей, промывкой техники и тары, надлежит ликвидировать вероятность попадания состава на кожные покровы, слизистую глаз и в желудочно-кишечный тракт, Коллектив при всем этом обязан быть обеспечен средствами персональной охраны: непромокаемой спецодеждой, резиновыми сапожками, прорезиненными рукавицами либо перчатками, защитными очками и щигками. Для обороны рук идет воспользоваться защитными кремами на подобии «Силиконовый» либо «Ланолиновый». При попадании продукта в глаза или на кожу его надо смыть обильным количеством проточной воды. Пенообразователи неспособны к самостоятельному горению. Пенообразователи ПО-ЗАИ, ПО-ЗНП, САМПО, ПО-6НП, «Морской» имеют все шансы образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при обыкновенной температуре. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе для ПО- ЗАИ и ПО-ЗНП оформляют (53,3 ± 3,1) °С – нижний; (68,3 ± 3,1) °С – верхний; для САМПО и ПО-6НП – (37 + 2) °С – нижний и (59,1 ± 3,2) °С – верхний. В взаимосвязи с данным при обращении с данными пенообразователями возбраняется воспользоваться открытым светом и прочими источниками зажигания. Рабочие растворы пенообразователей пожаровзрывобезопасны. Отмеченные пенообразователи и их растворы не оказывают канцерогенного и мутагенного действия на организм человека. Каждый пенообразователь обязан иметь санитарно-гигиенический паспорт. В процессе эксплуатации и хранения нужно будет использовать меры, исключающие пролив пенообразователей. 3. Анализ влияния жидкофазных огнетушащих составов на человека и окружающую среду Жидкофазные огнетушащие составы, при смешении с водой, которая средствами пожаротушения подается в очаг, под действием высоких температур испаряются и переходят в газовую составляющую. Поэтому, как объект исследования мы рассматриваем газовоздушную смесь, в которой находится человек, в зоне непосредственного воздействия опасных негативных факторов от продуктов горения. 3.1. Условия образования продуктов неполного сгорания и снижение в них концентрации вредных веществ Рис. 8.12. Промежуточные продукты сгорания. При сжигании горючих газов в продуктах сгорания имеют все шансы находиться составляющие как полного (диоксид углерода и водяной пар), но и неполного сгорания (оксид углерода, водород, ненасыщенные, разумеющими углеводороды и сажистые частички). Также, в продуктах сгорания постоянно появляются и оксиды азота. Присутствие товаров неполного сгорания в значимых концентрациях неприемлимо, потому что приводит к засорению атмосферы токсическими субстанциями и к понижению КПД установок, работающих на газовом топливе. Главные предпосылки их Немаленького содержания: • сжигание газов с недостающим численностью воздуха; • плохое смешение горючих газов и воздуха до и в ходе горения; • чрезмерное остывание огне до окончания реакций горения. Для метана реакции горения (в зависимости от сосредоточения воздуха в реагирующей смеси) имеют все шансы быть описаны последующими уравнениями: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 800,9 МДж/моль при стехиометрическом соотношении или же при излишке окислителя; СН 4 + О 2 = СО + Н 2 + Н 2 О + Q и СН 4 + 0,5О 2 = СО + 2Н 2 О + Q при недостатке окислителя. На рис. 8.12 показан приближенный усредненный состав каких-либо промежуточных соединений — водорода, оксида углерода, этилена, ацетилена и относительно маленькое количество сочных и обычнейших ароматических соединений — и диоксида углерода, образующихся в огне при диффузионном горении природного газа (97%). Сжигание газа производилось в ламинарном факеле, газ вытекал из трубки диаметром 12 мм. Общественная вышина огне 130–140 мм. Рис. 8.13. Содержание изначального воздуха, при котором предотвращается образование желтоватых языков в огню. Газ: 1 – коксовый; 2 – естественный газовых месторождений; 3 – тогда же, нефтяных месторождений; 4 – пропан; 5 – бутан. Наибольшая сосредоточение водорода и ацетилена достигается приблизительно на одной высоте огню, они пропадают практически в одно и тоже время в вершине светящейся зоны огне. Из всех образовывающихся в огне переходных соединений (исключая сажистые частицы) оксид углерода исчезает последним. Это выдает причина судить по его индексу о полноте сгорания газа. В продуктах сгорания практически постоянно содержатся оксиды азота, предельная сосредоточение которых встает в зонах активного выгорания оксида углерода и водорода. Горение углеводородных газов с дефектом окислителя приводит к образованию частиц сажи, придающих огня желтоватую окраску. Процесс выгорания сажи проходит стадийно и относительно медлительно. Порой выгорание возникших частиц сажи затягивается и может прекратиться всецело при входе в низкотемпературную область факела либо при омывании огнем теплообменных плоскостей. Таковым образом, присутствие светящегося огню практически постоянно говорит о протекании пиролитических процессов и о возможности химической неполноты сгорания, в специфики в компактных экранированных топках котлов. Рис. 8.14. Сосредоточение оксида углерода в продуктах сгорания в газовой плите. а – горелка с периферийной подачей вторичного воздуха; б – тогда же, с центральной и периферийной подачей вторичного воздуха. 1 – естественный газ, горелка с периферийным подводом вторичного воздуха, расстояние до дна посуды 25 мм; 2–4 – тогда же, горелка с перифейрийным и центральным подводом вторичного воздуха, расстояние до дна посуды, мм: 2 – 25, 3 – 18, 4 – 10; 5 – сжиженный газ, горелка с центральным и периферийным подводом вторичного воздуха, расстояние до дна посуды 25 мм; 6 – тогда же, горелка с периферийным подводом вторичного воздуха. Предотвращение образования сажистых частиц достигается подготовительным смешением углеводородных газов с необходимым численностью окислителя. Содержание изначального воздуха в смеси, при котором встает прозрачное огонь, находится в зависимости не лишь от вида углеводородов, ведь и от критерий смешения с вторичным воздухом (диаметра огневых каналов горелок) (рис. 8.13). На границе и выше кривых огонь прозрачно, а ниже кривых имеет желтоватые язычки. Кривые проявляют, что содержание изначального воздуха в смеси вырастает при повышении количества углеродных атомов в молекуле и диаметра огневых каналов горелок. Коэффициент излишка изначального воздуха α1 в смеси, при котором скрываются желтоватые язычки огня, в зависимости от предписанных моментов быть может определен для небольших огневых каналов горелок: α1 = 0,12 (m + n/4)0,5 (dk/d0)0,25 (8.35) где m и n — количество углеродных и водородных атомов в молекуле или же среднее их количество для трудоемкого газа; dk — диаметр огневых каналов горелки, мм; d0 — эталонный диаметр канала горелки (1 мм). Обеспечивание полноты сгорания в практических условиях — проблема достаточно трудная, зависящая не лишь от принципа сжигания газа, но и от критерий становления огня в топочном размере. Более высочайшие требования по полноте сгорания предъявляются к домашним аппаратам и прочим установкам, сбрасывающим продукты сгорания в атмосферу. Сгорание газа в таковых установках считается более сложным, т.к. соединено с омыванием огнем прохладных теплообменных плоскостей. Для сжигания газа в домашних плитах могут использовать инжекционные многофакельные горелки, образующие гомогенную смесь с коэффициентом излишка изначального воздуха α1 < 1. Отсутствующий для сгорания газа воздух поступает с помощью диффузии из находящейся вокруг атмосферы. На рис. 8.14 приведены схемы 2-конфорочных горелок для домашних газовых плит и усредненная сосредоточение оксида углерода СО в продуктах сгорания природного метана (95 о. %) и пропана (93 о. %) при работе горелок с номинальной тепловой мощностью. Отличие горелок содержится в том, что к одной из них вторичный воздух подводится лишь с периферии, а к другой — как с периферии, так и из центрального канала. Полнота сгорания газа находится в зависимости от коэффициента излишка изначального воздуха в смеси, расстояния от огневых каналов горелки до дна посуды, вида горючего газа, метода подвода вторичного воздуха. При данном повышение содержания изначального воздуха в смеси, и еще повышение расстояния от горелки до дна посуды приводят к понижению сосредоточения оксида углерода в продуктах сгорания. Наименьшая сосредоточение оксида углерода соответствует коэффициенту излишка изначального воздуха α1 = 0,6 и выше и расстоянию от горелки до дна посуды 25 мм, а наибольшая — α1 = 0,3 и ниже и расстоянию от горелки до дна посуды 10 мм. Помимо того, повышение тепловой мощности горелок на 15–20% с помощью увеличения давления газа приводит к резкому увеличению сосредоточения оксида углерода в продуктах сгорания в 1,2–1,3 раза, а с помощью теплоты сгорания газа — в 1,5–2 раза. На выход в свет в ходе горения ароматических соединений — бензола, полициклических бензпирена, безантрацена и др. — надлежит направить специальное внимание, ибо некие из них канцерогенны. Процесс их образования очень труден и проходит стадийно. На первом шаге бывает замечена ацетилен и его производные. В огненной зоне данные препараты претерпевают процессы удлинения цепи с перестройкой тройных углеродных связей на двойные. В эффекте циклизации и дегидратации приводят к выходу в свет всевозможных ароматических соединений, включая полициклические. Эти табл. 8.16 демонстрируют, что при сжигании природных газов с коэффициентом излишка изначального воздуха α1 = 0,6 и выше на ¬обоих ¬типах горелок сосредоточение оксида углерода продуктах сгорания отвечает притязаниям ГОСТ 5542–87. Исследования продемонстрировали, что расстояния меж кромками огневых каналов, обеспечивающие стремительное распространение огня, предотвращающие их соединение, находятся в зависимости от их объема и содержания изначального воздуха в смеси, уменьшаясь с его повышением. Рациональные расстояния меж кромками каналов, обеспечивающие необходимую полноту сгорания газа и прыткое распространение огне, приведены в табл. 8.17. При месторасположении огневых каналов в 2 ряда в шахматном порядке расстояния меж кромками имеют все шансы приниматься по данной же таблице. Расстояния меж рядами при всем при этом обязаны быть в 2–3 раза больше расстояний меж каналами. Обобщение множественных экспериментальных этих разрешило получить усредненные кривые сосредоточения в продуктах сгорания разных компонентов, отменно и количественно характеризующих процесс горения (рис. 8.15). Абсолютное сгорание гомогенной газовоздушной смеси достигается лишь при коэффициенте излишка изначального воздуха α = 1,05 и выше. При убавлении содержания воздуха в смеси, в специфики при α < 1,0, вырастает сосредоточение оксида углерода СО, ацетилена С2Н2, этилена С2Н4, пропилена С3Н6 и пропана С3Н8, также бенз(а)-пирена С20Н9. Кроме того увеличивается сосредоточение и прочих компонентов — водорода, бензола и др. Помимо рассмотренных продуктов незавершенного горения, при сжигании газа практически постоянно встает какое-либо число оксидов азота, образование которых наблюдается в зонах повышенных температур как после окончания главных реакций горения, так и в ходе горения. Предельная сосредоточение NOх встает на конечных стадиях, надлежащих выгоранию газа и интенсивному горению переходных продуктов в форме водорода и оксида углерода. Первичное соединение при горении газовоздушных смесей — оксид азота. Начало цепной реакции соединено с атомарным кислородом, образующимся в зонах повышенных температур с помощью диссоциации молекулярного кислорода: О2 –› 2О — 490 кДж/моль (8.36) О + N2 –› NO + N — 300 кДж/моль (8.37) N + О2 –› 2NO + 145 кДж/моль (8.38) Балансовая реакция N2 + О2 –› 2NO — 177 кДж/моль (8.39) Образование атомарного воздуха наблюдается и при выборочной диссоциации продуктов сгорания: при понижении температуры и наличии воздуха часть возникшего оксида азота (1–3 о. %) окисляется до диоксида азота NO2. Более интенсивно реакция проходит после выхода оксида азота в атмосферу. Главные оказывающие большое влияние факторы: • температура в реакционных зонах; • коэффициент излишка воздуха и время контакта реагирующих компонентов. Температура огне находится в зависимости от хим состава газа, содержания воздуха в газовоздушной смеси, степени ее однородности и теплоотвода из реакционной зоны. Очень вероятная при этой температуре сосредоточение оксида азота, о. %, быть может подсчитана по формуле: NOp = 4,6е-2150/(RT)/√О2N2(8.40) где NOp — равновесная сосредоточение оксида азота, о. %; R — всепригодная газовая постоянная; Т — полнейшая температура, К; O2 и N2 — сосредоточение, о. %, в соответствии с этим воздуха и азота. Рис. 8.15. Сосредоточение оксида углерода, ацетилена, этана, этилена и бенз(а)пирена в продуктах сгорания газа среднего давления в инжекционной горелке. Высочайшая сосредоточение оксида азота, соизмеримая с равновесной, встает при сжигании газа в топках сильных парогенераторов и в высокотемпературных мартеновских, коксовых и подобных печах. В котлах небольшой и центральной мощности, в маленьких нагревательных и термических печах со солидным теплоотводом и небольшим временем присутствия компонентов в высокотемпературных зонах выход оксида азота намного меньше. Помимо того, чем кратче время присутствия реагирующих компонентов в зоне больших температур, тем меньше оксида азота в продуктах сгорания. Отлично кроме того сжигание газа в излучающих горелках и в псевдожиженном слое: в таких случаях наблюдается микрофакельное горение гомогенной газовоздушной смеси с коэффициентом излишка воздуха α=1,05 при очень активном отводе теплоты из реакционной зоны. Сосредоточение оксидов азота при сжигании газа в излучающих горелках составляет в пределах 40, ну а в псевдоожиженном слое — 80–100 мг/м3. Убавление размеров огневых каналов излучающих горелок и огнеупорных зернышек в псевдоожиженном слое содействует понижению выхода оксидов азота. Скопленные эти дозволили применить ряд конфигураций в систему котельно-отопительного оборудования, которые обеспечивают не лишь высочайший КПД и невысокую сосредоточение продуктов неполного сгорания, ведь и сниженный сброс в атмосферу оксидов азота. К данным переменам относятся: • сокращение длины высокотемпературных туннелей и движение горения из них в топки; • применение взамен керамических туннелей стабилизаторов горения в форме тел плохообтекаемой формы либо кольцевого пламени; • организация плоского факела огне с повышенной поверхностью теплоотдачи; • рассредоточение огне с помощью увеличения количества горелок либо применения блочных горелок; • ступенчатый подвод воздуха в реакционную зону; • равномерное распределение тепловых потоков в топке, экранирование топок и их разделение на отсеки экранами; |