Авторы: С.В. Афанасьев, Ю.В. Шевченко (Тольяттинский госуниверситет),
Е.В. Трофимова, Г.И. Мерзликина (ОАО «Тольяттиазот»)Опубликовано в журнале Химическая техника №2/2017
Для производства большинства производимых в России пенообразователей, содержащих фторированные поверхностно-активные вещества (ПАВ), используется зарубежное сырье. Проблемы экологии, связанные с их применением (токсичность, канцерогенность), обсуждаемые в США и европейских странах, требуют решения и в России. Фторированные ПАВ, входящие в состав пенообразователей, являются биологически неразлагаемыми продуктами, которые попадают в почву и водоемы и, не подвергаясь биораспаду бактериями на очистных сооружениях, способны нанести колоссальный вред окружающей среде [1].
По указанной причине их рекомендуют применять на тех объектах, где нельзя без них обойтись. В соответствии с рекомендациями ВНИИПО МЧС РФ израсходованный на тушение пожара пенообразователь должен быть собран и отправлен на завод для переработки или на полигон захоронения химических отходов.
Согласно ГОСТ 50588 фторированные пенообразователи подразделяются на две группы – синтетические и на протеиновой основе. Представители каждой из них имеют достоинства и недостатки В последние годы предпочтение отдается первым, так как они более стабильны при хранении.
Огнетушащие свойства фторорганических ПАВ основаны на применении пен низкой и средней кратности, которую получают с помощью пеногенераторов определенной конструкции путем подачи на них пенообразователя и воды в требуемой пропорции.
В 2000 г. в ОАО «Тольяттиазот» был построен агрегат метанола мощностью 400 000 т/год, на котором особую пожарную опасность представляют склад метанола
и отделение компрессии синтез-газа. И в том, и другом случае проектом было предусмотрено использование импортного фторорганического ПАВ на протеиновой основе типа FFFP марки «Полипетрофильм», который должен обеспечивать получение пены средней кратности. В соответствии с этим была поставлена задача разработки пеногенератора, а также изучения свойств указанного пенообразователя в процессе его длительного хранения в условиях знакопеременных температур.
и отделение компрессии синтез-газа. И в том, и другом случае проектом было предусмотрено использование импортного фторорганического ПАВ на протеиновой основе типа FFFP марки «Полипетрофильм», который должен обеспечивать получение пены средней кратности. В соответствии с этим была поставлена задача разработки пеногенератора, а также изучения свойств указанного пенообразователя в процессе его длительного хранения в условиях знакопеременных температур.
В патентной литературе имеется описание некоторых пеногенерирующих устройств.
Определенный интерес представляет конструкция пеногенератора, предложенная авторами патента [2]. Она включает корпус с пакетом сеток, диффузор, входной и выходной патрубки, камеру предварительного смешения с устройством для получения пеновоздушной смеси. Полость диффузора заполнена волокнистым материалом, а камера предварительного смешения дополнительно содержит полое кольцо с отверстиями на внутренней стенке в виде сопл. Устройство для получения пеновоздушной смеси представляет собой турбинки (не менее двух на одной оси в отверстии полого кольца) с возможностью их вращения в противоположные стороны. Сопла расположены тангенциально или под острым углом к касательной обода каждой турбинки, в нижней части камеры предварительного смешения установлен патрубок подвода сжатого воздуха. Число сеток Y в пакете выбрано из уравнения Y = Kx + 1 (здесь x – размер отверстий сеток, мм; K – постоянный коэффициент, зависящий от соотношения размера отверстий в сетках и числа сеток, равный 82,7).
Эффективность данного устройства определяется числом сеток и расстоянием между ними, что создает определенные трудности при сборке изделия и при получении пены средней кратности. Кроме того, при использовании нефторированных ПАВ получаемая пена недостаточно эффективна для ликвидации пожаров внутри производственных помещений.
Указанное обстоятельство было учтено авторами работы [3] при усовершенствовании конструкции пеногенератора. Предложенное ими устройство включает короб с закрепленным в нем узлом распылительных сопл с завихрителями потока поступающего пенообразователя, расположенных под определенным углом к плоскости их вращения, при этом по периметру сопл может быть установлена перфорированная труба для подачи инертного газа в пространство между узлом распылительных сопл и сетчатым рассекателем формирующейся пены. Рассекатель изготовлен в виде сетчатой гофры и содержит 64000 прямоугольных ячеек размером 3´3 мм.
Как видно из рисунка, усовершенствованный пеногенератор включает цилиндрический или прямоугольный короб 1 с закрепленным на кронштейне 2 узлом распыления раствора пенообразователя 3 в виде симметрично расположенных сопл 4, установленных под углом 45…60° к плоскости их вращения и снабженных завихрителями потока 5, а также трубками поступления пенообразователя 6.По периметру их вращения смонтирована перфорированная труба 7 для дополнительной подачи инертного газа (например, СО2) в пространство между узлом распылительных сопл и рассекателем формирующейся пены 8, имеющим форму сетчатой гофры 9. Проведенными исследованиями установлено, что ввод диоксида углерода существенно повышает огнетушащие свойства фторорганического ПАВ.
Предлагаемое пеногенерирующее устройство работает следующим образом.
С помощью стационарного насоса или пожарной машины на сопла пеногенератора поступает вода под давлением 0,6 МПа с расходом 160…170 л/мин и одновременно с этим в перфорированную трубу начинают подавать диоксид углерода из емкости или сети в количестве до 5 м3. При установившихся потоках воды и CO2 открывают вентиль на линии подачи фторорганического пенообразователя марки «Полипетрофилм», который образует с водой 6–8%-ный раствор. При его выходе из сопл они приобретают вращательное движение с образованием факела брызг, который с углекислым газом трансформируется в устойчивую пену, заполняющую пространство короба пеногенератора. При прохождении пены через ячейки рассекателя происходит процесс ее калибровки, что придает ей дополнительную устойчивость при хранении.
Образованию тонкодисперсного факела брызг способствует наличие в соплах завихрителей пенообразователя.
Объем образующейся пены составляет 13,2 м3/мин., что позволяет отнести ее к пене средней кратности (отношение объема пены к объему жидкой фазы, израсходованной на ее формирование, равно 75).
Рассмотренная конструкция пеногенератора сегодня внедрена на ряде пожароопасных объектов ОАО «Тольяттиазот» и ООО «Томет» [4].
Авторами установлено, что кратность получаемой пены во многом определяется сроком хранения взятого фторорганического ПАВ. Для подтверждения этого были отобраны укрупненные образцы пенообразователя «Полипетрофильм», хранившегося 15 лет на площадке ОАО «Тольяттиазот», и проведены их расширенные аккредитационные испытания во ВНИИПО МЧС РФ.
Результаты испытаний пенообразователя «Полипетрофильм» по ГОСТ 50588
(в числителе приведены нормативные значения,
в знаменателе – после хранения)
в знаменателе – после хранения)
| Концентрация, % | 6/6 |
| рН | 6,5…8,5/8,1 |
| Температура застывания, °С | Не выше –15/Ниже –30 |
| Поверхностное натяжение, мН/м | Не более 17/16,4 |
| Кратность пены низкой кратности | Не более 20/6,5 |
| Кратность пены средней кратности | Не менее 40/30 |
| Коэффициент растекания водного раствора пенообразователя по поверхности н-гептана при 200°С,мН/м |
Не менее 0,3/0,09 |
|
Время тушения н-гептана, подачей пены низкой кратности
в слой горючего, с |
Не более 41/45 |
| Время тушения ацетона пеной средней кратности на питьевой воде (стендовая установка), с | Не более 120/168 |
Как видно, фторорганический пенообразователь с указанным сроком хранения не соответствует требованиям ГОСТ 50588 по ряду важнейших характеристик и не пригоден для тушения горючих жидкостей, смешивающихся с водой (метанол, карбамидоформальдегидный концентрат и др.). Это указывает на необходимость проведения периодических испытаний фторорганического ПАВ данной марки, хранящегося при знакопеременных температурах в герметичной полимерной таре.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод, что разработано пеногенерирующее устройство, позволяющее получать пены низкой и средней кратности со стабильными характеристиками. Установлено также, что в процессе длительного хранения фторорганического пенообразователя на протеиновой
основе он теряет свою способность к получению пены средней кратности, что обусловливает необходимость проведения периодических аккредитационных испытаний.
основе он теряет свою способность к получению пены средней кратности, что обусловливает необходимость проведения периодических аккредитационных испытаний.
Список литературы
1. Афанасьев С.В., Трифонов К.И. Физико-химические процессы в техносфере. Учебник. Самара: Сам. научн. центра РАН. 2014. 195 с.
2. Патент на изобретение RU №2122889. МПК: B 01F3/04. Пеногенератор.
3. Патент на полезную модель RU №129821. МПК: A 62
C 5/00.Пеногенератор.
C 5/00.Пеногенератор.
4. Афанасьев С.В. Пожарная безопасность технологических процессов. Учебное пособие для вузов. Самара: Сам. научн. центр РАН. 2015. 521 с.
