Процесс взаимодействия пены с нефтепродуктом при под( ном тушении резервуаров анализируется в работе [74].

Вывод основных количественных соотношений базируется анализе материального баланса и механизма термического разрушу ния частично «загрязненных» пен.

Модель процесса тушения нефтепродуктов в резервуарах представляется последовательной очередностью стадий, из которых в качестве определяющего выделен процесс самоочищения пен при формировании пенного слоя на поверхности горящей жидкости.

Капли углеводорода стабилизируются молекулами ПАВ и пятствуют их слиянию. В результате нагрева водной пленки молекуль! ПАВ десорбируются с поверхности капель углеводородов, и они сливаются при контакте, образуя крупные капли, которые всплывают к пленками. Под действием теплового потока от факела пламени пельки горючей жидкости испаряются, тем самым питают парами неф- тепродукта зону горения.

Предложено соотношение для оценки степени загрязнения! пены в зависимости от поверхностно-активных свойств пенообразователей.

Если учесть, что при заданной интенсивности подачи пены на поверхность выносится пропорциональное ему количество горюче жидкости -у8 , то с учетом интенсивности процесса самоочищения пенного слоя формула представлена в виде:

где - показатель механического захвата горючей жидкости пеной [71].

Уравнение для определения периода времени термической! релаксации загрязненной пены дано в виде:

(2.8)

где v„-удельная массовая скорость термического разрушения пены; jo - удельная массовая скорость синерезиса; к - кратность пены;

плотность раствора пенообразователя; Cf- концентрация фто-

рованного ПАВ в растворе пенообразователя.

Таким образом, из предложенной модели послойного разрушения частично «загрязненных» пен следует, что минимальное время шения определяется периодом термической стабилизации пен, торый в свою очередь зависит от концентрации фторированного компонента в составе пенообразователя; чем больше его концентрация, тем меньше период термической стабилизации пены.

Вопросу влияния степени загрязнения пены на ее огнетушащую эффективность также уделено особое внимание в работе [73].

Самопроизвольное растекание горючего по пенной эмульсии может быть предотвращено, если поверхностное натяжение водного раствора не превысит сумму поверхностного напряжения углеводорода и межфазного напряжения границы ГЖ - раствор ПАВ.

Оуд кт/ы 3,6

Рис. 2.28. Зависимость времени тушения (1 - 3) и удельного расхода пены (4 - 6) от интенсивности подачи пены, при тушении бензина марки А-76, пенообразователем (ПО) «Универсальный». 1,6 - 10% ПО; 2,4 - 5% ПО; 3,5 - 3% ПО

0,02 0,04 0.06 0,08 0.10 Интенсивность полачи пены, кг/м J, кг/мс

В этом случае горючее будет вытесняться из пенной эмульсии. Возможность солюбилизации углеводорода возрастает, если наряду с фторированными ПАВ используются углеводородные ПАВ, способные растворяться в маслах (малорастворимые соединения), либо концентрация углеводородных ПАВ становится настолько большой, что в растворе наряду со смешанными мицеллами образуются агрегаты чисто углеводородных ПАВ, которые способны растворить нефтепро-Дук1ы.

Процесс солюбилизации сопровождается перераспределение ПАВ между соприкасающимися фазами и послойным разрушение пенной эмульсии, которое в свою очередь ведет к образованию пенной эмульсии, масла в воде.

Микроскопическое эмульгирование происходит интенсивнее в системах с очень низким межфазным натяжением, что характерно для смеси ПАВ с большим содержанием углеводородного стабилизатора. Эмульсия хорошо захватывается пеной и целиком выносится с нею на поверхность горящей жидкости.

Эмульгирование является следствием потери пеной устойчивости, которая в данной ситуации обусловлена избыточным содержанием углеводородного и пониженным содержанием фторированного ПАВ.

Формирование переходного эмульсионного слоя на границе между водным раствором и горючей жидкостью ведет к потере части стабилизатора, который концентрируется в эмульсии при прохождении пены и оказывается бесполезно утраченным в процессе тушения.

Таким образом, степень «загрязнения» пены горючей жидкостью можно выразить следующим выражением:

Y = AS, + BV/S„ (2.9)

где: у - степень «загрязнения» пены горючей жидкостью; А -коэффициент, учитывающий сорбцию и эмульгирование горючего пеной; уд - удельная поверхность контакта пены с горючим; В - коэффициент, учитывающий диаметр резервуара, кратность пены, способ ввода пены в резервуар; V- скорость подъема пены, S„ - поверхность тушения, м.

Величина общего «загрязнения» пены горючей жидкостью не должна превышать 20-22%. При такой степени «загрязнения» пена сохраняет свои огнетушащие свойства. i

В работе [73] пенный слой в процессе тушения рассматривается как составной, включающий верхний - изолирующий, свободный от горючего, и нижний - динамический, в котором пенные капл разделены прослойками нефтепродукта.

Величина динамического слоя будет тем больше, чем выше интенсивность подвода пенной порции и чем медленнее происходит слияние капель в сплошной пенный слой. Общая толщина слоя дается формулой

H = K, + h (2.10)

изолирующий слой пены, м; /j„„ - динамический слой

пены, м-

Величина динамической части пенного слоя зависит от суммы интенсивности подачи пены, интенсивности слияния пенных капель и интенсивности потери пены;

h„ = m-iv. + v), (2.11)

.др. размерный коэффициент пропорциональности, зависящий

от величины капиллярного давления в пене и коэффициента растекания на границе «раствор - горючее», мскг; 3 - интенсивность поступления пены к пенному слою, кг-м--с; г; - интенсивность слияния пенных капель, кг-м-с; - интенсивность потерь пены, кг-м--с.

2.8. Анализ движения жидкости в поверхностном слое при подслойной подаче воздуха

Вопрос об интенсивности движения жидкости в поверхностном слое был основным в серии работ школы Блинова - Худякова [2- 4]. От решения этой проблемы зависела возможность оптимизации процесса тушения тяжелой нефти, температура вспышки которых выше, чем у окружающей среды.

Экспфиментальные исследования механизма формирования восходящего потока и скорости движения поверхностного слоя жидкости при подслойной подаче пены исследовали на установке, схема которой показана на рис. 2.29.

Для тушения такой нефти достаточно снизить температуру на горяшей поверхности до температуры вспышки, что достигалось простым перемешиванием верхних и нижних слоев нефти, при подаче воздуха в основание резервуара.

Необходимо найти количественную взаимосвязь между расходом подаваемого в слой горючего, воздуха и скоростью движения поверх-ностного слоя нефти.

Некоторые результаты экспериментальных измерений представлены на рис. 2.30-2.35. Профиль распределения скорости жидкости и ее зависимость от расстояния, а также тангенс угла раскрытия струи представлены на рис. 2.30.

22,4 м

Рис. 2... Схема эксперимеь тальной установки для измерения скорости потока вблизи свободной поверхности (Копия установки из работы [2])

При достеточно высокой скорости движения поверхностного слоя элементарный объем всплывающей нефти не успевает нагреться до температуры вспышки, поэтому горение прекратится.

Исследователями [2-4] было установлено, что скорость жидкости на оси струи восходящего потока остается неизменной при расстоянии более 50 см.

В работах определена зависимость скорости движения поверхностного слоя жидкости от величины расхода воздуха. Результаты исследований движения жидкости при подслойной подаче воздуха показаны на рис. 2.32 и 2.33.

h, см

U, см,с

Рис. 2.30. Про фили ПОЛЯ скоросте в вертикальной стру при перемешивани жидкости воздухе (диаметр насадка 2 мм, расход воздуха 2,1 л/сек)

40 60 80 г, см

Расчетные соотношения, предлагаемые авторами [2-4], для ко-

личественного описания интенсивности объемного и поверхностного движения жидкости от величины расхода воздуха представлены ниже. .Расход жидкости в струе, увлекаемой воздухом - U:

U=a(s + hf tga(q, g/h)"\ (2.12)

.Расход жидкости в поверхностном слое - G:

G ~ b q/Xih+hyh-) (2.13)

.Время пробега элемента жидкости в слое - г:

IT = (V/2-10-y-3«, (2.14)

где: ip = iyiq„higlvy. (2.15)

Обозначения использованных символов; 5 - расстояние до насадка; hg - расстояние от насадка до начального сечения струи; Q - угол расширения внешней границы струи; а - безразмерный коэффициент, зависящий от диаметра насадка; q„ - расход воздуха; g - ускорение свободного падения; h - высота слоя жидкости в резервуаре; b - коэффициент пропорциональности; гр - безразмерный параметр; v - кинематическая вязкость. Расход жидкости в поверхностном слое описывается эмпирической формулой (2.13), причем функция G = (p{q„) меняется в зависимости от положения диапазона измерений (рис. 2.34).

Скорость движения поверхностного слоя характеризовали вре-менш пробега элемента жидкости от оси струи до борта (рис. 2.35.). Оказалось, что чем больше толщина слоя жидкости, тем выше скорость движения в поверхностном слое.

В начальном участке эта зависимость практически линейна, на среднем участке расход пропорционален q, а при больших расходах воздуха, соответствует формуле (2.13.). Поэтому использование этих результатов должно соответствовать условиям эксперимента [2-3].

Из обзора следует, что в последние 15-20 лет в практику противопожарной защиты резервуаров внедряется новая система, которая позволяет вводить пену низкой кратности непосредственно в слои горючей жидкости у основания резервуара. 2.9 Механизм тушения пламени ГЖ пеной Механизм тушения горючих жидкостей пеной во многом определяется природой горючего, составом и свойствами компонентов пенообразователя, структурой пены и способом подачи ее в процес- тушения.