Таблица 8.1

Зависимость критической интенсивности (7) и удельного расхода пенообразователя «FC-203» от содержания спирта в смесевом топливе (Гептан-ИПС).

Основное отличие процесса тушения смесевых топлив пенообразователями с полимерным компонентом связано с механизмом стабилизации пены на поверхности горючего. При соприкосновении с горючим пена разрушается и формирует толстый полимерный слой на поверхности горючего. В дальнейшем пена продвигается по полимерному слою, который предотвращает непосредственный контакт пены с агрессивным растворителем.

Наличие полимера в водном растворе, с одной стороны, защищает пену от контакта с растворителям и обеспечивает повышенную устойчивость пены к воздействию теплового потока от пламени, но с другой стороны, повышенная концентрация полимерного компонента снижает скорость самопроизвольного растекания пены из-за ее высокой вязкости.

Оптимизация содержания полимерного компонента в рабочем растворе, из которого образуется пена низкой кратности, приводит к повышению огнетушащей эффективности полимерсодержащих пенообразователей.

Пенообразователи с полимером - полисахаридом представляют собой вязкую жидкость с консистенцией геля. Эти растворы относятся к неньютоновским жидкостям, особенность которых связана с зависимостью эффективной вязкости от скорости течения геля.

Результаты исследований показывают определяющую роль концентрации полимерного компонента в пене. На рис. 8. 12 показаны результаты тушения смесевого топлива пенообразователями «Мус-

СОЛ», и «Гидрал АРЦ» - представителями полимерсодержащих пенообразователей, при разных концентрациях их в рабочих растворах.

i 200

Рис. 8.12. Влияние концентрации пенообразователя «Моуссол», на время тушения смесевого горючего (80% бензин АИ-95 и 20% ИПС ). Концентрация рабочих растворов указана на рисунке

о 0,04 0,0в 0,12

Интенсивнооть подачи пены, кг(м-с)

0,16

Характер взаимодействия смешанных растворителей с пеной, содержащей полимерное пленкообразуюшее вещество, определяется физико-химическими свойствами разделительной пленки, которая образуется на межфазной границе при разрушении первых порций пены.

В дальнейшем разделительная пленка упрочняется за счет выпадения полимерного соединения, коагулирующего в водноорганичес-ких смесях.

Сложность процесса формирования разделительной пленки позволяет провести лишь приближенное рассмотрение характера взаимодействия этих пен с органическими растворителями.

Для обеспечения устойчивости пены на агрессивном растворителе разделительная пленка должна обладать малой проницаемостью для молекул органического соединения.

Пленка должна быть достаточно эластичной и прочной, чтобы выдерживать местные напряжения, а также внешние возмущения и касательные напряжения, возникаюшие при движении жидкости-подложки. Пленка должна быть сплошной и однородной.

Сплошность пленки предусматривает отсутствие в ней сквозных отверстий и трещин как при воздействии на пленку касательных и тангенциальных напряжений, поэтому пленка должна иметь:

• высокодисперсную структуру пор, непроницаемую для молекул растворителя и высокую когезионную прочность;

• низкую растворимость в водноорганической смеси. Естественно, что пенообразующий раствор, выделяющийся при1

разрущении пены, должен содержать ряд компонентов, обеспечиваю- щих пленке перечисленные свойства.

Выделим основные стадии процесса контактного разрущения] пены, содержащей полимерные соединения:

1. Смещение раствора пенных каналов с органическим веще- ством.

2. Распад пенных пленок и каналов из-за потери поверхностной j активности молекулами фторированных ПАВ.

3. Выделение зародышей полимерного вещества из водноорга- J нической смеси и растекание их совместно с раствором по повер- хности органической жидкости.

Наличие пониженного давления в каналах Плато-Гиббса [83] 1 является одной из причин, вызывающих смещение водного пенообразующего раствора в пенных каналах и органического растворителя при их непосредственном соприкосновении. Проникновение растворителя ведет к снижению поверхностной активности молекул neno-J образователя.

В результате пена дестабилизируется и разрушается, а пенообра зующин раствор попадает на межфазную поверхность.

По мере смешения пенообразующего раствора и органического растворителя происходит фазовое расслоение системы, так как полимерное вещество, содержащееся в пенообразователе, оказывается в пересыщенном состоянии по отношению к образовавшейся водноорганической смеси. Поэтому существенное влияние на структуру формирующейся полимерной пленки должны оказывать собственная 1 поверхностная активность пенообразователя и степень пересыщения] полимерного вещества.

Работа образования новой фазы пропорциональна величине меж- фазного натяжения, поэтому важно, чтобы используемые ПАВ заметно снижали величину этого показателя.

До разрушения пены и смешения водного раствора с органическим растворителем в горизонтальной плоскости пены должна сформироваться полимерная сетка.

Условием плавучести сетки на поверхности органической жидкости является пониженное поверхностное натяжение у пенообразующего раствора по отношению к спирту. В этом случае выделяющийся раствор полимера приобретает способность к растеканию по подложке, что обеспечивает формирование однородной структуры пленки рис. 8.13.

601-1-1-1-1-10,09

0.06 g

0.03

Концетрация полимера в пенообразователе, % об.

Рис. 8.13. Влияние полимерного компонента на удельную скорость термического разрушения и устойчивость пены, полученных из пенообразователей с полимерным компонентом: «Гидрал ARC», «Мруссол», «Ансулит». U1,U2 и из - удельная скорость термического разрушения пены из пенообразователей «Гидрал ARC», «Моус-сол» и «Ансулит» соответственно

Рост концентрации полимера в пенообразующем растворе ведет к снижению контактной скорости разрушения пены. Скорость разрушения пены должна снижаться с ростом концентрации полимера. Получено хорошее соответствие данных эксперимента с прогнозом, вытекающим из анализа модели с непрерывно растущей пленкой.

Увеличение доли полимерного компонента в рабочем растворе, приводит к увеличению вязкости водного раствора в пленках и вязкости пены в целом. Экспериментально установлено, что термическая устойчивость пены растет пропорционально концентрации полимерного компонента. Результаты экспериментальных измерений представлены на рис. 8.14 и 8.15.

В исследованном диапазоне концентраций, зависимость термической устойчивости от величины обратной удельной скорости разрушения пены (UJ, удовлетворительно описывается линейной зависимостью.

Экспериментальные исследования зависимости средней толщины пенного слоя после тушения пламени в модельных горелках от содержания полимерного компонента показали, что по мере увеличения доли полимера средняя толщина пенного слоя увеличивается. Так же, как и в случае термической стабильности, средняя толщина пенного слоя линейно возрастает с концентрацией полимера в рабочем растворе. Эту зависимость можно представить эмпирической фор-J мулой.

О 2 4 6 8 10

Концентрация полимера в пенообразователе. % об.

Рис. 8.14. Влияние! доли полимерного компонента из композиций «Гидрал ARC», «Моуссол» и «Ансулит» на среднюю толщину пенного слоя, после тушения смеси гептан (85%) - изопропанол (15%) при интенсивности] подачи пены 0.06 кг

Анализ соотношения (8.10) показывает, что зависимость времени тушения от концентрации полимерного компонента проходит через j минимум, положение которого определяет оптимальное содержание полимера в рабочем растворе пенообразователя. Результаты эксперимента подтверждают это предположение [207-209].

В формуле (8.10) параметр В является критической интенсивности подачи пены, поскольку при J = В время тушения стремится к бесконечности. Следовательно, критическая интенсивность зависит от содержания полимерного компонента в соответствии с формулой (8.11). Для использования формулы (8.11) необходимо, из другого! эксперимента, определить коэффициенты пропорциональности а, /3, величину удельной скорости контактного разрушения пены i/j, минимальную толщину пенного слоя - h„. Кроме этого, следует ввести предположение о соотношении боковой поверхности пенного потока и поверхности тушения горючей жидкости.

Если первые четыре параметра можно определить эксперимен- тально, то величину, характеризующую соотношение боковой повер-

Рис. 8.15. Зависимость минимального удельного расхода пены от концентрации пенообразователя с полимерным компонентом при тушении пламени смесевого топлива бензин - изопропиловый спирт пенообразователем 5 10 «MUSSOL»

Концентрация пенообразователя в растворе, % масс.

хности пенного потока и поверхности тушения горючей жидкости рассчитывали из предположения о среднем размере порции пены, на которую разбивается всплывающий поток пены.

На рис. 8.16 приведено сопоставление экспериментальных данных с расчетом по формуле 8.10.

Формула 8.10 позволяет оценить время тушения смесевого топлива с известным содержанием спирта, если предварительно определена предельная концентрация С о, при которой утрачивается поверхностная активность молекул ПАВ в водно-спиртовой смеси.

Следует отметить удовлетворительное совпадение экспериментально полученных результатов и расчетного времени тушения пламени смесевого топлива, при подаче низкократной пены под слой горючего.

к 200 I

И 150

i 100

Рис 8.16. Сравнение экспериментальных данных и расчета по формуле при тушении смесевого топлива, с содержанием ИПС в бензине, в концентрации 5% и 15%. Тушение пенообразователем Гидрал-ARC

о 0.02 0,04 0.06 0.08 0.10 0.12

Интенсивность подачи пены, кг/(мс)