tj = s In

Интенсивность подачи воды

для тушения пожаров горючих жидкостей

Основным параметром, характеризующим эффективность тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, является интенсивность подачи пены в очаг горения. Для того чтобы успешно потушить пламя горючей жидкости, пена должна покрыть всю горящую поверхность слоем определенной толщины б. На образование этого слоя расходуется только часть пены, тшдаваемой в очаг горения, а другая се часть разрушается при контакте с пламенем и нагретой горючей жидкостью. Происходящие нри этом изменения высоты слоя пены во времени т выражаются уравнением

d6=((pIK-Vp)dT, (87)

где ф - коэффициент, учитывающий разрушение пены в пламени: / - интенсивность подачи пенообразующего раствора; Vp=d6ds - скорость разрушения пены: К и s - кратность и продолжительность разрушения пены.

Из уравнения (87) после его интегрирования получена зависимость

(1-Ир!(ф/Я) )--n[-l/Ws)l. (88)

Для определеппых условий подами пены в очаг горения параметры 6, s и К являются постоянными для того или иного вида аппаратуры а параметр ф является постоянным для фнксировапиого положения аппаратуры относительно оси пламени . При фиксироваипых параметрах 6, s. К, ф продолжительность тушения пожара зависит лищь от интенсивности подачи пены. Эффект тушения пожара пеной при фиксированных параметрах б, S, /С и ф характеризует критическая интенсивность ее подачи L=6/{(pKs). Выражение взаимосвязи указанных параметров аналитически представляет большие трудности, поэтому часто их определяют экспериментально. Так, на основе экспериментальных исследований И. И. Петров установил оптимальную кратность пены (120-150) для тушения пожаров нефтепродуктов в резервуарах. Для тушения пожаров горючих жидкостей, разлитых в помещении, автором установлена опти-.мальная кратность пены Кот-50, а для успешной про-

Эти иараметры характеризуют качество пены, получаемой нз аппаратуры.

2 Этот параметр характеризует условия подачи пены в очаг горения.

тивопожарной защиты технологических аппаратов - )(оп=8. Пенная аппаратура для автоматических установок пожаротушения в промып1Лснных зданиях и технологических установках пожароопасных производств, в которых перерабатывают горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, должна подавать пену оптимальной кратности. Уравнение (88) пе имеет экстремума, а поэтому не может быть использовано для определения минимального значения иптенсивности иодачи. Значение нор-матив]1ой интенсивности нодачн пены рекомендуется принимать равным 2,3 Таким образом, для тушения пламени бензинов в резервуарах интенсивность подачи пены должна быть 0,08 л/{м-с), а при тушении пламени нефтепродуктов - 0,05 л/{м-с).

Исследования показали, что приведегпшгй метод расчета / дает удовлетворительные результаты, согласующиеся с данными, которые определены экспериментально на специальных стендах. В процессе эксггериментов замеряли расход водного раствора пенообразователя, который пересчитали в интенсивность подачи (удельный расход) для тушения пожара, исходя из условия создания требуемой толщины или объема пепы, равной q = W/(хтКк), где тт - продолжительность туп1ения, W - объем пены, К-кратность пены, х - коэффициент разрушения (использования пены). Коэффициент использования пены для тушения пожаров различных горючих жидкостей выражался отношением фактического слоя иены к расчетному. Ниже приведены значения коэффициента использоваппя пены (и), полученной на основе 4 %-ного водного раствора пенообразователя ПО-1, и удельного расхода (по раствору) [л/(м2-с)] при тушении экстракционного бензина.

Удельный расход.....

•X. .... •........

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,4 0,42 0,45 0,5 0,55

Исходя из предварительной оценки расхода, на стенд устанавливается такое число генераторов пены, которое обеспечило бы необходимый расход при номинальном напоре. Интенсивность подачи изменяли выключением подачи раствора в отдельные генераторы пены. Во время опытов замеряли продолжительность подачи пены (до полного подавления пламени).

Результаты проведенных экспериментов аппроксимируются эмпирической формулой (82), в которой величи-

9 Зак. 179

на /. представляет собой минимально допустимое значение интенсивности подачи водного раствора пенообразователя, при которой еще возможен эффект тутетшя. Параметр v характеризует свойства горючих материалов и условия подачи средств тушения. Параметр т* характеризует критическое значе1ше продолжительности нодачи, когда эффект тушения пожара практически не изменяется с увеличением удельного расхода воды. Для исключения возможных оишбок при определении параметров в формуле число опытов следует уточнять в зависимости от допустимого размера относительной ошибки значений /о, то и v. Показатель достоверности при обработке экспериментальных данных обычно принимают равным 2, что соответствует погрешности результата, пс превышающей 5 %. В результате проведенных исследо ваний определены параметры (/. = 0,08; v = 6; т* = 30) в формуле (82) для расчета удельного расхода 4 %-ного водного раствора пенообразователя ПО-1 (для 0,1/ 0,7) при тушении пламени легковоспламеняющихся жидкостей. Ниже приведены результаты исследований по определению удельных расходов / [л/{м-с)] н удельных объемов Wo (л/м2) раствора пенообразователя для тушения некоторых легковоспламеняющихся жидкостей.

Экстракционный бен Бензо.т . . . Толуол . . . Циклогексан Масса СКД . » СКЭП

шн ,

0,16-0,7 0,6,5

0,67- 0,74 0,,5-0,65 0.53

0,148-0.б!5

19-9 21

3(- -40 15-25 22-25 19-26

Ниже приведены результаты исследований зависимости продолжительности ту1иепия (с) от удельного расхода раствора пенообразователя / [л/(м2-с)] при тушении пламени легковоспламеняющихся жидкостей (бензин, бензол, толуол, циклогексан).

/ . о, 68-0.28 0.2-0,165 0.158-0,137 0.126 -г-0, П 5 0. 102-0,1 т . 40-60 80-100 120-140!""160- 200 .300-4(0

Исследования выполнены под научным руководством и при непосредственном участии автора на полигонной установке в условиях, приближенных к реальным пожарам. Воздушно-механическая пена получена из генераторов струйного типа при напоре 20- 40 м и подаче 4-5%-иого водного раствора пенообразователя ПО-1.

Результаты исследований по определению т (с) пламени горючих жидкостей и / [л/{мc)]:

Лак М4-52............. (\244-0,138 23-60

Смола МС-080 ........... 0,395-0,138 20-30

Лак 4с.............. 0,202-0,13 30-40

» ПФ-06;)............ 0.324-0,125 26-54.

Лак"ПЕ-246 ............ 0,324-0,138 25-45

Уайт-спнрю-............ 0,603-0,181 112-340

Результаты экспериментов положены в основу многочисленных рекомендаций и норм но проектированию установок пенного пожаротущения.

Интенсивность подачи воды для систем водоорошения

Эффект водоорошения строительных конструкций (металлических ферм, перекрытий, колонн и др.) резервуаров с нефтепродуктами и сжиженными горючими газами, а также технологического оборудования (ректификационных колонн, реакторов, полимеризаторов, трансформаторов и др.) зависит от расхода воды, качества ее диспергирования и условий теплообмена между потоком засныленной воды и орошаемой ею поверхностью. 3 связи с этим при решении вопросов водообеспечения систем орошения, предотвращающих опасность возникновения критических условий в нагреваемом при ножа-ре объекте, учитывали факторы воздействия огня на защищаемый объект. Аналитические модели (система дифференциальных уравнений, описывающих процесс восприятия тепла капельными водяными струями) могут быть использованы лишь для выявления основных факторов, характеризующих эффект водяного орошения. В результате исследования процесса водоохлаждения было установлено, что на орошаемую поверхность попадает только часть подаваемой оросителем воды, которая за время движения в среде пожара нагревается до определенной температуры. Поэтому соотношения, определяющие количество попадающей на нагретую поверхность воды, долю испаряющейся воды (наиболее эффективно поглощающей тепло нагретой поверхности и тем самым снижающей се температуру), а также долю воды, не участвующей в процессе охлаждения, можно установить лишь в ходе эксиеримеьтальных исследований.

Параметры, определяющие процесс охлаждения поверхности распыленной водой (время пребывания водяной капли в среде пожара т, коэффициент теплоотдачи от среды пожара к потоку распыленной воды и др.), получены из уравнения теплоотдачи от потока распыленной воды к охлаждаемой поверхности, обогреваемой во время пожара:

«X ((° - О JAX - {рв AW,l(l - ф)о (/,%д, - О + <ffn]H.

о в &»

где и Температура орошаемой поверхиостн н воды в момент т;

f - площадь орошаемой поверхности; р, и Д47 - плотность и объем воды, необходимой для соэдапия заданной температуры орошаемой поверхиостн в момент времени т; и с - теплоемкость и теплота испарения воды; ф - доля испарившейся воды, участвующей в процессе охлаждения; г) - коэффициент эффективного использования воды.

После исключения второстепенных факторов, определяющих эффект водоохлаждения, последний был выражен в виде функции от параметров теплоотдачи (от среды пожара к нагреваемой поверхности и к распыленному потоку воды), параметра теплоотдачи распыленного потока воды и коэффициента использования воды в процессе охлаждения. Ниже приведены основные факторы, влияющие на процесс водоорошения:

теплоотдача от среды пожара к распыленному потоку воды (дисиерсность водяных капель, скорость их полета, а также расстояние оросителя до орошаемой поверхности);

теплоотдача от распыленного потока воды к орошаемой поверхности (условия подачи воды и состояние смачивания орошаемой поверхности);

полнота использования воды (конструктивные особенности орошаемого оборудования и тип оросителей для подачи воды);

интенсивность водоорогпения и конструктивные особенности оро1наемой поверхности.

В максимально приближенных к реальным пожарам условиях на макетах технологического оборудования определен расход воды для эффективной работы системы водоорошения. Зависимость эффекта охлаждения от величины удельного расхода воды и условий распределения воды на охлаждаемую поверхность приведена на рис. 91. Эффект водяного охлаждения проверяли при испытаниях макетов стальных колонн в реальных (в системе водоорошения использовали оросители эвольвент-ные при давлении на входе 0,3-0,5 МПа) условиях по-

О 0.1 07 аз

Рис. 92. Удельный расход воды, необходимый для охлаждения, в зависимости от температуры охлаждаемой поверхности и удаления от нее оросителя

/ - ороситель удален иа 2 м; 2 - то же, на 3 м; 3 - то же, иа 5 м; 4 -расход воды (при („р-=300 °С) в зависимости от удаления оросителя

Рис. 91. Температура поверхиостн конструкции, охлаждаемой водой (находящейся в пламени 1100°С), в зависимости от условий орошения

I водяное орошение отсутствует; 2 - орошение с удельным расходом 0,2 л/(м2. с) (ороситель удален от поверхности иа 5 м); 3 - удельный расход 0,08 л/(м.с) (ороситель удален па 2 м); 4 - удельный расход 0,3 л/(м • с) (ороситель удален иа 2 м)

О 1 2

Продол н<игг}епьность охлаждения, мин

жара. Исследования показали, что удельный расход воды, необходимой для о.члаждения конструкций до критической температуры, зависит от температуры охлаждаемой иовсрхпости и удаления от нее водяного оросителя. Графически эта зависимость изображена иа рис. 92. Критические значения удельного расхода воды для охлаждения поверхности конструкции, находящейся не-носредствеиио в пламепи (/л?1100°С), до 300°С составляют при удалении оросителя от поверхности па 2 м - 0-0,05 л/(м2-с), при удалении на 3 м -0,1 л/(м2-с), прп удалении на 5 м - 0,2 л/(м2-с). Установлен также удельный расход распыленной воды для орошения стальных конструкций оросителями эвольвептного типа