Лабораторна робота 3

 

Визначення кратності та стійкості піни середньої кратності

 

Мета: ознайомитись із методикою визначення кратності та стійкості повітряної піни.

 

Теоретичні відомості

Гасіння пожежі – припинення горіння у всіх його видах і формах, та створення умов для попередження повторного відновлення горіння.

Принципи припинення горіння:

-                  охолодження зони горіння або речовини, що горить;

-                  розбавлення речовин – учасників реакції горіння, тобто зниження їх концентрації;

-                  ізоляція реагуючих речовин (горючого або окисника) від зони горіння;

-                  хімічне гальмування реакції горіння.

Вогнегасна речовина – це речовина або однорідна суміш, за своїми фізико-хімічними властивостями придатна до застосування в технічних засобах задля припинення горіння. Вогнегасні речовини класифікують за двома ознаками: за агрегатним станом і за механізмом дії.

Механізм припинення горіння за допомогою ізолюючих вогнегасних речовин базується на створенні ізолюючого шару між зоною горіння і горючим матеріалом, або між зоною горіння і повітрям. До вогнегасних речовин, які діють за ізолюючим механізмом припинення горіння відносять рідкі вогнегасні речовини (піни, вода та її розчини).

Повітряно-механічні піни являють собою системи, які складаються з водних розчинів піноутворювачів і бульбашок повітря. В якості піноутворювачів застосовують речовини однієї з двох груп: або білкові природні або синтетичні.

Переваги пін, як вогнегасних речовин:

1.    Піна діє на поверхню горіння і дозволяє покривати цю поверхню поступово, по дільницях, не вимагаючи одночасного перекриття всієї площі горіння, здатна захищати поверхню тривалий час.

2.    Піна, порівняно з водою, має набагато кращу змочувальну здатність. Вода, що входить до складу піни, розподіляється рівномірно і використовується саме там, де необхідно.

Ізолююча здатність піни – це здатність перешкоджати випаровуванню горючої речовини і проникненню крізь шар піни парів, газів і теплового та світлового випромінювання. Ізолююча здатність піни залежить від її стійкості, в’язкості й дисперсності, а також від температури на її поверхні. Повітряно-механічні піни низької і середньої кратності при товщині ізолюючого шару 10 см і більше, мають ізолюючу здатність у межах 1,5-2,5 хв. Шар піни товщиною 5 см зменшує швидкість випаровування бензину у 30-40 разів.

Основними параметрами, за якими оцінюють придатність пін для гасіння даної пожежі є її кратність, стійкість і ізолююча здатність.

Кратністю піни К_п називається відношення об’єму піни  до об’єму розчину, з якого вона отримана

Розрізняють піни: низької кратності – з К_п< 20; середньої кратності – з 20 <К_п< 200 та високої кратності – з К_п> 200.

Кратність піни залежить від природи та концентрації піноутворювача, від конструкції піноутворюючих апаратів. Великий вплив на кратність пін має також температура повітря, що входить до складу бульбашок. Чим більша температура цього повітря, тим менша кратність. Прогрівання повітря до 150 – 200 °С знижує кратність піни на 50% і більше.

Із плином часу, кратність піни збільшується: вода відділяється швидше, ніж із піни виходить повітря, тому кількість піни стає меншою, а кратність її – більшою.

Піни низької кратності застосовують переважно для гасіння здебільшого твердих горючих матеріалів. Такі піни добре змочують поверхню і розтікаються по ній.

Найбільш широке застосування знайшли піни середньої кратності. Такі піни – основний засіб гасіння пожеж нафти і нафтопродуктів. При гасінні, піну подають на окремі ділянки поверхонь рідини, що горить. Із цих ділянок піна поступово розтікається по всій поверхні. При цьому, у протиріччя вступають два процеси: піна, злита на якусь ділянку товстим шаром, намагається поширитися на сусідні ділянки, з тим, щоб створити шар рівномірної товщини. Оптимальним при припиненні горіння нафтопродуктів є піни з кратністю 70-159.

Піни високої кратності застосовуються при об’ємному гасінні пожеж, коли піною заповнюють підвал, вузький канал, тунель, трюм і т.п.

Стійкістю піни називається час існування (життя) елементу піни. До елементів піни відносять окремі бульбашки, плівку або певний об’єм піни. На практиці, стійкість піни розглядають, як час її життя у хвилинах. При цьому, під стійкістю піни розуміють час, за який із неї виділяється 50% об’єму наявної у піні рідини.

За часом існування піни поділяють на піни малої стійкості (флотаційні), середньої стійкості (миючі, пожежні) і високої стійкості (затверділі піни, вулканізовані, засклянілі). У пінах середньої стійкості плівка не розривається упродовж 10-20 хвилин.

Стійкість піни залежить від природи її складових, а також від умов та природи об’єкту, який горить: висоти шару, температури, умов подачі. Для підвищення стійкості піни, у розчин вводять спеціальні розчинні або подрібнені та суспендовані стабілізатори.

Повітряно-механічні піни подають у зону горіння за допомогою повітряно-пінних пожежних стволів та генераторів піни.

 

Устаткування та умови його експлуатації

Установка призначена для проведення випробувань з метою встановлення відповідності піноутворювачів вимогам ДСТУ 3789-98 за показниками кратності та стійкості піни. Принцип дії установки для визначення кратності та стійкості піни середньої кратності полягає у визначенні співвідношення між об’ємом піни та об’ємом робочого розчину, що був затрачений для отримання піни, а також у визначенні тривалості виділення із піни 50 % розчину піноутворювача.

Установка для визначення кратності і стійкості піни середньої кратності (рис. 3.1) складається з:

- піногенератора піни середньої кратності з розпилювачем 5, (рис. 3.2), який забезпечує витрату розчину (66 ± 3) см³/с при тиску на стволі (0,50 ± 0,02) МПа;

 

 

Рис. 3.1. Схема установки для визначення кратності і стійкості піни
середньої кратності

Рис. 3.2. Піногенератор

1– кільце; 2– сітка; 3– труба; 4– розпилювач; 5– шпилька; 6– гайка

 

- балона зі стисненим повітрям з редуктором 1, для створення тиску в межах від 0,4 до 0,6 МПа;

- випробувального приладу типу повітряно-пінного вогнегасника 6, місткістю корпусу 11 дм³;

- з’єднувальних шлангів 3;

- металевої посудини для збирання піни (пінозбирач) місткістю (200 ± 1) дм³;

- ваг електронних з межею зважування від 0,2 до 20 кг з похибкою не більше ніж 0,05 кг;

- манометрів 2, 4 з верхньою межею вимірювання 1,0 МПа (10 кгс/см²) і ціною поділки 0,02 МПа (0,2 кгс/см²), які встановлюються на корпусі вогнегасника та перед генератором піни;

- термометра з діапазоном вимірювань від 0 до 112 ºС і ціною поділки 1 ºС;

- мірного циліндра 2000 мл з ціною поділки 20 мл.

Для проведення дослідження необхідно:

- секундомір з межею вимірювань 1800 с і ціною поділки 0,2 с;

- вода питна з твердістю не більше, ніж 15 мг-екв/дм³.

Установка експлуатується за умов:

- температура повітря від 10 ºС до 25 ºС;

- відносна вологість повітря від 40 до 80 %;

- атмосферний тиск від 84,0 кПа до 106,6 кПа;

- температура робочого розчину від 15 до 20 ºС.

 

Хід роботи

1. У мірній посудині готують 10 дм³ робочого розчину піноутворювача заданої концентрації. Перед кожною серією дослідів визначають температуру робочого розчину піноутворювача, яка має бути в межах 17,5±2,5 ºС.

2. Заливають робочий розчин піноутворювача до корпусу випробувального приладу (повітряно-пінний вогнегасник), вставляють запірно-пускову арматуру в корпус та закручують гайку головки вогнегасника.

3. На ваги встановлюють посудину для збирання піни. Під центр посудини підставляють мірний циліндр місткістю 2 дм³ для збору рідини, що буде виділятись із піни. Посудину для збирання піни з рамою та циліндром зважують і визначають їх загальну масу (m₂,кг).

4. Відкривають вентиль редуктора і встановлюють тиск повітря над розчином у випробувальному приладі у межах від 0,50 до 0,55 МПа (від 5,0 до 5,5 кгс/см²).

5. Робочий розчин піноутворювача з випробувального приладу подають на піногенератор. Редуктором на балоні високого тиску встановлюють тиск перед піногенератором (0,50 ± 0,02) МПа та заповнюють піною посудину.

6. Зважують циліндр і посудину з піною і визначають їх загальну масу (m₁, кг). Під час заповнення посудини слідкують, щоб піна рівномірно заповнювала весь об’єм і не утворювала порожнин.

Кратність піни К обчислюють за формулою

де V_п – об’єм піни, що дорівнює внутрішньому об’ємові пінозбирача, дм³;

ρ_p– густина робочого розчину піноутворювача, кг/дм³ (1,0 кг/дм³);

m₁– сумарна маса рами, циліндра і посудини з піною, кг;

m₂– сумарна маса рами, циліндра і порожньої посудини, кг.

Результати вимірювань вносять в таблицю 1.

7. Після рівномірного заповнення посудини піною фіксують тривалість виділення 50% об’єму розчину піноутворювача, слідкуючи, коли об’єм розчину, що витікає з пінозбирача в циліндр, досягне значення, яке дорівнює половині об’єму робочого розчину, витраченого на утворення об’єму піни в пінозбирачі.

Визначена тривалість є мірою стійкості піни (табл. 3.1).

 

Таблиця 3.1

Результати проведення випробувань

 

№ досліду	Сумарна маса рами, циліндра і посудини, кг		Об’єм піни, дм3	Кратність піни	Стійкість піни, с	Відхилення від середнього значення, %
	m2	m1				К	Ст
1
2
Середнє

 

8. Зробити висновок стосовно кратності та стійкості піни середньої кратності. За кінцевий результат беруть середнє арифметичне двох визначень. Допустима розбіжність між результатами повторних випробувань за постійних умов не має перевищувати ±10 % відносно середнього арифметичного значення.

 

Контрольні питання

1.  Що Ви розумієте під поняттям «гасіння пожежі»?

2.  Що таке вогнегасні речовини та їх класифікація?

3.  Назвіть основні принципи припинення горіння.

4.  Які вогнегасні речовини відносяться ізолюючих?

5.  Що таке кратність піни і як вона визначається?

6.  Які Ви знаєте види кратності піни і від чого вони залежать?

7.  Що таке стійкість піни і які Ви знаєте їх види?

8.  Назвіть технічні засоби подачі піни.