Увеличение устойчивости противопожарной пены путем восполнения жидкой фазы при орошении

Введение. Разрушение пенных пленок происходит, когда они достигают критической толщины при потере жидкой фазы в результате синерезиса и испарения, которые довольно сложно замедлить. Предложен способ повышения устойчивости противопожарной пены за счет восполнения жидкой фазы путем орошения.
Методы исследования. Устойчивость пены оценивалась по времени разрушения 25 % от первоначального объема пены. Концентрация пенообразователя в орошаемом растворе варьировалась от 0,5 до 6 %. В качестве стабилизирующей добавки использовали натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na КМЦ). Натурные исследования проводили посредством подачи пены и распыленного раствора от двух автоцистерн АЦ-3,2-40(43253)001-МС.
Результаты и их обсуждение. Установлено, что на устойчивость пены оказывают влияние интенсивность орошения и концентрация пенообразователя. Орошение пены растворами с низкой концентрацией пенообразователя приводит к вымыванию ПАВ из пленок с потерей устойчивости пены. Уменьшение интенсивности орошения повышает устойчивость пены вследствие восполнения потери влаги при испарении. Наибольшая устойчивость пены наблюдалась при орошении 2%-ным раствором пенообразователя, интенсивность орошения влияния не оказывала. Увеличение концентрации пенообразователя в орошаемом растворе привело к снижению устойчивости пены. Определено, что на поддержание объема пены путем орошения расходуется меньше пенообразователя, чем на восполнение разрушенного количества за счет дополнительной генерации пены. Показано, что с помощью орошения можно вводить в пену различные стабилизирующие добавки. Добавление Na КМЦ в орошаемый раствор привело к увеличению времени разрушения пены в 3–5 раз даже при однократном опрыскивании. Натурные испытания подтвердили целесообразность введения стабилизирующих добавок в пену посредством орошения.
Выводы. Результаты исследований показали, что существует возможность комбинированной подачи пены и растворов ПАВ, содержащих различные стабилизирующие добавки для тушения пожаров и получения стабильных пен.

1. Ramsden N. Storage tank firefighting // Loss Prevention Bulletin. 2011. No. 222.

2. Ratzer A.F. History and development of foam as a fire extinguishing medium // Industrial & Engineering Chemistry. 1956. Vol. 48. Issue 11. Pp. 2013–2016. DOI: 10.1021/ie50563a030

3. Gochev G., Platikanov D., Miller R. Chronicles of foam films //Advances in colloid and interface science. 2016. Vol. 233. Pp. 115–125. DOI: 10.1016/j.cis.2015.08.009

4. Walstra P. Principles of foam formation and stability // Foams: Physics, chemistry and structure. London : Springer, 1989. Pp. 1–15. DOI: 10.1007/978­1­4471­3807­5_1

5. Yu X. et al. Comparative studies on foam stability, oil­film interaction and fire extinguishing performance for fluorine­free and fluorinated foams // Process Safety and Environmental Protection. 2020. Vol. 133. Pp. 201–215. DOI: 10.1016/j.psep.2019.11.016

6. Кокшаров А.В., Осипенко С.И., Гайнуллина Е.В. Исследование термической устойчивости пены различной кратности // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 3. С. 103–110. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.03.103­110

7. Любимов В.Н., Скушникова А.И., Ермакова Т.Г., Волкова Л.И. Повышение устойчивости противопожарных пен при помощи полимерных добавок различной природы // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. Vol. 23. № 4. С. 77–80. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21519973

8. Platikanov D., Exerowa D. Thin liquid films // Fundamentals of Interface and Colloid Science. 2005. Vol. 5. Pp. 6.1–6.91. DOI: 10.1016/s1874­5679(05)80010­8

9. Nguyen A.V. Liquid drainage in single Plateau borders of foam // Journal of Colloid and Interface Science. 2002. Vol. 249. Issue 1. Pp. 194–199. DOI: 10.1006/jcis.2001.8176

10. Horozov T. Foams and foam films stabilised by solid particles // Current Opinion Colloid Interface Science. 2008. Vol. 13. Issue 3. Pp. 134–137. DOI: 10.1016/j.cocis.2007.11.009

11. Вилкова Н.Г., Еланева С.И., Волкова Н.В., Бровкина Е.Н. Пены, стабилизированные твердыми частицами: вопросы устойчивости // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2011. № 25. C. 684–689. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17391696

12. Кокшаров А.В., Гайнуллина Е.В., Кондратьева М.А. Изучение влияния размера и концентрации частиц твердой фазы на устойчивость пенопорошковых огнетушащих составов // Техносферная безопасность. 2021. № 1 (30). C. 60–68. URL: https://uigps.ru/userfls/ufiles/nauka/journals/ttb/TB%2030/6.pdf

13. Binks B.B., Horozov T.S. Aqueous foams stabilized solely by silica nanoparticles // Angewandte Chemie International Edition. 2005. Vol. 44. Issue 24. Pp. 3722–3725. DOI: 10.1002/anie. 200462470

14. Gonzenbach U.T., Studart A.R., Tervoort E., Gauckler L.J. Stabilization of foams with inorganic colloidal particles // Langmuir. 2006. Vol. 22. Issue 26. Pp. 10983–10988. DOI: 10.1021/la061825a

15. Алексанян И.Ю., Буйнов А.А. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование : монография. Астрахань : Изд­во АГТУ, 2004. 380 с.

16. Алексанян И.Ю., Давидюк В.В., Саипова Л.Х.-А. Оптимизация режимов вакуумной пеносушки сухих моющих средств на основе белковых гидролизатов // Вестник астраханского государственного технического университета. 2005. № 2 (25). C. 292–296. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=11160216

17. Boyd C.F., Di Marzo M. The behavior of a fire­protection foam exposed to radiant heating // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1998. Vol. 41. Issue 12. Pp. 1719–1728. DOI: 10.1016/S0017­9310(97)00280­9

18. Кокшаров А.В., Осипенко С.И. Определение критических параметров образования пены на сетках пеногенератора средней кратности // Техносферная безопасность. 2017. № 1 (14). C. 35–38.

19. Kovalyshyn V., Kyryliv Y., Grushovinchuk O. Експериментальні дослідження процесу взаємодії струменів повітряно­механічної піни різної кратності під час їх польоту // Пожежна безпека. 2018. № 32. C. 32–38. DOI: 10.32447/20786662.32.2018.05

20. Кокшаров А.В., Осипенко С.И., Гайнуллина Е.В., Кретунов А.А. Исследование зависимости термической устойчивости пены от концентрации пенообразователя // Техносферная безопасность. 2020. № 2 (27). C. 11–15. URL: https://www.uigps.ru/userfls/ufiles/nauka/journals/ttb/TB%2027/2.pdf

21. Кокшаров А.В., Марков В.Ф., Бучельников Д.Ю., Терентьев В.В. Стабилизация пены низкой кратности натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы // Пожаровзрывобезопасность/ Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 10. С. 79–83. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23136740