Перспективы применения водной среды в метастабильном фазовом состоянии для предотвращения пожаров горючих газов

Введение. Одной из основных проблем системы обеспечения пожарной безопасности объектов энергетики является предотвращение пожаров горючих газов. Анализ существующих систем предотвращения пожаров показал низкую эффективность их работы. Для предотвращения пожаров горючих газов в рамках насто­ящей работы предлагается использование водной среды в метастабильном фазовом состоянии.

Цель. Исследование особенностей водной среды в метастабильном фазовом состоянии для предотвращения пожаров горючих газов в замкнутых объемах.

Задачи. Анализ существующих средств системы предотвращения пожаров газов. Обоснование расчетами возможности применения водной среды в метастабильном фазовом состоянии для предотвращения пожаров горючих газов в замкнутых объемах. Моделирование процесса флегматизации метана в замкнутом объеме водной средой в метастабильном фазовом состоянии и определение оптимальных параметров ее подачи.

Методика исследования. Определение необходимости применения нового средства предотвращения пожаров газов на объектах энергетики было обосновано с использованием метода анализа и синтеза. Для обос­нования возможности предотвращения пожаров метана в замкнутом объеме было применено математическое моделирование на базе программно-аппаратного комплекса Pyrosim.

Теоретические основы. Для расчета минимальной флегматизирующей концентрации был применен закон Гесса и теория разветленно-цепных процессов горения.

Результаты и обсуждение. На основании проведенных расчетов было установлено количество технических средств подачи для различной степени негерметичности помещения. Требуемое количество стволов линейно зависит от объема помещения. Стоит отметить, что при достижении определенного коэффициента негерметичности, что будет соответствовать подаче водной среды в метастабильном фазовом состоянии в открытое пространство, количество стволов будет принимать максимальное значение для данного объема. Математическим моделированием было определено, что целесообразно устанавливать устройства подачи водной среды в метастабильном фазовом состоянии на боковых поверхностях, а достижение флегматизирующих концентраций наступает в течение 10 сек с момента подачи.

Выводы. Методом анализа установлено, что существующие системы предотвращения пожара недостаточно эффективны, так как в некоторых случаях могут привести к появлению локального возгорания. Предложен и теоретически обоснован способ предотвращения пожаров горючих газов водной средой в метастабильном фазовом состоянии в замкнутых объемах на объектах энергетики. Произведен расчет необходимого количества технических средств подачи водной среды в метастабильном фазовом состоянии в зависимости от объема помещения и коэффициента негерметичности. Применение программно-аппаратного комплекса Pyrosim подтвердило правильность выполненных расчетов и позволило установить оптимальный способ подачи водной среды в метастабильном фазовом состоянии в объем машинного зала теплоэлектростанции.

1. Чистяков Т.И., Роенко В.В., Храмцов С.П. К вопросу о ликвидации утечки хлора в Арктической зоне Российской Федерации с применением технологии водной среды в метастабильном фазовом состоянии // Гражданская оборона на страже мира и безопасности : мат. VIII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Всемирному дню гражданской обороны. В 5 ч. Ч. 2. г. Москва, 1 марта 2024 г. М. : Академия Государственной противопожарной службы, 2024. С. 104–109. EDN VHREOU.

2. Роенко В.В., Халиков Р.В. Пожаровзрывобезопасность замкнутых пространств объектов газокомпрессорных станций // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2020. № 1. С. 30–35. DOI: 10.25257/FE.2020.1.30-35

3. Азатян В.В. Особенности физико-химических механизмов и кинетических закономерностей горения, взрыва и детонации газов // Кинетика и катализ. 2020. № 3. Т. 61. С. 291–311. DOI: 10.31857/S0453881120030041 EDN: YMXTTZ

4. Liu H., Wang F. Research on N2-inhibitor-water mist fire prevention and extinguishing technology and equipment in coal mine goaf // PLoS ONE. 2019. Vol. 14 (9). Pp. 1–21. DOI: 10.1371/journal.pone.0222003

5. Azatyan V.V., Wagner G.Gg., Vedeshkin G.K. Suppression of detonations by efficient inhibitors. Gaseous and Heterogeneous Detonations. M. : ENAS Publishers, 1999. Pp. 331–336.

6. Fleming J.W., Williams B.A., Sheinson R.S. Fleming suppression effectiveness of aerosols: the effect of size and flame type // Navy Technology Center for Safety and Survivability Combustion Dynamics Section. 2019. 21 s. DOI: 10.6028/NIST.SP.984.4

7. Халиков Р.В. Применение ингибиторов горения для объемного пожаротушения газокомпрессорных станций // Роль противопожарных служб в решении нетрадиционных угроз безопасности : мат. I Междунар. науч. конф. Вьетнам : Институт пожарной безопасности МОБ СРВ, 2020. С. 1535–1540.

8. Шмаков А.Г., Коробейничев О.П., Шварцберг В.М., Якимов С.А., Князьков Д.А., Комаров В.Ф., Сакович Г.В. Исследование фосфорорганических, фторорганических, металлсодержащих соединений и твердо­топливных газогенерирующих составов с добавками фосфорсодержащих соединений в качестве эффективных пламегасителей // Физика горения и взрыва. 2006. № 6. 10 с. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=16757038 (дата обращения: 12.05.2024).

9. Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Чернов А.А., Шварцберг В.М., Куценогий К.П., Марков В.И. Применение аэрозольной технологии и эффективных нелетучих пламегасителей для тушения различных типов пожаров // Интерэкспо ГЕО-сибирь. 2012. № 3. 10 с. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17980207 (дата обращения: 12.05.2024).

10. Высокоморная О.В., Марков А.О., Назаров М.Н., Стрижак П.А., Янов С.Р. Численное исследование влияния условий распыления воды на температуру в следе «Водяного снаряда» // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2013. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/chislennoe-issledovanie-vliyaniya-usloviy-raspyleniya-vody-na-temperaturu-v-slede-vodyanogo-snaryada (дата обращения: 12.05.2024).

11. Стрижак П.А. Численный анализ диффузионно-конвективных процессов тепломассопереноса при движении капель воды через высокотемпературные продукты сгорания // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2013. № 7. С. 11–21. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/chislennyy-analiz-diffuzionno-konvektivnyh-protsessov-teplomassoperenosa-pri-dvizhenii-kapel-vody-cherez-vysokotemperaturnye (дата обращения: 12.05.2024).

12. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Влияние распределения капель воды в «водяном снаряде» на температуру в его следе // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2013. № 2. С. 9–17. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-raspredeleniya-kapel-vody-v-vodyanom-snaryade-na-temperaturu-v-ego-slede (дата обращения: 12.05.2024).

13. Розенцвайг А.К., Страшинский Ч.С. Кипение капель низкокипящей дисперсной фазы в режиме гетерогенной нуклеации // Инновационная наука. 2016. № 11-2. С. 56–60. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kipenie-kapel-nizkokipyaschey-dispersnoy-fazy-v-rezhime-geterogennoy-nukleatsii (дата обращения: 12.05.2024).

14. Хасанов Р.М., Лиштаков А.А., Чистов Ю.С. Исследование интенсивности теплового излучения в зависимости от очага пожара и площади розлива легко воспламеняющихся жидкостей и горючих веществ // Вестник Казанского технологического университета. 2017. № 16. С. 110–112. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-intensivnosti-teplovogo-izlucheniya-v-zavisimosti-ot-ochaga-pozhara-i-ploschadi-rozliva-legko-vosplamenyayuschihsya (дата обращения: 12.05.2024).

15. Дахин С.В., Дроздов И.Г., Шматов Д.П. К определению относительной скорости капли жидкости в потоке газа // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. № 5-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-opredeleniyu-otnositelnoy-skorosti-kapli-zhidkosti-v-potoke-gaza (дата обращения: 12.05.2024).

16. Маркус Е.С., Снегирев А.Ю., Кузнецов Е.А., Танклевский Л.Т., Аракчеев А.В. Численное моделирование распространения пламени по дискретной совокупности горючих материалов // Пожаровзрывобез­опасность/Fire and Explosion Safety. 2019. № 4. С. 29–41. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/chislennoe-modelirovanie-rasprostraneniya-plameni-po-diskretnoy-sovokupnosti-goryuchih-materialov (дата обращения: 12.05.2024).

17. Бородай С.П., Летин А.Н., Шедько С.В. Экспериментальные исследования структуры пламени и его воздействия на ограждающие судовые конструкции // Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. № 2 (392). С. 79–88. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnye-issledovaniya-struktury-plameni-i-ego-vozdeystviya-na-ograzhdayuschie-sudovye-konstruktsii (дата обращения: 12.05.2024).

18. Пузач С.В., Абакумов Е.С. К определению высоты пламенной зоны при диффузионном горении жидкости // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2012. № 2. С. 31–34. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-opredeleniyu-vysoty-plamennoy-zony-pri-diffuzionnom-gorenii-zhidkosti-1 (дата обращения: 12.05.2024).

19. Daniel T., Joseph T., Frederick W. Fire dynamic of spill fires Spill Fires. 2000. Pp. 1–36.

20. Огурцов С.Ю., Семичевский С.В. К вопросу необходимости обоснования исходных данных для моделирования процессов горения турбинного масла // Науковий вiсник: Цивiльний захист та пожежна безпека. 2016. № 2. 5 с.

21. Kuznetsov G.V., Volkov R.S., Sviridenko A.S., Zhdanova A.O., Strizhak P.A. Containment and suppression of compartment fires using specialized liquid compositions // Fire Safety Journal. 2024. Vol. 147. P. 104187. DOI: 10.1016/j.firesaf.2024.104187

22. Liu Y., Wang X., Liu T., Ma J., Li G., Zhao Z. Preliminary study on extinguishing shielded fire with water mist // Process Safety and Environmental Protection. 2020. Vol. 141. Pp. 344–354. DOI: 10.1016/j.psep.2020.05.043

23. Yang S., Nie W., Lv S., Liu Z., Peng H., Ma X., Cai P., Xu C. Effects of spraying pressure and installation angle of nozzles on atomization characteristics of external spraying system at a fully-mechanized mining face // Powder Technology. 2019. Vol. 343. Pp. 754–764. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.11.042

24. Chvanov S.V., Kuznetsov G.V., Strizhak P.A., Volkov R.S. The necessary water discharge density to suppress fires in premises // Powder Technology. 2022. Vol. 408. P. 117707. DOI: 10.1016/j.powtec.2022.117707

25. Liu Y., Fu Z., Zheng G., Chen P. Study on the effect of mist flux on water mist fire extinguishing // Fire Safety Journal. 2022. Vol. 130. P. 103601. DOI: 10.1016/j.firesaf.2022.103601

26. Rohilla M., Saxena A., Dixit P.K., Mishra G., Narang R. Aerosol forming compositions for fire fighting applications : a review // Fire Technology. 2019. Vol. 55. Pp. 2515–2545. DOI: 10.1007/s10694-019-00843-7