Investigation of the characteristics of modified hydrogels for thermal protection of petroleum products tanks

The fires in the park of petroleum products tanks are inextricably linked with intense heating from burning tank and creation conditions for dissemination of the fire on the nearest tanks by the radiative and convection heat transfer. The water is the main cooling agent, using in standard equipment today, because of its accessibility and good thermal characteristics. At the same time, the waters efficiency for the thermal protection purpose of petroleum products tanks is greatly reduced, because of low adhesion and low viscosity. This work studies the physical properties of modified hydrogel suspensions (HGS), prepared by distilled water and polymers of acrylic acid marked “Carbopol ETD 2020”. Thermal modification was to clamping the abnormal water properties, such as heat capacity and thermal conductivity, in conditions of 4 °C. Electrophysical modification was the impact on researching compositions by the variable frequency modulated potential (VFMP). Present VFMP-impact results in a characteristic Raman frequency shear into the valence vibration area of O-H bond in the frequency rang ~3200…3400 cm^-1, indicating that the structure was modified. The modification HGS and water structures by VFMP was confirmed by Raman spectra and atomic force microscopy. We got a density value for HGS depending on concentration of Carbopol, while HGS density was decreased in conditions of VFMP. Also noticed, that HGS, which was prepared in conditions of 4 °C, have more value of density, than HGS which was prepared in conditions of 20 °C. This fact can be explained by the density of water decreasing with temperature increasing. During the heating and boiling processes studying, we have found, that heating time for modified HGS, which have concentration 0.1-0.2 % mas., to a maximum temperature was lower than distill water by 30-50 %, while a higher concentration HGS was heated slowly, with the best result for 0.25-1 % concentrated HGS. A significant increase of heating time (to 60 %) was noted for all HGS, which was prepared in conditions of 4 °C. These results suggest the possibility of significant influence on the processes of heat and mass transfer in HGS heating conditions due to changes in water properties and structure parameters, which in turn, provides improved thermal insulation properties HGS compared with the standard cooling agents that will efficiently use them in standard cooling equipment of petroleum products tanks.

гидрогели, электрофизическая модификация, температурная модификация, тепловая защита, переменный частотно-модулированный потенциал, пожары нефтепродуктов, 58-67, hydrogel, electrophysical modification, thermal modification, thermal protection, variable frequency modulated potential, petroleum products fires

1. Руководство по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках. -М. : ГУГПС, ВНИИПО МВД России, 1999. -86 с.

2. Савченко А. В., Островерх О. А., Холодный А. С. Теоретическое обоснование использования гелеобразующих систем для охлаждения стенок резервуаров и цистерн с углеводородами от теплового воздействия пожара // Проблемы пожарной безопасности : сб. науч. тр. - 2015. - № 37. -С. 191-195.

3. Шароварников А. Ф., Молчанов В. П., Воевода С. С., Шароварников С. А. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. -М. : Калан, 2002. -448 с.

4. Сучков В. П. Методы оценки пожарной опасности технологических процессов.-М. : Академия ГПС МЧС России, 2010.-155 с.

5. Абрамов Ю. А., Басманов А. Е. Оценка пожарной опасности резервуара с нефтепродуктом при его нагреве от пламени соседнего горящего резервуара // Радиоэлектроника и информатика.- 2005. -№ 2. -С. 110-112.

6. Классен В. И. Омагничивание водных систем. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Химия, 1982. -296 с.

7. Бессонова А. П., Стась И. Е. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на физико-химические свойства воды и ее спектральные характеристики // Ползуновский вестник.-2008.- № 3. -С. 305-309.

8. Pang X. F., Deng B. Investigation of changes in properties of water under the action of a magnetic field // Science China Physics, Mechanics&Astronomy.-2008.-Vol. 51, No. 11.-P. 1621-1632. DOI: 10.1007/s11433-008-0182-7.

9. Пат. 2479005 Российская Федерация. МПК G05B 24/02 (2006.01), H03B 28/00 (2006.01). Способ и устройство управления физико-химическими процессами в веществе и на границе раздела фаз / Ивахнюк Г. К., Матюхин В. Н., Клачков В. А., Шевченко А. О., Князев А. С., Ивахнюк К. Г., Иванов А. В., Родионов В. А.-№2011118347/08; заявл. 21.01.2010; опубл. 10.04.2013, Бюл.№10. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2479005 (дата обращения: 10.06.2016).

10. Иванов А. В., Ивахнюк Г. К., Пятин Д. В. Определение физико-химических свойств модифицированных водных растворов для управления процессом детоксикации почв в условиях чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса // Проблемы управления рисками в техносфере. -2015.-№ 1(33).-С. 29-36.

11. Алексеик Е. Б., Савенкова А. Е., Гемиш З. Влияние переменных электрических полей на процессы создания и стабилизации воздушно-механических пен // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России : научно-аналитический журнал. - 2013. - № 4. - С. 44-48. URL: http://vestnik.igps.ru/wp-content/uploads/V54/8.pdf (дата обращения: 28.12.2016).

12. Гаджиев Ш. Г., Иванов А. В., Ивахнюк Г. К., Кадочникова Е. Н. Исследование огнетушащих и теплозащитных свойств водногелевых составов на основе модифицированных жидкостей // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России : научно-аналитический журнал.-2014.-№ 2.-С. 31-37. URL: http://vestnik.igps.ru/wp-content/uploads/V62/4.pdf (дата обращения: 28.12.2016).

13. ГаджиевШ.Г., Иванов, А. В., Кондрашин А. В. Моделирование величины дальности струи модифицированных водногелевых огнетушащих веществ // Проблемы управления рисками в техносфере. -2015.-№ 1(33).-С. 60-67.

14. Contreras M. D., Sбnchez R. Application of a factorial design to the study of specific parameters of a Carbopol ETD 2020 gel. Part I. Viscoelastic parameters // International Journal of Pharmaceutics.- 2002. -Vol. 234, No. 1-2. -P. 139-147. DOI: 10.1016/S0378-5173(01)00953-X.

15. Hernбndez M. J., Pellicer J., Delegido J., Dolz M. Rheological characterization of easy-to-disperse (ETD) Carbopol hydrogels // Journal of Dispersion Science and Technology. - 1998. - Vol. 19, No. 1. -P. 31-42. DOI: 10.1080/01932699808913159.

16. Tichэ E., Murбnyi A., Pљenkovб J. The effects of moist heat sterilization process and the presence of electrolytes on rheological and textural properties of hydrophilic dispersions of polymers-hydrogels // Advances in Polymer Technology.-2015.-Vol. 35, No. 2.-P. 198-207. DOI: 10.1002/adv.21543.

17. Горленко Н. П., Саркисов Ю. С. Низкоэнергетическая активация дисперсных систем : монография. -Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2011. -264 с.

18. Oppong F. K., Rubatat L., Frisken B. J., Bailey A. E., de Bruyn J. R. Microrheology and structure of a yield-stress polymer gel // Physical Review E. - 2006. - Vol. 73, No. 4. - P. 041405. DOI: 10.1103/PhysRevE.73.041405.

19. Тепломассообмен : метод. указания по лаб. работам / Финников К. А., Лобасова М. С.-Красноярск :ИПКСФУ, 2009.-65 c. URL: http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/1536/u/lab.pdf (дата обращения: 28.12.2016).