Эффективность применения вязких гидрогелей при тушении горящих твердых веществ
https://doi.org/10.18322/PVB.2020.29.02.53-62
Аннотация
Введение. При тушении горящих твердых веществ использование воды из-за ее большого расхода и низкой изолирующей способности водяных пленок малоэффективно. В результате применения вязких гидрогелей в качестве огнетушащей жидкости снижается ее расход и образуется на горящей поверхности гидрогелевая пленка, имеющая по сравнению с водяной бóльшую толщину и лучшую изолирующую способность.
Цели и задачи. Целью проведенного исследования являлось сравнение эффективности применения воды и вязких гидрогелей в качестве огнетушащих жидкостей при тушении твердых веществ. Решались следующие задачи: оценка влияния концентрации гелеобразующих добавок на вязкость и испарение гидрогелей; определение влияния вязкости огнетушащей жидкости на толщину пленки и расход жидкости, стекающей с вертикальной стенки; количественное сравнение эффективности пожаротушения воды и различных гидрогелей по их расходу и по толщине пленки.
Методы. Проведен анализ влияния концентрации гелеобразующих добавок на вязкость и испарение гидрогелей. Получено выражение для определения вязкости гидрогеля “Фаерсорб” в зависимости от концентрации полимерной добавки. Получены зависимости массы испарившегося гидрогеля “Фаерсорб” от времени при различной концентрации полимерной добавки. Дана оценка эффективности использования гидрогелей по их расходу и по толщине гидрогелевых пленок. Получена зависимость толщины пленки огнетушащей жидкости, стекающей с вертикальной стенки, от ее вязкости и плотности. Предложен коэффициент эффективности использования гидрогеля, который характеризует экономичность гидрогеля по его расходу и изолирующую способность гидрогелевой пленки по ее толщине. Проведен расчет эффективности использования гидрогелей различной вязкости по сравнению с водой.
Результаты и их обсуждение. Изменяя концентрацию гелеобразующей добавки, можно варьировать вязкость и испаряемость гидрогеля. Чем больше вязкость гидрогеля, стекающего с вертикальной стенки, тем толще гидрогелевая пленка и меньше его расход. По сравнению с водой эффективность использования гидрогелей в 2…4 раза выше.
Выводы. Полученные в ходе исследования результаты свидетельствуют о том, что применение вязких гидрогелей эффективно при тушении горящих твердых веществ.
Об авторах
А. Ю. АндрюшкинРоссия
АНДРЮШКИН Александр Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой “Технологии конструкционных материалов и производства ракетно-космической техники”
Author ID: 55603904600
190005, г. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1
Е. О. Афанасьев
Россия
АФАНАСЬЕВ Евгений Олегович, преподаватель кафедры физико-технических основ обеспечения пожарной безопасности
196105, г. Санкт-Петербург, Московский просп., 149
Е. Н. Кадочникова
Россия
КАДОЧНИКОВА Елена Николаевна, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов и производств
196105, г. Санкт-Петербург, Московский просп., 149
Список литературы
1. Rasbash D. J. The extinction of fire with plain water: a review // Fire Safety Science. — 1986. — Vol. 1. — P. 1145–1163. DOI: 10.3801/iafss.fss.1-1145.
2. Nolan D. P. Handbook of fire and explosion protection engineering principles for oil, gas, chemical and related facilities. — 2nd ed. — Elsevier Inc., 2011. — 340 p. DOI: 10.1016/C2009-0-64221-5.
3. Carriere T., Butz J. R., Naha S., Brewer A., Abbud-Madrid A. Fire suppression tests using a handheld water mist extinguisher designed for the International space station // 42nd International Conference on Environmental Systems. San Diego, California : American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2012. — P. 115–118. DOI: 10.2514/6.2012-3513.
4. Rodriguez B., Young G. Development of the International space station fine water mist portable fire extinguisher // 43rd International Conference on Environmental Systems. — Vail, CO : American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2013. — P. 1–13. DOI: 10.2514/6.2013-3413.
5. Abbud-Madrid A., Watson D., McKinnon J. T. On the effectiveness of carbon dioxide, nitrogen and water mist for the suppression and extinction of spacecraft fires // Suppression and Detection Research and Applications Conference. — Orlando, USA : National Fire and Protection Association, 2007. — P. 217–223.
6. Андрюшкин А. Ю., Пелех М. Т. Эффективность пожаротушения тонкораспыленной водой // Проблемы управления рисками в техносфере. — 2012. — № 1(21). — С. 64–69.
7. Андрюшкин А. Ю., Пелех М. Т. Получение тонкораспыленной воды газодинамическим распылением // Вестник Санкт-Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России. — 2012. — № 1. — С. 53–58.
8. Войтков И. С., Волков Р. С., Высокоморная О. В., Жданова А. О. Экспериментальное исследование процессов тушения модельных очагов пожара распределенными во времени и пространстве капельными потоками воды // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2016. — Т. 25, № 6. — С. 56–65. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.06.56-65.
9. Huang Y., Zhang W., Dai X., Zhao Y. Study on water-based fire extinguishing agent formulations and properties // Procedia Engineering. — 2012. — Vol. 45. — P. 649–654. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.08.217.
10. Contreras M. D., Sánchez 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.
11. Hernández 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.
12. Tichý E., Murányi A., Pšenková 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.
13. 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. 401–405. DOI: 10.1103/PhysRevE.73.041405.
14. 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.
15. Андрюшкин А. Ю., Конышев М. В., Охапкин М. В. Определение параметров вязкопластического течения полимерной композиции в технологической оснастке при формировании покрытия // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. — 2017. — № 11-12(113-114). — С. 76–81.
16. Андрюшкин А. Ю., Михеенков М. Ю., Цой А. А. Теоретические аспекты нанесения полимерных покрытий на нефтеперерабатывающее оборудование // Вестник Санкт-Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России. — 2017. — № 1. — С. 53–59. DOI: 10.24411/2218-130X-2017-00032.
17. Андрюшкин А. Ю., Михеенков М. Ю., Цой А. А. Оценка вязкости композиций при формировании полимерных покрытий на нефтеперерабатывающем оборудовании // Проблемы управления рисками в техносфере. — 2017. — № 1(41). — С. 72–79.
18. Андрюшкин А. Ю. Формирование дисперсных систем сверхзвуковым газодинамическим распылением : монография. — CПб. : БГТУ “ВОЕНМЕХ”, 2012. — 400 с.
19. Копылов Н. П., Москвилин Е. А., Федоткин Д. В., Стрижак П. А. Влияние вязкости огнетушащего раствора на эффективность тушения лесных пожаров с помощью авиации // Лесотехнический журнал. — 2016. — Т. 6, № 4(24). — С. 62–67.
20. Лобанов Ф. И. Использование полимерных материалов в пожаротушении // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2004. — Т. 13, № 1. — С. 64–68.
21. De Gennes P. G. Wetting: statics and dynamics // Reviews of Modern Physics. — 1985. — Vol. 57, No. 3. — P. 827–863. DOI: 10.1103/RevModPhys.57.827.
22. Корольченко Д. А., Шароварников А. Ф. Анализ типового соотношения для описания зависимости времени тушения горючих жидкостей и удельного расхода различных огнетушащих веществ от интенсивности их подачи // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2016. — Т. 25, № 3. — С. 66–76. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.03.66-76.
23. Иваняков С. В., Коныгин С. Б., Крючков Д. А. Гидродинамика аппаратов со свободно стекающей пленкой жидкости : уч.-метод. пособие. — Самара : Самарский государственный технический университет, 2007. — 24 с.
24. Кутепов А. М., Полянин А. Д., Запрянов З. Д., Вязьмин А. В., Казенин Д. А. Химическая гидродинамика : справ. пособие. — М. : Квантум, 1996. — 336 с.
Рецензия
Для цитирования:
Андрюшкин А.Ю., Афанасьев Е.О., Кадочникова Е.Н. Эффективность применения вязких гидрогелей при тушении горящих твердых веществ. Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020;29(2):53-62. https://doi.org/10.18322/PVB.2020.29.02.53-62
For citation:
Andryushkin A.Yu., Afanasiev E.O., Kadochnikova E.N. Effectiveness of viscous hydrogel in extinguishing burning solid substances. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2020;29(2):53-62. (In Russ.) https://doi.org/10.18322/PVB.2020.29.02.53-62