Способ тушения пожаров спиртосодержащих топлив
Владельцы патента RU 2658245:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (RU)
Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к технологии пожаротушения автомобильных спиртосодержащих топлив. Техническим результатом изобретения является повышение огнетушащей эффективности воздушно-механической пены средней кратности на основе пенообразователей типа AFFF за счет предварительного осаждения спирта водой, а также обеспечение возможности регулирования интенсивности подачи тушащего агента в зависимости от концентрации спиртов. Поставленная задача решается тем, что способ тушения пожаров спиртосодержащих топлив включает в себя: подачу воды в резервуар для хранения автомобильных спиртосодержащих топлив в объеме, предварительно определяемом в соответствии с формулой
(1)
где с - объемная доля спирта в топливе после экстракции в результате подачи воды, % об., сисх – исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k – коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7–3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж – исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3; в результате чего обеспечивают экстракцию спирта, после чего определяют необходимую степень интенсивности подачи пенообразователя в соответствии с формулой (2)
где сисх – исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k – коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7 – 3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж – исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3, J - интенсивность подачи пены для тушения спиртосодержащего топлива, кг/(м2с), J0 - интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с); и подают в резервуар пенообразователь с расчетной интенсивностью. Предложенный способ тушения спиртосодержащих топлив пеной средней кратности на основе пенообразователей типа AFFF с предварительным осаждением спирта водой обеспечивает снижение требуемой интенсивности подачи пены на величину от 2 до 5 % за счет уменьшения концентрации спирта в топливе на каждый процент. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области пожаротушения, а именно к технологии пожаротушения автомобильных спиртосодержащих топлив.
Уровень техники
В настоящее время в соответствии с техническим регламентом Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (TP ТС-013-2011) запрещено использование ряда антидетонационных добавок, негативно воздействующих на состояние окружающей среды. При этом с целью повышения октанового числа в состав бензинов включают полярные горючие жидкости. Наиболее сложные пожары горючих жидкостей могут быть потушены с применением пены, полученной из рабочих растворов фторсодержащих пенообразователей. Однако применение пенообразователей на основе стойких органических соединений ограничено Федеральным законом 27.06.2011 г. №164-ФЗ «О ратификации Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях».
Из уровня техники известны технические решения, обеспечивающие возможность пожаротушения нефтепродуктов, различных видов топлива воздушно-механической пеной стационарными системами пожаротушения в резервуарах. Подача воздушно-механической пены посредством стационарных систем пенного пожаротушения может осуществляться разными способами: сверху на поверхность горючей жидкости, снизу в слой горючей жидкости, или их комбинацией - одновременной подачей пены сверху и в слой горючей жидкости.
Согласно рекомендациям по тушению полярных жидкостей в резервуарах (разработаны ФГУ ВНИИПО МЧС России, согласованы письмом УОП МЧС России от 11.04.2007 г. №18-6-2-911) основным средством тушения полярных жидкостей в резервуарах, к которым относятся спирты, является воздушно-механическая пена средней или низкой кратности. Для ликвидации горения следует применять целевые пенообразователи типа AFFF/AR, устойчивые к воздействию полярных жидкостей. Подача пены низкой или средней кратности при тушении пожаров полярных жидкостей в резервуарах должна производиться только сверху. Тушение пеной, полученной с помощью целевых пенообразователей типа AFFF/AR полярных горючих жидкостей, не требует предварительного разбавления горючих жидкостей водой.
Указанные рекомендации содержат сведения относительно тушения пожаров "чистых" полярных жидкостей и не содержат каких-либо решений по тушению многокомпонентных горючих жидкостей, в состав которых входят спирты - полярные жидкости, в частности автомобильных бензинов с содержанием спирта.
Вместе с тем опубликованы Рекомендации по тушению высокооктановых бензинов АИ-92, АИ-95 и АИ-98 в резервуарах (разработаны ФГУ ВНИИПО МЧС России, согласованы письмом ДПСС МЧС России от 29.12.2008 г. №18-6-2-5087). Для ликвидации горения высокооктановых бензинов, содержащих полярные жидкости (бензины АИ-92, АИ-95, и АИ-98), рекомендуется применять более эффективные при тушении целевые фторсодержащие пенообразователи: тип AFFF (пенообразователи синтетические фторсодержащие пленкообразующие целевого назначения), тип FFFP (пенообразователи протеиновые фторсодержащие пленкообразующие целевого назначения), тип AFFF/AR (пенообразователи синтетические фторсодержащие пленкообразующие целевого назначения для тушения водорастворимых (полярных) горючих жидкостей), тип FFFP/AR (пенообразователи протеиновые фторсодержащие пленкообразующие целевого назначения для тушения водорастворимых (полярных) горючих жидкостей).
В данном источнике информации описаны рекомендации, не учитывающие возможность предварительного осаждения спиртов, содержащихся в автомобильных бензинах, для расчета нормативной интенсивности для тушения пожара.
Таким образом, в настоящее время в нормативных документах и иных общедоступных источниках отсутствуют сведения, раскрывающие способы тушения автомобильных бензинов с содержанием спиртов, что и обуславливает необходимость создания способа тушения автомобильных бензинов с содержанием спиртов.
Раскрытие изобретения
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является преодоление технических недостатков, присущих известным способам тушения бензинов, раскрытых, в том числе, и в нормативной литературе, что ведет к необходимости создания способа пожаротушения автомобильных спиртосодержащих топлив, обеспечивающего возможность регулирования интенсивности подачи тушащего агента в зависимости от концентрации спиртов в топливах.
Техническим результатом изобретения является повышение огнетушащей эффективности воздушно-механической пены средней кратности на основе пенообразователей типа AFFF за счет предварительного осаждения спирта водой, а также обеспечение возможности регулирования интенсивности подачи тушащего агента в зависимости от концентрации спиртов.
Поставленная задача решается тем, что способ тушения пожаров спиртосодержащих топлив включает в себя: подачу воды в резервуар для хранения автомобильных спиртосодержащих топлив в объеме, предварительно определяемом в соответствии с формулой
где с - объемная доля спирта в топливе после экстракции в результате подачи воды, % об., сисх - исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k - коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7-3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж - исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3;
в результате чего обеспечивают экстракцию спирта, после чего определяют необходимую степень интенсивности подачи пенообразователя в соответствии с формулой
где сисх - исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k - коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7-3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж - исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3, J - интенсивность подачи пены для тушения спиртосодержащего топлива, кг/(м2с), J0 - интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с); и подают в резервуар пенообразователь с расчетной интенсивностью. В качестве пенообразователя может быть использован пенообразователь AFFF, а вода может быть использована морская, дистиллированная или жесткая.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен график зависимостей времени тушения от интенсивности подачи пены на поверхность топлива с различным содержанием спирта,
на фиг. 2 представлена зависимость интенсивности подачи пены от объемной доли спирта в топливе,
на фиг. 3 представлен график зависимости интенсивности подачи пены от объема предварительно поданной воды.
Осуществление изобретения
На фигурах представлены зависимости величины объемной доли оставшегося спирта к исходной доле спирта в топливе до экстракции от величины отношения объема поданной воды к исходному объему горючего. Зависимость доли спирта от доли воды позволяет не привязываться к образовавшимся углеводородно-спиртовой и водно-спиртовой фазам, так как после экстракции спирта изменяется их объем, что делает затруднительными дальнейшие расчеты оставшейся объемной концентрации спирта в топливе без установленных значений объема углеводородно-спиртовой и водно-спиртовой фаз. Предложенная зависимость позволяет на основе экспериментальных данных установить оставшуюся концентрацию спирта в зависимости от количества предварительно поданной в топливо воды и исходной концентрации спирта в топливе.
В результате проведенной серии экспериментов по определению огнетушащей эффективности пены средней кратности в зависимости от содержания спирта в углеводородно-спиртовом топливе получен массив данных. На фиг. 1 обработанный массив сведен в один график поверхности, на котором время тушения показано в зависимости от содержания спирта в топливе. Средние значения времени тушения углеводородного топлива 1-1, а также спиртосодержащих топлив 2-1, 3-1, 4-1 и 5-1 обозначены на графике черными точками, экстрационно-разделенные топлива - красными точками.
Полученная зависимость позволяет установить характер влияния концентрации спирта на время тушения при фиксированной интенсивности. При фиксированном значении времени тушения устанавливается характер изменения требуемой интенсивности подачи пены от соотношения спиртовой и углеводородной части экстракционно-разделенного топлива.
Для определения величины интенсивности подачи пены в зависимости от содержания спирта в топливе выполнена проекция разреза поверхности по оси времени на уровне времени тушения 100 с (фиг. 2).
Проекция разреза поверхности по оси времени на уровне 100 с сделана в соответствии с п. 5.6 ГОСТ Р 50588-2012, где 100 с - максимальное значение времени тушения пеной средней кратности для пенообразователей типа AFFF, при котором эксперимент признается успешным. Подобрана зависимость с величиной аппроксимации 0,9998, показывающая характер степени влияния концентрации спирта в топливе на величину требуемой интенсивности подачи пены для тушения пламени горючей жидкости.
Величина интенсивности при тушении углеводородного топлива и концентрация спирта является исходной для проведения расчета:
где J - интенсивность подачи пены для тушения углеводородно- спиртового топлива, кг/(м2с); J0 интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с); 1,4 и 0,09 - эмпирические коэффициенты пропорциональности, кг/(м2с); с - объемная доля спирта в топливе.
Зависимость справедлива для диапазона концентраций от 0 до 10% спирта в топливе. Результаты расчетов по формуле (3) с разрядностью значения нормативной интенсивности одна тысячная сведены в таблицу 1.
Опираясь на данные нормативной интенсивности для тушения углеводородных горючих жидкостей и предложенное математическое соотношение (3), было установлено ориентировочное значение нормативной интенсивности подачи пены для тушения углеводородно-спиртовых горючих жидкостей с различным содержанием спирта.
В результате анализа экспериментальных данных подтверждено, что отношение величины объемной доли оставшегося спирта к исходной доле спирта в топливе до экстракции на величину отношения объема поданной воды к исходному объему горючего является линейной зависимостью. Зависимость выражается математическим соотношением:
,
где с - объемная доля спирта в топливе после экстракции в результате подачи воды, % об., cисх - исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k - коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7-3,5 в зависимости от температуры топлива, в частности, k=1,74 для температуры системы 59-61°С, k=3,48 для температуры системы 19-21°С, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж - исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3.
Расчет интенсивности подачи пены для тушения экстракционно-разделенного топлива в зависимости от объема предварительно поданной воды, учитывая соотношения (3) и (1), производится по формуле (2)
где сисх - исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k - коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7-3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж - исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3, J - интенсивность подачи пены для тушения спиртосодержащего топлива, кг/(м2с), J0 - интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с).
В соответствии с нормативным документом СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности» нормативные интенсивности подачи пены в зависимости от температуры вспышки горючей жидкости и способа подачи пены находятся в диапазоне от 0,05 до 0,1 кг/(м2с). Свод правил не учитывает возможное содержание спирта в топливе. Для проведения расчетов величина интенсивности подачи пены при тушении углеводородного топлива принимается равной 0,05 кг/(м2с) и соответствующей нормативной интенсивности для пленкообразующей пены средней кратности в отношении ЛВЖ с температурой вспышки менее 28°С. Температура ГЖ при этом должна быть 19-21°С. Исходная объемная концентрация спирта в бензинах устанавливается на уровне 10%.
Реализация заявляемого способа показана на следующем примере. Заявляемый способ может быть использован, например, для тушения пожара, возникшего в резервуаре РВС объемом 5000 м3, заполненном на 80% (4000 м3) автомобильным бензином класса К-5. При возгорании, в результате частичного подрыва конической крыши резервуара образуется зев, и происходит горение по всей площади зеркала резервуара.
Для расчета интенсивности подачи пены:
J0 - принимается равной 0,05 л/(м2с) как для углеводородного топлива (ЛВЖ) с температурой вспышки менее 28°С для пленкообразующей пены средней кратности (в соответствии с нормативным документом СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности» нормативные интенсивности подачи пены в зависимости от температуры вспышки горючей жидкости и способа подачи пены находятся в диапазоне от 0,05 до 0,1 л/(м2с)).
Сисх - исходная объемная концентрация спирта в бензинах устанавливается на уровне 10% (0,1 об.).
Vв - объем предварительно поданной воды, принимается 600 м3 (исходя из возможности свободного пространства в резервуаре при его номинальной вместимости, а также с учетом оперативного опорожнения резервуара через технологический трубопровод до прибытия первых пожарных подразделений).
Vгж - исходный объем горючей жидкости до экстракции спирта водой принимается равным 4250 м3 (исходя из возможности оперативного опорожнения резервуара через технологический трубопровод до прибытия первых пожарных подразделений).
k - принимается равным 3,48 для температуры системы 19-21°С.
J=0,058 л/(м2с)
Таким образом, в результате выполненных расчетов можем определить следующие действия по тушению пожара:
- подача 600 м3 технической воды в резервуара любым доступным способом, например через стационарные пенные камеры, установленные в верхней части стенки резервуара от передвижной пожарной техники, расход составит 40 л/с;
- по окончании экстракции спирта расчетным количеством воды осуществляют подачу в резервуар 3% водного раствора фторсодержащего пенообразователя типа AFFF по ГОСТ Р 50588-2012 на питьевой воде по ГОСТ Р 50588-2012 с удельной электропроводностью 0,1±0,05 См/м пеной средней кратности. Подача может быть осуществлена также любым доступным способом, например посредством подачи сверху в течение 10 мин в случае использования автоматической пожарной установки или в течение 15 мин в случае использования передвижной установки. В результате подачи пенообразователя происходит локализация и постепенная ликвидация пожара.
Для получения пены использовался 1% рабочий раствор фторсодержащего пенообразователя типа AFFF по ГОСТ Р 50588-2012 на питьевой воде по ГОСТ Р 50588-2012 с удельной электропроводностью 0,1±0,05 См/м.
В случае возгорания резервуара, заполненного полностью, предварительно, для обеспечения технической возможности подачи воды производят предварительную откачку топлива через технологический трубопровод в аварийный резервуар.
Предложенный способ тушения спиртосодержащих топлив пеной средней кратности на основе пенообразователей типа AFFF с предварительным осаждением спирта водой обеспечивает снижение требуемой интенсивности подачи пены на величину от 2 до 5% за счет уменьшения концентрации спирта в топливе на каждый процент.
1. Способ тушения пожаров спиртосодержащих топлив в резервуаре, включающий подачу воды в резервуар для хранения автомобильных спиртосодержащих топлив в объеме, предварительно определяемом в соответствии с формулой
где с - объемная доля спирта в топливе после экстракции в результате подачи воды, % об., сисх - исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k - коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7-3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж - исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3; в результате чего обеспечивают экстракцию спирта, после чего определяют необходимую степень интенсивности подачи пенообразователя в соответствии с формулой
где сисх - исходная объемная доля спирта в топливе до подачи воды, % об., k - коэффициент пропорциональности, выбранный из диапазона 1,7-3,5 в зависимости от температуры топлива, Vв - объем подаваемой воды, м3, Vгж - исходный объем горючей жидкости в резервуаре до подачи воды, м3, J - интенсивность подачи пены для тушения спиртосодержащего топлива, кг/(м2с), J0 - интенсивность подачи пены для тушения углеводородного топлива, кг/(м2с); и подают в резервуар пенообразователь с расчетной интенсивностью.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пенообразователя используют AFFF.
3. Способ по п. 1, в котором в качестве воды используют морскую, дистиллированную или жесткую воду.
