Ю В Цапко - Дослідження умов флегматизування азотом сумішей повітря з продуктами пгролізу целюлозовмісних матеріалів - страница 1

Страницы:
1 

Коммунальное хозяйство городов

женной методике связан с вычислением значений функций Бесселя и интегральной показательной функции, что удобно выполнять с помо­щью таблиц, имеющихся в [4, 6] и другой литературе по специальным функциям.

І.Ольшанський В.П., Ольшанський С.В., Ларін О.М., Фомін Є.М. Балістика кра­пель розпилених вогнегасних рідин. - Біла Церква, 2006. - 124 с.

2.Кучеренко С.І., Ольшанський В.П., Ольшанський С.В., Тіщенко Л.М. Моделю­вання польоту крапель, які випаровуються при русі в газі. - Харків: Едена, 2006. - 203 с.

З.Ольшанский В.П., Ольшанский С.В. Нижняя оценка дальности полета испаряю­щихся капель распыленных огнетушащих веществ // Науковий вісник будівництва. Вып.35. - Харків: ХДТУБА, 2006. - С.188-193.

4.Абрамовиц А., Стиган И. Справочник по специальным функциям (с формулами, графиками и математическими таблицами). - М.: Наука, 1979. - 832 с.

5.Ольшанский В.П., Дубовик О.А. Вопросы внешней баллистики огнетушащих веществ. - Харьков: Митець, 2005. - 236 с.

6.Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. - М.: Наука, 1977. - 344 с.

Получено 19.03.2007

УДК 614.842

Ю.В.ЦАПКО, канд. техн. наук

Черкаський інститут пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля МНС України

ДОСЛІДЖЕННЯ УМОВ ФЛЕГМАТИЗУВАННЯ АЗОТОМ СУМІШЕЙ ПОВІТРЯ З ПРОДУКТАМИ ПГРОЛІЗУ ЦЕЛЮЛОЗОВМІСНИХ МАТЕРІАЛІВ

Наводяться результати досліджень концентраційних меж поширення полум'я в разі флегматизування азотом горючих сумішей продуктів піролізу целюлозовмісних матеріалів з повітрям. Обґрунтовуються параметри флегматизування горючого середо­вища з метою забезпечення вибухопожежобезпеки об'єктів азотом, який одержують за мембранною технологією розділення повітря.

Причиною пожеж у складських приміщеннях є займання газопо­дібних продуктів термічної і термоокислювальної деструкції (водню, метану, оксиду вуглецю та ін.), які утворюються у процесі нагрівання целюлозовмісних матеріалів. Ефективним способом захисту таких об'єктів є флегматизування газового середовища шляхом введення достатньої кількості газової вогнегасної речовини (ГВР) - азоту, діок-сиду вуглецю тощо. Розрахунок цієї кількості має базуватися на зна­ченні мінімальної флегматизувальної концентрації (Смф) даної ГВР для газових сумішей повітря з продуктами деструкції матеріалу, який збе­рігається на об' єкті.

Термічну деструкцію целюлози (деревина, фанера, папір та ін.) супроводжує хімічне окиснення, що прискорюється значним підвищенням температури. В результаті цих процесів отримуєтьсяскладна суміш продуктів глибокого розкладу, причому характер одер­жуваних продуктів залежить від умов протікання процесу розкладання і від того, на якій стадії він припиняється. Загальна властивість целю­лозних матеріалів виражається в їх здатності при розкладанні виділяти легкозаймисті гази та пари і залишати в звичайних умовах твердий залишок (вугілля) як кінцевий продукт піролізу.

При нагріванні целюлозовмісних матеріалів високомолекулярні речовини, які входять до їх складу (целюлоза, лігнін, пентозани, гексо­зани) при високих температурах виявляються малостійкими і розкла­даються. Загальний напрямок цього розкладання такий, що зі складних речовин, які володіють високою молекулярною масою, утворюються більш прості і стійкі речовини. Ці продукти можуть у свою чергу про­ходити подальше розкладання. Так, наприклад при температурах 350­400 °С і вище відбувається розщеплення оцтової кислоти і метилового спирту з утворенням горючих газоподібних продуктів. Початок горіння целюлозовмісних матеріалів розглянемо з використанням мнемонічної схеми "класичного трикутника горіння (пожежі)" [1], що показує взаємозв'язки між горючою речовиною (ГР), окисником (ОК) та джерелом запалювання (ДЗ) (рис. 1).

Будемо розглядати параметри пожежної небезпеки, коли горю­чою речовиною є горючі гази, окисником - повітря (точніше кисень повітря), а джерелом запалювання - відкрите полум' я. Першим пара­метром слід вважати температуру целюлозовмісного матеріалу при якій кількість горючих газів буде сягати концентрації, що характеризує другий параметр, а саме нижню концентраційну межу займання (НКМЗ). Таку температуру називають температурою займання (запа­лювання).

Метою роботи було встановити концентраційні межі області фле­гматизування в системі "суміш продуктів піролізу деревини - повітря ­

Рис.1 - Мнемонічна схема "класичного трикутника пожежі"азот" і на підставі одержаних даних обґрунтувати найбільш прийнятні умови флегматизування горючих середовищ, які утворюються в разі займання целюлозовмісних матеріалів, в тому числі з використанням азоту, який одержують за мембранною технологією розділення повіт -ря.

В роботах [2, 3] проведено термодеструкцію зразків паперу та де­ревини, зібрані леткі продукти термодеструкції і проведено їх газо-хроматографічний аналіз. Результати газохроматографічного аналізу одержаних горючих газових сумішей наведено в табл. 1.

Таблиця 1 - Якісний і кількісний склад газоподібних продуктів термічної деструкції целюлозовмісних матеріалів

Компонент

Вміст компонентів у продуктах деструкції, % об.

 

паперу

соснової деревини

СН4

7,33

6,05

С2 Нб

0,52

0,45

іСз Н8

0,05

0,19

нСз Н8

0,15

0,32

 

не виявлено

не виявлено

 

0,10

не виявлено

іСз Н12

0,03

не виявлено

нСз Н12

0,17

не виявлено

СО2

34,00

39,08

О2

0,84

0,26

N2

4,90

0,99

СО

47,26

51,93

Н2

4,85

0,73

Як видно з табл.1, суміші продуктів термодеструкції паперу та деревини суттєво відрізняються за вмістом оксиду і діоксиду вуглецю (при цьому їх сумарна концентрація сягає 81,26% у першому випадку і 91,01% у другому) і значно менше - за вмістом інших горючих компонентів (водню і вуглеводнів). Зокрема, співвідношення концентрацій діоксиду та оксиду вуглецю у цих сумішах становлять 1,3-1,4, а сумарні концентрації горючих компонентів - 60,46 і 59,67% відповідно. Отже, слід очікувати, що для флегматизування знадобиться значна кількість вогнегасної речовини.

Така кореляція підтверджується результатами експериментально­го визначення мінімальних флегматизувальних концентрацій азоту для сумішей повітря з продуктами піролізу деревини та паперу (табл.2).

У випадку застосування азоту його мінімальна флегматизувальна концентрація для сумішей повітря з продуктами піролізу паперу в 1,1 раза нижча, ніж для сумішей повітря з продуктами піролізу соснової деревини.

Таблиця 2 - Результати експериментального визначення концентраційних меж поширення полум'я та мінімальної флегматизувальної концентрації СМФ (% об.)

Горюче середовище

Концентраційні межі по­ширення полум'я, % об.

Значення мінімальної флегматизувальної концентрації, % об.

 

нижня

верхня

азот

Суміші повітря з продуктами піролізу соснової деревини

12,8

35,1

42,5

Суміші повітря з продуктами піролізу паперу

9,8

31,2

38,7

Як видно з результатів, наведених у табл.2, для надійного запобігання пожежам і вибухам, які пов'язані з термічною деструкцією органічних матеріалів внаслідок їх нагрівання, необхідно створювати досить високі концентрації вогнегасних речовин у прилеглому газово­му середовищі, незважаючи на те що продукти піролізу містять понад 50% інертного розріджувача - діоксиду вуглецю та майже 5% азоту для паперу.

Застосування розрахунково-аналітичного методу визначення флегматизувальної кривої для газових сумішей „горюча речовина -окисник - газова вогнегасна речовина" розглянемо на прикладі розра­хунку концентраційних меж поширення полум' я сумішей повітря з продуктами піролізу деревини та мінімальної флегматизувальної концентрації під час флегматизування азотом [4].

Щоб отримати аналітичні вирази для всіх чотирьох ділянок, необхідно експериментально визначити координати принаймні п' яти точок: А, В, С, а також довільних точок D і Е, які належать відповідно нижній і верхній гілкам кривої флегматизації.

За методикою ДСТУ 3958 [5] з використанням метрологічно ате­стованого обладнання експериментально визначено Сг та Сф для сумішей, яким відповідають точки А, В, С, D, Е кривої флегматизації. Отримані результати наведено на рис.1 у вигляді координат відповідних точок.

На підставі експериментальних даних із застосуванням розрахун­ково-аналітичного методу [4] розраховано коефіцієнти, якими описується крива флегматизування суміші продуктів піролізу дереви­ни з повітрям у разі застосування азоту як флегматизатора, область флегматизувальної кривої наведено на рис.2.

Останнім часом значна увага приділяється питанням створення на об' єктах автономних джерел дешевого азоту, який можна було б вико­ристовувати як вогнегасну речовину, зокрема для флегматизування горючих газо- і пароповітряних сумішей. Такий азот, точніше азотно-кисневі суміші, які містять від 2 до 10 об'ємних відсотків кисню, мож­на отримувати за допомогою мембранних модульних установок розді­лення повітря. Його вартість залежить від вмісту кисню, але в усякому разі значно менша за вартість азоту, одержаного традиційним кріоген­ним способом.

В(0;35,1)

Е(13,0;29,5)

А(0; 12,8)

N

^\ С(14,0;42,5) ^^^^^О(ПД20^                           ^          ' '

1---W

Сф

Рис.2 - Схема побудови концентраційних меж області флегматизування для системи „суміш продуктів піролізу деревини - повітря - азот"

З метою оцінки ефективності та доцільності застосування "мем­бранного" азоту в системах протипожежного захисту об'єктів для ряду азотно-кисневих композицій розраховано значення мінімальних флег-матизувальних концентрацій у сумішах з повітрям і продукта­ми піролізу деревини. Розглянуто суміші, в яких об'ємна частка азоту a становить від 0,92 до 0,96. За основу в розрахунках взято значення відповідних показників для чистого азоту, визначені як показано на рис.2.

Якщо для чистого азоту величину С°ф(С) визначено експеримен­тально, то для і-ї азотно-кисневої композиції значення СФ(С) можна з достатньою надійністю розрахувати за методом [6], прийнявши, що об'ємна частка азоту в повітрі нормального складу становить 0,79, за рівнянням

0 21

Сф(С} a - 0,79 Сф(С}' 1}

де ОСг- - об'ємна частка азоту в і-й азотно-кисневій суміші.

Дані, одержані шляхом такого розрахунку, наведено на рис.3.

33,5

10,2

Рис.3 - Результати визначення мінімальних флегматизувальних концентрацій азоту та азотно-кисневих композицій для сумішей повітря з леткими продуктами піролізу деревини: 1 - чистий азот; 2, 3, 4 - азот з домішками кисню 96, 94, 92 % об. відповідно.

Таким чином, за розрахунково-аналітичним методом було визна­чено концентраційні межі області флегматизування для газових сумі­шей системи "продукти піролізу деревини - окисник - флегматиза-тор", що дозволяє оцінити ефективність застосування азоту для флег­матизування горючих середовищ.

1. Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойства горючих ве­ществ. - М.: Химия, 1981. - 271 с.

2. Жартовський В., Бут В., Цапко Ю., Барило О. Дослідження механізму вогнеза-хисної ефективності деревини просочувальними композиціями // Коммунальное хозяй­ство городов: Науч.-техн. сб. Вып.55. - К.: Техніка, 2004. - С.219-229.

3. Барило О.Г., Цапко Ю.В., Жартовский В.М. Експериментальні дослідження вог-небіозахисної ефективності композиції для текстильних матеріалів та паперу // Науковий вісник УкрНДІПБ. - 2006. - №1 (13). - С.42-48.

4.Откідач Д.М., Цапко Ю.В., Соколенко К.І. Флегматизування горючих газових середовищ. - К.: Пожінформтехніка, 2005. - 196 с.

5. ДСТУ 3958-2000. Газові вогнегасні речовини. Номенклатура показників. Загальні технічні вимоги. Методи випробувань. - К.: Держстандарт України, 2000.

6. Цапко Ю.В., Орел В.П., Откідач М.Я., Антонов А.В., Орел Б.П., Откідач Д.М. Застосування розрахунково-експериментального методу визначення параметрів флегма­тизування горючих газових середовищ в озонобезпечній технології виробництва холодильників // Науковий вісник УкрНДІПБ. - 2002. - №5. - С.62-68.

Отримано 29.01.2007

Страницы:
1 


Похожие статьи

Ю В Цапко - Дослідження умов флегматизування азотом сумішей повітря з продуктами пгролізу целюлозовмісних матеріалів