что такое стойкость пены
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Стойкость пены характеризует ее сопротивляемость разрушению и зависит от дисперсности ( размеров пузырьков) и ряда других факторов. С повышением вязкости стойкость пены увеличивается, но ухудшается ее растекаемость по поверхности жидкости. В зависимости от способа и условий получения огнетушащие пены подразделяют на химические и воздушно-механические различной кратности. Для получения химической пены используют специальные пеногенераторные порошки. В последнее время ее применяют все реже. Такие пены широко используют пожарники для тушения горящей нефти. [1]
Стойкость пены характеризуется ее сопротивляемостью процессу разрушения и оценивается продолжительностью разрушения пены. Высокократные пены менее стойки. [3]
Стойкость пены определяется временем выделения из полученной пены 50 % ( 50 мл) раствора пенообразователя. [5]
Стойкость пены характеризуется ее сопротивляемостью процессу разрушения, высокократные пены менее стойки. [6]
Стойкость пены в технологии пенистых пластмасс играет особо важную роль, так как для превращения пены в твердую и прочную пластмассу требуется определенное, иногда длительное время, и зто превращение в некоторых случаях должно протекать при повышенной температуре. [9]
Стойкость пены определяется временем, в течение которого пена, полученная по методике п, 5, разрушается на 1 5 своего первоначального объема. [10]
Стойкостью пены называется ее способность противостоять разрушению во времени. Стойкость пены определяется временем, в течение которого из нее выделяется 50 объемн. [11]
Показателем стойкости пены является время выделения 50 % ( 50 см3) раствора пенообразователя, взятого для получения пены, за вычетом 30 с, необходимых для пепообразования. [12]
Образование и стойкость пены в значительной мере зависят от температуры, причем стойкость пены с повышением температуры уменьшается; при температуре выше 70 С обычно происходит быстрый распад пены. [15]
Воздушо-механическая пена как огнетушащее вещество: кратность и стойкость пены, механизм прекращения горения, область применения, технические средства подачи пены.
Ответ: основным средством изоляции являются пены: химическая и воздушно-механическая.
Химическая пена нашла применение в огнетушителях (химически пенных). Кратность примерно равна 5. Трудоемкость получения химической пены и достаточно высокие материальные затраты, вредное воздействие на органы дыхания и окружающую среду и другие недостатки ограничивают ее практическое применение.
Воздушно-механическая пена (ВМП).
ВМП получается в результате механического перемешивания водного раствора пенообразователя с воздухом в специальном стволе (пеногенераторе).
Основное огнетушащее свойство пены — изолирующая способность, т.е. способность препятствовать испарению горючего вещества и проникновению через слой пены паров, газов и различных излучений. Изолирующие свойства пены в основном зависят от кратности, стойкости и дисперсности.
Низкократные пены используют для тушения пожаров на складах древесины, так как ее можно подать струей значительной длины; кроме того, она хорошо проникает в неплотности и удерживается на поверхности.
Высокократную пену, а также пену средней кратности применяют для объемного тушения, вытеснения дыма, изоляции отдельных объектов от действия теплоты и газовых потоков (в подвалах жилых и производственных зданий, в пустотах перекрытий, в сушильных камерах и вентиляционных системах и т.п.)
Положительные свойства пены как огнетушащего вещества.
1) Хорошо заполняет объемы помещений, вытесняет нагретые продукты сгорания (в том числе токсичные), снижает температуру в помещении в целом, а также строительных конструкций, агрегатов, установок и т.п.
2) Прекращает пламенное горение и локализует тление веществ и материалов, с которыми соприкасается.
3) Создает условия для проникновения ствольщиков к очагам тления для дотушивания (при соответствующих мерах защиты органов дыхания и зрения от попадания пены).
4) Пена средней кратности является основным средством тушения ЛВЖ и ГЖ как в резервуарах, так и разлитых на открытой поверхности.
Отрицательные свойства пены как огнетушащего вещества.
Пена взаимодействует с некоторыми веществами и материалами (пероксидами, карбидами, щелочными и щелочноземельными металлами и т.п.), которые поэтому нельзя тушить пеной.
Пена электропроводна, поэтому ее нельзя применять для тушения электроустановок, находящихся под напряжением.
Пена обладает высокими коррозийными свойствами.
Пена имеет малую механическую прочность, поэтому относительно быстро разрушается.
Воздушно-механическую пену применяют и в комбинациях с огнетушащими порошками типа ПСБ, нерастворимыми в воде.
Стволы пожарные ручные комбинированные предназначены для формирования сплошной или распылённой струи воды и воздушно-механической пены низкой кратности, направления её в очаг пожара. Стволы оборудованы перекрывным устройством.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Теоретическая часть
Пена, как огнетушащее средство широко используется при тушении пожаров на объектах химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также используется для тушения твёрдых и жидких веществ, не вступающих во взаимодействие с водой. По своей структуре пена представляет собой дисперсную двухфазную систему, состоящую из пузырьков газа, окружённых плёнками жидкости [5].
К основным свойствам пен, определяющим их огнетушащую способность, относятся: кратность, объемный вес, стойкость, дисперсность, вязкость, охлаждающая и изолирующая способности.
Стойкость пены зависит от кратности, дисперсности, держания ПАВ в растворе, а также температуры и состояния окружающей среды, вида горящего вещества и других факторов. Стойкость есть обратная величина интенсивности разрушения пены.
Дисперсность пены— свойство, характеризующее степень измельченности пузырьков. Показателем дисперсности пены является усредненный размер пузырьков одного литра пены. Высокодисперсными пенами могут считаться те, у которых средний диаметр пузырьков менее 3 мм. С увеличением кратности при постоянной толщине стенок пузырьков дисперсность уменьшается. Она зависит от состава пенообразующего раствора, механизма и параметров смешения его с воздухом. Дисперсность изменяется в зависимости от слияния пузырьков. Диаметр пузырьков в совокупности с кратностью и толщиной стенок жидкостной оболочки пузырьков представляет структуру пены.
Увеличение вязкости за счет увеличения кратности примерно до 100 увеличивает стойкость пены. Дальнейшее увеличение кратности снижает стойкость пены.
Степень проявления и влияния свойств пен зависит от условий. Например, если пена используется в качестве средства защиты от лучистого теплового потока, то наибольшее значение имеют стойкость и электромагнитнаяпроницаемость.Изолирующее действие пены при атом оценивается количеством энергии, проходящей через слой равный 1 см за 1 с на 1 м 2 поверхности.
Стойкость пены в условиях пожара зависит от вида пенообразователя и параметров пены.
Синтетические углеводородные пенообразователи обладают высокой пенообразующей способностью и обеспечивают получение среднекратных и высокократных пен. Такие пенообразователи применяются в основном для тушения пожаров пеной в помещениях, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. В результате разрушения пены выделяется раствор пенообразователя в виде капель, называемый отсеком. Отсек охлаждает поверхность горючей жидкости, что снижает скорость химической реакции в зоне горения, и как следствие уменьшает температуру пламени. Но в целом разрушение пены на основе углеводородного пенообразователя является отрицательным фактором, так как замедляет создание изолирующего слоя пены. Кроме того, при тушении высококипящих жидкостей, образующих гомотермический слой, капли отсека могут вызвать вскипание и выброс. Углеводородные пенообразователи не пригодны для тушения водорастворимых, полярных жидкостей, так как интенсивность разрушения пен в этих случаях намного больше реально достижимой интенсивности подачи.
При тушении пенами на основе фторированных пенообразователей из отсека на поверхности горючей жидкости образуется плёнка раствора. Она хорошо растекается по поверхности и защищает пену от разрушающего действия жидкости. Образующаяся плёнка водного раствора при контакте с нагретой жидкостью частично разрушается за счёт испарения, выпадения капель воды и углеродной части на дно резервуара. Тем самым она охлаждает поверхностный слой жидкости и уменьшает интенсивность разрушения пены.
Из одного и того же пенообразователя можно получить пену, обладающую различной огнетушащей эффективностью. Это зависит главным образом от её параметров, таких как кратность, дисперсность, вязкость и др.
Кратностью пены Кп называется отношение объёма пены Vп к объёму раствора пенообразователя, из которого она образована Vраст. ПО
Дисперсность пены Dп обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков dср:
Дисперсности пены во многом зависит от условий её получения, в том числе и от характеристики аппаратуры. Пены с высокодисперсной структурой обладают лучшей изолирующей способностью и большой стойкостью.
Вязкость характеризует способность пены к растеканию, и оценивается коэффициентом динамической вязкости. Вязкость пены зависит от таких факторов и параметров как от вида пенообразователя, кратности, дисперсности. С повышением вязкости пены стойкость её возрастает, но ухудшается растекаемость по горящей поверхности. При необходимости изолировать зону горения от горящей поверхности пену подают слоем на границу их раздела. Такое тушение называют «поверхностным» или тушением по поверхности. При заполнении пеной большей части или всего объема зоны горения тушение называется объемным.
Низкократными пенами тушат в основном по поверхности. Для тушения жидкостей используют пены кратностью до 70, объемная масса которых в 5-50 раз меньше объемной массы этих жидкостей. Такие пены хорошо удерживаются и растекаются до поверхности, эффективно противостоят прорыву через них горючих паров, обладают значительным охлаждающим действием. Для тушения крупных пожаров на складах древесины используют тяжелые низкократные пены, так как они позволяют получать струй значительной длины, хорошо проникают в неплотности и удерживаются на поверхности, обладая высокими теплоизолирующим и охлаждающим действиями. Защитное действие проявляется даже после разрушения тяжелой пены и испарения воды, так как на поверхности остается слой утяжелителя, который предохраняет поверхность древесины от возгорания.
Высокократную пену применяют главным образом для объемного тушения, вытеснения дыма, изоляции отдельных объектов от действия тепла и газовых потоков.
Химическая пена применяется редкои, главным образом, для тушения низкокипящих жидкостей. Использование пены ограничивается в связи о громоздкостью пеннойаппаратуры,сложностью транспортировкии хранения пенопорошка,высокой стоимостью и сложностью организации тушенияпожаров. Пены являются достаточно универсальным средством поэтому используются для тушения жидких и твердых веществ. Исключение составляют вещества, взаимодействующие сводой.
Воздушно-механическая (ВМ) пена может применятьсяв сочетании о огнетушащими порошковыми составами (ОПС) нерастворимыми в воде (типа ПСБ). ОПС обладают высокойэффективностью при ликвидации пламенного горения, но почти не охлаждают горящую поверхность. Пена же компенсирует этот недостаток и дополнительно изолирует поверхность. Эффективно применение пены ВМ в сочетании с водой при одновременном горении жидкостей иди плавящихся веществ и твердых материалов, рассредоточенных по объему зоны горения. К такому сочетанию прибегают в тех случаях, когда невозможно использовать объемное тушение. При осуществлении его избегают действия водяных струй на пену, так как пенаподдействием их сильно разрушается.
Пена ВМ менее электропроводна, чем химическая,однакоболее электропроводна, чем вода, входящая в составпены.
Тушение пеной ВМ высоковольтных электроустановок производится после их обесточивания. Как исключение допускается объемное тушение передвижными средствами электроустановок при напряжении 10 кВ и условии заземления, закрепления пеногенератора и заземления автонасоса.
Под эффективностью использования пены понимают степень полезного использования подаваемого на тушение пенообразующего раствора.
Контрольные вопросы
1. Основные свойства пены.
2. Что из себя представляет пена? Какова её структура?
3. Назовите основные причины (виды) разрушения пены.
4. Как классифицируются основные пенообразователи?
5. Что такое кратность и дисперсность пены, и как они влияют на интенсивность её разрушения?
6. Какие факторы внешней среды влияют на интенсивность разрушения пены?
7. Показатель дисперсности пены.
8. Виды пены по кратности.
9. От чего зависит вязкость пены.
10. В чем заключается изолирующее свойство пены.
11. Особенности тушения низкократными пенами.
12. Особенности тушения химическими пенами.
Кратность пены
Кратность пены – это безразмерная величина, равная отношению объема пены к объему раствора, содержащегося в пене.
Значение и формула
Кратность пенообразователя (полученной воздушно-механической пены) в равной мере зависит как от физико-химических свойств исходного пеноконцентрата общего или целевого назначения, так и от технических особенностей генераторов пены, имеющих специфические конструктивные ограничения.
Значение кратности пены Кп определяют по формуле:
Группы
В зависимости от величины кратности, пены разделяют на четыре группы:
Получение пены низкой кратности с помощью ручного пожарного ствола ОРТ-50
Получение пены с помощью генератора пены средней кратности ГПС-600
Получение пены высокой кратности с использованием стационарных систем пожаротушения
Свойства и применение пен различной кратности
В практике тушения пожаров используются все четыре вида пены, которые получают различными способами и с помощью разных устройств:
Воздушно-механические пены (ВМП) средней и высокой кратности:
Устойчивость пены к обезвоживанию во многом определяет ее изолирующее действие, которое выражается в снижении скорости поступления паров горючего в зону горения. Чем больше пена теряет жидкости, тем тоньше становятся пленки пены и тем меньше они препятствуют испарению горючего.
Скорость синерезиса определяется эффективным диаметром пенных каналов, высотой слоя пены и подвижностью поверхности пенных каналов, высотой слоя пены и подвижностью поверхности пенных каналов. Если стенки каналов жесткие, то течение жидкости будет определяться вязкостью раствора, а при подвижных стенках будет происходить совместное движение раствора и поверхности канала, что заметно снижает устойчивость пены.
Подвижность стенок каналов определяется природой поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащихся в пенообразователе.
Предельное напряжение сдвига (прочность) адсорбционного слоя молекул вторичных алкилсульфатов натрия очень низко, поэтому в процессе обезвоживания пены поверхность каналов движется вместе с раствором.
При добавлении к этому пенообразователю жирных спиртов, например тетрадецилового спирта, образуется композиция, которая обеспечивает высокую прочность адсорбционного слоя и придает неподвижность поверхности каналов, что резко снижает скорость течения жидкости и замедляет процесс синерезиса пены.
Пенообразователь, содержащий вторичные алкилсульфаты натрия и добавки высших жирных спиртов, называется «Сампо». В нем, наряду с указанными поверхностно-активными компонентами, содержатся вещества, предотвращающие расслоение системы при низких температурах и повышающие термическую устойчивость пены.
Пенообразователи представляют собой концентрированные водные растворы поверхностно-активных веществ, содержание которых обычно составляет 25 % масс.
Рабочие растворы, из которых непосредственно образуется пена в генераторах, содержат 3-6 % объема пенообразователя, т.е. 1-2 % масс ПАВ.
Минимальное содержание молекул ПАВ в пенообразующем рабочем растворе определяется необходимостью обеспечить на вновь сформированной поверхности пенных пленок плотный монослой адсорбированных молекул пенообразователя.
Современные тенденции применения пен различной кратности
В настоящее время в мире сформировалась тенденция применения на практике пены только низкой или только высокой кратности. Это обусловлено повсеместным применением фторсодержащих пенообразователей, которые за счёт эффекта образования саморастекаемой водной плёнки (локальное пожаротушение на поверхности горючей жидкости) позволяют ограничиться пеной низкой кратности для быстрого достижения целей пожаротушения.
В случаях вынужденного объёмного пожаротушения (авиационные ангары, трюмы речных (морских) судов и т.д.) тандем совместимых пеноконцентратов и пеногенераторов позволяют получить высокую кратность пены, заполняющую защищаемый объект и оперативно ликвидирующую пожар.
На территории России получение и применение пены средней кратности, тем не менее, продолжает сохранять свою актуальность из-за массового применения на практике генераторов пены средней кратности.
Также читайте дополнительный материал по теме:
Охрана Труда
Воздушно-механическая пена
Воздушно-механическая пена образуется в результате интенсивного механического перемешивания водного раствора пенообразователя с воздухом.
Для получения пены применяются пенообразователи ПО-1 и ПО-6.
Пенообразователь ПО-l представляет собой нейтрализованный керосиновый контакт, содержащий не менее 45% сульфокислот. Для получения необходимой кратности и стойкости пены в него добавляют 4,5% клея и 10% спирта или этиленгликоля.
Пенообразователь ПО-6 является продуктом щелочного гидролиза технической крови животных. Для придания устойчивости пены в него добавляют 1% сернокислого закисного железа. Чтобы предотвратить загнивание пенообразователя при длительном хранении, в него добавляют 4% фтористого натрия.
Пенообразователи должны удовлетворять требованиям ГОСТ 6948—54 и ГОСТ 9603—61.
Воздушно-механическая пена состоит из пузырьков, оболочка которых образована из раствора пенообразователя. В пузырьках содержится (в зависимости от пенообразователя) воздуха до 90%, воды 9,5% и пенообразователя до 0,5%. Удельный вес пены от 0,11 до 0,17.
Получается воздушно-механическая пена с помощью специальных аппаратов (смесителей и воздушно-пенных стволов). Стойкость пены на основе пенообразователя ПО-1 составляет 30 мин, а на основе пенообразователя ПО-6— не менее 60 мин.
ВНИИПО разработана рецептура пенообразователя ПО-8 для получения воздушно-механической пены повышенной стойкости, которая используется при тушении нефтепродуктов» и полярных жидкостей (спирта, ацетона и др.).
Воздушно-механическую пену по кратности выхода подразделяют на пену нормальной и высокой кратности.
Пена нормальной кратности считается в том случае, когда из 1 л пенообразователя ПО-1 и 25 л воды образуется от 200 до 300 л пены, из 1 л пенообразователя ПО-6 и 25 л воды — от 125 до 175 л.
Пена из пенообразователя ПО-6 более стойка, чем из пенообразователя ПО-1. Для получения пены нормальной кратности используют водные растворы пенообразователей ПО-1 (3—4% по объему) и ПО-6 (4—6% по объему).
Пенообразователь ПО-1 считается годным, если кратность выхода пены не менее 10, стойкость ее не менее 30 мин, а пенообразователь ПО-6,— если кратность выхода пены не менее 5, стойкость ее не менее 60 мин.
Пена нормальной кратности хорошо удерживается на вертикальных поверхностях, поэтому она может применяться для защиты материалов и конструкций от загорания при воздействии лучистой теплоты.
Воздушно-механическую пену нормальной кратности целесообразно применять для тушения нефтепродуктов с температурой вспышки 45° С и выше, находящихся в емкостях, и нефтепродуктов с температурой вспышки 45° С и ниже (за исключением авиабензина), разлитых тонким слоем по твердому покрову или на поверхности воды.
Ее можно использовать также для тушения нефтепродуктов с температурой вспышки 45° С и ниже (за исключением бензина) в емкостях. Но при этом надо помнить, что для тушения нефтепродуктов с температурой вспышки 28° С и ниже на площади не более 100 м 2 можно применять воздушно-механическую пену нормальной кратности на основе пенообразователя ПО-1, а на площади не более 400—500 м 2 — на основе пенообразователя ПО-6. Расстояние от верхней кромки борта емкости до зеркала жидкости должно быть не более 2 м. Это условие следует соблюдать также и при тушении нефтепродуктов с температурой вспышки от 28 до 45° С.
Пенообразователи неэффективны при тушении пожаров полярных жидкостей (спирта, эфира, ацетона).
Для тушения нефтепродуктов (бензина, керосина, сырой нефти, мазута) наряду с пенообразователем ПО-1 используют смачиватель НБ.
ВНИИПО разработан способ тушения нефтепродуктов в емкостях путем подачи воздушно-механической пены через слой горючего. В данном случае пожар можно тушить при любом уровне горючего в емкостях.
Пена высокой кратности на основе пенообразователей ПО-1 или ПО-6 вырабатывается „специальным генератором, работающим по принципу усиленного подсоса воздуха. Она может применяться для локализации пожаров твердых веществ, пламенного горения в помещениях. Высокую огнегасительную эффективность пена дает при тушении нефтепродуктов.
При тушении ею пламенного горения в помещениях происходит вытеснение дыма и продуктов сгорания, локализация очагов горения, создаются благоприятные условия для полного прекращения горения.
По мере заполнения помещений пеной высокой кратности температура в них быстро снижается в результате вытеснения горячих газов, прекращения горения и частичного охлаждения конструкций. Температура в горящем помещении, как свидетельствует практика, сразу же после подачи в него пены может снизиться с 1000° С и более до 65—50° С.
После заполнения помещения пеной температура в нем может вновь повыситься, так как нагретые конструкции перекрытий из-за кратковременного действия пены не успевают охлаждаться.
Пеной высокой кратности можно тушить лишь пламя вследствие наличия в ней большого количества воздуха и ограниченного времени ее подачи. Очаги тления твердых веществ при этом остаются непогашенными.
Под воздействием теплоты, выделяющейся при тлении, пена быстро разрушается.
Полная ликвидация очагов тления зависит от интенсивности и времени подачи пены и от того, насколько быстро она проникает к местам горения.
Практически пена высокой кратности нетеплопроводна. Колебания температуры окружающей среды от —30 до +30° С существенного влияния на качество пены не оказывают. При низких температурах (ниже —15° С) стойкость пены несколько снижается, хотя на поверхности ее образуется устойчивая корка. Высокая температура ускоряет разрушение пены.
Пена не оказывает вредного действия на большинство материалов и оборудование, не создает дополнительной нагрузки на конструкции в связи с незначительным объемным весом ее.
Пенообразующий раствор является хорошим смачивателем и поэтому свободно проникает внутрь материалов, в том числе волокнистых.
При пользовании воздушно-механической пеной значительно облегчается труд пожарных во время тушения пожара. Поэтому ее широко применяют при тушении пожаров, она является основным средством пожаротушения.
При тушении нефтепродуктов необходимо применять расчетное количество как химической, так и воздушномеханической пены. Указания по их расчету излагаются в приложении 4 «Правил пожарной безопасности на речном транспорте Министерства речного флота РСФСР».
Углекислота (техническое название двуокиси углерода) С0 2 — бесцветный газ с едва ощутимым запахом, не горит и не поддерживает горения, не проводит ток. Огнегасительная концентрация паров углекислоты в воздухе должна быть 22,4% (по объему). При 0°С и давлении 36 кгс/см 2 легко сжижается, переходя из газообразного состояния в жидкое.
Теплота испарения жидкой углекислоты 47,7 кал/кг. При быстром испарении жидкой углекислоты образуется твердая (снегообразная) углекислота. Удельный вес такой углекислоты при температуре —79° С равен 1,53.
Углекислота или углекислый снег, направленные в зону пожара, снижают концентрацию кислорода в ней до такой величины, при которой невозможно горение, а также охлаждают горящее вещество и окружающую среду, в результате чего горение прекращается.
Углекислота применяется для тушения пожаров в закрытых помещениях (в условиях ограниченного воздухообмена) и на сравнительно небольшой площади непосредственно на /воздухе. Она используется для тушения пожаров электроустановок под напряжением.
Пламенное горение в грузовом трюме судна при применении углекислоты прекращается в тех случаях, когда процентное содержание кислорода в нем снижается до 14%. Тление же при этом продолжается. Для его прекращения содержание кислорода в трюме необходимо довести до 5%. Углекислоту надо подавать в трюм до тех пор, пока полностью не прекратится тление, а оно может продолжаться от нескольких часов до одних-двух суток.
Углекислота как самостоятельное огнегасительное средство’ в стационарных противопожарных установках на речном транспорте применяется редко. Она заменяется более эффективными средствами — галоидуглеводородами: бромистым этилом, бромистым метиленом, тетрафтордибромэтаном, которые входят в составы таких огнегасительных смесей, как «3,5», СЖБ и однокомпонентный фреон-114В2.