Химически активные пламегасители – от теории к практическому применению.

Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Шварцберг В.М., Рыбицкая И.В., Большова Т.А.,
Чернов А.А., Куценогий К.П., Макаров В.И., (ИХКГ СО РАН),
Копылов С.Н., Баратов А.Н., Жиганов Д.Б., (ФГУ ВНИИПО МЧС России)

1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.

Проблема разработки новых эффективных методов тушения пожаров с применением современных экологически безопасных пламегасителей является актуальной, так как в пожарах продолжают гибнуть люди и дорогостоящее имущество. Данная проблема включает в себя поиск и испытание пламегасителей а также изучение химии и кинетики их действия на пламя.

2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.

В рамках данной проблемы были поставлены и решены следующие задачи: 1) обобщить результаты многолетних исследований химии ингибирования пламен добавками фосфорорганических соединений (ФОС); 2) изучить особенности химии ингибирования водородокислородных пламен добавками триметилфосфата (ТМФ) и установить ключевые реакции, определяющие эти особенности; 3) разработать на основе обобщенных и проанализированных данных о механизме действия химически активных ингибиторов горения эффективные пламегасящие составы и провести их испытания; 4) разработать и проверить аэрозольную технологию доставки малолетучих пламегасителей в очаг пожара. Решение всех этих задач направлено на разработку эффективных методов тушения различных типов пожаров.

3. Используемые подходы, новизна и оригинальность.

Подход к решению поставленных задач включал тщательный анализ и обобщение всей имеющейся информации об ингибировании и гашении пламен ФОС, проведение лабораторных исследований, численного моделирования и полевых испытаний эффективности действия пламегасителей. Выявленные расхождения между экспериментальными и расчётными данными, а также анализ чувствительности позволил установить особенности действия ингибитора в водородном пламени. Подход к испытанию пламегасителей основывался на методах, позволяющих обнаружить синергизм химически активного пламегасителя и инертного разбавителя (например СО2). Кроме того, для получения более достоверных сведений об эффективности пламегасителя применялась различные методы испытаний, в которых реализовывались различные сценарии гашения пожаров. В качестве основных компонентов пламегасителей рассматривались фосфор- и калий- содержащие соединения. Для испытания малолетучих калийсодержащих пламегасителей в полевых условиях использовалась аэрозольная технология. С помощью мобильного генератора аэрозолей регулируемой дисперсности водный раствор пламегасителя подавался в очаг пожара двух типов: а) модельный очаг низового лесного пожара; б) модельный очаг пожара класса 0.5А (горящая древесина). Преимуществами данного метода являются: 1) оптимальный расход раствора, 2) использование для тушения пожара как мелких (5 мкм) так и крупных (50-80 мкм) частицы аэрозоля.

4. Полученные результаты и их значимость.

Обобщены результаты многолетних исследований по химии горения ФОС и механизму ингибирования ими пламен. Выявлены существенные отличия механизма ингибирования водородных и углеводородных пламен. В водородных пламенах при атмосферном давлении, в отличие от углеводородных пламен, эффективность ингибирования определяется реакциями атомов водорода и кислорода с ТМФ и фосфорорганическими продуктами его распада в низкотемпературной зоне пламени. Полученные данные расширили представления о механизме ингибирования добавками ФОС, показав многообразие химии их горения.
Предложен состав для объемного пожаротушения, содержащий инертный газ или смесь инертных газов (азот, диоксид углерода, аргон) и добавку, ингибирующую процесс горения. В качестве добавки используются циклические фосфазены (фосфонитрилы) при следующем соотношении компонентов: 0-99.5 мас.% - диоксид углерода; 0.5-100 мас.% - фосфазен. Использование гексафторфосфазена (PNF2)3 в количестве 3 мас.% к диоксиду углерода позволяет снизить минимальную огнетушащую концентрацию диоксида углерода в два раза.
Крупномасштабные натурные испытания по тушению двух типов модельных очагов пожаров с помощью аэрозоля 30%-го водного раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6] показали, что кратковременное воздействие аэрозольного облака на фронт пламени низового лесного пожара приводит к подавлению газофазного горения. Воздействие аэрозольного облака на модельный очаг пожара класса «А» (горящая древесина) приводит к его полному гашению. Установлено, что при тушении пожара с помощью аэрозоля водного раствора K3[Fe(CN)6] объемный расход такого пламегасителя в 30 раз меньше нормативного расхода чистой воды при тушении из брандспойта.

5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.

Уровень проводимых авторами исследований не уступает мировому. Полученные результаты были представлены на международных конференциях и симпозиумах: European Combustion Meeting (Louvain-la-Neuve, Belgium, 2005), 5th International Seminar on Flame Structure (Novosibirsk, Russia, 2005), XIII Всероссийский симпозиум по горению и взрыву (Черноголовка, Россия, 2005), 7th International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions (St. Petersburg, Russia, 2008), 32-ой Международный симпозиум по горению (Монреаль, Канада, 2008), Научно-практическая конференция «Проблемы совершенствования природной, техногенной и пожарной безопасности населения и территорий муниципальных образований субъектов Российской Федерации Сибирского федерального округа» (Новосибирск, 2008), V Международный научный конгресс «ГЕО-СИБИРЬ-2009» (Новосибирск, 2009 г), 7th Asia-Pacific Conference on Combustion (Taipei, Taiwan, 2009), VI Международная научно-практическая конференция «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, Казахстан, 2010).

6. Вклад авторского коллектива.

Вклад авторского коллектива в данной работе является определяющим, так как результаты расчетов, экспериментальные данные по структуре и скорости распространения водородокислородных пламен, по поиску синергетических смесевых пламегасителей на основе ФОС, а также результаты натурных испытаний по тушению модельных очагов пожаров с помощью аэрозолей растворов солей были получены сотрудниками ИХКГ СО РАН.

Список прилагаемых статей.
  1. О.П. Коробейничев, В.М. Шварцберг, А.Г. Шмаков , Химия горения фосфорорганических соединений,
  2. Коробейничев О.П., Шварцберг В.М., Шмаков А.Г., Химия деструкции фосфорорганических соединений в пламенах и в нетермической плазме,
  3. Korobeinichev O.P., Rybitskaya I.V., Shmakov A.G., Chernov A.A., Bolshova T.A., Shvartsberg V.M., Inhibition of atmospheric-pressure H2/O2/N2 flames by trimethylphosphate over range of equivalence ratio,
  4. О.П. Коробейничев, А.Г. Шмаков, А.А. Чернов, Т.А. Большова, В.М. Шварцберг, К.П. Куценогий, В.И. Макаров,, Тушение пожаров с помощью аэрозолей растворов солей,
  5. Баратов А.Н., Копылов С.Н., Жиганов Д.Б., Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Шварцберг В.М., Патент РФ 2363509 «СОСТАВ ДЛЯ ОБЪЕМНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ», Опубликовано: 10.08.2009 Бюл. № 22.
  6. Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Чернов А.А., Куценогий К.П., Макаров В.И., Копылов С.Н., Баратов А.Н., Патент РФ 2396095 «СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА», Опубликовано: 10.08.2010, Бюл. № 22.