3581

При подготовке гидрогелей использовался редкосшитый акриловый полимер «Карбопол ETD-2020» (РАП) с концентрацией гелеобразующего компонента 0,5 масс %, а также 10 % водный раствор гидроксида аммония, добавляющийся в суспензию в соотношении 10 мл/л. Гидрогель, выступающий в качестве базовой жидкости, имел плотность 1010 кг/м³, = 5,03.

В ходе исследования огнетушащие вещество заливалось в емкость объемом 500 мл. Давление в системе создавалось воздушным компрессором и составляло 0,2 ‒ 1,0 МПа. Контроль давления в системе осуществлялся манометром. Подача ОТВ осуществлялась по резиновому шлангу с внутренним диаметром 10 мм через насадок для распыления диаметром 2 мм, горючую жидкость заливали в металлическую емкость диаметром 30 мм с высотой свободного борта 25-30 мм. Время свободного горения жидкости составляло 60 сек. Время тушения фиксировалось при полной ликвидации горения. Массу ОТВ, израсходованного на тушение, определяли путем взвешивания емкости до и после эксперимента. Для каждого вида ОТВ проводилось по 3 измерения [4].

В ходе экспериментов выявлено, что время тушения наножидкостей на основе воды с наноматериалом МУНТ 1 об. % в среднем в 5,5 раза меньше времени тушения жидкости водой. Для гидрогелей (DW+РАП 0,2 масс. %) с наноматериалом МУНТ 1 об. % время тушения пожара сократилось до 10 раз (рис. 1).

Интенсивность тушения пожара для воды с наноматериалом МУНТ 1 об. % сократилась в 2 раза, а для гидрогелей (DW+РАП 0,2 масс. %) с наноматериалом МУНТ 1 об. % – в 3 раза.

171

В условиях электрофизического воздействия для исследуемых наножидкостей происходит дополнительное (на 10…15 %) сокращение времени тушения и интенсивности подачи ОТВ.

Обобщая полученные результаты, можно сделать вывод, что повышение огнетушащей эффективности модифицированных ОТВ на основе распыленной воды достигается за счет высокой термической стойкости наноматериала, улучшенной температуропроводности НЖ c МУНТ [6], стабилизации наночастиц в жидкости и снижения скорости их агломерации [5, 6], уменьшения размера капель за счет снижения поверхностного натяжения [7] и увеличения плотности жидкости [8].

Литература

1.Горшков В.И. Тушение пламени горючих жидкостей. Монография. — М.: Пожнаука, 2007. — 267 с.

2.Иванов А.В., Ивахнюк Г.К., Медведева Л.В. Методы управления свойствами углеводородных жидкостей в задачах обеспечения пожарной безопасности // Пожаровзрывобезопасность. – 2016. Т. 26, № 9. — С. 30-37. DOI: http://dx.doi.org/10.18322/PVB.2016.25.09.30-37.

3.Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Технология производства углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза этанола из газовой фазы //Химическая технология. — 2007. — Т. 8. — №. 2. — С. 58-62.

4.Шароварников А.Ф., Мельников А.И. Экспериментальные исследования огнетушащей способности водных пленкообразующих растворов фторированных поверхностно-активных веществ// Пожаровзрывобезопасность. — 2015.

Т. 24, № 9. — С. 74-81. DOI: http://dx.doi.org/10.18322/PVB.2015.24.09.74-81.

5.Ивахнюк Г.К., Картель Н.Т., Иванов А.В., Капитоненко З.В. Адсорбционные и электрофизические методы синтеза наноматериалов // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). – 2011. – №. 12. – С. 58-59.

6.Yu W., Xie H. A review on nanofluids: preparation, stability mechanisms, and applications. Journal of Nanomaterials. 2012, DOI: 10.1155/2012/435873.

7.Тарасевич С.Э., Яковлев А.Б. Средний диаметр капель, образующихся при распаде жидких струй и пленок (обзор) //Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 2004. – №. 4. – С. 52-57.

8.Иванов А.В., Михайлова В.И., Ивахнюк Г.К., Демехин Ф.В. Исследование характеристик модифицированных гидрогелей для тепловой защиты резервуаров нефтепродуктов // Пожаровзрывобезопасность. — 2017. — Т. 26. №4.

—С. 58-67. DO1: 10.18322/PVB.2017.26.04.58-67.

«Санкт – Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России»,Санкт – Петербург, Россия

D.P. Toropov, S.A. Golovin

172

OIL FIRES EXTINGUISHING USING AGENTS WITH CARBON

NANOCOMPONENTS

The results of the fire-extinguishing efficiency study modified agents for oil fires extinguishing are presented. It is shown that the multilayer nanotubes (MWCNT) have a large impact on the thermal and fire-extinguishing properties of extinguishing agents at relatively low concentrations, thereby minimizing the intensity application

Saint Petersburg University of the State Fire Service of EMERCOM of Russia

УДК 614.841.2.001.5

А. С. Алексеев

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РОСТА ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОЧВЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ПРИ ВНЕШНЕМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Проведено исследование почвенных отложения чернозема при внешнем тепловом воздействии с нефтепродуктом и без него. В ходе экспериментов получены регрессионные зависимости изменения температуры в почвенном отложении, а так же изменения температуры в газовой фазе с нефтепродуктом и без с течением времени

Судебная экспертиза ‒ это процессуальное действие, состоящее из проведения исследований и дачи заключения экспертом по вопросам, разрешение которых требует специальных знаний в области науки, техники, искусства или ремесла, и которые поставлены перед экспертом судом, судьей, органом дознания, лицом, производящим дознание, следователем, в целях установления обстоятельств подлежащих доказыванию по конкретному делу.

Современное почвоведение и агрохимия используют широкий набор методов исследования, в числе которых одно из центральных мест занимают фи- зико-химические или инструментальные методы анализа. Это большая группа методов, в которую часто включают все приемы определения вещественного состава почв, пород, природных вод, органических остатков, приемы изучения свойств почв и слагающих их компонентов, приемы определения строения органических и минеральных компонентов почв, основанные на количественном измерении физических свойств изучаемых объектов. Во многих случаях измеряют физические свойства почв или пород непосредственно в их естественном состоянии (например, спектры поглощения или отражения; потенциалы, возникающие на погруженном в почву электроде; магнитные свойства); но широко распространены и такие методы, при использовании которых на почву оказывается то или иное и часто весьма жесткое воздействие (нагревание до 1000°С и более, облучение электронами, испарение пробы почвы в пламени вольтовой

173

дуги и др.), вызывающее изменение состояния вещества, а происходящие при этом изменения свойств фиксируются измерительной аппаратурой [1].

Цель метода термического анализа и его применение для построения и анализа диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов. Переход металла из жидкого в твердое состояние (кристаллизация) протекает в условиях, когда система переходит к термодинамическому более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией [2].

Метод термического анализа основан на том, что фазовые превращения (например, появление зародышей твердой фазы, распад твердых растворов и т.д.) сопровождаются тепловыми эффектами. Вследствие выделения или поглощения тепла в процессе фазовых переходов нарушается плавность изменения температуры при нагреве или охлаждении и на кривых, построенных в координатах «температура-время», наблюдаются перегибы или горизонтальные участки. Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называются критическими точками. Перегибы на кривой охлаждения наблюдаются в том случае, когда превращение происходит в интервале температур, и тогда фиксируются температуры начала и конца превращения. Горизонтальные участки на кривой показывают, что превращение происходит при постоянной температуре (кристаллизация и полиморфное превращение чистых металлов, эвтектическое и другие превращения). По найденным значениям критических точек на кривых охлаждения (нагрева) для сплавов различных концентраций изучаемой системы строится диаграмма состояния (диаграмма фазового равновесия) [3].

Судебно-почвоведческая экспертиза развивается на основе криминалистической методологии, синтеза данных таких естественных наук, как почвоведенье, геология, минералогия, агрохимия, биохимия, и поэтому является сложным комплексным исследованием. Она проводится, как правило, комиссией экспертов.

На исследование были взяты почвенные отложения чернозема. Эксперимент над черноземом был разделен на 4 этапа. В первом этапе производился термический нагрев почвы без добавления нефтепродукта и при ограниченной вентиляции (рис. 1), во втором этапе термический нагрев почвы без добавления нефтепродукта и при свободной вентиляции (рис. 2), в третей этапе производился термический нагрев почвы с добавлением нефтепродукта и при ограниченной вентиляции (рис. 3), в четвертом стадии термический нагрев почвы с добавлением нефтепродукта и при свободной вентиляции (рис. 4).

174

Обобщенные результаты динамики температурного режима при прогреве образцов чернозема

Рис. 1. Диаграмма изменения температуры чернозема при закрытой печной двери

175

Рис. 2. Диаграмма изменения температуры чернозема при открытой печной двери

Рис. 3. Диаграмма изменения температуры чернозема с нефтепродуктом при закрытой печной двери

176

Рис. 4. Диаграмма изменения температуры чернозема с нефтепродуктом при открытой печной двери

Вэкспериментах с черноземом без нефтепродукта температура в верхней части образца в экспериментах при закрытой двери существенно превышает температуру в экспериментах при открытой двери. Это можно объяснить охлаждением образца за счет вентиляции.

Вто же время в центре образца при открытой двери выше, чем при закрытой двери. Температура в нижней части образца практически одинакова при открытой и при закрытой двери.

Вэкспериментах чернозема с нефтепродуктом температура в верхней части образца в экспериментах при закрытой двери существенно ниже, чем при открытой двери. Разогрев образца в верхней части в этом случае можно объяснить интенсивным поступлением окислителя, способствующим горению нефтепродукта.

Наоборот, температура в центре образца почти в три раза выше в экспериментах с закрытой дверью. Такая же тенденция наблюдается и в нижней части образца. Это можно объяснить меньшим теплоотводом.

Температура газовой фазы во всех экспериментах устанавливалась практически на одинаковом уровне. Температура в верхней части установки при этом была выше или равна критической температуре окружающей среды.

Литература

1.Система методов исследования в почвоведении. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение. Роде А.А.

2.География почв с основами почвоведения. - М.: Высшая школа. Геннадиев А.Н., Глазовская М.А.

177

3. Зайкина М.И., Дементьев Ф.А., Алексеев А.С. Экспериментальная установка для изучения динамики роста температуры при различных режимах горения пористых материалов. // научно-аналитический журнал "вестник санктпетербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России. 2016. № 1

A.S.Alekseev

INVESTIGATION OF DYNAMICS OF TEMPERATURE GROWTH IN SOIL

DEPOSITS AT EXTERNAL THERMAL EXPOSURE

The study of soil deposits of chernozem under external thermal influence with and without oil products was carried out. In the course of the experiments regression dependences of the temperature variation in soil deposition, as well as temperature changes in the gas phase with oil product and without time, were obtained

"St. Petersburg University of the State Fire Service of the Ministry of Emergencies of

Russia",St. Petersburg, Russia

УДК 614.842.612

А. С. Копосов, М. А. Лосев

ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ НА СОЦИАЛЬНО-ЗНАЧИМЫХ ОБЪЕКТАХ ВЫСОКОЭФФЕТИВНЫМИ ОГНЕТУШАЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ

НА ОСНОВЕ ВОДНОГЕЛЕВОГО СОСТАВА С УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИМИ НАНОСТРУКТУРАМИ

Представлена разработка нового высокоэффективного огнетушащего вещества на основе водногелевого состава с углеродсодержащими наноструктурами. Рассмотрены огнетушащие и физико-химические свойства водногелевых составов и углеродсодержащих наноструктур. Показано влияние некоторых наночастиц, на повышение огнетушащей эффективности водногелевого состава

Для создания в зоне горения пожара условий прекращения горения применяются различные огнегасительные средства.

Выбор ОТВ подчиняется определенным требования, таким как:

–высокая огнетушащая эффективность (быстрое прекращение горения при малом расходе на единицу расчетного параметра пожара);

–безопасность в использовании и хранении;

–экологическая безопасность и физиологическая безвредность.

Кроме этого, бывают случаи когда одно и то же ОТВ применяется в различных способах тушения и действовать по-разному. Например, при подаче гидрогеля на горящее вещество компактной струей, прекращение горения происходит за счет его охлаждения и изоляции, а при подаче

178

тонкораспыленной струей, тушение происходит за счет разбавления горючих паров, газов или воздуха не горючими парами геля.

Известно, что наибольшей удельной поверхностью соприкосновения с веществами обладают жидкости. Поэтому их более целесообразно применять для охлаждения горючих веществ, такой жидкостью является вода и водногелевый состав, состоящий на 98% из воды.

Гель также как и вода является термически стойким, так как при попадании на горящие вещества, их пары начинают разлагаться только при температуре 1700ºС и выше. Вода, как правило, не вступает в реакцию с твердыми горючими материалами, за некоторым исключением (щелочные и щелочноземельные металлы). Следовательно гидрогель, учитывая его высокую вязкость, можно применять не только для тушения, но и для охлаждения еще не загоревшихся от воспламенения предметов (табл.).

Сравнительные результаты показателя огнетушащей способности

При ликвидации пожаров важно минимизировать время затраченное на их тушение, а так же сократить расход огнетушащих веществ (далее ОТВ). В связи с этим необходимо расширить их спектр, найти новые механизмы тушения пожаров и оценить эффективность предлагаемых ОТВ.

Помимо проблемы ликвидации горения, существует проблема загрязнения окружающей среды огнетушащими составами (пены различной кратности, порошки), которые наносят вред окружающей среде и могут усугубить последствия самой чрезвычайной ситуации [1].

Внедрение водногелевых составов с углеродсодержащими наноструктурами (далее ВГСУНС) в качестве ОТВ, может стать решением данной проблемы. ВГС в сочетании с различными наноструктурами

179

приобретает ряд физико-химических свойств, повышающих эффективность тушения пожаров.

При тушении модельного очага пожара, ВГС образует аэрозольное облако, которое препятствует эмиссии токсичных продуктов горения в окружающую среду, путем их изоляции (рис.).

Рис. Схематическое изображение водногелевых составов, набухающих

врастворителе

Всвязи с высокими вязкостными характеристиками в гелях практически отсутствует броуновское движение. Кроме того в сетчатой суспензии водногелевого состава (ВГС) содержится около 98% воды. Это позволяет низкомолекулярным соединениям диффундировать в гелях с такой же скоростью, как в воде.

Висследованиях [2] авторами было проведено огнезащитное испытание гелеобразующих систем (ГОС). В ходе испытаний обрабатывались различные образцы материалов: дерево, древесно-стружечная плита (ДСП), древесноволокнистая плита (ДВП), поливинилхлорид (ПВХ), шерсть, лавсан и так далее. Например при испытании (ДВП) на первый образец был нанесен слой ГОС 1 мм, время воспламенения дошло до 880 с. Второй образец был обработан водой, путем погружения плиты на 1 мин., в результате, чего образец воспламенился через 86 секунд.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что ГОС обладают рядом свойств, позволяющих значительно увеличить температуру воспламенения материалов в несколько десятков раз. Тем не менее существует вероятность большего повышения огнетушащих и огнезащитных свойств предлагаемого ОТВ, путем добавления углеродсодержащих наноструктур.

Привлекательной особенностью наночастиц, является большая площадь поверхности, малый импульс частиц и высокая подвижность. Что касается повышения проводимости, начиная с меди, можно дойти до многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), которые при комнатной температуре показывают теплопроводимость в 20000 раз больше, чем проводимость моторного масла [3]. Когда частицы надлежащим образом диспергируют, эти особенности наножидкостей дают следующие преимущества:

1. Более высокая теплопроводность. Большая площадь поверхности наночастиц увеличивает теплопередачу. Частицы, которые меньше чем 20 нм,

180