В ТПУ подобрали оптимальный состав для тушения битума с минимальным вредом для экологии

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) провели комплексные исследования и определили, какие виды тушащих составов лучше всего подходят для тушения битума в промышленных резервуарах. Предложенный ими подход помогает выбрать пену с учетом скорости тушения, охлаждения резервуара, риска повторного возгорания и воздействия на окружающую среду. По оценкам авторов, технология может использоваться при проектировании систем противопожарной защиты битумных хранилищ, нефтяных терминалов и нефтеперерабатывающих предприятий.

Тушение возгораний резервуаров с битумом — сложная задача. Даже после ликвидации пламени разогретый нефтепродукт продолжает разлагаться и выделять горючие и токсичные газы. Если температура остается высокой, смесь над поверхностью битума может загореться повторно. Поэтому для ликвидации таких возгораний необходимо не только быстро перекрыть пламени доступ к кислороду, но и охладить содержимое резервуара, а также уменьшить поступление опасных веществ в атмосферу.

Ученые провели комплексное исследование и сравнили четыре вида компрессионной пены — воздушно-эмульсионную, азотную, углекислотную и гидратную. Для испытаний компрессионной пены создали две установки с модельными резервуарами объемом 0,1 и 0,4 м3. Их конструкция повторяла основные особенности промышленного вертикального стального резервуара: стенки емкостей из стали покрыли слоем минеральной ваты. В них нагревали, поджигали, а затем тушили битум короткими импульсами пены разного состава: возгорание считалось ликвидированным, если открытое пламя не появлялось в течение 30 секунд. После этого за резервуаром наблюдали еще в течение 10 минут, чтобы отследить возможность повторного возгорания.

Параллельно ученые с помощью датчиков измеряли температуру нефтепродукта, стенок резервуара и газов над его поверхностью, а также концентрации кислорода, углекислого и угарного газов, оксидов азота и серы, метана в выбросах от пожара.

«Главным показателем эффективности пожаротушащего состава считается то, насколько быстро он гасит открытое пламя. Однако в отношении битума это не основной показатель. В нашем исследовании мы впервые экспериментально определили диапазоны концентраций токсичных веществ на протяжении всего жизненного цикла пожара — от первоначального нагрева нефтепродукта до охлаждения после исчезновения пламени разными видами компрессионной пены», — рассказала один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Светлана Кропотова.

Результаты экспериментов показали, что лучшие показатели по охлаждению битума продемонстрировала углекислотная пена: за три минута температура нефтепродукта снизилась на 127 °C (для сравнения гидратная пена позволила снизить температуру на 103 °C, азотная пена — на 54 °C, а воздушно-эмульсионная — на 15 °C). При снижении температуры дымовых газов лучшие результаты показала гидратная пена, она смогла снизить температуру примерно на 27 °C в среднем за 10-30 секунд (против 26 °C у углекислотной пены, 23 °C — у азотной и 14 °C — у воздушной).

Помимо скорости снижения температуры дымовых газов, исследователи также определяли количество огнетушащего вещества, необходимого для тушения очага возгорания. Так, самое быстрое подавление открытого пламени в резервуаре обеспечила азотная пена: для этого потребовалось около 0,4 секунды и 0,4 литра пены. При этом углекислотная пена справилась примерно за секунду, гидратная — за 2,2 секунды, воздушная — за 3 секунды.

«По совокупности показателей — скорости и глубине охлаждения, расходу вещества и экологичности процесса тушения — лучшие результаты показали углекислотная и гидратная компрессионные пены. Их расчетный коэффициент эффективности составил 0,72-0,87. Это в 1,3–2 раза выше по сравнению с традиционным подходом тушения воздушно-компрессионной пеной», — отметила Светлана Кропотова.

Результаты экспериментов легли в основу создания метода прогнозирования времени выгорания битума и необходимого количества огнетушащего вещества — он учитывает размеры типовых промышленных резервуаров объемом от 200 до 5 000 м3.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства науки и высшего образования Российской Федерации