Дозирование пенообразователей повышенной вязкости насосными установками пожарных автоцистерн. Рекомендации ФГУ ВНИИПО МВД России, 2001

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОТИВОПОЖАРНАЯ СЛУЖБА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ"

СОГЛАСОВАНО

Начальник ГУГПС МВД России

генерал-лейтенант внутренней службы

Е.А. Серебренников

29.01.2001 г. УТВЕРЖДАЮ

Начальник ФГУ ВНИИПО МВД России генерал-майор внутренней службы

Н.П. Копылов

03.02.2001 г.

ДОЗИРОВАНИЕ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ВЯЗКОСТИ НАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ ПОЖАРНЫХ АВТОЦИСТЕРН

Рекомендации

УДК 614.842.615

Рекомендации распространяются на пенообразователи повышенной вязкости (более 200 мм2/с) и определяют требования, которые необходимо соблюдать при их дозировании насосными установками пожарных автоцистерн.

Предназначены для использования в подразделениях ГПС МВД России и на заводах-изготовителях пожарной техники.

Авторский коллектив: канд. техн. наук В.В. Пешков, Г.Н. Васильев, Е.Е. Архипов, Г.И. Пунчик.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Общие положения

2. Проведение испытаний

Выводы и рекомендации

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие рекомендации предназначены для использования в подразделениях ГУГПС МВД России и на заводах-изготовителях пожарной техники и распространяются на пенообразователи повышенной вязкости (более 200 мм2/с) при их дозировании насосными установками пожарных автоцистерн.

Рекомендации определяют требования, которые необходимо соблюдать при использовании вязких пенообразователей.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пена является одним из эффективных огнетушащих веществ. Для ее получения применяются пенообразователи (пенные концентраты). Пенообразователи для тушения пожаров отличаются природой поверхностно-активного вещества, физическими и эксплуатационными характеристиками. Для тушения ряда пожаров (например, водорастворимых (полярных) жидкостей) применяются пенообразователи, содержащие полимерные компоненты (стабилизаторы). Усложнение состава пенообразователя приводит к повышению вязкости.

Запрещается при использовании таких пенообразователей хранить их в виде рабочего раствора.

Согласно ГОСТ Р 50588-93 максимальное значение кинематической вязкости для пенообразователей должно составлять не более 200 мм2/с. Это значение вязкости позволяет заливать пенообразователь в пенобак пожарной машины и точно его дозировать в необходимой рабочей концентрации при получении пены, используемой для тушения. Следует отметить, что значение 200 мм2/с относится главным образом к ньютоновским жидкостям, не меняющим свою вязкость при нагрузке.

Вязкие пенообразователи, как правило, являются неньютоновскими (тиксотропными) жидкостями, т.е. способными под нагрузкой менять свою вязкость. Так, если в нормальных условиях они обладают вязкостью 1500-5000 мм2/с, то под нагрузкой вязкость снижается до 150-500 мм2/с. Эта характеристика была взята за основу при определении возможности дозирования таких пенообразователей насосными установками пожарных автоцистерн.

2. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

2.1. В ФГУ ВНИИПО МВД России были проведены испытания по определению возможности дозирования различных огнетушащих составов с повышенной вязкостью насосными установками пожарных автоцистерн.

Испытания проводились в два этапа:

проверка тиксотропных характеристик пенообразователей с повышенной вязкостью, а также индивидуальных стабилизаторов, входящих в их состав;

проверка возможности дозирования стабилизаторов и тиксотропных пенообразователей с повышенной вязкостью насосными установками пожарных автоцистерн.

На первом этапе испытаний определяли природу (тиксотропность) различных пенообразователей и стабилизаторов, зависимость вязкости продуктов от величины нагрузки на них.

Измерения проводили на ротационном вискозиметре "РЕОТЕСТ-2".

В качестве стабилизаторов проверяли обычно входящие в состав пенообразователей следующие химические вещества: карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ-7, КМЦ-9), карбоксиметилкрахмал (КМК), сульфоцелл (гидроксиэтилцеллюлозу). В качестве пенообразователей проверяли ПО-6ФП-У, FC-602/ATC, PYROCOOL AR, Finiflam A3F (33)А.

Во время испытаний изменяли скорость вращения v измерительного цилиндра, создавая тем самым переменную нагрузку на каждый испытуемый пенообразователь и стабилизатор. Снимали характеристику вязкости в каждой точке.

По результатам испытаний выяснилось, что пенообразователи и их стабилизаторы, обладающие в нормальных условиях повышенной вязкостью 1500-3000 мм2/с, под нагрузкой резко снижают ее (при скорости вращения измерительного цилиндра 60 об/мин).

Это дало основание предположить возможность дозирования вязких пенообразователей насосными установками пожарных автоцистерн.

Результаты испытаний сведены в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость вязкости веществ от скорости вращения измерительного цилиндра

Вещество, концентрация Скорость, об/мин Вязкость, мм2/с Вещество, концентрация Скорость, об/мин Вязкость, мм2/с

КМК;

4% 121,5 242,6 КМЦ;

5% 135 -

67,5 322,6 81 519

40,5 415,3 67,5 571

22,5 554,5 45 737

7,5 969,6 15 1011

4,5 1266 5 1389

1,5 2099 1 1898

0,5 3248 0,5 -

КМК;

3,5% 135 183,6 FC-602/ATC 135 89,8

81 233,7 81 123,7

67,5 279,6 67,5 151,1

45 305,2 45 177,9

15 495,8 15 375,2

5 817,4 5 844,2

1 1608 1 2814

0,5 2232,8 0,5 5075

КМК;

3,2% 135 128,6 PYROCOOL AR 135 101

81 165,5 81 126,6

67,5 194 67,5 134,5

45 217,4 45 163,8

15 359,5 15 301,5

5 589,6 5 596,3

1 1072 1 1507

0,5 1691,5 0,5 2638

КМЦ-7Н;

4% 135 209,7 81 243,6 67,5 290,4 45 286,6 15 375,2 5 469 1 670 0,5 920 2.2. На втором этапе испытания проводились на серийном пожарном центробежном насосе ПН-40УВ (ТУ 310.144-046-2000), изготовленном в 2000 г. АООТ "Ливенский машиностроительный завод" (зав. № 195), в соответствии с программой и методикой испытаний пожарных центробежных насосов и требованиями ТУ 310.144-046-2000. Предварительно испытания проводились на воде - вместо пенообразователя использовалась вода.

В качестве тиксотропных стабилизаторов использовались водные растворы карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и карбоксиметилкрахмала (КМК) различной вязкости.

Количество эжектируемой жидкости определялось объемным способом.

Во время испытаний измерялись и фиксировались:

давление на входе в насос Р1, кгс/см2;

давление на выходе из насоса Р2, кгс/см2;

перепад давлений на эжекторе Рэ = Р2 – Р1, кгс/см2;

давление перед стволом-водомером Рст, кгс/см2;

подача насоса Qн = f (Рст, dнас), л/с;

количество эжектируемой жидкости Vэ, л;

время эжектирования tэ, с;.

расход эжектируемой жидкости q = Vэ/tэ, л/с;

температура эжектируемой жидкости Тж, °С.

Давление на входе в насос, давление на выходе из насоса измерялось соответственно манометрами образцовыми типа МО, ГОСТ 6524, кл. точности 0,4 с пределами измерения 0-4 кгс/см2, 0-25 кгс/см2 (госповерка - апрель 2000 г.).

Подача насоса измерялась с помощью ствола-водомера СВР-70 с комплектом сменных насадков по тарировочным характеристикам, предельная погрешность измерения составляла 5% (госповерка - апрель 2000 г.).

Количество эжектируемой воды определялось объемным способом с помощью мерной емкости объемом V = 200 л с ценой деления шкалы 5 л и погрешностью измерения 1% (госповерка - апрель 2000 г.).

Время эжектирования измерялось ручным секундомером СДсПР-1, ГОСТ 5072, кл. точности 0,2 (госповерка - апрель 2000 г.).

Температура эжектируемой жидкости измерялась термометром типа СП-64, ГОСТ 16590, с ценой деления 0,1 °С и пределом измерения 0-30 °С.

При каждом положении дозатора (режиме работы) проводилось три измерения.

Концентрация эжектируемой жидкости определялась по формуле

.

Результаты испытаний водных растворов КМК и КМЦ представлены в табл. 2-6.

Таблица 2

Результаты испытаний на воде

Положение дозатора Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2 Рэ, кгс/см2Рст, кгс/см2dнас, мм Qн, л/с Vэ, л tэ, с q, л/с Св, % Спо, % Сср, %

1 0,20 8,1 7,9 14,0 0,36 6,5 5,6 0,16 7,8 7,6 1,0 22 5,5 5 15,0 0,33 6,1 5,3 5,5

0,16 7,8 7,6 14,3 0,35 6,4 5,5 2 7,2 0,69 6,3 5,5 0,16 7,8 7,6 4,0 22 11,0 5 7,0 0,71 6,5 5,6 5,5

7,2 0,69 6,3 5,5 3 4,8 1,04 6,3 5,5 0,16 7,8 7,6 5,5 25 16,5 5 5,2 0,96 5,8 5,0 5,3

5,0 1,00 6,1 5,3 4 3,9 1,28 5,8 5,0 0,16 7,8 7,6 6,0 28 22,0 5 3,8 1,31 6,0 5,5 5,3

3,7 1,35 6,1 5,3 5 5,3 1,88 6,8 5,9 0,16 7,8 7,6 7,8 28 27,5 10 5,2 1,91 7,0 6,1 6,1

5,0 2,00 7,3 6,3 Таблица 3

Результаты испытаний водного раствора КМК

Вязкость водного раствора КМК = 125 мм2/с при v = 60 об/мин

Положение дозатора Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2 Рэ, кгс/см2Рст, кгс/см2dнас, мм Qн, л/с Vэ, л tэ, с q, л/с Спо, % Сср, %

1 0,34 8,1 7,8 18,5 0,27 4,9 0,32 8,1 7,8 1,0 22 5,5 5 17,4 0,29 5,2 5,0

0,32 8,0 7,7 18,0 0,28 5,0 2 0,27 7,8 0,64 5,8 0,26 8,1 7,7 4,0 22 11,0 5 7,6 0,65 5,9 5,9

0,26 7,6 0,65 5,9 3 0,38 5,0 1,00 6,1 0,35 8,1 7,7 5,5 25 16,5 5 5,7 0,88 5,3 4,7

0,35 5,6 0,89 5,3 5 6,8 1,47 5,3 0,32 8,1 7,8 7,8 28 27,5 10 6,7 1,49 5,4 5,4

6.7 1,49 5,4 Таблица 4

Результаты испытаний водного раствора КМК

Вязкость водного раствора КМК = 220 мм2/с при v = 60 об/мин

Положение дозатора Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2 Рэ, кгс/см2Рст, кгс/см2dнас, мм Qн, л/с Vэ, л tэ, с q, л/с Спо, % Сср, %

1 0,64 7,0 18,5 0,27 4,9 0,48 7,6 7,1 1,0 22 5,5 5 19,5 0,25 4,5 4,7

0,46 7,1 19,0 0,26 4,7 2 0,38 7,5 7,7 9,5 0,53 4,8 0,40 7,8 7,4 4,0 22 11,0 5 8,8 0,57 5,2 5,0

0,45 7,9 7,4 9,0 0,55 5,0 3 0,64 7,8 7,2 5 6,5 0,77 4,7 0,64 7,9 7,3 5,5 25 16,5 5 6,3 0,79 4,8 4,7

0,78 8,0 7,2 10 13,6 0,74 4,5 4 0,68 5,0 1,00 4,5 0,70 7,8 7,1 6,0 28 22,0 5 4,8 1,04 4,7 4,6

0,69 4,9 1,02 4,6 5 0,74 7,1 5 4,0 1,25 4,5 0,80 7,8 7,0 7,8 28 27,5 5 3,5 1,42 5,2 4,8

0,78 7,0 10 7,4 1,35 4,9 Таблица 5

Результаты испытаний водного раствора КМК

Вязкость водного раствора КМК = 380 мм2/с при v = 60 об/мин

Положение дозатора Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2 Рэ, кгс/см2Рст, кгс/см2dнас, мм Qн, л/с Vэ, л tэ, с q, л/с Спо, % Сср, %

1 0,64 8,1 7,5 15,5 0,32 5,7 0,72 8,4 7,7 1,0 22 5,5 5 20,0 0,25 4,5 5,2

0,72 8,4 7,7 17,0 0,29 5,3 2 10,4 0,48 4,4 0,64 8,2 7,6 4,0 22 11,0 5 9,0 0,55 5,1 4,8

9,5 0,53 4,8 3 8,2 7,5 7,1 0,70 4,2 0,69 8,3 7,6 5,5 25 16,5 5 7,5 0,66 4,0 4,1

8,4 7,7 7,3 0,68 4,2 5 4,8 1,04 3,8 0,72 8,4 7,7 7,8 28 27,5 5 4,0 1,25 4,5 4,2

4,2 1,19 4,3 Таблица 6

Результаты испытаний водного раствора КМЦ

Вязкость водного раствора КМЦ = 480мм2/с при v = 60 об/мин

Положение дозатора Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2 Рэ, кгс/см2Рст, кгс/см2dнас, мм Qн, л/с Vэ, л tэ, с q, л/с Спо, % Сср, %

1 0,64 22,7 0,22 4,0 0,63 7,6 7,0 1,0 22 5,5 5 21,0 0,24 4,3 4,2

0,63 21,6 0,23 4,2 3 9,5 0,52 3,2 0,58 8,3 7,7 5,5 25 16,5 5 9,0 0,55 3,4 3,3

9,3 0,54 3,2 4 8,0 7,4 6,9 0,72 3,2 0,58 8,3 7,7 6,0 28 22,0 5 5,8 0,86 3,8 3,5

8,3 7,7 6,3 0,79 36 5 0,74 7,1 11,8 8,85 3,1 0,80 7,8 7,0 7,8 28 27,5 10 10,5 0,95 3,5 3,3

0,78 7,0 11,0 0,91 3,3 2.3. Кроме тиксотропных стабилизаторов был также испытан пенообразователь FC-602/ATC. При испытаниях проверяли возможность дозирования пенообразователя с концентрацией 3 и 6%.

Испытания проводили на центробежном пожарном насосе НЦПН-40/100 (ТУ 4854-006-21513181-95), изготовленном ЗАО "Пожгидравлика" (г. Миасс Челябинской обл.) и применяемом в пожарных автомобилях.

Данная модель насоса может позволить корректировать концентрацию рабочего раствора пенообразователя непосредственно при дозировании после выполнения тарировочных испытаний для каждого конкретного пенообразователя.

Результаты испытаний системы дозирования насоса НЦПН-40/100 на пенообразователе FC-602 сведены в табл. 7.

Таблица 7

Результаты испытаний системы дозирования насоса НЦПН-40/100

на пенообразователе FC-602

Положение дозатора (концентрация) Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2 dнас, мм Рст, кгс/см2Qн, л/с Vпо, л t, с qпо, л/с qпо (по ТУ), л/с С, %

1-3 0,6 8,0 19 2,0 5,5 5 33,0 31,4 0,15 0,16 0,13-0,20 2,8

2,9

2-3 0,6 8,0 22 4,0 11,0 5 16,0 0,31 0,26-0,39 2,8

5-3 0,6 8,0 28 4,8 19,8 5 6,0 0,83 0,66-0,99 4,2

1-6 0,6 8,0 19 2,0 5,5 5 15,0 15,8 0,33 0,32 0,26-0,39 6,15,8

2-6 0,6 8,0 22 4,0 11,0 5 8,5

8,0 0,59 0,62 0,53-0,79 5,3

5,7

3-6 0,6 8,0 28 3,4 16,8 10 10,2 0,98 0,79-1,19 5,8

4-6 0,6 8,0 28 4,8 19,8 10 7,7 1,30 1,06-1,58 6,5

5-6 0,6 8,0 28 4,8 19,8 10 7,0 1,43 1,32-1,98 7,2

Во время испытаний отбирали пробы раствора пенообразователя на выходе из ствола при разных режимах работы насоса. Эти растворы в дальнейшем испытали по ГОСТ Р 50588-93. Результаты испытаний сведены в табл. 8.

Таблица 8

Результаты испытаний 3 и 6%-ных растворов пенообразователя FC-602 (AR-AFFF)

на пресной воде

Показатель Растворы ПО, приготовленные в лабораторных условиях Растворы ПО, полученные на насосной установке пожарной автомашины (расход 6 л/с) Растворы ПО, полученные на насосной установке пожарной автомашины (расход 12 л/с)

3% 6% 3% 6% 356 6%

Кратность среднекратной пены на стендовой установке при давлении 0,5 МПа Нет пены 55 Нет пены 40 Нет пены 50

Устойчивость пены средней кратности по синерезису (50%) (стендовая установка), с- 720 - 420 - 580

Кратность низкократной пены (РТ-1) 7,0 7,0 5,5 7,0 6,2 8,0

Устойчивость низкократной пены (РТ-1), с580 640 360 720 450 720

Время защитного действия на гептане, с490 > 600 270 > 600 700 > 600

Устойчивость низкократной пены, с: на этиловом спирте 490 > 600 150 > 600 360 > 600

на ацетоне 90 480 80 330 75 400

Поверхностное натяжение, мН/м 18,64 18,39 18,64 18,30 18,16 18,30

Межфазное натяжение (ПАВ-гептан), мН/м 3,85 2,99 4,96 2,95 3,51 3,25

Время тушения н-гептана пеной средней кратности при интенсивности подачи рабочего раствора пенообразователя (0,032 0,002) дм3 /м2с, с- 55 - 65 - 75

Время тушения ацетона пеной средней кратности при интенсивности подачи рабочего раствора пенообразователя (0,08 0,002) дм3/м2с, с- 91 - 115 - 110

Были определены концентрационные изменения испытываемых веществ с различной вязкостью и пенообразователя при их дозировании насосными установками пожарных автоцистерн. Результаты сведены в табл. 9.

Таблица 9

Концентрационные изменения при дозировании насосными установками тиксотропных жидкостей различной вязкости

Наименование веществ (концентрация) Кинематическая вязкость, мм2/с Средние значения концентрации при различных положениях дозатора, % Относительные изменения концентрации (по отношению к воде)

без нагрузки при v = 60 об/мин Вода пресная 1,0 1,0 5,34 -

КМК (3,1%) 1500 125 5,45 +0,11

КМК (3,4%) 2200 220 4,76 -0,58

КМК (4,0%) 3200 380 4,58 -0,76

КМЦ (4,8%) 2350 480 3,58 -1,76

FC-602/ATC 5000 160 6,20 +0,86

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Пенообразователи с повышенной кинематической вязкостью (более 200 мм2/с), являющиеся тиксотропными (неньютоновскими) жидкостями и меняющие вязкость при нагрузке (дозировании), могут дозироваться насосными установками пожарных автоцистерн.

2. Концентрация получаемого при дозировании рабочего раствора пенообразователя зависит от величины вязкости.

3. Тиксотропные пенообразователи, вязкость которых снижается до 200 мм2/с при испытаниях на ротационном вискозиметре (скорость вращения 60 об/мин), можно дозировать насосными установками пожарных автоцистерн при их заборе из посторонней емкости (или пенобака) без изменения рабочей концентрации.

4. При дозировании пенообразователей с вязкостью, незначительно превышающей 200 мм2/с (например, 220 мм2/с), рабочая концентрация пенообразователя снижается в среднем на 0,5%.

5. Пенообразователи с вязкостью более 300 мм2/с (полученной на ротационном вискозиметре) снижают концентрацию рабочего раствора при дозировании насосными установками пожарных автоцистерн в среднем на 0,8%.

6. При использовании пожарных автоцистерн, имеющих автоматический дозатор, можно применять пенообразователи с повышенной вязкостью после тарировки узла дозирования с конкретным пенообразователем.

7. Рабочий раствор пенообразователя с повышенной вязкостью при дозировании в пожарных автоцистернах способен с помощью специальной аппаратуры образовывать воздушно-механическую пену средней и низкой кратности.

8. Так как величина концентрации рабочего раствора вязкого пенообразователя зависит не только от точности дозирования, но и от свойств самого пенообразователя (его полимерной добавки) и его растворимости в воде, возможность применения пенообразователей различных марок с вязкостью более 200 мм2/с для пожаротушения должна определяться в каждом конкретном случае с обязательной выдачей рекомендаций ФГУ ВНИИПО МВД России.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ Р 50588-93. Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний.

2. НПБ 176-98. Техника пожарная. Насосы центробежные пожарные. Технические требования. Методы испытаний.

3. ТУ 4854-006-21513181-95. Система дозирования центробежного пожарного насоса НЦПН-40/100.

4. ТУ 310.144-046-2000. Насос пожарный центробежный ПН-40 УВ.