Оценка эффективности механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами огнетушащего порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования

Для совершенствования технологии тушения пожара огнетушащим порошком проведен анализ механизмов тушения пожара данным веществом, основанных на физико-химических процессах прерывания цепных реакций горения. Выполнена оценка эффективности механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования, а также сопоставление их вкладов в результат тушения пожара. Проведено математическое моделирование механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами огнетушащего порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования. Получены теоретические зависимости скоростей реакций гетерогенного и гомогенного ингибирования активных частиц пламени от дисперсных характеристик частиц порошка, времени пребывания их в зоне горения и характерных длительностей реакций. Установлено, что условием эффективного восстановления активных частиц пламени рассматриваемыми механизмами является превышение времени взаимодействия частиц порошка с активными частицами пламени над длительностями реакций ингибирования, а также превышение скоростей данных реакций скорости их образования. Скорость восстановления активных частиц пламени зависит от размеров частиц огнетушащего порошка: чем меньше размер частиц порошка, тем больше скорость восстановления. Такая зависимость наблюдается в явном виде для механизма гетерогенного ингибирования активных частиц пламени и в неявном виде для механизма гомогенного ингибирования через зависимость скорости термообразования радикалов оксидов металлов огнетушащего порошка, участвующих в данном процессе, от размеров частиц порошка. Наличие двух стадий в реализации механизма гомогенного ингибирования активных частиц пламени (термообразования радикалов оксидов металлов применяемых порошковых веществ и собственно самого процесса ингибирования) позволяет считать данный механизм восстановления активных частиц более длительным, чем механизм гетерогенного ингибирования, а следовательно, не вносящим существенного вклада в химический процесс тушения пожара. Результаты работы могут быть применены при разработке составов огнетушащих порошков, а также в пожаротушении для выбора оптимальной скорости подачи огнетушащего порошка в очаг пожара.

1. Краснянский, М. Е. Порошковая пожаровзрывозащита / М. Е. Краснянский. – Донецк: О-во книголюбов, 1994. – 152 c.

2. Анцупов, Е. В. Оценка вклада в ингибирование пламени гомогенного и гетерогенного механизма / Е. В. Анцупов // Горение и плазмохимия. – 2012. – Т. 10, № 4. – С. 262–267.

3. Губин, Е. И. Ингибирование газовых пламен порошковыми составами / Е. И. Губин, И. Г. Дик, А. Ю. Крайнов // Физика горения и взрыва. – 1989. – Т. 25, № 2. – С. 57–62.

4. Крайнов, А. Ю. О пределах распространении пламени по запыленному газу / А. Ю. Крайнов, В. А. Шаурман // Физика горения и взрыва. – 1997. – Т. 33, № 4. – С. 14–20.

5. Dexu, D. Experimental study on fire extinguishing properties of compound superfine powder / D. Dexu, P. Xuhai, H.Min // Procedia Eng. – 2018. – Vol. 211. – P. 142–148. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.12.126

6. Fire-extinguishing efficiency of superfine powders under different injection pressures / Z. Guomin [et al.] // Int. J. Chem. Eng. – 2019. – № 4. – P. 1–7. https://doi.org/10.1155/2019/2474370

7. Huang, X. Experimental study on fire-extinguishing performance of ammonium phosphate subnanometer powder / X. Huang, L. Liu, X. Zhou // Fire Saf. Sci. – 2011. – Vol. 20, № 4. – P. 200–205.

8. The assessment of fire suppression capability for the ammonium dihydrogen phosphate dry powder of commercial fire extinguishers / S. Chung-Hwei [et al.] // Procedia Eng. – 2014. – Vol. 84. – P. 485–490. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.459

9. Study on the relationship between the particle size distribution and the effectiveness of the K–powder fire extinguishing agent / Y. Ye [et al.] // Fire and Materials. – 2018. – Vol. 42. – P. 336–344. https://doi.org/10.1002/fam.2500

10. Experimental Study on the Optimum Concentration of Ferrocene in Composite Ultrafine Dry Powder / Hangchen Li [et al.] // Fire Technology. – 2020. – Vol. 56. – P. 913–936. https://doi.org/10.1007/s10694-019-00912-x

11. Gurchumelia, L. Thermal Inhibition of Flame Propagation / L. Gurchumelia, G. Bezarashvili, R. Tsanava // Bull. Georg. Natl. Acad. Sci. Physical Chemistry. – 2019. – Vol. 13, № 3. – P. 50–53.

12. Ye Y. A novel hot aerosol extinguishing agent with high efficiency for Class B fires / Y. Ye, D. Zhiming, H. Zhivue // Fire and Materials. – 2019. – Vol. 43. – P. 84–91. https://doi.org/10.1002/fam.2671

13. Баратов, А. Н. Горение – Пожар – Взрыв – Безопасность / А. Н. Баратов. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. – 364 с.

14. Пожаротушение в наноразмерах / А. В. Казаков [и др.] // Материалы ХХХIV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности». – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2022. – С. 206–211.

15. Кицак, А. И. Эффективность тушения пожара огнетушащим порошком общего назначения при нестационарном взаимодействии его частиц с горящим веществом / А. И. Кицак // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2020. – Т. 65, № 4. – С. 476–486. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-4-476-486

16. Гершензон, Ю. М. Реакции гибели активных частиц на стенке в струевых условиях / Ю. М. Гершензон [и др.] // Доклады Акад. наук СССР. Физ. химия. – 1972. – Т. 205, № 4. – С. 871–874.

17. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. – М.: Высш. шк., 1967. – 592 с.

18. Семенов, Н. Н. Цепные реакции / Н. Н. Семенов. – М.: Наука, 1986. – 535 с.

19. Франк-Каменецкий, Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д. А. Франк-Каменецкий. – М.: Наука, 1987. – 502 с.

20. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. – 753 с.

21. Гомогенные реакции первого порядка в условиях ламинарного течения / Ю. М. Гершензон [и др.] // Доклады Акад. наук СССР. Физ. химия. – 1972. – Т. 205, № 3. – С. 624–627.