|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Механизм прекращения горения пламени химическими активными ингибиторами
Наиболее «чистым» или «прямым» однофакторным способом прекращения процессов горения обычно считается механизм тушения пламени химически активными ингибиторами (ХАИ). Механизм прекращения горения химически активными ингибиторами является наиболее сложным и на сегодня еще недостаточно полно изучен. Он заключается в снижении скорости химической реакции ими или в химическом торможении скорости реакции (снижение скорости тепловыделения в зоне реакции, расширение зоны реакции и т.д.) Сам механизм химического торможения скорости реакций в воне горения может быть представлен следующим образом. Из физики горения известно, что при протекании химических реакций в процессе превращения исходных компонентов горючей смеси в конечные продукты горения образуется и много промежуточных продуктов (сначала образуются промежуточные продукты разложения горючего, затем продукты неполного окисления, потом в процессе дальнейших взаимодействий этих промежуточных продуктов между собой и с исходными компонентами смеси или окислителем образуются конечные продукты реакции). Причем продолжение каждой последующей стадии химических реакций возможно при взаимодействии не любых промежуточных продуктов реакции, а лишь определенных химически активных комплексов (энергетически и химически возбужденных атомов и радикалов Н', СН', ОН', СН'2 и др.). Эти химически активные комплексы в химической кинетике называются активными центрами реакции. Вступая во взаимодействие с другими промежуточными продуктами химических реакций, они продолжают последовательную цепь реакции, а если образуются новые активные центры, то происходит разветвление химических цепей, т.е. идет разветвленная (наиболее быстрая) цепная химическая реакция. Если в зону протекания химических реакций ввести дополнительные вещества, приводящие к нейтрализации активных центров, то будет происходить обрыв цепей. Причем чем интенсивнее нейтрализация активных центров реакции, тем эффективнее тормозящее воздействие химически активных ингибиторов на скорость промежуточных химических реакций, составляющих цепь последовательных реакций в процессе горения. Наиболее эффективно тормозящими промежуточные химические реакции горения являются галоидсодержащие или галоидированные углеводороды. Гибель активных центров химических реакций горения происходит тогда, когда они вступают во взаимодействие с атомами и радикалами, содержащими галоид, и образуют насыщенные малоактивные химические соединения: Н' + Вr2 = НВr + Вг'; Н'+Вr'= НВr. Выведенные из зоны реакции активные атомы водорода вместо конечного продукта полного окисления Н2О дают насыщенное соединение НВг, которое, в свою очередь, является активным ингибирующим комплексом. Таким образом, выведены из зоны реакции два активных атома водорода, т.е. оборваны две цепочки реакций и возникли еще две молекулы ингибитора НВг. Это ведет к замедлению скорости реакции. В формуле (126) резко снижается константа скорости реакции к (на несколько порядков) и увеличивается энергия активации Е:
Концентрации компонентов практически не изменяются. Теплофизические параметры смеси, такие как теплоемкость, теплопроводность газовой смеси в зоне реакции, также изменяются относительно слабо (например, по сравнению с их изменением при введении в горючую смесь нейтральных разбавителей). Это объясняется тем, что количество химически активных ингибиторов, которое надо ввести в зону реакции для прекращения процессов горения, ничтожно мало и составляет 2-3%. Это почти в 10 раз меньше, чем требуется для тушения пламени наиболее эффективного из нейтральных газов СО2 (25-30%), и примерно в 20-25 раз меньше, чем количество такого малоэффективного инертного разбавителя, как аргон, которого требуется около 50% для полного прекращения реакций горения. К химически активным ингибитррам относятся такие галоидированные углеводородные соединения, как четыреххлористый углерод СС14, бромэтил С2Н5Вг, бромистый метилен СН2Вг2, тетрафтордибромэтан C2F4Вг2 и некоторые др. Расщепляясь в зоне реакции на свободные галоидрадикапы и углеродный или углеводородный остаток, эти химически активные ингибиторы вступают во взаимодействие с промежуточными продуктами реакции горения, приводя к обрыву цепных реакций горения. Например, СН2Вг2, разлагаясь, дает атом брома и углеводородный остаток С2Н5, который, разлагаясь, окисляется в зоне реакции до СО2 и Н2О. Поэтому это огнетушшцее вещество более эффективно при тушении богатых смесей (оно дает дополнительный горючий остаток, отнимающий кислород из зоны реакции, который в богатых смесях и так находится в дефиците). Он имеет и недостаток, при тушении бедных смесей и при концентрациях ингибитора 6-11% бромэтил сам является горючим веществом. Наиболее широкое применение в системах пожаротушения нашел фреон 114В2. Его структурная формула:
При распаде молекулы в зоне высоких температур отщепляются два атома брома и дают два активно ингибирующих атома галоида, а соединение C2F4 - достаточно насыщено и действует в зоне реакции просто как «инертная масса». Возможны и другие схемы реакции. Все другие механизмы действия ХАИ менее существенны и в первом приближении могут быть не приняты во внимание. Хотя изменение теплофизических свойств горючей смеси при введении 'тяжелых молекул' химически активных ингибиторов также весьма существенно и вполне соизмеримо по огнетушашему эффекту с их 'тормозящим' влиянием. Действительно, даже 2-3% такого теплоемкого компонента, как тетрафтордибромэтан, молекулярная масса которого равна 260, теплоемкость паров Ср=0, 38 кДж/моль, а энергия распада молекулы, начинающегося при 450-500°С, составляет Ерас=273 кДж/моль, могут существенно изменить теплофизические параметры горючей смеси. Область применения нейтральных газов н химически активных ингибиторов. Галоидуглеводороды, применяемые для тушения пожаров, являются главным образом бромфторхлорпроизводными метана и этана. Они имеют промышленное название фреоны, хладоны и торговое - галлоны. Существует несколько систем их условного обозначения. По одной из них единицы (последняя цифра) означают число атомов фтора в молекуле, десятки (предшествующая ей цифра) - число атомов водорода, увеличенное на единицу, сотни (третья от конца цифра) - число атомов углерода, уменьшенное на единицу. Для обозначения бром-фреонов после номера фреона ставится буква «В» (обозначающая бром), а цифра после нее указывает на число атомов брома в фреоне Число атомов хлора, если они имеются в молекуле фреона, по этой системе не указываются, а рассчитываются как недостающие по формуле Cn (НС1 F)2n+2. Например, трифторхлорбромэтан C2HF3BrCl обозначается как фреон 12 3В1, где цифра 3 равна числу атомов фтора, 2 - числу атомов водорода плюс 1, 1 - числу атомов углерода минус 1, В1 — означает содержание атомов брома. Так как сумма атомов водорода, хлора, фтора и брома должна быть равна 6, то в молекуле фреона 123В1, должен содержаться один атом хлора. В соответствии с указанной выше системой дибромтетрафторэтан (C2F4Br) будет маркироваться как фреон 114В2, бромтрифгорметан (CF3Br ) - как фреон 13В1, a CF2BrCl - фреон 12ВД. В табл. 16 приведены лабораторные огнетушашие концентрации некоторых фреонов, применяемых в целях пожаротушения. На огнетушащие концентрации большое влияние оказывают условия процесса горения - его энергетика. Так, в экспериментах по определению огнетушащих концентраций галона 1301 для различных веществ процесс горения условно был разделен по энергетике пожара на три категории. «Малоэнергетичные» пожары - всю энергию для испарения жидкость получает от пламени, тушение достигается при небольших концентрациях талона; «среднеэнергетичные» - кроме пламени, тепло для испарения выделяют нагретые поверхности; «высокоэнергетичные» - имеются дополнительные источники тепла для испарения жидкости, а также источники зажигания. Огнетушащие объемные концентрации галона 1301 в зависимости от типа пожара приведены в табл. 17. Из механизмов огнетушащего действия НГ и ХАИ следует, что наиболее эффективно их воздействие на саму зону химических реакций горения. Поэтому применять их следует преимущественно для прекращения пламенного горения. Поскольку действуют НГ и ХАИ в газообразном состоянии, а газы стремятся равномерно распределиться по всему окружающему пространству, то эти огнетушащие составы применяют преимущественно для тушения пожаров в замкнутых объемах: в зданиях, помещениях, сооружениях и т.п. Поэтому они применяются в основном в стационарных установках для тушения внутренних пожаров. Химически активными ингибиторами заполняют весь объем помещения, где произошел пожар, доводя концентрацию НГ до равной или выше огнетушащей. При этом необходимо учитывать утечки газа через неплотности с отходящими продуктами горения и т.д., а также неравномерность распределения НГ по защищаемому объему и другие факторы. Иногда НГ и особенно перегретый водяной пар применяют и для тушения пламён открытых пожаров на ректификационных колоннах, технологических установках и других промышленных объектах, где имеются запасы НГ или перегретого пара. Некоторые из галоидированных углеводородов обладают высокой токсичностью (особенно продукты термического распада их), и поэтому их не применяют для тушения пожаров. Зарубежными специалистами предложен параметр, характеризующий токсичность ХАИ, представляющий собой отношение огнетушащей концентрации (ОГК) к опасной концентрации (ОК). В табл. 18 приведены сравнения некоторых ХАИ по их огнетушащей эффективности и токсичности. Не применяют для цепей пожаротушения ХАИ, у которых R > 4, в также не следует использовать ХАИ с R > 1 для помещений, где возможно присутствие людей. Из табл. 18 видно, что наименее опасным является галлон 1301. Галон 1301 в последние годы находит все более широкое применение за рубежом в системах пожаротушения судов и других помещений, где возможно пребывание людей. Химически активные ингибиторы также применяются в ручных огнетушителях, устанавливаемых на различных видах транспорта: автомобилях, поездах, самолетах и судах. Галоидуглеводорода в отсутствие воды не взаимодействую с большинством металлов, однако при наличии влаги они вызывают сильную коррозию.
Табл. 16 Экспериментальные огнетушашие концентрации некоторых фреонов, применяемых в целях пожаротушения.
Табл. 17 Огнетушащие объемные концентрации галона в зависимости от типа пожара
Табл. 18 Сравнительные характеристики некоторых ХАИ по их огнетушащей эффективности и токсичности.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-10-24; Просмотров: 486; Нарушение авторского права страницы
(126)
