Povyšenie ognetušaŝej èffektivnosti binarnyh gazoaèrozolʹnyh smesej udarnymi volnami

• Autorzy: Balanyuk V. M.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.46.2.2017.5

Warianty tytułu

EN

The Increase of Fire Extinguishing Efficiency of Gas-Aerosol Binary Mixture Using Shock Waves

PL

Zwiększenie skuteczności gaśniczej binarnych mieszanin gazowo-aerozolowych za pomocą fal uderzeniowych

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Objective: Determination of the n-heptane diffusion flame-extinguishing efficiency of the combined method which uses a fire extinguishing aerosol, CO₂ gases (N₂) and the simultaneous impact in their environment of shock waves. The identification of a possible extinguishing mechanism for this method. Methods: In order to determine the possibility of extinguishing the diffusion flame of n-heptane by the combined use of CO₂ or N₂ gases, aerosol and the shock wave created by the explosion of the pyrotechnic charge, an experimental chamber was set up with a volume of 0.5 m³. Inside the chamber, a shock wave generator was installed, and a crucible with n-heptane was placed at a distance of 1.75 m from it. The gas was fed to the chamber through a gas meter. The pressure in front of the shock wave was measured with a BMP-180 pressure and temperature sensor for the Arduino controller, which operates on a piezoresistive basis. The photographic documentation of the extinguishing process by the combined action of aerosol, CO₂ and N₂ gases, and a shock wave was done using the Nikkon 1j4 camera with a frame rate of 1200 frames per second. Results: The scientific aspects of the increase in the fire-extinguishing efficiency of the gas-aerosol mixture are theoretically substantiated and experimentally confirmed in this paper. Accordingly, the combined impact of a series of shock waves and CO₂ or N₂ gases mixed with aerosol on the flame of n-heptane inside a chamber, leads to a significant increase in the extinguishing efficiency of such a method. It has also been demonstrated that the extinguishing aerosol concentrations decrease 8 times, and the gases concentration in the binary mixture with the aerosol decreases 4,6 times for CO₂, and 4 times for N₂ in a relation to their individual extinguishing concentrations when the diffusion flame of the n-heptane is exposed to a series of 3 shock waves with a frequency of 10 Hz and a total power of only 240 Pa. Conclusion: The characteristics of extinguishing the diffusion flame of n-heptane under the conditions of a special chamber were determined experimentally using the proposed combined extinguishing method. The tests have shown that the time for the onset of fragmentation decreases significantly after exposure to a series of shock waves, and the flame is then detached and dispersed at much lower concentrations of aerosol and gas mixture, which leads to faster extinguishing.

PL

Cel: Określenie skuteczności gaśniczej połączonych trójskładnikowych systemów gaśniczych wykorzystujących aerozol gaśniczy, gazy CO₂ (N₂) oraz jednoczesne oddziaływanie w ich środowisku fal uderzeniowych w gaszeniu płomienia dyfuzyjnego n-heptanu. Wyznaczenie możliwego mechanizmu gaśniczego omawianego sposobu. Metody: W celu zbadania możliwości gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu przy jednoczesnym zastosowaniu gazów CO₂ lub N₂, aerozolu i fali uderzeniowej powstającej wskutek wybuchu ładunku pirotechnicznego zbudowane zostało stanowisko badawcze w postaci komory o objętości 0,5 m³. W komorze umieszczono generator fal uderzeniowych, a w odległości 1,75 m od niego – tygiel z n-heptanem. Gaz dostarczany był do komory poprzez licznik gazowy. Pomiary ciśnienia na froncie fali uderzeniowej były wykonywane za pomocą czujników ciśnienia i temperatury BMP-180 kontrolera Arduino, działającego na zasadzie piezorezystancji. Dokumentacja zdjęciowa procesu gaśniczego z jednoczesnym działaniem aerozolu, gazów CO₂ i N₂ oraz falą uderzeniową była zrealizowana za pomocą aparatu Nikon 1j4, umożliwiającego rejestrację obrazu z szybkością 1200 klatek na sekundę. Wyniki: W artykule w sposób teoretyczny i eksperymentalny potwierdzone zostały aspekty naukowe zwiększenia skuteczności gaśniczej mieszaniny gazów i aerozolu. Zgodnie z nimi połączone oddziaływanie na płomień n-heptanu serii fal uderzeniowych oraz gazów CO₂ lub N₂ zmieszanych z aerozolem w komorze badawczej pozwala na znaczne zwiększenie skuteczności gaśniczej tej metody. Wykazano również, że przy działaniu na płomień dyfuzyjny n-heptanu serii 3 fal uderzeniowych o częstotliwości 10 Hz i mocy całkowitej 240 Pa stężenie gaśnicze aerozolu zmniejsza się ośmiokrotnie, a stężenie gazów w binarnej mieszaninie z aerozolem w przypadku CO₂ zmniejsza się o 4,6 razy, a dla N₂ o 4 razy w stosunku do stężeń gaśniczych tych substancji z osobna. Wniosek: W drodze eksperymentu określono właściwości gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu w warunkach specjalnej komory za pomocą zaproponowanej potrójnej metody. Badania wykazały, że po przejściu serii fal uderzeniowych czas rozpoczęcia fragmentaryzacji ulega znaczącemu skróceniu. Jednocześnie płomień odrywa się i dysperguje przy dużo niższych stężeniach mieszaniny aerozolu z gazem, umożliwiając szybsze gaszenie.

Słowa kluczowe

EN

fire; shock wave; gas; aerosol fire extinguishing; fire extinguishing concentration

PL

pożar; fala uderzeniowa; gaszenie gazem; gaszenie aerozolem; stężenie środka gaśniczego

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 46, iss. 2
• Strony: 72--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Balanyuk V. M.

• Lviv State University of Life Safety

Bibliografia

• [1] United Nation Environmental Program (UNEP), Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer, Report of the Halon Fire-extinguishing Agents Technical Options Committee, [electr. doc.] http://ozone.unep.org/en/information-material [accessed: 11.03.2017].
• [2] Amin M.B., Husain T., Kuwait oil fires - air quality monitoring, „Atmospheric Environment” 1994, 28(13), 2261–2276, [electr. doc.] http://www.researchgate.net/publication/248341283 [accessed: 11.03.2017].
• [3] Mannan M.S., А technical analysis of the buncefield explosion and fire, “Symposium series. Hazards XXI” 155(2009) http://www.ichemeoncampus.org/~/media/Documents/Subject%20Groups/Safety_Loss_Prevention/Hazards%20Archive/XXI/XXI-Paper-094.pdf [accessed: 11.04.2017].
• [4] Pozhar na neftebaze v Vasilkovskom rayone, https://uk.wikipedia.org/wiki/Пожежа_на_нафтобазі_у_Васильківському_районі
• [5] Chattaway A., Dunster R.G., Spring D.J., Way M., Evaluation of Alternative Agents for Suppression Fuel Spray Explosions in Military Vehicle Crew Compartments, Halon Options Technical Working Conference, Albuquerque, New Mexico 1999, 27–33, 45–53.
• [6] Smigielski G., Dygdała R., Serejko G., Kaczorowski M., Estimation size of aerosol droplets produced by explosion, „Przegląd elektrotechniczny” 2016, 11, 91–94, doi:10.15199/48.2016.11.23.
• [7] Korobeinichev O.P., Shmakov A.G., Chernov A.A., Bol’shova T.A., Shvartsberg V.M., Kutsenogii K.P., Makarov V.I., Fire Suppression by Aerosols of Aqueous Solutions of Salts, „Combustion, Explosion, and Shock Waves” 2010, 46(1), 16–20, doi:10.1007/s10573-010-0003-y.
• [8] Balanyuk V.M., Grimalyuk B.T., Doslіdzhennya vplivu іnertnikh gazovikh rozrіdzhuvachіv na efektivnіst vognegasnikh ayerozolіv, „Pozhezhna bezpeka” 2004, 5, 18–24.
• [9] Balanyuk V.M., Zhurbinskiy D.A., Lin A.S., Vliyaniye vida aerozolobrazuyushchikh soyedineniy na osnove soley kaliya i dobavok inertnykh gazov na flegmatiziruyushchuyu effektivnost aerozolya, „Pozharnaya bezopasnost: sb. nauchn. rabot.” 2013, 22, 7–11.
• [10] Balanyuk V.M., Zhurbinskiy D.A., Phlegmatisation of flammable gas mixtures by aerosol sprays, BiTP Vol. 32 Issue 4, 2013, pp. 53–58, doi:10.12845/bitp.32.4.2013.6.
• [11] Garasymyuk O.I., Balanyuk V.M., Pastukhov P.V., Nekotoryye aspekty povysheniya effektivnosti aerozolno-poroshkovogo pozharotusheniya, „Vestnik Kokshetauskogo tekhnicheskogo instituta” 2016, (22)2, 39–49.
• [12] Lott J.L., Christian S.D., Sliepcevich C.M., Tucker E.E, Synergism Between Chemical and Physical Fire–Suppressant Agents, “Fire Technology” 1996, 323, 260–271, doi: 10.1007/BF01040218.
• [13] Saito N., Saso Y., Ogawa Y., Otsu Y., Kikui H., Fire Extinguishing Effect of Mixed Agents of Halon 1301 and Inert Gases, “Fire Safety Science” 1997, 5, 901–910, doi:10.3801/IAFSS.FSS.5–901.
• [14] Balanyuk V.M., Kozyar N.M., Garasymuyk O. I., Study of fire–extinguishing efficiency of environmentally friendly binary aerosolnitrogen mixtures, „Eastern-european journal of enterprise” 2016, 3/10(71), 4–12, doi: 10.15587/1729-4061.2016.72399.
• [15] Balanyuk V.M., Specific Nature of Phlegmatizing Air-Heptan Mixture using aerosol and Nitrogen Binary Mixture, BiTP Vol. 44 Issue 4, 2016, pp. 139–149, doi:10.12845/bitp.44.4.2016.11.
• [16] Balanyuk V.M., Kozyar N.M., Garasim’yuk O.І., Zastosuvannya gazo-ayerozolno-poroshkovikh vognegasnikh sumіshey dlya zakhistu vіd zapalyuvalnikh sumіshey, „Scientific Journal ScienceRise” 2016, 5/2(22), 10–14, doi: 10.15587/2313-8416.2016.69333.
• [17] Balanyuk V.M., Kozyar N.M., Garasim’yuk O.І., Lozinskiy A.T., Vpliv dobavok СO2 na vognegasnu efektivnіst bіnarnoї ayerozolno-gazovoї sumіshі, „Pozhezhna bezpeka: zb. nauk. pr.” 2016, 28, 6–12.
• [18] Balanyuk V.M., Garasim’yuk O.I., Lin А.S., Vpliv na flegmatizuvalnu efektivnIst aerozolyu dobavok СO2, 16 Vseukr. konf. ryatuvalnikIv, 23-24.09.2014, 27–29.
• [19] Balanyuk V.M., Kombіnovanі vognegasnі sistemi na osnovі udarnoї khvilі ta gazovoї ob’єmnoї vognegasnoї rechovini, „Pozhezhna bezpeka: zb. nauk. pr.” 2016, 29, 6–12.
• [20] Balanyuk V.M., Extinguishment of n-heptane diffusion flames with the shock wave, BiTP Vol. 42 Issue 2, 2016, pp. 103–111, doi: 10.12845/bitp.42.2.2016.10.
• [21] Balanyuk V.M., Pozhezhogasіnnya serіyami udarnikh khvil, „Problemy pozharnoy bezopasnosti” 2016, 40, 26–34.
• [22] Balanyuk V.M., Increasing the Effectiveness of Fire Extinguishing using a Gas Method which Applies a Shock Wave, BiTP Vol. 43 Issue 3, 2016, pp. 81–94, doi: 10.12845/bitp.43.3.2016.8.
• [23] Balanyuk V.M., Kopistinskiy Yu.O., Lavrenyuk O.І., Viznachennya efektivnostі gasіnnya vognegasnoyu ayerozolnoyu rechovinoyu v umovakh zastosuvannya gazovikh udarnikh khvil, „Pozhezhna bezpeka : zb. nauk. pr.” 2012, 21, 23–27.
• [24] Kopistinskiy Yu.O., Doslіdzhennya vplivu udarnoї khvilі na vognegasnu efektivnіst ayerozolevoї rechovini neorganіchnikh soley kalіyu, „Naukoviy vіsnik UkrNDІPB» 2011. № 2 (24) – 2012. – №21. – C. 23-27.
• [25] Balanyuk V.M., Kopistinskiy Yu.O., Boyko T.B., Zhurbinskiy D.A., Vikoristannya udarnih hvil pri gasinni difuziynogo polum’ya vognegasnimi aerozolyami, „Pozhezhna bezpeka: teorya i praktika” 2014, 18, 32–37.
• [26] BMP180 Data sheet [electr. doc.] https://www.adafruit.com/datasheets/BST-BMP180-DS000-09.pdf [accessed: 11.04.2017].
• [27] Fogel’zang A.E., Vasil’ev V.V., Sinditskii V.P. et. al., Effektivnye sistemy pozharotusheniya na osnove porokhov i spetsial’nykh tverdykh topliv (Efficient Systems for Fire-Fighting on the Basis of Powders and Special-Purpose Propellants), NPO “InformTEI”, Moscow 1991, 30–31.
• [28] Zhukov B.P., Denisyuk A.P., Shepelev Y.G. et. al., Combustion of Fire-Extinguishing Powders Based on Potassium Nitrate, „Doklady Physical Chemistry” 2002, 382, 35, doi:10.1023/A:1014447212689.
• [29] Brooks J., Berezovsky J., O’Dwyer M., Aerosol fire suppression for high rise structural applications via aircraft distribution using Metalstorm technologies, [in:] NIST Special Publication 984, Halon Options Technical Working Conference, 12th Proceedings. HOTWC 2002, Albuquerque, NM, 1–8.
• [30] Nakoryakov V.E., Pokusayev B.G., Shreyber I.R., Rasprostraneniye voln v gazo- i parozhidkostnykh sredakh, In-t teplofiziki, Novosibirsk 1983, 237.