Osobennosti flegmatizirovannâ geptanovozdušnoj sredy binarnoj smesʹû aèrozolâ s azotom

• Autorzy: Balanyuk V. M.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.44.4.2016.11

Warianty tytułu

EN

Specific Nature of Phlegmatizing Air-Heptan Mixture using Aerosol and Nitrogen Binary Mixture

PL

Specyfika flegmatyzacji mieszanki powietrza z heptanem przy pomocy mieszaniny binarnej aerozolu z azotem

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Purpose: The purpose of the work is to determine the characteristics of phlegmatization of stoichiometric air-heptan mixture with aerosolnitrogen binary mixture, as well as to determine the concentration and combustion time of the combustible mixture in different ratios of the components of these mixtures. Methods: To determine the characteristics of n-heptan phlegmatization using aerosol-nitrogen binary mixtures, an installation was used of a thick-walled cylindrical glass vessel of 0.5 liter capacity with a powerful electric ignition source placed inside it. An aerosol-nitrogen mixtured was combined with an air-heptane mixture. Time-lapse shots of the explosion process were captured by Nikon 1 j4 camera which can capture 1200 frames per second. Results: The results of the experiments showed that the value of phlegmatization concentration of aerosol obtained on the basis of the mixture for aerosol formulation based on iditol for the stoichiometric mixture is 66 g/m³. Also obtained was the dependence between the concentration of the mixture of the phlegmatizer and the proportion of the content of its ingredients, taking into account the condition that a single concentration of the phlegmatizer (the aerosol-nitrogen mixture) is 44%. It was also discovered that the optimum ratio of the components of the mixture are as follows: aerosol – 20-35 g/m³, N₂ – 15%-8%. Significant fire resistant efficacy of the binary mixture has been shown, which is meant to reduce the spread of the flame front over the whole volume of the combustible mixture, when the fireball dies before touching the walls of the cylinder. As a result of the conducted experiments, the synergistic interaction between components of the binary aerosol-nitrogen mixture was also confirmed, which is manifested by a sudden decrease in concentration of its components due to their combined action. The components of the mixture act both as heat phlegmatizers and chemical inhibitors. Shots were obtained of combustion processes resulting from explosion while adding aerosol-nitrogen binary mixtures to a stoichiometric binary mixture. The shots confirmed the phenomenon that fire reduced by a phlegmatizer while the concentration of aerosol and nitrogen is decreased three times, which ensures maintaining the oxygen concentration at a level suitable to maintain human life processes Conclusions: The paper presents the effect of reducing the spread of flames over the entire volume of the fuel mixture of heptane and air when the aerosol-nitrogen binary mixture was added. The effect is interesting from a practical point of view: in order to ensure fire safety and explosion protection of buildings (sites) where there are flammable gases, liquids and mixtures thereof. Practical application of the binary mixture for extinguishing and phlegmatization will result in reducing the scale of destruction due to limiting the spread of flames over the entire volume of the homogeneous fuel-air mixture.

PL

Cel: Celem pracy jest określenie specyfiki flegmatyzacji stechiometrycznej mieszaniny heptanu z powietrzem mieszaniną binarną aerozol-azot, a także określenie wartości stężeń i czasu spalania mieszaniny palnej przy różnych proporcjach składników obydwu tych mieszanin. Metody: Do określenia cech charakterystycznych flegmatyzacji n-heptanu binarnymi mieszankami aerozol-azot wykorzystano stanowisko w formie grubościennego cylindrycznego szklanego naczynia o objętości 0,5 l z umieszczonym w środku elektrycznym źródłem zapłonu o dużej mocy. W naczyniu zmieszano mieszankę aerozol-azot z mieszaniną heptan-powietrze. Poklatkowe ujęcia procesu wybuchu wykonano kamerą Nikon 1 j4 z możliwością otrzymania 1 200 klatek na sekundę. Wyniki: Wyniki eksperymentów wykazały, że wartość stężenia aerozolu, otrzymanego z mieszaniny na bazie iditolu, konieczna do przeprowadzenia procesu flegmatyzacji stechiometrycznej mieszanki powietrza z heptanem wynosi 66 g/m³. Otrzymano również zależność między stężeniem mieszaniny flegmatyzatora a proporcją zawartości jego składników, z uwzględnieniem warunku, że pojedyncze stężenie flegmatyzatora (mieszaniny aerozolu z azotem) wynosi 44%. Stwierdzono, że optymalne proporcje składników danej mieszaniny są następujące: aerozol – 20-35 g/m³, N₂ – 15%-8%. Udowodniono znaczną skuteczność ogniochronną mieszaniny binarnej, która polega na ograniczeniu rozprzestrzeniania się czoła płomieni na całej objętości mieszaniny palnej. Przy tym kula ognia wygasa przed dotknięciem ścian cylindra. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów potwierdzono również synergetyczne oddziaływanie między składnikami binarnej mieszaniny aerozol- azot, które przejawia się w nagłym spadku stężenia jej składników wskutek ich złożonego działania. Składniki mieszaniny działają jednocześnie w roli flegmatyzatorów cieplnych i inhibitorów chemicznych. Otrzymano ujęcia z procesów spalania spowodowanego wybuchem podczas dodawania do stechiometrycznej mieszaniny binarnych mieszanek aerozolu z azotem. Ujęcia potwierdziły zjawisko ograniczania ognia przez flegmatyzator przy jednoczesnym trzykrotnym spadku stężenia aerozolu i azotu, które zapewnia utrzymanie stężenia tlenu na poziomie odpowiednim do utrzymania procesów życiowych człowieka. Wnioski: W pracy przedstawiono zjawisko ograniczenia rozprzestrzeniania się płomieni na całej objętości mieszaniny paliwowej heptanu z powietrzem podczas dodania do niej binarnej mieszaniny aerozol-azot. Uzyskany efekt jest intersujący z praktycznego punktu widzenia: w celu zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego oraz zabezpieczenia przez wybuchem obiektów, w których znajdują się łatwopalne gazy, ciecze i ich mieszaniny. Praktyczne zastosowanie mieszaniny binarnej do gaszenia i flegmatyzacja będą skutkować zmniejszeniem skali zniszczeń dzięki ograniczeniu rozprzestrzeniania się płomieni na całej objętości jednorodnej mieszaniny paliwowo-powietrznej.

Słowa kluczowe

EN

explosion; fire; phlegmatization; nitrogen

PL

wybuch; pożar; flegmatyzacja; azot

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 44, nr 4
• Strony: 139--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Balanyuk V. M.

• Lviv State University of Life Safety, Ukraine

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, 1994, [electr. doc.] http://ozone.unep.org/en/information-material, [accessed: 10.11.2016].
• [2] Linteris G.T., Clean Agent Suppression of Energizer Equipment Fires, National Institute of Standards and Technology, January 2009.
• [3] Moore T.A., Yamada N., Nitrogen gas as a halon replacement, Halon Options Technical Working Conference, 12-14 May, 1998, pp. 330-338.
• [4] Tsapko O.Yu., Tsapko Yu.V., Balanyuk V.M., Determination of fire extinguishing and inerting ability of ozone safe gaseous fire extinguishing substances, “Fire safety” 2011, 19, 156-162.
• [5] Іnergen-extinguishing systems. Tyco, http://www.tycofis.co.uk/products/Gaseous-Fire-Suppression/inergen-overview, [accessed: 10.11.2016].
• [6] Agafonov V.V., Kopylov N.P., “Aerosol Extinguishing System: Elements and Characteristics, [in:] Design, Erection and Operation, VNIIPO, Moscow 1997, 232.
• [7] Silin N.A., Emel’janov V.N., Pyrotechnic Aerosol Generating Compositions and Fire Suppressing Systems, [in:] Conversion Concepts for Commercial Applications and Disposal Technologies of Energetic Systems. Volume 14 of the series NATO ASI Series, 121-129.
• [8] Agafonov V.V., Kopylov N.P., Design, assemblage and usage of aerosol installations for fire protection, VNIIPO, Moscow 1999, (in Russian).
• [9] Agafonov V.V., Kopylov S.N., Sychev A.V., Uglov V.F., Zhyganov D.B., The mechanism of fire suppression by condensed aerosols, Halon Options Technical Working Conference, 15th Proceedings, HOTWC 2005, 1-10.
• [10] C.T. Ewing, Faith F.R., Romans J.B., Hughes J.T., Hower W.C., Flame extinguishment properties of dry chemicals: extinction weights for small diffusion pan fires and additional evidence for flame extinguishment by thermal mechanisms, “J. Of Fire Prot. Engr.” 1992, 4(2), 35-52, doi: 10.1177/104239159200400201.
• [11] Fischer G., Leonard J.T., The Effectiveness of Fire Extinguishing Powders Based on Small Scale Fire Suppressant Tests, Naval Research Laboratory, NRVMW6180-95-7778, Washington DC 1995.
• [12] Shorin S.N., Balin, V.A. The effect of inert dust to the normal speed of propagation of flame in combustible gas mixtures, theory of combustion, proceedings of the all-Moscow seminar on the theory of combustion: collection of scientific papers, Science, Moscow 1970, 93-100.
• [13] Gogol L.A., Kononenko K.M., et. al., The inhibition of propane combustion aerosols of metal salts. Inhibition of chain gas reactions, [in:] Proceedings of the workshop on the mechanism of inhibition of chain gas reactions, Alma-ATA 1971, 205-213.
• [14] Dewitte M. Vrebosh J. Van Tiggelen A., Inhibittion and Extinotion of Premixed Flames by Dust Particles, “Combustion and Flame” 1984, 8(4), 257-266, doi: 10.1016/0010-2180(64)90079-3.
• [15] Fleming J.W., Reed M.D., et. al., Extinction studies of propane/air counterfzow diffusion flames: the effectiveness of aerosols, Halon Oplions Technical Wolking Conference 12-14 May 1998.
• [16] Mc Hale E.T., Flame Inhibition by Potassium Compounds, “Combust and Flame” 1975, 24(2), 277-279, doi: 10.1016/0010-2180(75)90159-5.
• [17] Mitani T., Niioka T., Comparison of Experiment and Theory on Heterogeneous Flame Suppresants, “Nineteenth Symposium on Combustion: The Comb. Inst.” 1982, 19(1), 869-875, doi: 10.1016/S0082-0784(82)80262-2.
• [18] Fleming J.W., Williams B.A., Sheinson R.S., Suppression effectiveness of aerosols: the effect of size and flame type, NIST Special Publications, 2002.
• [19] 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.
• [20] Christian S.D., Kerr P., Tucker E.E., Sliepcevich C.M., Hagen A.P., Synergism in flame extinguishment: New results for mixtures of physical and chemical agents, Halon Options Technical Working Conference 6-8 May 1997, pp. 88-105.
• [21] 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.
• [22] Zhartovs’kyy V.M., Otkidach M.Ya., Tsapko Yu.V., Tropinov O.H., Studies to determine the fire extinguishing effectiveness of mixtures of retardants and inert diluents, “Naukoviy Vіsnik UkrNDІPB” 2003, 2(8), 5-10.
• [23] Yongfeng Z., Xiang J., Guangxuan L., Ni X., Experimental study of the fire–extinguishing effectiveness of 1–bromo–3,3,3–trifluoropropene/nitrogen mixtures, “Journal of fire sciences” 2007, 25, 177-187, doi: 10.1177/0734904107067914.
• [24] 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.
• [25] Nikon 1J4, http://imaging.nikon.com/lineup/acil/bodies/j4/spec.htm Nikon 1 J4, [accessed: 10.11.2016].
• [26] Smith F.A., Kimmel E.C., English J.H., Carpenter R.L., The assessment of toxicity after exposure to a pyrotechnicallygenerated aerosole, HOTWC, 95.
• [27] Kopylov N.P., Ilitchkine V.S., Potanine B.V., Novikov I.A., Toxic hazard associated with fire extinguishing aerosols: the current state of the art and a method for assessment, Halon Options Technical Working Conference, 24-26 April 2001.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.