Автоматизация и цифровизация проникают во все сферы жизнедеятельности общества, информационные технологии развиваются с высокой скоростью. Увеличивается количество компьютеров, интерактивных досок в ВУЗах. Растёт и число серверных, необходимых для обработки большого количества данных. Всё это влечёт за собой значительный рост пожарной нагрузки зданий и сооружений.
Автоматические установки газового пожаротушения многие считают единственным безальтернативным вариантом тушения пожаров в помещениях серверных. Однако они также имеют ряд проблем при эксплуатации в зданиях и сооружениях. Кроме того, эти установки требуют значительных финансовых вложений, поэтому в настоящее время продолжается поиск альтернатив.
В качестве альтернативы автоматическим установкам газового пожаротушения можно рассмотреть аэрозольное пожаротушение, которое является одним из перспективных методов, а по многим параметрам значительно экономичнее всех других установок объёмного тушения пожаров. В данной статье приведены результаты экспериментального исследования нескольких аэрозолеобразующих составов по двум важным параметрам:
— уровень дисперсной фазы,
— огнетушащая способность.
Существует несколько формул штатных — широко используемых запатентованных составов — аэрозолей. Для проведения эксперимента была выбрана формула 51–35–1 штатного АОС Чебоксарского производственного объединения, которая находится на вооружении большинства предприятий, производящих композиции такого рода [1]. Её составляющие:
— KNO 3– 70 %,
— C 48 H 42 O 7– 11 %,
— C 2 H 4 N 4– 19 %.
В качестве второго состава был избран экспериментальный образец, разработанный на кафедре «Технология изделий из пиротехнических и композиционных материалов» Инженерного химико-технологического института [1]. Композицию составляют:
— KNO 3– 71 %,
— C 48 H 42 O 7– 24 %,
— NH 4 Cl — 5 %.
KNO 3 — нитрат калия — является солью щелочного металла. Имеет низкую чувствительность к температурам. При реакции горения образует азот и разрывает цепочку реакции горения.
C 2 H 4 N 4 — дициандиамид или ДЦДА. При определённой концентрации вещества в составе композиции не поддерживает реакцию горения. При горении также выделяет азот, который вытесняет кислород, необходимый для поддержания реакции горения.
C 48 H 42 O 7 — идитол. Относится к классу синтетических полимеров и фенолформальдегидных смол. Выступает связующим элементом в композиции.
NH 4 Cl — хлорид аммония. Имеет пониженную температуру горения. Cl также прерывает реакцию горения.
Соли щелочных металлов разрывают цепочку реакции горения. Необходимое количество частей веществ было рассчитано на приготовление 30 грамм составов. Для этого процентные показатели количества веществ были умножены на 0,3. Результаты расчётов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Масса веществ, необходимых для создания композиций аэрозолеобразующих составов
|
KNO 3, г |
C 48 H 42 O 7 , г |
C 2 H 4 N 4 , г |
NH 4 Cl, г |
|
|
Штатный состав |
21 |
3,3 |
5,7 |
- |
|
Экспериментальный состав |
21,3 |
7,2 |
- |
1,5 |
После определения количества веществ в лаборатории было произведено взвешивание каждого вещества. Затем все вещества были смешаны до единой консистенции, развешаны на три равные части по 10 грамм каждая и спрессованы с использованием оболочки без воспламенителя.
Наиболее важные характеристики аэрозоля в контексте выбора состава для тушения пламени в серверных комнатах: огнетушащая способность и показатель дисперсной фазы. Аэрозоль — это аэродисперсная система, в которой воздух является дисперсионной средой, а твёрдые взвешенные частицы размером 0,1–5 мкм — дисперсной фазой. Аэрозоль пригоден для тушения электронной вычислительной техники тогда, когда он имеет высокую огнетушащую способность и низкий уровень дисперсной фазы. Для выявления количественных показателей этих критериев было проведено два эксперимента.
Свойства составов аэрозолей исследуют в специальных камерах, ограничивающих объём и распространение аэрозоля. Объём камеры устанавливают, исходя из массы состава, и обычно он варьируется от 6 до 10 м 3 для исследований в лаборатории составов массой около 10 г. Аэрозольная камера снабжается мешалкой для перемешивания и равномерного распределения аэрозоля, вытяжными устройствами для удаления отработанного аэрозоля, окнами для оптических измерений и пробоотборниками. В камере предусматриваются устройства для приведения состава в действие.
Для определения массовой концентрации дисперсной фазы был выбран один из распространённых методов — фильтрационный. В процессе фильтрации происходит захват аэрозольных частиц в пористом или волокнистом материале фильтра. Эффективность аналитического фильтра ƞ ф определяется по формуле 1.1.
ƞ ф = m′/m (1.1)
где m′ — масса аэрозольных частиц, осевших на фильтре, гр.;
m — полная масса частиц, поступивших на фильтр, гр.
В качестве фильтрующих материалов для определения массовой концентрации аэрозольных частиц используются бумага, вата, прессованные мембраны из различных материалов. Широко распространены фильтры АФА, представляющие собой фильтрующий материал ФП (фильтр Петрянова), зажатый между двумя бумажными кольцами. Площадь фильтрующей поверхности 10 или 20 см 2 .
Фильтр АФА перед определением взвешивается на аналитических весах с точностью до 0,0001 г и укрепляется в держателе алонже. Держатель с фильтром подсоединяется к аэрозольной камере. Аэрозоль отбирается методом принудительного осаждения тягой и отсеивания. Объём пропущенного через фильтр аэрозоля задаётся. Фильтр с осадком вынимается из держателя и взвешивается.
Массовая концентрация аэрозоля C m рассчитывается по формуле:
C
m
=
где m 2 — масса фильтра после отбора пробы;
m 1 — масса фильтра до отбора пробы;
V ф — объём пропущенного через фильтр аэрозоля.
В таблице 2 приведены данные о массах фильтров до отбора пробы и после отбора при сжигании каждого образца. Скорость пропускания аэрозоля через фильтр равна 15 л/мин. Время пропускания аэрозоля через фильтр в каждом случае составило 3 минут. Таким образом, объём пропущенного через фильтр аэрозоля составляет 45 л для каждого сожжённого образца.
Таблица 2
Данные о массе фильтра при взвешивании
|
m1, гр |
m2, гр |
|
|
Штатный состав |
0,09550 |
0,09882 |
|
Экспериментальный состав |
0,09112 |
0,09735 |
Важно отметить, что составы горели при открытой дверце аэрозольной камеры. Время горения штатного состава на данном этапе эксперимента составило 17 с. Состав выделял большое количество аэрозоля, с характерным запахом. Экспериментальный состав полностью сгорел за 4 с. Его комета была ярче, но объём аэрозоля был меньше и не имел ярко выраженного запаха. Оба состава имеют одинаковое количество шлаков после сгорания.
Рассчитываем массовую концентрацию аэрозоля штатного состава:
C
m
=
Массовая концентрация аэрозоля экспериментального состава:
C m =
Таким образом, несмотря на более короткое время горения, композиция экспериментального состава имеет более высокий уровень дисперсной фазы. На данном этапе эксперимента можно сделать вывод, что для тушения электронной вычислительной техники больше подходит композиция штатного АОС, так как она имеет меньший уровень дисперсной фазы.
На втором этапе эксперимента необходимо выяснить огнетушащую способность исследуемых АОС. Для этого в камере пожаротушения позади и перед составом размещаются ёмкости с ветошью, залитой бензином, по схеме, изображённой на рисунке 1.
Рис. 1. Схема размещения ёмкостей с ветошью, залитой бензином, и шашки с АОС
До поджигания состава ветошь в ёмкостях подожжена, сам состав поджигается в закрытой камере. При проведении эксперимента фиксировалось время горения состава, время тушения задней ёмкости и передней. Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Время горения АОС и тушения горящих ёмкостей с ветошью
|
t гор. состава, с |
t тушения ёмкости у задней стенки, с |
t тушения ёмкости у передней стенки, с |
|
|
Штатный состав |
10.06 |
7.45 |
8.13 |
|
Экспериментальный состав |
6.29 |
6.74 |
18.33 |
Как видно из данной таблицы, время горения составов при изменённых условиях уменьшилось для штатного состава и увеличилось для экспериментального состава. При этом экспериментальной композиции АОС понадобилось значительно больше времени на тушение ёмкости у передней стенки камеры пожаротушения. Исходя из этого можно сделать вывод, что для достижения одинаковой эффективности и обеспечения пожарной безопасности при равной площади серверного помещения установок с таким составом потребуется больше, чем установок с штатным АОС.
Проанализировав результаты, полученные на двух этапах эксперимента, можно сделать вывод, что автоматические установки аэрозольного пожаротушения с композицией штатного состава наиболее эффективны при тушении электронной вычислительной техники, так как выделяют большее количество аэрозоля с меньшим уровнем дисперсной фазы и быстрее тушат огонь.
Литература:
- Современная пиротехника. / В.Э Мельников. — М.: Наука, 2014. — 479 с.
- Промышленные здания и сооружения. Серия «Противопожарная защита и тушение пожаров». Книга 2. / В. В. Требнев, Н. С. Артемьев, Д. А. Корольченко, А. В. Подгрушный, В. И. Фомин, В. А. Грачев — М.: Пожнаука, 2006. — 412 с.
- Киздермишов А. А., Киздермишова С. Х. Проблемы применения автоматических систем (установок) газового пожаротушения // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. — 2019. — № 1 (236). — С. 111–115.
- Вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации установок аэрозольного пожаротушения учебно-методическое пособие / В. В. Агафонов, Н. П. Копылов; под. ред. Н. П. Копылова. — М.: ВНИИПО, 2001. — 115 с.
