Горючий лед
Ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» изучают процесс пожаротушения и локализации возгораний с помощью газовых гидратов, или искусственного горючего льда. Они провели больше 200 экспериментов, которые показали эффективность их применения. Основная задача политехников — разработать технологии для транспортировки, хранения и подачи гидрата в зону горения.
Результаты исследований ученых опубликованы в журнале Thermal Science and Engineering Progress (Q1, IF: 4,56).
Газовые гидраты — это соединения из газа в ледяной и водной оболочке, которые добывают со дна морей и океанов и называют замерзшим топливом будущего, или горючим льдом. Одно из направлений их использования — локализация и подавления возгораний.
«Главная задача системы пожаротушения — снизить температуру, вытеснить кислород из зоны горения и предотвратить доступ продуктов сгорания. На сегодняшний день широко используются газовые, жидкостные и пенные системы. То есть основным сырьем для успешной ликвидации возгорания являются лед, вода и инертный газ. Все это есть в составе газового гидрата: инертный газ вытесняет кислород из зоны горения, а лед позволят снизить температуру в очаге пожара и прекратить распространение фронта горения», — говорит руководитель лаборатории тепломассопереноса, профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Павел Стрижак.
Политехники провели более 200 экспериментов по локализации и подавлению горения древесины, керосина, бензина, дизельного топлива, спирта, сырой и очищенной нефти, индустриальных масел, разных марок угля, отходов углеобогащения и природных газовых гидратов метана. Для этого они воспроизвели условия возгорания в четырех наиболее распространенных ситуациях: неосторожное обращение с огнем, нарушение правил эксплуатации нагревательного оборудования, замыкание электрических сетей и локальные источники пожара. Эксперименты проводились как с очагами в помещениях, так и на открытой местности.
«Мы установили, что для блокирования и подавления горения в состав гидрата должен входить инертный газ. Самые доступные по стоимости и эффективности — углекислый газ и фреон. Эксперименты проводились с газовым гидратом в форме порошка и таблетированных образцов. Его мы сбрасывали на очаг горения сверху и делали из него заградительную полосу. Результаты показали эффективность технологии. Стоит уточнить, что это ранние стадии исследования, и работы проводятся с малыми очагами возгораний и гидратов. Главная задача — доказать эффективность технологии», — добавляет инженер-исследователь Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Никита Шлегель.
На основе экспериментальных данных ученые разработали физические и математические модели локализации и подавления горения разных веществ и материалов, а также начали работы по созданию гидратов, в состав которых входят поверхностно-активные вещества. При диссоциации такой гидрат помимо вытеснения кислорода из зоны горения и снижения температуры позволяет создать на его поверхности пену. Она является блокиратором кислорода и способствует локализации горения и термического разложения материала.
В будущем политехники планируют разработать несколько устройств, в которых получаемый гидрат при соприкосновении с горящим материалом будет эффективно блокировать и локализовать горение.
«Основная причина, почему газовые гидраты до сих пор не используют для тушения пожаров, — отсутствие данных о том, в каких условиях горения они эффективны, и технологий для транспортировки, хранения и подачи гидрата в зону горения. Сейчас эти вопросы носят основной научный и практический интерес, и именно этим заняты ученые нашей лаборатории», — поясняет Павел Стрижак.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета