До последнего времени я был уверен в том, что теплофизика изучает процессы горения главным образом в целях развития энергетики, то есть ученые стремятся здесь к тому, чтобы топливо сгорало лучше, с большей пользой и большей теплоотдачей. Однако прошедшая в Новосибирске 6-9 ноября X Всероссийская конференция с международным участием «Горение топлива: теория, эксперимент, приложения» продемонстрировала еще один принципиально важный аспект данной дисциплины – изучение горения в целях его… предотвращения. Здесь нет ничего странного: огонь необходимо поддерживать тогда, когда он находится в топке. А вот когда он возникает во всех остальных местах, то с ним нужно бороться. Теплофизика, таким образом, вносит свой посильный вклад в пожаробезопасность различных объектов, разрабатывая на этот счет научные рекомендации.
До сих пор для многих из нас свежи воспоминания о страшном пожаре в кемеровском ТРЦ «Зимняя вишня», случившемся в марте этого года. Напомним, что этот пожар унес жизни 60 человек, включая 41 ребенка. О причинах возгорания до сих пор не всё ясно, зато все прекрасно понимают, благодаря чему пламя достигло таких поистине адских масштабов.
Как мы знаем, в роли горючего здесь выступил вездесущий пластик. Сегодня полимерные материалы окружают нас повсюду, включая и общественные здания. Отделка интерьеров, мебель, стенды, стойки, игрушки, покрытия электрических кабелей – всё это может стать хорошей «питательной смесью» для случайно возникшего огня.
Фактически, любое закрытое помещение – учитывая наличие в нем такого вот горючего – представляет собой некую модель топочного котла. И при определенных условиях там вполне могут начаться процессы, какие происходят в реальных топках. Проектировщики, как правило, не вникают в подобные тонкости, не анализируют параметры помещений с точки зрения физических условий для «полноценного» возгорания. Строители и владельцы объектов также не особо переживают по поводу того, что наполняют такие потенциальные «топки» самым настоящим горючим. Тем не менее, ввиду того, что проблема пожаробезопасности стоит сейчас очень остро, свое слово должны сказать специалисты в области теплофизики.
Необходимо смириться с тем, что от пластиков в наши дни никуда не деться. Их все равно будут использовать, несмотря на печальную статистику возгораний. Проблема в том, что до последнего времени горючесть полимерных материалов никто досконально не исследовал. Как заметил по этому поводу сотрудник Института химической кинетики и горения СО РАН Олег Коробейничев (выступая на конференции с пленарным докладом на указанную тему), до сих пор в науке отсутствуют данные по химическим аспектам горения полимеров, и потому существующие сейчас модели затрагивают этот процесс в недостаточной степени. В то же время такая модель крайне необходима, поскольку только благодаря ей можно адекватно прогнозировать данный процесс, а равным образом исследовать пути снижения горючести таких материалов. В Европе исследования в этом направлении начались относительно недавно. В настоящее время к европейским ученым присоединились и их российские коллеги.
Главная задача для ученых, как мы уже поняли, – разработать химическую и математическую модель горения полимерных материалов и обосновать ее на основании всестороннего экспериментального изучения тепловой и химической структуры пламени, а также скорости распространения пламени по поверхности полимера. Работа в этом направлении уже началась, и на данном этапе есть довольно интересные результаты, позволяющие ученым давать некоторые рекомендации. Например, у литых и экструдированных полимерных материалов (при одинаковом химическом составе) скорость распространения пламени может различаться в три раза. Также в три раза различается ширина зоны горения. Нетрудно понять, что в случае создания соответствующих противопожарных нормативов в их основу могут быть положены как раз такие исследования. И совсем не исключено, что на какие-то виды и марки материалов будет положен запрет. Кроме того, опираясь на данные исследований, специалистам не составит большого труда присвоить каждому крупному объекту класс опасности – в зависимости от того, какие материалы там использовались. Отметим, что для нашей страны такая работа особенно актуальна, учитывая внушительное количество смертей от пожаров (в несколько раз выше, чем в США и в Европе).
Впрочем, работы над созданием модели продлятся еще не один год. Как и во всякой работе такого рода, на первых этапах полученные данные не всегда согласуются друг с другом. Это лишний раз свидетельствует о том, что горючесть полимерных материалов – слишком «свежая» тема для теплофизики. Но именно этим (вкупе с актуальностью) она и привлекает к себе внимание со стороны специалистов (что очень хорошо показала прошедшая конференция).
Еще одна схожая тема, не менее актуальная – это предотвращение пожаров и взрывов на угольных шахтах. Об актуальности здесь говорить не приходится – она очень понятна.
Так, ежегодно в мире от взрыва метана погибает не менее двухсот человек. Причем в нашей стране в последние годы смертность в результате аварий на угольных шахтах выросла почти в два раза. Кроме того, угольными шахтами проблема не ограничивается.
Дополнительную угрозу представляют аварии на АЭС из-за выброса водорода. Та же проблема касается объектов нефтехимического производства, где также имеется угроза аварий из-за возгорания газа. Задача ученых в данном случае сводиться к созданию технологии, способной предотвращать подобные трагедии. Выражаясь научно, исследовать возможности ингибирования процессов воспламенения газообразных топлив. Этому, в частности, был посвящен пленарный доклад сотрудника Объединенного института высоких температур РАН Александра Еремина.
Исходная посылка здесь та же, что и в случае с полимерами – исследовать конкретное горючее не ради того, чтобы его эффективнее сжечь, а наоборот, сделать так, чтобы оно не становилось источником пожара. Если традиционный подход предполагает тушение или изоляцию очага возгорания с помощью воды или пены, то современные подходы предполагают использование химического ингибирования процессов воспламенения и горения. «Идея этих методов, – разъясняет Александр Еремин, – состоит в том, чтобы ввести в смесь малую добавку химически активного вещества, которое будет точечно захватывать активные радикалы и обрывать развитие цепи реакции воспламенения». Технически это может выглядеть так. Скажем, где-то в шахте специально располагаются баллоны с этим химически активным веществом, которое будет автоматически и строго дозированно впрыскиваться в случае угрозы воспламенения.
По поводу самого вещества единого мнения пока что нет. В частности, одни ученые рекомендуют использовать хладон. На практике такая технология уже применялась (на одной из Южно-кузбасских шахт) и показала себя неплохо. В то же время хладон вызывает некоторые вопросы, поэтому ему ищут более эффективную замену. Здесь пока также не все гладко и появляются новые вопросы (в основном, по части экологии). Тем не менее, в любом новом деле всегда возникают какие-то нестыковки и недочеты. Их преодоление – лишь вопрос времени. Главное, что в теплофизике четко обозначилось целое направление, важность которого со временем будет только возрастать.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии