Полимеры акриламида- перспективные материалы для использования в противопожарном водоснабжении
Полиакриламид [-CH2CH(CONH2)-]n – это общее название водорастворимых полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных.
Водорастворимые полимеры акриламида получают в виде гелей, в порошкообразном, а также в гранулированном виде, с широким диапазоном свойств (различной молекулярной массой, вязкостью, влажностью). Они используются как флокулянты при подготовке питьевой воды, очистке сточных вод и др., в качестве водоудерживающего средства их применяют в медицине и сельском хозяйстве. В качестве загустителя эти полимеры применяются в нефтедобывающей промышленности: в буровых растворах и системах повышения нефтеотдачи. Полиакриламид является эффективным понизителем фильтрации глинистых буровых растворов.
Введение небольших количеств водорастворимых полимеров акриламида в различные системы приводит к аномальному снижению гидравлического сопротивления трения. Это явление используется при транспортировке нефти по трубопроводам, движении судов. Перспективным является их применение и в системах противопожарного водоснабжения (при транспортировке воды на пожаротушение по трубопроводным линиям, в том числе при работе автоматических установок водяного пожаротушения; в насосно-рукавных системах).
Введение определенных количеств полимера акриламида в поток воды может оказывать различное влияние на величину гидравлических сопротивлений в системах водяного пожаротушения. Так, эффективность полимерного материала тем больше, чем выше его молекулярная масса.
В свою очередь то, какими показателями обладает полимер, зависит от технологии его получения, от вида, концентрации исходных мономеров, соответствующего подбора компонентов инициирующей системы, технологических параметров, таких как температура, при которой осуществляется процесс полимеризации, и конструктивных параметров (размеров конструктивных элементов оборудования для получения полимера), времени пребывания синтезируемого продукта в аппаратах установки.
Введение в поток перекачиваемой по трубопроводу жидкости небольшого количества (десятки или сотни миллионных долей от общего объема раствора) водорастворимых полимеров акриламида с высокой молекулярной массой снижает гидравлическое сопротивление трения в турбулентном потоке, что в свою очередь приводит к уменьшению энергетических затрат на подачу огнетушащей среды на пожаротушение. При этом они не снижают эффективности тушения и не обладают токсичными свойствами.
В потоке воды с добавкой полимера происходит утолщение ламинарного пограничного слоя (гашение турбулентных пульсаций). Причем этот эффект лучше наблюдается в трубах малого диаметра, поскольку пограничный слой в них составляет большую часть полного потока.
На изменение сопротивления трения влияет структура молекулы полимерного вещества. Положительный эффект оказывают линейные полимеры с высокой молекулярной массой, а в случае образования поперечно связанных комплексов увеличивается вязкость раствора и снижение сопротивления проявляется слабее.
Растворы полимеров акриламида в воде оказывают влияние на критическую величину критерия Рейнольдса, характеризующую переход ламинарного режима течения к турбулентному. При определенных концентрациях возможно его увеличение до 104. Для данного трубопровода и скорости течения максимальный эффект уменьшения сопротивления достигается соответствующим подбором концентрации.
Полимерные добавки препятствуют образованию турбулентности в потоке и максимальное снижение сопротивления будет наблюдаться в том случае, если течение раствора по всему сечению потока станет ламинарным.
Автоматическое введение в поток воды растворов высокомолекулярных полимеров может осуществляться с помощью дозирующих устройств, применяемых в установках водопенного тушения пожаров. При прохождении раствора через насос происходит деструкция полимера. Так, эффект снижения гидравлических потерь в трубопроводах при введении добавок полиакриламида после центробежного насоса является более существенным, чем при дозировании перед насосом.
Введение небольших количеств полиакриламида в поток воды позволяет значительно уменьшить сопротивление в противопожарных трубопроводах и рукавных линиях и увеличить их пропускную способность почти в 2 раза. Таким образом, при той же мощности насоса будет увеличиваться дальнобойность пожарной струи.
Следует отметить, что указанные явления снижения гидравлического сопротивления особо важное значение имеют для повышения эффективности тушения пожаров на объектах энергетики, где аппараты и оборудование работают при сверхвысоких давлениях и температурах. В этом случае обеспечивается энергосбережение при транспортировке воды, а также увеличивается количество источников противопожарного водоснабжения объектов энергетики за счет использования удаленных водоемов.
Также перспективным является использование полимеров акриламида, ввиду их экологической безопасности, при выборе рецептуры эффективных многокомпонентных пенообразующих составов для повышения эффективности тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при их горении в резервуарах, при розливах. Водорастворимые полимеры повышают устойчивость пены за счёт загущения водных растворов.
Получение новых прогрессивных видов водорастворимых полимерных материалов с высокими качественными характеристиками позволяет существенно расширить области их применения, в том числе, при борьбе с пожарами.
