w mobilnym turbinowym systemie ratowniczo-gaśniczym
2. Sprzęt, materiały i metody
Na rys. 1 przedstawiono uproszczony schemat zestawu do badania zacho-wania środków dekontaminacyjnych w strumieniu gazów spalinowych. Rys. 1 nie oddaje proporcji elementów, pominięto także niektóre elementy, takie jak zawory, zasilanie itp. W komorze spalania umieszczony był palnik (P) zasilany mieszanką propan-butan (P–B). Przepływy mieszanki propan-butan i powietrza były kontrolowane przy użyciu rotametrów (R). Palnik ten był też używany jako pilot przy spalaniu mieszaniny węglowodorów (10% toluenu, 50% oktanu, 40%
dekanu) imitującej paliwo lotnicze, podawanej do płomienia przez pompę ze zbiornika F. Do regulowania wilgotności stosowano rozpylanie wody (podawanej ze zbiornika W), a podwyższanie temperatury gazów uzyskiwano przy pomocy grzałki G. Warunki panujące w strumieniu gazów były kontrolowane przy uży-ciu czujników temperatury (T) i wilgotności (RH). W końcowym odcinku toru gazów spalinowych wprowadzano do strumienia gazu roztwory odkażalników podawanych przez pompę ze zbiornika ODK1, a w zbiorniku ODK2 zbierano od-każalnik po ekspozycji na gazy spalinowe. Ze zbiornika ODK2 pobierano próbki odkażalnika do analiz chemicznych.
rysunek 1. Schemat układu do badania zachowania środków dekontaminacyjnych w strumieniu gazów spalinowych
Źródło: opracowanie własne
Figure 1. Diagram of the installation for testing of decontaminants in combustion gas stream – butla z gazem propan-butan, – zbiornik wody, – zbiornik odkażalnika, – zbiornik odkażalnika poddanego działaniu gazów, – zbiornik ciekłych substancji wprowadzanych do płomienia. P– palnik, G – grzałka, R – rotametr, RH – czujnik wilgotności powietrza, T – czujnik temperatury, Z – zasilacz.
Spalanie zarówno mieszaniny propan-butan, jak i ciekłej mieszaniny węglowo-dorów prowadzono w warunkach:
– stechiometrycznych;
– 50% nadmiaru powietrza.
Wilgotność względna gazów spalinowych mieściła się w granicach 60–80%
a temperatura 90±5°C.
Do badań wybrano dichloroizocyjanuran sodu, mononadftalan magnezu, nad-siarczan sodu, podchloryn wapnia oraz uniwersalny odkażalnik proszkowy oparty na dichloroizocyjanuranie sodu.
2.1. oznaczanie zawartości substancji powierzchniowo czynnych metodą bez-pośredniego miareczkowania dwufazowego
2.1.1. Odczynniki i roztwory:
a) chloroform;
b) hyamine 1622 – roztwór o stężeniu C27H42ClNO2 = 0,004 mol/ zgodnie z PN-ISO 2271, p. 4.6;
c) wskaźnik mieszany – kwaśny roztwór przygotowany zgodnie z PN-ISO 2271, p. 4.8.2;
d) nadtlenek wodoru, roztwór 30% (m/m).
2.1.2. Aparatura i przyrządy:
a) kolby stożkowe z korkiem na szlif o pojemności 500 cm3; b) biureta pojemności 50 cm3;
c) waga analityczna;
d) kuchenka elektryczna z regulacją mocy.
2.1.3. Wykonanie oznaczenia.
Do kolby stożkowej odważano z dokładnością do 1 mg ok. 0,8 g prób-ki, rozpuszczano w 100 cm3 wody, dodawano 0,5 cm3 roztworu nadtlenku wodoru i gotowano przez 5 minut, dodawano 15 cm3 chloroformu i 10 cm3 wskaźnika mieszanego. Miareczkowano roztworem hyaminy, po dodaniu każdej porcji odczynnika zamykano kolbę korkiem i energicznie wstrząsano.
Za punkt końcowy miareczkowania przyjmowano moment, kiedy dolna war-stwa chloroformowa poprzez kolor różowy i lekko fioletowy zmieniała się na jasnoszaroniebieski.
2.1.4. Obliczanie wyników
Zawartość substancji powierzchniowo czynnych, w procentach (m/m), obliczano zgodnie z wzorem:
100
⋅
⋅m X V
w którym:
0 ⋅ średnia m powierzchniowoczynnych
− 0,004 – stężenie roztworu hyaminy 1622 mol/ dm3;
− V – objętość roztworu hyaminy 1622 zużytego do miareczkowania próbki [cm3];
− m – masa próbki [g].
Za wynik oznaczenia przyjmowano średnią arytmetyczną min. dwóch równo-ległych oznaczeń różniących się nie więcej niż 10% wartości średniej.
2.2. oznaczenie tlenu aktywnego metodą jodometryczną 2.2.1. Odczynniki i roztwory.
a) tiosiarczan sodu, roztwór 0,1000 mol/dm3; b) jodek potasu, roztwór wodny 10% (m/m);
c) kwas siarkowy, roztwór (H2SO4 o d = 1,84 : woda 1:1, v/v);
d) skrobia rozpuszczalna, roztwór wodny 1% (m/m).
2.2.2. Aparatura i przyrządy a) waga analityczna;
b) biureta o pojemności 25 cm3 z działką elementarną 0,1 cm3; c) kolby stożkowe z korkiem na szlif o pojemności 250 cm3; d) pipety o pojemności 5 i 10 cm3;
e) miarowy pojemności 100 cm3. 2.2.3. Wykonanie oznaczenia
Ok. 0,5 g odkażalnika odważonego z dokładnością do 1 mg umieszczano w kolbie stożkowej, dodawano 10 cm3 roztworu jodku potasu, ok. 100 cm3 wody, 5 cm3 kwasu siarkowego (jeżeli używany był roztwór odkażalnika, odmierzano objętość zawie-rającą 0,2–0,5 g substancji aktywnej i odpowiednio zmniejszano objętość dodanej do kolby wody). Kolbę zamykano korkiem, mieszano zawartość do rozpuszczenia odkażalnika i odstawiano w ciemne miejsce na 15 minut. Następnie miareczko-wano roztworem tiosiarczanu sodu do uzyskania jasnożółtego zabarwienia, po czym dodawano 0,5 cm3 roztworu skrobi i dalej miareczkowano do odbarwienia utrzymującego się co najmniej 20 sekund.
2.2.4. Obliczenie wyników
Zawartość tlenu aktywnego w % (m/m) obliczano wg wzoru:
100 110
8× -4⋅ ⋅ m
V
w którym:
– V – objętość tiosiarczanu sodowego zużyta na miareczkowanie [cm3];
– 8 × 10-4 – ilość tlenu [g] odpowiadająca 1 cm3 roztworu tiosiarczanu sodu o c(Na2S2O3) = 0,1000 mol/ dm3;
– m – naważka odkażalnika [g].
2.3. oznaczenie chloru czynnego metodą jodometryczną 2.3.1. Aparatura i przyrządy:
a) waga analityczna;
b) biureta o pojemności 25 cm3 z działką elementarną 0,1 cm3; c) kolby stożkowe z korkiem na szlif o pojemności 250 cm3; d) pipety o pojemności 5 i 25 cm3;
e) cylinder miarowy pojemności 100 cm3. 2.3.2. Odczynniki i roztwory
a) tiosiarczan sodu, roztwór 0,1000 mol/dm3; b) jodek potasu, roztwór wodny 10% (m/m);
c) kwas siarkowy, roztwór (H2SO4 o d = 1,84 : woda 1:1, v/v);
d) skrobia rozpuszczalna, roztwór wodny 1% (m/m).
2.3.3. Wykonanie oznaczenia
Ok. 0,15 g odkażalnika odważonego z dokładnością do 1 mg umieszczano w kolbie stożkowej, dodawano ok. 100 cm3 wody, 20 cm3 roztworu jodku potasu, 5 cm3 kwasu siarkowego (jeżeli używany był roztwór odkażalnika, odmierzano objętość zawierającą 0,05-0,1g substancji aktywnej i odpowiednio zmniejszano objętość dodanej do kolby wody). Kolbę zamykano korkiem, mieszano zawartość do rozpuszczenia odkażalnika i odstawiano w ciemne miejsce na 20 minut. Na-stępnie miareczkowano roztworem tiosiarczanu sodu do uzyskania jasnożółtego zabarwienia, po czym dodawano 0,5 cm3 roztworu skrobi i dalej miareczkowano do odbarwienia utrzymującego się co najmniej 20 sekund.
2.3.4 Obliczenie wyników
Zawartość chloru czynnego w % (m/m) obliczano wg wzoru:
100
– V1 – objętość tiosiarczanu sodowego zużyta na miareczkowanie [cm3];
– 3,546·10-3 – ilość chloru [g] odpowiadająca 1 cm3 roztworu tiosiarczanu sodu o c(Na2S2O3) = 0,1000 mol/ dm3;
– m1 – naważka odkażalnika [g].
3. Wyniki
W tabelach 2–6 przedstawiono wyniki oznaczeń chloru aktywnego w roztwo-rach dichloroizocyjanuranianu sodu i podchlorynu wapnia oraz tlenu aktywnego w roztworach nadsiarczanu sodu i mononadftalanu magnezu. Z wyjątkiem roz-tworu mononadftalanu magnezu (tab. 5) nie stwierdzono zmian mogących w istot-ny sposób wpływać na skuteczność odkażalników opartych na tych związkach.
Nie stwierdzono istotnego statystycznie wpływu stężenia CO2 na poziom chlo-ru aktywnego w roztworach nadsiarczanu sodu i mononadftalanu magnezu oraz tlenu aktywnego w roztworach nadsiarczanu sodu i mononadftalanu magnezu.
tabela 2. Wyniki badań chloru aktywnego w roztworze dichloroizocyjanu-ranianu sodu po narażeniu 2% roztworu na działanie gazów spalinowych (90°C)
warunki spalania
paliwa aktywny chlor (%) zmiana (%)
próba kontrolna 1,13
propan-butan stechiometrycznie 1,04 –8,0
nadmiar powietrza 1,10 –2,7
ciekłe paliwo stechiometrycznie 1,02 –9,7
nadmiar powietrza 1,05 –7,1
Źródło: opracowanie własne
tabela 3. Wyniki badań chloru aktywnego w roztworze podchlorynu wapnia po narażeniu 2% roztworu na działanie gazów spalinowych (90°C)
warunki spalania
paliwa aktywny chlor (%) zmiana (%)
próba kontrolna 1,37
propan-butan stechiometrycznie 1,35 –1,5
nadmiar powietrza 1,35 –1,5
ciekłe paliwo stechiometrycznie 1,29 –5,8
nadmiar powietrza 1,33 –2,9
Źródło: opracowanie własne
tabela 4. Wyniki badań tlenu aktywnego w roztworze nadsiarczanu sodu po narażeniu 5% roztworu na działanie gazów spalinowych (90°C)
warunki spalania
paliwa aktywny tlen (%) zmiana (%)
próba kontrolna 0,34
propan-butan stechiometrycznie 0,34 0,0
nadmiar powietrza 0,33 –2,9
warunki spalania
paliwa aktywny tlen (%) zmiana (%)
ciekłe paliwo stechiometrycznie 0,30 –11,8
nadmiar powietrza 0,32 –5,9
Źródło: opracowanie własne
tabela 5. Wyniki badań tlenu aktywnego w roztworze mononadftalanu magnezu po narażeniu 5% roztworu na działanie gazów spalinowych (90°C)
warunki spalania
paliwa aktywny tlen (%) zmiana (%)
próba kontrolna 0,28
propan-butan stechiometrycznie 0,22 –21
nadmiar powietrza 0,23 –18
ciekłe paliwo stechiometrycznie 0,18 –36
nadmiar powietrza 0,20 –29
Źródło: opracowanie własne
tabela 6. Wyniki badań chloru aktywnego w 2% roztworze Uniwersalnego Odkażalnika Proszkowego (UOP) po narażeniu na działanie gazów spalinowych (90°C)
warunki spalania
paliwa aktywny chlor (%) zmiana (%)
próba kontrolna 0,68
propan-butan stechiometrycznie 0,63 –7,4
nadmiar powietrza 0,64 –5,9
ciekłe paliwo stechiometrycznie 0,62 –8,8
nadmiar powietrza 0,63 –7,4
Źródło: opracowanie własne
W Tabeli 7 przedstawiono wyniki analiz stężenia środków powierzchniowo czynnych w 2% roztworze Uniwersalnego Odkażalnika Proszkowego (UOP) po narażeniu na działanie gazów spalinowych. Zmiany stężenia środków powierzch-niowo czynnych mieszczą się w dopuszczalnym przedziale, ponadto tego rzędu różnice mogą być wynikiem błędów analitycznych.
Stwierdzono także, że aktywne składniki odkażalników mogą reagować z alde-hydami i związkami nienasyconymi mogącymi powstawać przy niepełnym spala-niu węglowodorów. Jednakże ze względu na brak danych odnośnie do obecności i ewentualnych stężeń tych związków w gazach wylotowych z silnika, który będzie użyty w turbinowym systemie ratowniczo-gaśniczym nie prowadzono szczegóło-wych badań.