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烃类物质作为一种常见物料,广泛分布在石化行业的产、运、储、销各个环节中,存在巨大的潜在危险性。一旦由于人的不安全行为、设备的不安全状态或者环境的不安全因素导致其发生事故性泄漏,极易引发火灾、爆炸等恶性次生灾害,造成严重的人员伤亡和财产损失,以及恶劣的社会和环境影响。针对烃类物质泄漏及其火灾事故,目前多采用水喷淋、水喷雾等处置方法,因水介质自身作用的局限性,已不能满足消防应急控制的整体要求。因此,研究以水为洗消、灭火介质的添加剂技术,对石化行业烃类事故消防应急控制具有重要的现实意义和理论价值。 本文提出将胶束增溶作用融入到细水雾应用中的设想,以表面活性剂作为细水雾对烃类物质洗消、灭火的增效添加剂,从含添加剂细水雾对烃类物质的增溶、润湿和灭火作用的机理探索出发,研究了多种表面活性剂及其复配溶液对细水雾的增效作用。 通过对不同浓度AEC、MAEPK、MAPK、MES阴离子表面活性剂和FMEE、APG06、APG08、APG10、APG1214非离子表面活性剂溶液的细水雾增溶甲烷实验发现,表面活性剂浓度的增加,溶液中甲烷的表观溶解度呈线性正相关。因疏水基团碳氢链长度和亲水基团带电性不同,不同表面活性剂溶液对甲烷的增溶能力也存在差异。摩尔增溶比反映出表面活性剂胶束的增溶能力大小,实验中阴离子表面活性剂的摩尔增溶比由大到小分别为:AEC、MAEPK、MES、MAPK,非离子表面活性剂为:FMEE、APG10、APG08、APG06。在影响甲烷增溶的空间因素上,表面活性剂疏水基团碳氢链越长,其胶束内核体积越大,越利于甲烷增溶;而在能量方面,细水雾增溶甲烷的热力学过程推导反映出,细水雾雾滴表面和胶束界面处的附加压力,对甲烷增溶的传质过程具有共同抑制作用。 在对单一表面活性剂溶液增溶能力筛选的基础上,实验研究了由AEC、MAEPK、MES和FMEE、APG10组成的6种不同阴-非离子表面活性剂复配溶液细水雾对甲烷的增溶作用,研究发现,通过复配能有效提高表面活性剂溶液对甲烷的增溶效果;组分间的协同效应使得所形成的混合胶束对甲烷具有更强的分配作用,可明显提高溶液对甲烷的增溶效果。对于不同的复配组合,存在各不相同的最优增溶配比,此比例下组分间的协同作用最为显著,甲烷的增溶量最大。对于混合胶束,长碳氢链的组分有助于胶束粒径的增大;而亲水基团的带电性可以抑制胶束的团聚,提高其在溶液中的分散度。 通过对溶液在石蜡表面接触角的测量,发现表面活性剂可以显著改善水对烃类物质的润湿能力,由不润湿转变为润湿。表面活性剂疏水基团与石蜡分子结构越相似,相应溶液的接触角越小,分子在界面处的吸附作用越强。表面活性剂复配可以进一步增强溶液的润湿能力,表现出浸润功和黏附功上升,说明组分间存在明显的协同作用。由于醇类物质具有类表面活性剂的特点,复配溶液中加入醇类可以进一步提高溶液的润湿能力,表现出接触角减小,动态表面张力下降且平衡时间缩短;但随着醇的链长和添加比例的增大,溶液的表观溶解状态和稳定性都趋于下降。向溶液中添加水溶性物质或者油类,并不能提高溶液的润湿能力。 最后,使用以实验为基础,增溶和润湿作用显著的特定添加剂配方对汽油池火和木垛火进行灭火实验。结果表明,特定添加剂可以有效提高细水雾的灭火性能,缩短灭火时间,提高灭火稳定性;同时该添加剂还可以强化细水雾对火焰的控制效果,增强细水雾的降温作用,以及减少有害烟气的产生。通过对添加剂的灭火增强机理分析认为,含添加剂细水雾除了增溶可燃物蒸气和润湿可燃物外,还具有促进雾滴吸热蒸发、乳化(渗透)可燃物、泡沫覆盖等灭火作用。 实验室研究过程中还对添加剂配方的溶解性、抗硬水性、溶液稳定性以及腐蚀性等工程应用性质进行了考察,最终筛选的特定配方能够满足工程应用的要求。