ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ВЕРОЯТНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ

Из осушенных земель наиболее хозяйственно ценными являются торфяные почвы, обладающие высоким потенциалом плодородия, общая площадь которых в России составляет 320 млн. га, из них 130 млн. га имеют слой торфа более 30 см, что делает их пригодными для возделывания сельскохозяйственных культур

Органическое вещество торфа состоит из углерода, водорода, кислорода, серы и азота, поэтому торф обладает высоким плодородием и представляет интерес для целей выращивания сельскохозяйственных культур, тем не менее следует отметить что данный тип почв пожароопасен.

Дизельное топливо является ключевым компонентом при механизированном возделывании и уборке сельскохозяйственных культур. Проблемой для аграрных хозяйств является заправка техники во время сезонных работ. Комбайны, трактора работают далеко от топливного накопителя, поэтому оперативно заправиться не получается, даже если топливозаправщики постоянно подвозят топливо, используются канистры, топливные шланги, из-за чего нередко происходят проливы на почву

Как правило, пожары на торфяниках происходят при значительном понижении уровня грунтовых вод за счёт прекращения капиллярного подпитывания, в условиях выпадения малого количества осадков, и при высоких температурах воздуха. Торф склонен к самовозгоранию. Это явление возможно при температуре воздуха выше +35°С - +40°С

В результате химической и энергетической неоднородности склонность к самовозгоранию одних и тех же материалов неодинакова и характеризуется различными значениями кинетических параметров. Такими свойствами обладает торф. Окислительные процессы экзотермичны, поэтому они ведут к самонагреванию окисляющегося материала. Как только температура самонагревающейся массы превысит температуру окружающей среды, начинается процесс охлаждения. Интенсивность теплоотвода определяется размером и формой скопления самонагревающегося материала, его теплофизическими свойствами, коэффициентом внешнего теплообмена, а также условиями внешней среды.

Дизельное топливо состоит из таких химических элементов как: парафиновых углеводородов (10-40% состава); нафтеновых углеводородов (20-60% состава); ароматических углеводородов (15-30% состава)

Для проведения экспериментальных исследований пожароопасности отобранных образцов торфа была применена методика экспериментального определения условий теплового самовозгорания по рекомендациям ВНИИПО

[7]

,

[8]

, согласно которой в контейнер цилиндрической формы, изготовленный из латунной сетки с ячейкой 0,8 мм и размером 30х30 мм, загружается испытуемый материал, внутри контейнера размещаются термопары, фиксирующие температуру поверхности и центра образца, где возникает очаг тления или горения испытуемого материала, информация передается через измеритель регистратор ОВЕН на компьютер, где с помощью программного обеспечения обрабатывается, рисунок 1.

Рисунок 1 - Принципиальная схема экспериментальной установки

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.1

Использовалось следующие оборудование:

- сушильный шкаф СНОЛ-3.5;

- термопары ДТКП-0.5-4;

- измеритель регистратор 8-каналов ОВЕН;

- программное обеспечение ОВЕН;

- весы ACZET CY-513 предел взвешивания 510 г.;

- контейнер из латунной сетки.

Образцы торфа были отобраны в Рязанской области, химический состав представлен в таблице 1.

В образец с маркировкой Р1 было добавлено 0,2 г дизельного топлива (рисунок 2 b), а в другой нет (рисунок 2 a). После тарировочного опыта сушильный шкаф выдерживался при заданной температуре в течение двух часов и, если показания термопар оставались неизменными, то, не изменяя регулировок, приступали к проведению испытаний

[5]

. В сушильный шкаф устанавливался контейнер с подготовленным образцом и установленными термопарами.

Рисунок 2 - Образец торфа Р1 до проведения эксперимента с оптическим увеличением в 400 раз:

а - не обработанный дизельным топливом; б - обработанный дизельным топливом

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.3

Образец выдерживался до наступления эффекта самовозгорания. Самовозгоранием считалось появление дыма и запаха гари, а также достижения в центре образца температуры тления, что фиксировалось измерителем-регистратором, принципиальная схема представлена на рисунке 1.

В процессе проведения экспериментальных исследований температура в сушильном шкафу задавалась 200°С для определения энергии активации процесса самовозгорания образцов торфяной почвы и определения начала химического процесса саморазогрева образцов торфа в зависимости от его физико-химического состава и времени до возникновения очага тления.

Эксперимент проводился по следующей схеме, в контейнер К1 был загружен образец без дизельного топлива, результаты приведены на рисунке 3, а в контейнере К2 был помещен образец с внесенным топливом, рисунок 5.

На рисунке 3 представлены результаты эксперимента с образцом торфа, с маркировкой Р1, объемной плотностью р1=2,24 г/см3 без добавления дизельного топлива до возникновения его самовозгорания при температуре окружающей среды 200°С.

Рисунок 3 - Динамика саморазогрева торфа Р1 без добавления дизельного топлива до наступления эффекта самовозгорания

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.4

Из анализа графика видно, что за счет химической реакции саморазогрева образца, тление возникло в его центре, после чего передалось на поверхность, следует отметить что в процессе эксперимента температура в сушильном шкафу с 11:30 до 12:12 поддерживалась 200°С, т.е. эффект самовозгорания, началом которого считалось равенство температур центра и поверхности образца торфа, возник в течение 42 минут.

Результаты эксперимента с добавлением дизельного топлива, контейнер К2, приведен на рисунке 4, маркировка Р1, объемная плотность образца торфа после обработки дизельным топливом составила р1ДТ=2,44 г/см3.

Рисунок 4 - Динамика саморазогрева торфа Р1 с добавление дизельного топлива до наступления эффекта самовозгорания

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.5

В образце Р1 с добавлением дизельного топлива тление возникло через 48 минут, рисунок 4, а в образце без добавления дизельного топлива – через 42 минуты, рисунок 4.

Также был проведен эксперимент с образцом Р2, в котором было более низкое содержание углерода, таблица 1. На рисунке 5 представлены фотографии до обработки дизельным топливом и после. Плотность образца Р2 без топлива составила р2=2,4 г/см3, с добавлением р2ДТ=2,4 г/см3.

Рисунок 5 - Образец торфа Р2 до проведения эксперимента с оптическим увеличением в 400 раз:

а - не обработанный дизельным топливом; б - обработанный дизельным топливом

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.6

На рисунке 6 представлены результаты эксперимента без обработки образца Р2 дизельным топливом, из которых видно, что процесс самовозгорания торфа начался через 90 минут, когда температура центра образца устойчиво превысила температуру поверхности.

Рисунок 6 - Динамика саморазогрева торфа Р2 без добавления дизельного топлива до наступления эффекта самовозгорания

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.7

При Р2 проведении эксперимента с образцом обработанным дизельным топливом температура центра торфяного образца превысила значения поверхности через 50 минут после начала испытаний, рисунок 7.

Рисунок 7 - Динамика саморазогрева торфа Р2 с добавлением дизельного топлива до наступления эффекта самовозгорания

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.8

Из полученных результатов эксперимента видно, что попадание дизельного топлива в торф с высоким содержанием углерода, образец Р1, не приводит к более раннему возникновению эффекта самовозгорания, и не влияет на повышения его пожароопасности.

При проливе топлива на торфяную почву с низким содержанием углерода, образец Р2, происходит обогащение данным элементом, что увеличивает возникновение процесса самовозгорания на 55%.

Следует отметить, что эксперимент был прекращен при появлении дыма и очага тления, рисунок 8.

Рисунок 8 - Образец торфа Р2 обработанный дизельным топливом извлеченный из экспериментальной установки

DOI:10.60797/JAE.2024.52.8.9

На торфяных почвах с высоким содержание углерода и высокой степенью разложения пролив дизельного топлива практически не влияет на повышение их пожароопасности.

При низком содержании углерода и высокой степенью разложения пролив топлива приводит к повышению риска возникновения торфяного пожара на 55% вследствие насыщения данным элементом, который повышает пожароопасность торфяных почв.