Устройство подъездов к источникам противопожарного водоснабжения. Особенности и виды противопожарного водоснабжения
План лекции:
1. Распространение натрия в природе.
2. Историческая справка.
3. Физические свойства натрия
4. 4.Химические свойства натрия
5. Получение натрия.
6. 6.Получение натрия.
Натрий (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы Менделеева: атомный номер 11, атомная масса 22,9898; серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляющийся с поверхности. Природный элемент состоит из одного стабильного изотопа 23 Na.
Историческая справка . Природные соединения Натрия – поваренная соль NaCl, сода Na 2 CO 3 – известны с глубокой древности. Название "Натрий", происходящее от арабского натрун, греч. nitron, первоначально относилось к природной соде. Уже в 18 веке химики знали много других соединений Натрия. Однако сам металл был получен лишь в 1807 году Г. Дэви электролизом едкого натра NaOH. В Великобритании, США, Франции элемент называется Sodium (от испанского слова soda – сода), в Италии – sodio.
Распространение н атрия в природе .
Натрий – типичный элемент верхней части земной коры. Среднее содержание его в литосфере 2,5% по массе, в кислых изверженных породах (граниты и другие) 2,77, в основных (базальты и другие) 1,94, в ультраосновных (породы мантии) 0,57. Благодаря изоморфизму Na + и Ca 2+ , обусловленному близостью их ионных радиусов, в магматических породах образуются натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы). В биосфере происходит резкая дифференциация Натрия: осадочные породы в среднем обеднены Натрием (в глинах и сланцах 0,66%), мало его в большинстве почв (среднее 0,63%). Общее число минералов Натрия 222. Na слабо задерживается на континентах и приносится реками в моря и океаны, где его среднее содержание 1,035% (Na – главный металлический элемент морской воды). При испарении в прибрежно-морских лагунах, а также в континентальных озерах степей и пустынь осаждаются соли Натрия, формирующие толщи соленосных пород. Главные минералы, являющиеся источником Натрия и его соединений, – галит (каменная соль) NaCl, чилийская селитра NaNO 3 , тенардит Na 2 SO 4 , мирабилит Na 2 SO 4 ·10H 2 O, трона NaH(CO 3) 2 ·2H 2 O. Na – важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% Na; в животных его больше, чем в растениях.
Физические свойства н атрия
При обычной температуре Натрий кристаллизуется в кубической решетке, а = 4,28Å. Атомный радиус 1,86Å, ионный радиус Na + 0,92Å. Плотность 0,968 г/см 3 (19,7 °C), t пл 97,83 °C, t кип 882,9 °C; удельная теплоемкость (20 °C) 1,23·10 3 дж/(кг·К) или 0,295 кал/(г·град); коэффициент теплопроводности 1,32·10 2 вт/(м·К) или 0,317 кал/(см·сек·град); температурный коэффициент линейного расширения (20 °C) 7,1·10 -5 ; удельное электрическое сопротивление (0 °C) 4,3·10 -8 ом·м (4,3·10 -6 ом·см). Натрий парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +9,2·10 -6 ; весьма пластичен и мягок (легко режется ножом).
Химические свойства н атрия
Нормальный электродный потенциал Натрия -2,74 в; электродный потенциал в расплаве -2,4 в. Пары Натрия окрашивают пламя в характерный ярко-желтый цвет. Конфигурация внешних электронов атома 3s 1 ; во всех известных соединениях Натрий одновалентен. Его химическая активность очень высока. При непосредственном взаимодействии с кислородом в зависимости от условий образуется оксид Na 2 O или пероксид Na 2 O 2 – бесцветные кристаллические вещества. С водой Натрий образует гидрооксид NaOH и H 2 ; реакция может сопровождаться взрывом. Минеральные кислоты образуют с Натрием соответствующие растворимые в воде соли, однако по отношению к 98-100%-ной серной кислоте Натрий сравнительно инертен.
Реакция Натрия с водородом начинается при 200 °C и приводит к получению гидрида NaH – бесцветного гигроскопического кристаллического вещества. С фтором и хлором Натрий взаимодействует непосредственно уже при обычной температуре, с бромом – только при нагревании; с иодом прямого взаимодействия не наблюдается. С серой реагирует бурно, образуя сульфид натрия, взаимодействие паров Натрия с азотом в поле тихого электрического разряда приводит к образованию нитрида Na 3 N, а с углеродом при 800-900 °C – к получению карбида Na 2 C 2 .
Натрий растворяется в жидком аммиаке (34,6 г на 100 г NH 3 при 0°C) с образованием аммиачных комплексов. При пропускании газообразного аммиака через расплавленный Натрий при 300-350 °C образуется натрийамин NaNH 2 – бесцветное кристаллическое вещество, легко разлагаемое водой. Известно большое число натрийорганических соединений, которые по химические свойствам весьма сходны с литийорганическими соединениями, но превосходят их по реакционной способности. Применяют натрийорганические соединения в органическом синтезе как алкилирующие агенты.
Натрий входит в состав многих практически важных сплавов. Сплавы Na – К, содержащие 40-90% K (по массе) при температуре около 25°C, – серебристо-белые жидкости, отличающиеся высокой химической активностью, воспламеняющиеся на воздухе. Электропроводность и теплопроводность жидких сплавов Na – K ниже соответствующих величин для Na и K. Амальгамы Натрия легко получаются при введении металлического Натрия в ртуть; при содержании свыше 2,5% Na (по массе) при обычной температуре являются уже твердыми веществами.
Получение н атрия .
Основной промышленный метод получения Натрия – электролиз расплава поваренной соли NaCl, содержащей добавки KCl, NaF, CaCl 2 и другие, которые снижают температуру плавления соли до 575-585 °C. Электролиз чистого NaCl привел бы к большим потерям Натрия от испарения, так как температуры плавления NaCl (801 °C) и кипения Na (882,9 °C) очень близки. Электролиз проводят в электролизерах с диафрагмой, катоды изготовляют из железа или меди, аноды – из графита. Одновременно с Натрием получают хлор. Старый способ получения Натрия – электролиз расплавленного едкого натра NaOH, который значительно дороже NaCl, однако электролитически разлагается при более низкой температуре (320-330 °C).
Применение н атрия .
Натрий и его сплавы широко применяются как теплоносители для процессов, требующих равномерного обогрева в интервале 450-650 °C – в клапанах авиационных двигателей и особенно в ядерных энергетических установках. В последнем случае жидкометаллическими теплоносителями служат сплавы Na – K (оба элемента имеют малые сечения поглощения тепловых нейтронов, для Na 0,49 барн), эти сплавы отличаются высокими температурами кипения и коэффициентами теплопередачи и не взаимодействуют с конструкционными материалами при высоких температурах, развиваемых в энергетических ядерных реакторах. Соединение NaPb (10% Na по массе) применяется в производстве тетраэтилсвинца – наиболее эффективного антидетонатора. В сплаве на основе свинца (0,73% Ca, 0,58% Na и 0,04% Li), применяемом для изготовления осевых подшипников железнодорожных вагонов, Натрий является упрочняющей добавкой. В металлургии Натрий служит активным восстановителем при получении некоторых редких металлов (Ti, Zr, Та) методами металлотермии; в органических синтезе – в реакциях восстановления, конденсации, полимеризации и других.
Вследствие большой химической активности Натрия обращение с ним требует осторожности. Особенно опасно попадание на Натрий воды, которое может привести к пожару и взрыву. Глаза должны быть защищены очками, руки – толстыми резиновыми перчатками; соприкосновение Натрия с влажной кожей или одеждой может вызвать тяжелые ожоги.
- элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер: 7440-23-5) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
В воде натрий ведет себя почти так же, как литий: реакция идёт с бурным выделением водорода, в растворе образуется гидроксид натрия.
История и происхождение названия
Схема атома натрия
Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречающаяся в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.
Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом твердого NaOH.
Название «натрий» (natrium) происходит от арабского натрун по-гречески - nitron и первоначально оно относилось к природной соде. Сам элемент ранее именовался содием Sodium.
Получение
Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000°C:
Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO
Затем появился другой способ получения натрия - электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.
Физические свойства
Металлический натрий, сохраняемый в керосине Качественное определение натрия с помощью пламени - ярко-жёлтый цвет эмиссионного спектра «D-линии натрия», дублет 588,9950 и 589,5924 нм.
Натрий - серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7° С), температура плавления 97,86° С, температура кипения 883,15° С.
Химические свойства
Щелочной металл, на воздухе легко окисляется. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина . Натрий менее активный чем литий , поэтому с азотом реагирует только при нагревании:
2Na + 3N 2 =2NaN 3
При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Применение
Металлический натрий широко используется в препаративной химии и промышленности как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах грузовиков как теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.
В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.
Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12-24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).
Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна)
Хлорид натрия (поваренная соль) - древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.
- Азид натрия (Na 3 N) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.
- Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).
- Хлорат натрия (NaClO 3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.
Биологическая роль
В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.
Совместно с
калием
натрий выполняет следующие функции:
Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
Поддержание осмотической концентрации крови.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Нормализация водного баланса.
Обеспечение мембранного транспорта.
Активация многих энзимов.
Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.
Дефицит натрия у питающегося сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды. Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте, и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов . Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.
Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.
Содержание статьи
НАТРИЙ – (Natrium) Na, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы, относится к щелочным элементам. Атомный номер 11, относительная атомная масса 22,98977. В природе имеется один стабильный изотоп 23 Na. Известны шесть радиоактивных изотопов этого элемента, причем два из них представляют интерес для науки и медицины. Натрий-22 с периодом полураспада 2,58 года используют в качестве источника позитронов. Натрий-24 (его период полураспада около 15 часов) применяют в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии.
Степень окисления +1.
Соединения натрия известны с древних времен. Хлорид натрия – необходимейший компонент человеческой пищи. Cчитается, что человек начал употреблять его в неолите, т.е. около 5–7 тыс. лет назад.
В Ветхом завете упоминается некое вещество «нетер». Это вещество использовалось как моющее средство. Скорее всего, нетер – это сода, карбонат натрия, который образовывался в соленых египетских озерах с известковыми берегами. Об этом же веществе, но под названием «нитрон» писали позже греческие авторы Аристотель и Диоскорид, а древнеримский историк Плиний Старший, упоминая это же вещество, называл его уже «нитрум».
В 18 в. химикам было известно уже очень много различных соединений натрия. Соли натрия широко применялись в медицине, при выделке кож, при крашении тканей.
Металлический натрий получил впервые английский химик и физик Гемфри Дэви электролизом расплавленного гидроксида натрия (с использованием вольтова столба из 250 пар медных и цинковых пластин). Название «sodium», выбранное Дэви для этого элемента, отражает его происхождение из соды Na 2 CO 3 . Латинское и русское названия элемента произведены от арабского «натрун» (природная сода).
Распространение натрия в природе и его промышленное извлечение.
Натрий – седьмой из наиболее распространенных элементов и пятый из наиболее распространенных металлов (после алюминия, железа, кальция и магния). Его содержание в земной коре составляет 2,27%. Большая часть натрия находится в составе различных алюмосиликатов.
Огромные отложения солей натрия в сравнительно чистом виде существуют на всех континентах. Они являются результатом испарения древних морей. Этот процесс по-прежнему продолжается в озере Солт-Лейк (штат Юта), Мертвом море и других местах. Натрий встречается в виде хлорида NaCl (галит, каменная соль), а также карбоната Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O (трона), нитрата NaNO 3 (селитра), сульфата Na 2 SO 4 ·10H 2 O (мирабилит), тетрабората Na 2 B 4 O 7 ·10 H 2 O (бура) и Na 2 B 4 O 7 ·4H 2 O (кернит) и других солей.
Неиссякаемые запасы хлорида натрия есть в природных рассолах и океанических водах (около 30 кг м –3). Подсчитано, что каменная соль в количестве, эквивалентном содержанию хлорида натрия в Мировом океане, занимала бы объем 19 млн. куб. км (на 50% больше, чем общий объем Североамериканского континента выше уровня моря). Призма такого объема с площадью основания 1 кв. км может достичь Луны 47 раз.
Сейчас суммарное производство хлорида натрия из морской воды достигло 6–7 млн. т в год, что составляет около трети общей мировой добычи.
В живом веществе в среднем содержится 0,02% натрия; в животных его больше, чем в растениях.
Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического натрия.
Натрий – серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см 3 (при 19,7° С), температура плавления 97,86° С, температура кипения 883,15° С.
У тройного сплава, содержащего 12% натрия, 47% калия и 41% цезия, – самая низкая температура плавления для металлических систем, равная –78° С.
Натрий и его соединения окрашивают пламя в ярко-желтый цвет. Двойная линия в спектре натрия отвечает переходу 3s 1–3p 1 в атомах элемента.
Химическая активность натрия высока. На воздухе он быстро покрывается пленкой из смеси пероксида, гидроксида и карбоната. В кислороде, фторе и хлоре натрий горит. При сжигании металла на воздухе образуется пероксид Na 2 O 2 (с примесью оксида Na 2 O).
С серой натрий реагирует уже при растирании в ступке, серную кислоту восстанавливает до серы или даже до сульфида. Твердый диоксид углерода («сухой лед») при контакте с натрием взрывается (углекислотные огнетушители для тушения горящего натрия применять нельзя!). С азотом реакция идет только в электрическом разряде. Не взаимодействует натрий лишь с инертными газами.
Натрий активно реагирует с водой:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
Тепла, которое выделяется при реакции, достаточно, чтобы расплавить металл. Поэтому, если маленький кусочек натрия бросить в воду, он за счет теплового эффекта реакции плавится и капелька металла, который легче воды, «бегает» по поверхности воды, подгоняемая реактивной силой выделяющегося водорода. Со спиртами натрий взаимодействует намного спокойнее, чем с водой:
2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2
Натрий легко растворяется в жидком аммиаке с образованием ярко-голубых метастабильных растворов с необычными свойствами. При –33,8° С в 1000 г аммиака растворяется до 246 г металлического натрия. Разбавленные растворы имеют синий цвет, концентрированные – цвет бронзы. Они могут храниться около недели. Установлено, что в среде жидкого аммиака натрий ионизуется:
Na Na + + e –
Константа равновесия этой реакции равна 9,9·10 –3 . Уходящий электрон сольватируется молекулами аммиака и образует комплекс – . Полученные растворы обладают металлической электропроводностью. При испарении аммиака остается исходный металл. При длительном хранении раствора он постепенно обесцвечивается за счет реакции металла с аммиаком с образованием амида NaNH 2 или имида Na 2 NH и выделением водорода.
Хранят натрий под слоем обезвоженной жидкости (керосин, минеральное масло), перевозят только в запаянных металлических сосудах.
Электролитический способ промышленного получения натрия был разработан в 1890. Электролизу подвергали расплав едкого натра, как в опытах Дэви, но с использованием более совершенных источников энергии, чем вольтов столб. В этом процессе наряду с натрием выделяется кислород:
анод (никелевый): 4OH – – 4e – = O 2 + 2H 2 O.
При электролизе чистого хлорида натрия возникают серьезные проблемы, связанные, во-первых, с близкими температурой плавления хлорида натрия и температурой кипения натрия и, во-вторых, с высокой растворимостью натрия в жидком хлориде натрия. Добавление к хлориду натрия хлорида калия, фторида натрия, хлорида кальция позволяет снизить температуру расплава до 600° С. Производство натрия электролизом расплавленной эвтектической смеси (сплав двух веществ с самой низкой температурой плавления) 40% NaCl и 60% CaCl 2 при ~580° С в ячейке, разработанной американским инженером Г.Даунсом, было начато в 1921 Дюпоном вблизи электростанции у Ниагарского водопада.
На электродах протекают следующие процессы:
катод (железный): Na + + e – = Na
Ca 2+ + 2e – = Ca
анод (графитовый): 2Cl – – 2e – = Cl 2 .
Металлические натрий и кальций образуются на цилиндрическом стальном катоде и поднимаются с помощью охлаждаемой трубки, в которой кальций затвердевает и падает обратно в расплав. Хлор, образующийся на центральном графитовом аноде, собирается под никелевым сводом и затем очищается.
Сейчас объем производства металлического натрия составляет несколько тысяч тонн в год.
Промышленное использование металлического натрия связано с его сильными восстановительными свойствами. Долгое время большая часть производимого металла использовалась для получения тетраэтилсвинца PbEt 4 и тетраметилсвинца PbMe 4 (антидетонаторов для бензина) реакцией алкилхлоридов со сплавом натрия и свинца при высоком давлении. Сейчас это производство быстро сокращается из-за загрязнения окружающей среды.
Еще одна область применения – производство титана, циркония и других металлов восстановлением их хлоридов. Меньшие количества натрия используются для получения соединений, таких как гидрид, пероксид и алкоголяты.
Диспергированный натрий является ценным катализатором при производстве резины и эластомеров.
Растет применение расплавленного натрия в качестве теплообменной жидкости в ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Низкая температура плавления натрия, низкая вязкость, малое сечение поглощения нейтронов в сочетании с чрезвычайно высокой теплоемкостью и теплопроводностью делает его (и его сплавы с калием) незаменимым материалом для этих целей.
Натрием надежно очищают трансформаторные масла, эфиры и другие органические вещества от следов воды, а с помощью амальгамы натрия можно быстро определить содержание влаги во многих соединениях.
Соединения натрия.
Натрий образует полный набор соединений со всеми обычными анионами. Считается, что в таких соединениях происходит практически полное разделение заряда между катионной и анионной частями кристаллической решетки.
Оксид натрия Na 2 O синтезируют реакцией Na 2 O 2 , NaOH, а предпочтительнее всего NaNO 2 , с металлическим натрием:
Na 2 O 2 + 2Na = 2Na 2 O
2NaOH + 2Na = 2Na 2 O + H 2
2NaNO 2 + 6Na = 4Na 2 O + N 2
В последней реакции натрий можно заменить азидом натрия NaN 3:
5NaN 3 + NaNO 2 = 3Na 2 O + 8N 2
Хранить оксид натрия лучше всего в безводном бензине. Он служит реактивом для различных синтезов.
Пероксид натрия Na 2 O 2 в виде бледно-желтого порошка образуется при окислении натрия. При этом в условиях ограниченной подачи сухого кислорода (воздуха) сначала образуется оксид Na 2 O, который затем превращается в пероксид Na 2 O 2 . В отсутствие кислорода пероксид натрия термически устойчив до ~675° C.
Пероксид натрия широко используется в промышленности как отбеливатель для волокон, бумажной пульпы, шерсти и т.д. Он является сильным окислителем: взрывается в смеси с порошком алюминия или древесным углем, реагирует с серой (при этом раскаляется), воспламеняет многие органические жидкости. Пероксид натрия при взаимодействии с монооксидом углерода образует карбонат. В реакции пероксида натрия с диоксидом углерода выделяется кислород:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2
Эта реакция имеет важное практическое применение в дыхательных аппаратах для подводников и пожарных.
Надпероксид натрия NaO 2 получают при медленном нагревании пероксида натрия при 200–450° С под давлением кислорода 10–15 МПа. Доказательства образования NaO 2 были впервые получены в реакции кислорода с натрием, растворенным в жидком аммиаке.
Действие воды на надпероксид натрия приводит к выделению кислорода даже на холоду:
2NaO 2 + H 2 O = NaOH + NaHO 2 + O 2
При повышении температуры количество выделяющегося кислорода увеличивается, так как происходит разложение образующегося гидропероксида натрия:
4NaO 2 + 2H 2 O = 4NaOH + 3O 2
Надпероксид натрия является компонентом систем для регенерации воздуха в замкнутых помещениях.
Озонид натрия NaО 3 образуется при действии озона на безводный порошок гидроксида натрия при низкой температуре с последующей экстракцией красного NaО 3 жидким аммиаком.
Гидроксид натрия NaOH нередко называют каустической содой или едким натром. Это сильное основание, его относят к типичным щелочам. Из водных растворов гидроксида натрия получены многочисленные гидраты NaOH·n H 2 O, где n = 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 и 7.
Гидроксид натрия очень агрессивен. Он разрушает стекло и фарфор за счет взаимодействия с содержащимся в них диоксидом кремния:
2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O
Название «едкий натр» отражает разъедающее действие гидроксида натрия на живые ткани. Особенно опасно попадание этого вещества в глаза.
Врач герцога Орлеанского Никола Леблан (Leblanc Nicolas) (1742–1806) в 1787 разработал удобный процесс получения гидроксида натрия из NaCl (патент 1791). Этот первый крупномасштабный промышленный химический процесс стал крупным технологическим достижением в Европе в 19 в. Позднее процесс Леблана был вытеснен электролитическим процессом. В 1874 мировое производство гидроксида натрия составило 525 тыс. т, из которых 495 тыс. т были получены по способу Леблана; к 1902 производство гидроксида натрия достигло 1800 тыс. т., ооднако по способу Леблана были получены только 150 тыс. т.
Сегодня гидроксид натрия – наиболее важная щелочь в промышленности. Ежегодное производство только в США превышает 10 млн. т. Ее получают в огромных количествах электролизом рассолов. При электролизе раствора хлорида натрия образуется гидроксид натрия и выделяется хлор:
катод (железный) 2H 2 O + 2e – = H 2 + 2OH –
анод (графитовый) 2Cl – – 2e – = Cl 2
Электролиз сопровождается концентрированием щелочи в огромных выпаривателях. Самый большой в мире (на заводе PPG Inductries" Lake Charles) имеет высоту 41 м и диаметр 12 м. Около половины производимого гидроксида натрия используется непосредственно в химической промышленности для получения различных органических и неорганических веществ: фенола, резорцина, b -нафтола, солей натрия (гипохлорита, фосфата, сульфида, алюминатов). Кроме того, гидроксид натрия применяется в производстве бумаги и пульпы, мыла и моющих средств, масел, текстиля. Он необходим и при переработке бокситов. Важной областью применения гидроксида натрия является нейтрализация кислот.
Хлорид натрия NaCl известен под названиями поваренной соли, каменной соли. Он образует бесцветные мало гигроскопичные кристаллы кубической формы. Хлорид натрия плавится при 801° С, кипит при 1413° С. Его растворимость в воде мало зависит от температуры: в 100 г воды при 20° С растворяется 35,87 г NaCl, а при 80° С – 38,12 г.
Хлорид натрия – необходимая и незаменимая приправа к пище. В далеком прошлом соль приравнивалась по цене к золоту. В древнем Риме легионерам часто платили жалование не деньгами, а солью, отсюда и произошло слово солдат.
В Киевской Руси пользовались солью из Прикарпатья, из соляных озер и лиманов на Черном и Азовском морях. Она обходилась настолько дорого, что на торжественных пирах ее подавали на столы знатных гостей, прочие же расходились «несолоно хлебавши».
После присоединения Астраханского края к Московскому государству важными источниками соли стали озера Прикаспия, и все равно ее не хватало, она была дорога, поэтому возникало недовольство самых бедных слоев населения, которое переросло в восстание, известное под названием Соляного Бунта (1648)
В 1711 Петр I издал указ о введении соляной монополии. Торговля солью стала исключительным правом государства. Соляная монополия просуществовала более полутораста лет и была отменена в 1862.
Ныне хлорид натрия – дешевый продукт. Вместе с каменным углем, известняком и серой он входит в так называемую «большую четверку» минерального сырья, наиболее существенного для химической промышленности.
Большая часть хлорида натрия производится в Европе (39%), Северной Америке (34%) и Азии (20%), в то время как на Южную Америку и Океанию приходится лишь по 3%, а на Африку – 1%. Каменная соль образует обширные подземные месторождения (нередко в сотни метров толщиной), которые содержат более 90% NaCl. Типичное Чеширское соляное месторождение (главный источник хлорида натрия в Великобритании) занимает площадь 60 ґ 24 км и имеет толщину соляного пласта около 400 м. Одно это месторождение оценивается более чем в 10 11 т.
Мировой объем добычи соли к началу 21 в. достиг 200 млн. т, 60% которой потребляет химическая промышленность (для производства хлора и гидроксида натрия, а также бумажной пульпы, текстиля, металлов, резин и масел), 30% – пищевая, 10% приходится на прочие сферы деятельности. Хлорид натрия используется, например, в качестве дешевого антигололедного реагента.
Карбонат натрия Na 2 CO 3 часто называют кальцинированной содой или просто содой. Он встречается в природе в виде грунтовых рассолов, рапы в озерах и минералов натрона Na 2 CO 3 ·10H 2 O, термонатрита Na 2 CO 3 ·H 2 O, троны Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O. Натрий образует и другие разнообразные гидратированные карбонаты, гидрокарбонаты, смешанные и двойные карбонаты, например Na 2 CO 3 ·7H 2 O, Na 2 CO 3 ·3NaHCO 3 , aKCO 3 ·n H 2 O, K 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O.
Среди солей щелочных элементов, получаемых в промышленности, карбонат натрия имеет наибольшее значение. Чаще всего для его производства используют метод, разработанный бельгийским химиком-технологом Эрнстом Сольве в 1863.
Концентрированный водный раствор хлорида натрия и аммиака насыщают диоксидом углерода под небольшим давлением. При этом образуется осадок сравнительно малорастворимого гидрокарбоната натрия (растворимость NaHCO 3 составляет 9,6 г на 100 г воды при 20° С):
NaCl + NH 3 + H 2 O + CO 2 = NaHCO 3 Ї + NH 4 Cl
Для получения соды гидрокарбонат натрия прокаливают:
Выделяющийся диоксид углерода возвращают в первый процесс. Дополнительное количество диоксида углерода получают за счет прокаливания карбоната кальция (известняка):
Второй продукт этой реакции – оксид кальция (известь) – используют для регенерации аммиака из хлорида аммония:
Таким образом, единственным побочным продуктом производства соды по методу Сольве является хлорид кальция.
Суммарное уравнение процесса:
2NaCl + CaCO 3 = Na 2 CO 3 + CaCl 2
Очевидно, в обычных условиях в водном растворе идет обратная реакция, поскольку равновесие в этой системе нацело смещено справа налево из-за нерастворимости карбоната кальция.
Кальцинированная сода, полученная из природного сырья (натуральная кальцинированная сода), имеет лучшее качество по сравнению с содой, полученной аммиачным способом (содержание хлоридов менее 0,2%). Кроме того, удельные капитальные вложения и себестоимость соды из природного сырья на 40–45% ниже, чем полученной синтетическим путем. Около трети мировой продукции соды приходится сейчас на природные месторождения.
Мировое производство Na 2 CO 3 в 1999 распределилось следующим образом:
Всего | |
Сев. Америка | |
Азия/Океания | |
Зап. Европа | |
Вост. Европа | |
Африка | |
Лат. Америка |
Крупнейший в мире производитель натуральной кальцинированной соды – США, где сосредоточены и самые большие разведанные запасы троны и рапы содовых озер. Месторождение в Вайоминге образует слой толщиной 3 м и площадью 2300 км 2 . Его запасы превышают 10 10 т. В США содовая промышленность ориентирована на природное сырье; последнее предприятие по синтезу соды было закрыто в 1985. Выработка кальцинированной соды в США в последние годы стабилизировалась на уровне 10,3–10,7 млн. т.
В отличие от США, большинство стран мира практически полностью зависят от производства синтетической кальцинированной соды. Второе место в мире по производству кальцинированной соды после США занимает Китай. Выработка этого химиката в КНР в 1999 достигла примерно 7,2 млн. т. Производство кальцинированной соды в России в том же году составило порядка 1,9 млн. т.
Во многих случаях карбонат натрия взаимозаменяем с гидроксидом натрия (например, при получении бумажной пульпы, мыла, чистящих средств). Около половины карбоната натрия используется в стекольной промышленности. Одна из развивающихся областей применения – удаление сернистых загрязнений в газовых выбросах предприятий энергетики и мощных печей. В топливо добавляют порошок карбоната натрия, который реагирует с диоксидом серы с образованием твердых продуктов, в частности сульфита натрия, которые могут быть отфильтрованы или осаждены.
Ранее карбонат натрия широко применялся в качестве «стиральной соды», но эта область применения теперь исчезла из-за использования в быту других моющих средств.
Гидрокарбонат натрия NaHCO 3 (пищевая сода), применяется, главным образом, как источник диоксида углерода при выпечке хлеба, изготовлении кондитерских изделий, производстве газированных напитков и искусственных минеральных вод, как компонент огнетушащих составов и лекарственное средство. Это связано с легкостью его разложения при 50–100° С.
Сульфат натрия Na 2 SO 4 встречается в природе в безводном виде (тенардит) и в виде декагидрата (мирабилит, глауберова соль). Он входит в состав астрахонита Na 2 Mg(SO 4) 2 ·4H 2 O, вантгоффита Na 2 Mg(SO 4) 2 , глауберита Na 2 Ca(SO 4) 2 . Наиболее крупные запасы сульфата натрия – в странах СНГ, а также в США, Чили, Испании. Мирабилит, выделенный из природных залежей или рапы соляных озер, обезвоживают при 100° С. Сульфат натрия является также побочным продукт производства хлороводорода с использованием серной кислоты, а также конечным продуктом сотен промышленных производств, в которых применяется нейтрализация серной кислоты с помощью гидроксида натрия.
Данные о добыче сульфата натрия не публикуются, но, по оценке, мировое производство природного сырья составляет около 4 млн. т в год. Извлечение сульфата натрия в качестве побочного продукта оценивается в мире в целом в 1,5–2,0 млн. т.
Долгое время сульфат натрия мало использовался. Теперь это вещество – основа бумажной промышленности, так как Na 2 SO 4 является главным реагентом в сульфатной варке целлюлозы для приготовления коричневой оберточной бумаги и гофрированного картона. Древесные стружки или опилки переорабатывается в горячем щелочном растворе сульфата натрия. Он растворяет лигнин (компонент древесины, соединяющий волокна) и освобождает волокна целлюлозы, которые затем отправляют на машины для изготовления бумаги. Оставшийся раствор выпаривают, пока он не приобретет способность гореть, давая пар для завода и тепло для выпаривания. Расплавленные сульфат и гидроксид натрия устойчивы к действию пламени и могут быть использованы повторно.
Меньшая часть сульфата натрия применяется при производстве стекла и моющих средств. Гидратированная форма Na 2 SO 4 ·10H 2 O (глауберова соль) является слабительным средством. Сейчас она используется меньше, чем раньше.
Нитрат натрия NaNO 3 называют натриевой или чилийской селитрой. Большие залежи нитрата натрия, найденные в Чили, по-видимому, образовались за счет биохимического разложения органических остатков. Выделившийся вначале аммиак, вероятно, окислился до азотистой и азотной кислот, которые затем прореагировали с растворенным хлоридом натрия.
Получают нитрат натрия поглощением нитрозных газов (смесь оксидов азота) раствором карбоната или гидроксида натрия либо обменным взаимодействием нитрата кальция с сульфатом натрия.
Нитрат натрия применяют как удобрение. Он является компонентом жидких солевых хладагентов, закалочных ванн в металлообрабатывающей промышленности, теплоаккумулирующих составов. Тройная смесь из 40% NaNO 2 , 7% NaNO 3 и 53% KNO 3 может использоваться от температуры плавления (142° С) до ~600° С. Нитрат натрия используется как окислитель во взрывчатых веществах, ракетных топливах, пиротехнических составах. Он применяется в производстве стекла и солей натрия, в том числе нитрита, служащего консервантом пищевых продуктов.
Нитрит натрия NaNO 2 может быть получен термическим разложением нитрата натрия или его восстановлением:
NaNO 3 + Pb = NaNO 2 + PbO
Для промышленного производства нитрита натрия абсорбируют оксиды азота водным раствором карбоната натрия.
Нитрит натрия NaNO 2 , кроме использования с нитратами в качестве теплопроводных расплавов, широко применяется в производстве азокрасителей, для ингибирования коррозии и консервации мяса.
Елена Савинкина
ВНИМАНИЕ: Вы смотрите текстовую часть содержания конспекта, материал доступен по кнопке Скачать
Противопожарное водоснабжение
Системой водоснабжения называют комплекс инженерно-технических сооружений, предназначенных для забора воды из природных источников, подъема ее на высоту, очистки (в случае необходимости), хранения запасов воды и подачи ее к местам потребления.
По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные нужды населения; производственные, снабжающие водой технологические процессы производства; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров. Часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-пожарные, производственно-пожарные.
Противопожарное водоснабжение заключается в обеспечении защищаемых регионов, объектов и т.д. необходимыми расходами воды под требуемым напором в течение нормативного времени тушения пожара при обеспечении достаточной надежности работы всего комплекса водопроводных сооружений.
Противопожарные водопроводы (отдельные или объединенные) бывают низкого и высокого давления. В водопроводах низкого давления минимальный свободный напор воды на уровне земли должен составлять 10 м (100 КПа), а требуемый для пожаротушения напор воды создается передвижными пожарными насосами, устанавливаемыми на гидранты. В водопроводах высокого давления вода к месту пожара подается непосредственно от гидрантов по пожарным рукавам. Последние устраивают очень редко, поскольку требуют дополнительных затрат на устройство специальной насосной системы и применение повышенной прочности трубопроводов. Системы высокого давления предусматриваются на промышленных предприятиях, удаленных от пожарных депо на 2 км, а также в населенных пунктах с числом жителей до 50 тыс. человек.
Кроме того, противопожарное водоснабжение подразделяют на систему наружного (снаружи зданий) и внутреннего (внутри зданий) пожаротушения.
Противопожарный водопровод и его технические характеристики
Противопожарный водопровод (наружный и внутренний) является одним из наиболее важных элементов системы противопожарного водоснабжения. Проектирование противопожарного водопровода производят в соответствии со СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» и СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий». Для отбора воды из наружного водопровода на нем устанавливают на расстоянии 100-150 м пожарные гидранты.
Как правило, сеть противопожарного водопровода делают кольцевой, обеспечивающей тем самым высокую надежность водообеспечения. Причем для каждой кольцевой сети делаются два ввода (места присоединения к предыдущей сети). Тупиковые сети, т.е. разветвленная сеть, в которой от каждого узла сети до точки подачи воды имеется только один путь, допускается применять в следующих случаях:
- на производственные нужды, когда по условиям технологии допускаются перерывы в водоснабжении на время ликвидации аварии;
- на хозяйственно-питьевые нужды при диаметре труб не более 100 мм;
- на хозяйственно-противопожарные нужды при длине линии не более 200 м, а также в населенных пунктах с числом жителей до 5 тыс. человек и расходом на наружное пожаротушение до 10 л/с при условии устройства противопожарных резервуаров или водоемов.
Диаметр труб сетей определяют расчетом с учетом потребного расхода воды и гидравлических сопротивлений всех участков сетей. Причем минимальный диаметр труб объединенного водопровода в населенных пунктах и на промышленных объектах должен быть не менее 100 мм, а в сельской местности – не менее 75 мм.
При заборе воды насосами пожарных машин необходимо знать водоотдачу водопроводных сетей, которая представлена в табл. 12.1 (Т – тупиковая сеть, К – кольцевая сеть).
Таблица 12.1.
Водоотдача водопроводной сети
Давление в
сети, МПа |
Вид
сети |
Диаметр труб водопроводной сети, мм
Водоотдача водопроводной сети, л/с |
||||||
100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | ||
0,10 | Т | 10 | 20 | 25 | 30 | 40 | 55 | 65 |
К | 25 | 40 | 55 | 65 | 85 | 115 | 130 | |
0,20 | Т | 14 | 25 | 30 | 45 | 55 | 80 | 90 |
К | 30 | 60 | 70 | 90 | 115 | 170 | 195 | |
0,30 | Т | 17 | 35 | 40 | 55 | 70 | 95 | 110 |
К | 40 | 70 | 80 | 110 | 145 | 205 | 235 | |
0,40 | Т | 21 | 40 | 45 | 60 | 80 | 110 | 140 |
К | 45 | 85 | 95 | 130 | 185 | 235 | 280 | |
0,50 | Т | 24 | 45 | 50 | 70 | 90 | 120 | 160 |
К | 50 | 90 | 105 | 145 | 200 | 265 | 325 | |
0,60 | Т | 26 | 47 | 55 | 80 | 110 | 140 | 190 |
К | 52 | 95 | 110 | 163 | 225 | 290 | 380 | |
0,70 | Т | 29 | 50 | 65 | 90 | 125 | 160 | 210 |
К | 58 | 105 | 130 | 183 | 255 | 330 | 440 | |
0,80 | Т | 32 | 55 | 70 | 100 | 140 | 180 | 250 |
К | 64 | 115 | 140 | 205 | 287 | 370 | 500 |
Внутренние противопожарные водопроводы устраивают по схемам:
- без повысительных установок, когда напор воды из наружного водопровода превышает требуемый напор воды;
- с противопожарными насосами – повысителями, которые включаются только при пожаре и обеспечивают требуемый напор воды;
- с водонапорным баком или пневмобаком и насосами в тех случаях, когда гарантированный напор меньше требуемого для хозяйственных приборов и пожарных кранов, с обеспечением неприкосновенно противопожарного запаса на первые 10 мин тушения пожара;
- с запасным резервуаром, когда в отдельные часы суток ощущается недостаток воды или гарантированный напор меньше 5 м.
Внутренние противопожарные водопроводы включают следующие элементы: ввод в здание, водомерный узел для учета расходуемой воды, магистральные и распределительные трубопроводы, водоразборную арматуру и пожарные краны, насосные станции с пневматическими или открытыми водонапорными баками. При числе пожарных кранов в здании не более 12 допускается применять тупиковую систему с одним вводом, а при числе кранов более 12 – только кольцевую (или с закольцованными вводами) не менее, чем с двумя вводами. Пожарные краны должны устанавливаться на высоте 1,35 м над полом помещения и размещаться в шкафчиках, которые должны быть снабжены пожарным рукавом одинакового с краном диаметра и длиной от 10 до 20 м, а также пожарным стволом. В жилых зданиях пожарные краны устанавливают обычно на лестничных площадках. Диаметр крана при расходе одной пожарной струи 4 л/с должен быть 50 мм, а при большем расходе – 65 мм.
В зданиях выше 9 этажей водопроводная сеть оборудуется спаренными пожарными кранами.
Важнейшим элементом расчета противопожарных водопроводов является определение потребного для пожаротушения расхода воды. Общий расчетный расход воды складывается из расходов на наружное пожаротушение от гидрантов, внутреннее – от пожарных кранов, а также от стационарных установок пожаротушения. Этот расход при объединенном водопроводе должен быть обеспечен при наибольшем расходе воды на другие нужды населенного пункта или промышленного объекта (исключая поливку территории, прием душа, мытье полов, мойку оборудования).
При нормировании расхода воды на наружное пожаротушение исходят из возможного числа одновременных пожаров в населенном пункте, возникающих в течение 3-смежных часов, в зависимости от численности жителей и этажности зданий (СНиП 2.04.02-84). Например, для пункта с населением до 50 тыс. человек число одновременных пожаров принимается равным двум, и при числе этажей до двух норма расхода воды на наружное пожаротушение составляет 20 л/с. Для промышленных объектов число одновременных пожаров принимается равным одному при площади территории предприятия до 150 га и двум – при площади более 150 га. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение через гидранты на один пожар на промышленном предприятии принимается в зависимости от категории взрывопожароопасности, степени огнестойкости, объема и конструктивных особенностей зданий. Например, для зданий I и II степеней огнестойкости категорий А, Б и В объемом до 20 тыс. м З и при ширине до 60 м нормативный расход воды составляет 20 л/с. Запас воды на пожаротушение должен обеспечивать нормативный расход воды в течение 3 ч и лишь для зданий I и II степеней огнестойкости категорий Г и Д – в течение 2 ч.
В отдельных случаях допускается безводопроводное противопожарное водоснабжение при наличии на расстояниях до 500 м естественных (реки, озера) или искусственных (пруды, резервуары, водохранилища) водоисточников. Забор воды на пожаротушение может осуществляться мотопомпами, автонасосами или стационарными насосами с последующей подачей воды по рукавам. Такое водоснабжение допускается для производственных зданий категорий В, Г и Д при расходе воды на наружное тушение до 10 л/с, а также для населенных пунктов с числом жителей до 5 тыс. человек. Причем вместимость водоемов должна обеспечивать запас воды на тушение в течение 3 ч.
Устройство противопожарного водоснабжения на стройках должно предусматриваться к началу основных строительных работ. Противопожарное водоснабжение на новостройках должно обеспечиваться с помощью гидрантов на водопроводной сети или из водоемов, оборудованных устройствами (пирс и т.п.) для подъезда пожарных автомобилей.
Внутренний водопровод и автоматические системы пожаротушения, предусмотренные СНиП 2.04.09-84, необходимо монтировать одновременно с возведением объекта.
Необходимость устройства внутреннего водопровода в зданиях и помещениях определяется их назначением, этажностью, высотой, объемом. В частности, в жилых зданиях устройство внутреннего противопожарного водопровода должно предусматриваться при количестве этажей 12 и выше, в общежитиях свыше 10 этажей и т.д.
Устройство и использование пожарного гидранта и колонки
Пожарные гидранты предназначены для отбора воды из водопроводной сети на пожарные нужды. Пожарные гидранты бывают подземными и надземными.
На водопроводных сетях используются несколько видов пожарных гидрантов, наибольшее распространение из которых получил подземный гидрант московского типа ПГ-5 (рис. 12.1). Гидрант имеет затвор в виде шарового пустотелого клапана. В средней части его расположено резиновое уплотнительное кольцо, которое в закрытом положении гидрантов плотно прижимается к седлу и перекрывает подачу воды. Небольшое отверстие внизу корпуса предназначено для слива воды из гидранта после его работы. При вращении штанги, которая соединена муфтой со шпинделем, открывается разгрузочный клапан. Вода через него заполняет внутреннее пространство корпуса гидранта и колонки. При дальнейшем вращении открывается шаровой клапан.
Рис.12.1 Гидрант московского типа ПГ-5
1 - корпус; 2 - крышка; 3 - штанга; 4 - шпиндель; 5 - затвор (клапан)
Гидрант ГОСТ 8220-62 (рис. 12.2)состоит из чугунного корпуса, затвора с клапаном обтекаемой формы, шпинделя соединительной муфты, штанги и ниппеля, закрывающегося крышкой.
Важной характеристикой является величина гидравлического удара, который возникает при открывании и закрывании гидранта. Для предотвращения гидравлических ударов в запорном узле гидранта расположен клапан обтекаемой формы, который исключает возможность появления срывной кавитации.
Разгрузочный клапан гидранта отсутствует. Для снижения усилий при открывании гидранта в 2,5 раза уменьшен шаг резьбы шпинделя. Нет опасности замерзания воды.
Рис. 12.2. Гидрант пожарный подземный
Подземные гидранты (рис. 12.3) устанавливают в водонапорных колодцах так, чтобы расстояние между ними не превышало 150м и чтобы они были расположены не ближе 5 м от стен зданий. Наибольшее расстояние от гидрантов до обслуживаемых ими зданий не должно превышать при пожарных водопроводах низкого давления – 150м.
Рис.12.3 Установка пожарного подземного гидранта в водопроводном колодце (1 - гидрант; 2 - скобы; 3 - водопровод)
Водопроводные линии с пожарными гидрантами располагают вдоль проездов не далее 2,5 м от края проезжей части дороги.
На водопроводных линиях диаметром более 500 мм гидранты не устанавливаются ввиду сложности монтажа устройства колодцев. В этих случаях иногда прокладывают сопровождающие линии меньшего диаметра, на которых и устанавливают гидранты. Для отбора воды при пожаротушении из подземных гидрантов применяют пожарные колонки (рис.12.4). Пожарная колонка состоит из стояка, в нижней части которого расположено резьбовое соединение, предназначенное для подключения к гидранту, и корпуса с двумя патрубками, снабженными соединительными головками для подключения пожарных рукавов. Отверстия патрубков закрываются шиберами. Внутри колонки расположена трубчатая шпонка с муфтой, которая предназначена для соединения со штангой гидранта при открывании и закрывании его затвора.
ОБСЛЕДОВАНИЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМ ПРОТИВОПОЖАРНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
- Общие положения
- Общие положения
Для обеспечения постоянной готовности пожарных источников водоснабжения и успешного использования их на пожарах должно обеспечиваться проведение следующих основных мероприятий:
- систематический контроль за состоянием источников водоснабжения;
- своевременная подготовка противопожарного водоснабжения к условиям эксплуатации в весенне-летний и осенне-зимний периоды;
- испытание водопроводных сетей на водоотдачу и составление актов по данным водоотдачи;
- точный учет всего противопожарного водоснабжения;
- установление оперативной взаимосвязи с водопроводными службами города, районов и объектов;
Совместно с водопроводной службой города, районов (объектов) разрабатываются инструкции по содержанию и эксплуатации пожарных гидрантов на сети водопровода, которые регламентируют взаимодействие ГПС и подразделений «Водоканала».
Контроль за выполнением перечисленных подготовительных мероприятий возлагается на начальников отрядов Государственной противопожарной службы (ОГПС) и пожарных частей (ПЧ).
Ответственность за состояние противопожарного водоснабжения возлагается:
- в ОГПС на заместителя начальника ОГПС по службе;
- в ПЧ – на начальника караула ответственного за противопожарное водоснабжение;
- инспекторский состав ГПН, закрепленный за объектами;
Ответственные за противопожарное водоснабжение обязаны:
- вести строгий учет наличия (проверки) ПГ и других источников противопожарного водоснабжения в журналах установленного образца;
- ежемесячно представлять в СПТ ЦУС все необходимые сведения об изменениях в противопожарном водоснабжении (установка ПГ, замена ПГ, ликвидация или новое строительство: пирсов, водоемов, оборудование подъездов к источникам водоснабжения и т. д.);
- информировать организацию на территории, которой расположены ПГ и руководство пожарных подразделений за ходом и качеством проверок источников пожарного водоснабжения;
- знать состояние противопожарного водоснабжения в обслуживаемом районе (объекте). Все изменения о состоянии источников водоснабжения в районе выезда подразделения заносятся в журнал, с обязательным ознакомлением ответственных лиц в караулах;
- корректировать планшеты, план-карты и список пожарного водоснабжения после каждой проверки с пуском воды, ввода новых, демонтажа старых ПГ и ПВ, но не реже двух раз в год;
- следить за своевременным ремонтом неисправных гидрантов и других источников противопожарного водоснабжения, принимать меры к быстрейшему устранению вскрытых неисправностей;
О всех видах использования источников водоснабжения на пожарах, учениях, ПТЗ, заправке, немедленно сообщать в районные (объектовые) ВКХ (для проведения профилактической проверки);
При обнаружении неисправности ПГ составляется двусторонний акт с представителем ВКХ, с указанием неисправности. Сведения о неисправном ПГ заносятся в журнал и ведется контроль за его ремонтом;
Все работы по обслуживанию ПГ, установленных на сети городского водопровода: своевременный ремонт, отогревание замерзших гидрантов, откачка воды из стояков и колодцев (при пользовании ПГ в зимнее время), обеспечение гидрантов координатными табличками и т. д., осуществляются силами работников ВКХ районов на основании «Правил технической эксплуатации систем и сооружений коммунального водоснабжения и канализации» № 168 от 30.12.99 г.
На основании вышеизложенных правил п. 2.10.12. ремонт пожарных гидрантов должен производиться в течение суток с момента обнаружения неисправности. Об обнаруженной неисправности и окончании ремонта гидранта ВКХ обязано поставить в известность подразделения ГПС.
Работы по поддержанию в рабочем состоянии гидрантов на объектовых сетях, водоемов, пирсов, подъездов производят те организации, которым они принадлежат.
Временное отключение участков водопроводной сети с установленными на них пожарными гидрантами, а также уменьшение напора в сети ниже требуемого допускается в исключительных случаях и только при разработке компенсирующих мероприятий, согласованных с территориальными органами пожарной охраны.
ВКХ обязаны предварительно уведомлять территориальные органы ГПС о всех случаях частичного или полного прекращения подачи воды на объектах имеющих сети наружного или внутреннего противопожарного водопровода, но при возникновении пожаров на отключенных объектах ВКХ обязаны незамедлительно возобновить подачу воды для обеспечения тушения пожара.
Совместно с МУП «Водоканал» должна быть разработана и утверждена инструкция по содержанию и эксплуатации пожарных гидрантов на сети водопровода.
Требования, предъявляемые при приеме в эксплуатацию новых источников противопожарного водоснабжения
К пожарным гидрантам:
Пожарные гидранты устанавливаются на кольцевых водопроводных сетях. Допускается установка ПГ на тупиковых линиях, при условии, что их длина не превышает 200 метров (пп. 8.16 СНиП 2.04.02-84).
Диаметр труб водопровода, на которых устанавливаются ПГ, должен быть не менее 100 мм, а максимальный – 400 мм.
Пожарные гидранты надлежит располагать вдоль автомобильных дорог на расстоянии не более 2,5 м. от края проезжей части, но не ближе 5 метров от стен зданий. Допускается располагать ПГ на проезжей части. Расстояние между ПГ не должно превышать 150 м.
Вокруг люков колодцев ПГ, расположенных на застроенных территориях без дорожных покрытий или в зеленой зоне, должны предусматриваться отмостки шириной 1 м с уклоном от люков. Отмостки должны быть выше прилегающей территории на 0,05 м
К ПГ должен быть свободный подъезд шириной не менее 3,5 м.
Для облегчения поиска ПГ при пожаре «Водоканал» обязан оборудовать ПГ указателями, отвечающими требованиям НПБ 160-97 «Цвета сигнальные. Знаки пожарной безопасности. Виды, размер, общие технические требования» табл. 3 п. 20, на которых указываются расстояния до ПГ. Указатели пожарных гидрантов, как правило, устанавливаются на фасаде ближайшего здания напротив колодца или вблизи от него на видном месте.
Расстояние от верхней части ПГ до верхней кромки люка должно быть не более 400 мм и не менее 150 мм. Техническое состояние ПГ проверяется путем установки колонки с обязательным пуском воды, при этом не должно наблюдаться подтекания воды во фланцевых соединениях гидранта.
После приема в эксплуатацию и испытания на водоотдачу ПГ составляется акт в трех экземплярах, по одному экземпляру для пожарной части, «Водоканала» и организации, проводившей работы. На основании актов пожарные гидранты ставятся на учет, вносятся изменения в план-карты районов, планшеты источников водоснабжения и списки противопожарного водоснабжения.
К пожарным водоемам (резервуарам):
Необходимость устройства и требуемый объем пожарных водоемов (ПВ) для объектов определяются по нормам расхода воды, при расчетном времени пожаротушения в соответствии с указаниями пп. 2.16–2.18 СНиП 2.04.02-84.
Количество ПВ должно быть не менее двух, при этом в каждом водоеме должен храниться половинный объем воды на пожаротушение.
Расстояние от водоемов до зданий III, IV и V степеней огнестойкости и до открытых складов сгораемых материалов должно быть не менее 30 м, до зданий I–II степеней огнестойкости – не менее 10 м; до резервуарных парков с хранением нефтепродуктов не менее 40 м.
При затруднении забора воды из ПВ, надлежит предусматривать приемные колодцы (сухие) объемом 3–5 м3, соединенных с ПВ трубой диаметром не менее 200 мм. Перед приемным колодцем на соединительном трубопроводе следует устанавливать колодец с задвижкой, штурвал которой должен быть выведен под крышку люка.
Из каждого водоема должен быть обеспечен забор воды не менее чем двумя пожарными насосами, желательно с разных сторон.
К пожарным водоемам и приемным колодцам устраиваются подъезды с площадками для разворота пожарных автомобилей, размером не менее 12×12 м.
Для надежного забора воды из естественных водоемов, имеющих крутые откосы берега, а также значительное сезонное колебание горизонтов воды устраиваются подъезды (пирсы), способные выдержать нагрузку пожарных автомобилей. Площадка подъезда (пирса) должна быть расположена не выше 5 м от уровня горизонта низких вод и выше горизонта высоких вод не менее, чем на 0,7 м и оборудовано отводными лотками для всасывающих рукавов.
Глубина воды с учетом промерзания в зимнее время должна быть не менее 1 м, в противном случае в месте забора устраивают котлован (приямок). Ширина настила площадки должна быть не менее
4,5–5 м с уклоном в сторону берега и иметь прочное боковое ограждение высотой 0,7–0,8 м. На расстоянии 1,5 м от продольного края площадки укладывается и укрепляется упорный брус сечением не менее 25×25 см.
Испытание на водоотдачу водопроводных сетей
Плановое испытание водопроводной сети проводится один раз в год, в весенний период (участки определяются совместно с ГПС), а также после капитального ремонта и приема новых водопроводных сетей.
Испытание водопроводных сетей на водоотдачу отдельных участков водопроводной сети, в соответствии с «Правилами технической эксплуатации систем коммунального водоснабжения» п. 2.10.2. (б), утвержденными приказом Госстроя от 30.12.99 г. № 168, осуществляется подразделениями «Водоканал» совместно с ГПС с составлением акта.
Испытанию в первую очередь должны подвергаться участки водопроводной сети:
- – с пониженным давлением;
- – с малым диаметром труб (75; 100 мм), п.8. 46 СНиП 2.04.02-84;
- – тупиковые линии;
- – старые линии;
- – линии с большой протяженностью;
- – наиболее удаленные от насосных станций линии;
- – линии с большим водопотреблением;
- – участки у наиболее пожаровзрывоопасных производственных объектов;
- – вновь проложенные участки;
- – участки, где проводились ремонтные работы.
При проведении испытания водопроводных сетей, на территории которых находятся пожароопасные объекты и объекты с массовым пребыванием людей, необходимо учитывать расчетное количество воды для целей пожаротушения на данные объекты.
На основании выводов, отображенных в актах, «Водоканал» и подразделения ГПС, при недостатке воды разрабатывают мероприятия для обеспечения водой на тушение возможных пожаров.
Водопроводные сети испытывают в часы максимального водопотребления, например, в жилой застройке с 7 до 9 утра, на промышленных объектах при наличии хозяйственно-питьевого водопровода – в часы обеденного перерыва, при водопроводе производственно-пожарном – в зависимости от водопотребления на производственный процесс.
Методика проверки водопроводных сетей на водоотдачу состоит в том, чтобы: установить имеющийся в водопроводной сети напор и расход воды; определить, какой должен быть по нормам напор и расход воды; сравнить имеющийся напор, и сделать заключение об их соответствии.
Нормативный расход воды на наружное пожаротушение определяется на основании СНиП 2.04.02-84 п. 2.4–2.26, табл. № 5–8 или расчетного расхода воды согласно варианту оперативного плана пожаротушения.
Испытание на водоотдачу водопроводов низкого давления производить при помощи пожарных автоцистерн или оборудованной для этих целей автотехники ВКХ в следующей последовательности:
1) определяется расчетный пожарный расход воды согласно требованиям СНиП 2.04.02-84 г. для участка водопроводной сети или расчетный расход согласно варианту оперативного плана пожаротушения;
2) определяется количество АЦ для отбора от наружной сети необходимого расхода воды, например:
Qнор. = 90(л/сек), для испытания потребуется n = 90/40 = 3 насоса марки ПН-40У (округляем в большую сторону);
3) пожарные колонки устанавливаются на наиболее невыгодно расположенные гидранты и при помощи мягких рукавов соединяются с насосом (чтобы исключить откачку воды под вакуумом и тем самым предотвратить загрязнение водопровода грунтовыми водами). К напорным патрубкам насоса присоединяются рукава диаметром 66,77 мм (по одному на каждый патрубок), заканчивающиеся стволом со спрысками большого диаметра;
4) при испытании (измерении) с помощью пожарной колонки необходимо предварительно ее протарировать, т. е. определить расход воды в зависимости от показания манометра. Пожарная колонка оборудуется манометром и сливным патрубком. Данный способ применяется, как правило, на отдельных участках городской водопроводной сети.
5) определяется расход воды из стволов и подсчитывается суммарный расход воды согласно табл. 2:
Таблица № 2
Диаметр насадка, мм | Напор у ствола, м | Расход воды, л/сек |
13 | 40 | 3,7 |
19 | 40 | 7,8 |
22 | 40 | 10,6 |
25 | 40 | 13,9 |
28 | 40 | 17,2 |
32 | 40 | 22,5 |
38 | 40 | 31,7 |
Проверки противопожарного водоснабжения
Проверки противопожарного водоснабжения подразделяются на два вида: проверка № 1 и № 2.
Проверка № 1 производится внешним осмотром (наличие указателя, состояние подъезда, наличие и состояние наружной крышки у ПГ, внутреннее состояние колодца ПГ, глубина водоема):
- подразделениями по охране объектов ежемесячно;
- городскими ПЧ при проведении ПТУ, ПТЗ отработки оперативных планов и оперативных карточек пожаротушения.
Проверка № 2 осуществляется комиссией, назначенной распоряжением начальника ПЧ, состоящей из ответственных за противопожарное водоснабжение пожарной части, представителей районов эксплуатации водопроводной сети.
Проверка проводится два раза в год в апреле – мае и сентябре – октябре для приведения в полную готовность всех источников водоснабжения.
Проверка № 2 состоит из проверки:
- выполнения требований проверки № 1;
- наличия воды и давления путем установки пожарных колонок на все ПГ с обязательным пуском воды;
- самотечных колодцев и ПВ путем установки автонасосов с забором и пуском воды;
- состояния подъездов, соответствия координат на установленных табличках, соответствия требованиям СНиП 2.04.02-84г.
Результаты проверки № 2 оформляется в сводном акте, составленном в трех экземплярах: пожарному подразделению, представителю ВКХ «Водоканала» и в СПТ ЦУС.
При температурах от 0 до –20 °С допускается только внешний осмотр ПГ, пуск воды запрещается. При температуре ниже –20 °С, во избежание потерь тепла самого колодца, запрещается открывать крышку колодца.
Методика испытаний внутреннего противопожарного водопровода
Стандартной методики проверки внутренних противопожарных водопроводов на водоотдачу не существует. ФГУ ВНИИПО МЧС России
Для измерения давления может использоваться размещаемая между пожарным краном и стволом вставка с манометром, оборудованная головками ГМВ. Давление, измеренное у пожарного ствола должно быть не менее давления у пожарного крана, приведенного в табл. 3 прил. 2. При измерении давления у пожарного крана давление у ствола вычисляется с учетом потерь по длине рукава. При измерении давления струю из пожарного ствола можно направить на улицу или, если это по каким-либо причинам недопустимо, в специальный бак вместимостью до 100 л.
Проверка внутренних противопожарных водопроводов на водоотдачу должна проводиться по каждому стояку на «диктующем» пожарном кране. При испытаниях одновременно должно быть включено такое количество пожарных стволов, которое регламентировано СНиП 2.04.01-85*. Все эти одновременно работающие стволы являются «диктующими». Испытания должны проводиться в тот период суток, когда наблюдается наибольший разбор воды.
Все остальные краны, которые не подвергаются испытаниям на водоотдачу, должны дважды в год проверяться на открытие и закрытие. Перед этим клапан пожарного крана необходимо освободить от пожарного рукава, а к соединительной гайке клапана присоединить заглушку с закрепленным на ней манометром. После этого запорное устройство пожарного клапана необходимо провернуть из одного крайнего положения в другое не менее 5 раз.
Контроль и организация проверок противопожарного водоснабжения
Для качественного изучения и контроля за состоянием противопожарного водоснабжения район выезда части (объекта) разбивается на участки. Водоснабжение этих участков закрепляется за караулами сроком не более 2-х лет.
В караулах приказом по части назначаются лица ответственные за противопожарное водоснабжение района выезда. Закрепление участков по проверке противопожарного водоснабжения за караулами оформляется приказом. Ответственные лица, ежегодно при подведении итогов по результатам боевой подготовки сдают зачеты на знание противопожарного водоснабжения.
Ответственность за состояние объектового противопожарного водоснабжения возлагается на инспекторский состав ГПН, закрепленный за данными объектами.
Результаты проверок № 1, 2 заносятся в журналы проверки противопожарного водоснабжения и список источников водоснабжения на ПСЧ.
Результаты проверки № 2 оформляются в сводном акте, составленном в трех экземплярах: представителю пожарной части, представителю ВКХ «Водоканала» и в СПТ ЦУС.
Сведения о состоянии противопожарного водоснабжения охраняемого района ежемесячно представляются в СПТ ЦУС.
По результатам весенней (осенней) проверки корректируются список источников водоснабжения на ПСЧ в планшетах водоснабжения и список безводных участков.
По результатам проверок противопожарного водоснабжения оформляются предписания на руководителей «Водоканала» (объектов), копии предписаний предоставляются в СПТ ЦУС. В случае невыполнения предписания в установленные сроки к вышеуказанным руководителям применяют административную практику.
По результатам весенней и осенней проверок противопожарного водоснабжения составляется письмо главе администрации района, в котором отражаются недостатки противопожарного водоснабжения и ставятся вопросы о скорейшем их устранении.
По итогам проверки № 2 разрабатывается график ремонта, замены ПГ с учетом важности места расположения ПГ требующих ремонта и технических возможностей «Водоканала», которые утверждаются в администрации района, сроки определяются только в летнее время и не более одного месяца.
Учет работы и заявок на ремонт источников водоснабжения ведется в журнале на ПСЧ.
Проверка объектового водоснабжения проводится аналогично проверке городского водоснабжения в присутствии представителя объекта и инспектора, за которым закреплен объект, либо инспектором лично.
Акты проверки участков водопровода на водоотдачу хранятся в наблюдательном деле противопожарного водоснабжения района выезда, копии направляются в СПТ ЦУС.