Κατάταξη ως προς τη σειρά δραστικότητας χημικών επιβραδυντικών μέσων για την αντιμετώπιση δασικών πυρκαγιών με χρήση της μεθόδου LOI και θερμιδομέτρου τύπου βόμβας

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η επιβραδυντική δράση διαφόρων ανοργάνων χημικών επιβραδυντικών στην καύση των δασικών υλών Pinus halepensis Mill. και Cistus incanus L. τα οποία επεξεργάστηκαν με τα ακόλουθα επιβραδυντικά: DAP, MAP, AS, υδρομαγνησίτης, χουντίτης,φυσικό και εμπορικό μίγμα χουντίτη- υδρομαγνησίτη , SiO2•H2O, καθώς και τέσσερις επιβραδυντές εμπορικής κλίμακας. Η καύση των δασικών ειδών πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της μεθόδου δείκτη ελαχίστου οξυγόνου (Limiting Oxygen Index) και θερμιδομέτρου τύπου βόμβας. Οι μέθοδοι αυτές εφαρμόστηκαν σε δείγματα καθαρών δασικών υλών και σε δείγματα μετά την εφαρμογή των επιβραδυντικών σε περιεκτικότητα 10% w/w, διότι αποτελεί μια ρεαλιστική προσέγγιση της ρίψης επιβραδυντικού από αεροσκάφη σε συνθήκες πραγματικής πυρκαγιάς. Η μέθοδος που ακολουθήθηκε για τη διεξαγωγή των δοκιμών δείκτη ελαχίστου οξυγόνου (LOI) σωματιδίων αναπτύχθηκε στο εργαστήριο με βάση το πρότυπο ASTM D2863-00. Σαν δείκτης LOI ορίζεται η μικρότερη δυνατή συγκέντρωση οξυγόνου (% v/v) στη ροή του φέροντος αερίου, για την οποία το δείγμα καίγεται ολόκληρο μέσω καύσης με φλόγα. Τα επιβραδυντικά πρόσθετα αναμένεται να αυξάνουν το LOI της δασικής ύλης και η αύξηση συτή αποτελεί μέτρο της επιβραδυντικής τους ικανότητας. Το θερμιδόμετρο τύπου βόμβας χησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό του ενεργειακού περιεχομένου (ανώτερη θερμογόνος δύναμη) των δειγμάτων.Η ενέργεια που εκλύεται από τη δασική ύλη μπορεί να συνδεθεί με παραμέτρους της ευφλεκτικότητάς της. Από τα πειράματα LOI προέκυψε ότι όλα τα εξετασθέντα επιβραδυντικά αυξάνουν την πιλοτική αναφλεξιμότητα της δασικής ύλης με το MAP να επιδεικνύει την πιο ισχυρή δράση ενώ το SiO2•H2O την πιο ασθενή και για τα δύο δασικά είδη. Σε ό,τι αφορά τα πειράματα θερμιδομετρίας όλα τα επιβραδυντικά φαίνεται να μειώννουν την ανώτερη θερμογόνο δύναμη της δασικής ύλης με το φυσικό μίγμα χουντίτη-υδομαγνησίτη να παρουσιάζει την ισχυρότερη δράση ενώ το εμπορικό Phos-Chek D-75 F την πιο ασθενή. Προκύπτουν διαφορετικές σειρές δραστικότητας επιβραδυντικής ικανότητας των υπό εξέταση ανόργανων πρόσθετων. Επομένως, τα ανόργανα αυτά μπορούν να εφαρμόζονται επιλεκτικά στις διάφορες δασικές ύλες, αναλόγως της χρήσης για την οποία προορίζονται, ούτως ώστε να αυξάνεται η συνολική επιβραδυντική ικανότητα.

In the present work the use of various inorganic chemicals as forest fire retardants was examined on two forest species: Pinus halepensis Mill. (Aleppo pine) and Cistus incanus L. (Pink rockrose), which were treated with the following inorganic chemical retardants: DAP, MAP, AS, hydromagnesite, huntite, huntite/hydromagnesite mixtures, SiO2•H2O and 4 commercial forest fire retardants. The limiting oxygen index (LOI) method and bomb calorimetry were used for studying the combustion of forest material. These methods were applied to pure forest species and forest species treated with 10% w/w of the inorganic retardants, because this is considered to be a realistic approach of the amounts of retardants dropped from aircrafts in real forest fire conditions. The limiting oxygen index (LOI) method was developed in the laboratory based on the standard ASTM D2863-00. LOI is defined as the minimum concentration of oxygen in a flowing mixture of oxygen and nitrogen that will just support flaming combustion of a sample. Fire retardants presumably increase the LOI of forest material and this increase is a measure of their fire retardancy. Bomb calorimetry was used for the determination of the higher heating value (HHV) of forest species samples. The energy emitted from forest material may be related to flammability parameters. Fire retardants presumably decrease the HHV of forest material and this decrease is a measure of their fire retardancy. Regarding LOI results, all examined retardants were found to increase pilot ignitability of forest fuels, with MAP exhibiting the best performance and SiO2•H2O the lowest one, on both forest species. Regarding bomb calorimetry, all retardants decrease higher heating value of forest fuels, with the natural huntite/hydromagnsite mixture exhibiting the best performance and the commercial retardant Phos-Chek D-75 F the lowest one, on both forest species. Comparing results obtained from both methods, different rankings of inorganic chemicals according to their fire retardant effectiveness occurred. Hence, these retardant additives may be applied selectively to forest species, depending on the intended use, in order to achieve the highest overall fire retardancy.