10.3 Огнетушащие вещества и составы.

В настоящее время широкое применение для тушения пожаров применяются следующие огнетушащие средства: вода, воднохимические растворы, огнетушащие пены, инертные разбавители, ингибиторы и флегматизаторы, а также огнетушащие порошковые составы. Приведенные огнетушащие средства оказывают на процесс горения комбинированные воздействия так, например, вода охлаждает и изолирует или разбавляет горючую систему; огнетушащие пены также изолируют и охлаждают зону горения, а современные газовые средства пожаротушения являются одновременно ингибиторами и разбавителями, оказывающими существенное влияние на процесс горения. Современные порошковые огнетушащие составы также могут ингибировать процесс горения, охлаждать зону горения и эффективность изолировать ее. Вместе с тем для приведенных огнетушащих средств характерным является одно определенное (доминирующее огнетушащее действие).

Область применения огнетушащих веществ и составов зависит от характеристики пожаров. Пожары могут возникать на открытом воздухе (или локально в большом объеме) и в ограниченном объеме (например, в помещении). В первом случае для тушения пожаров огнетушащие составы подаются непосредственно в очаг горения или на горящую поверхность. Во втором случае пожар подавляется объемным методам, при котором в замкнутый объем подаются огнетушащие составы, и создается среда, не поддерживающая горение.

К основным характеристикам, определяющим эффективность огнетушащих веществ и составов можно отнести их огнетушащую способность и интенсивность подачи в зону горения, а требования к ним определены соответствующими стандартами и Нормами пожарной безопасности Республики Беларусь. Огнетушащая способность – это минимальное количество огнетушащих веществ или составов, необходимое для тушения модельного очага пожара. Она выражается при объемном тушении расходом вещества или состава на единицу объема в кг/м³, а при поверхностном тушении – расходом на единицу площади горящей поверхности в кг/м² или на единицу массы горящего вещества в кг/кг. Интенсивность подачи огнетушащих веществ или составов определяется их массовым расходом в единицу времени (в секунду) на единицу защищаемой площади и измеряется в кг/(м²с) или л/(м²с), а также на единицу защищаемого объема кг/(м²с) или л/(м²с). Пользуясь величиной интенсивности подачи и зная время тушения пожара можно определить удельный расход огнетушащих веществ или составов умножением интенсивности на продолжительность тушения.

Важнейшими характеристиками параметрами пожаров, определяющими условия пожаротушения, являются:

физико-химические свойства горящего материала, от которых зависит выбор огнетушащего вещества;

пожарная нагрузка, под которой имеются в виду масса всех горючих и трудногорючих материалов, находящихся в рассматриваемом объекте, отнесенная к площади пола помещения или поверхности, занимаемой материалами на открытом воздухе;

скорость выгорания пожарной нагрузки;

газообмен очага пожара с окружающей средой и с внешней атмосферой;

теплообмен между очагом пожара и окружающими материалами и конструкциями;

размеры и форма очага пожара и помещения, в котором произошел пожар;

метеорологические условия.

Физико-химические свойства горючего материала определяют выбор средства огнетушения. Для тушения пожара нельзя применять вещества, бурно реагирующие с горючим или окислителем. Например, нельзя применять воду для тушения материалов, которые взаимодействуют с ней, образуют горючие газы или выделяют тепло (щелочные металлы и некоторые другие горючие материалы). Особые трудности вызывает тушение пожаров тлеющих материалов из-за трудности проникновения огнетушащих веществ в поры таких материалов. Известны, например, случаи, когда опущенные в воду горящие кипы хлопка продолжали гореть в течение длительного времени. Расход воды для тушения тлеющих материалов, как правило, столь велик, что требуются дополнительные меры и средства (с этой целью к воде добавляют специальные добавки – смачиватели).

Рассмотрим общую характеристику различных огнетушащих веществ и составов, которая должна учитываться при их выборе в качестве огнетушащих средств для конкретных условий.

Вода. Вода является одним из наиболее распространенных средств тушения пожаров. Для нее характерны три основных огнетушащих свойства: она охлаждает зону горения, разбавляет реагирующие вещества в зоне горения и изолирует горючие вещества от зоны горения. При тушении пожаров сплошными струями можно оказывать механическое воздействие на зону горения, что также способствует тушению пожаров. По сравнению с другими огнетушащими веществами вода имеет большую теплоемкость. Так, при нагревании 1 л воды от 0 до 100 °С способен поглотить 419 кДж теплоты, а при испарении – 2260 кДж. Превращаясь в пар, вода увеличивается в объеме в 1750 раз. Важным достоинством является также и то, что смешиваясь с горючими газами и парами, выделяющимися при горении, водяной пар разбавляет их, образуя смесь, не способную гореть.

При необходимости подачи воды на значительные расстояния при тушении пожаров обычно используются сплошные струи. С помощью пожарных стволов можно сформировать мощные компактные струи воды длиной до 70–80 м, способные механически сбить пламя в трудно доступных местах. Распыленные струи представляют собой поток воды, состоящий из мелких капель. Для распыленной воды характерным является орошение большой поверхности. При этом мелкораспыленная вода интенсивно образует на поверхности горящих материалов паровое облако, одновременно охлаждая и изолируя их от кислорода воздуха.

Вода является наиболее дешевым и распространенным средством тушения пожаров. Однако имеются определенные ограничения ее применения. Вода тяжелее многих горючих жидкостей (бензина, керосина, эфира, ацетона и др.), поэтому они всплывают на ее поверхность, продолжают гореть и, растекаясь, увеличивают площадь горения.

Природная вода содержит различные растворенные соли и обладает значительной электропроводностью. В связи с этим не следует применять воду для тушения пожаров электроустановок, находящихся под напряжением.

Воду нельзя применять при тушении объектов, содержащих вещества (например, щелочные металлы, карбид кальция, негашеную известь), которые, вступая с ней в реакцию, способствуют распространению пожара, создают опасность взрыва, выделяют взрывоопасные ядовитые газы, другие вредные вещества.

В таблице 10.5 приведен перечень некоторых веществ, для тушения которых нельзя применять воду и водопенные средства, а также характер и последствия взаимодействия с водой.

Т а б л и ц а 10.5 – Перечень веществ и материалов для тушения, которых нельзя применять воду

В некоторых случаях необходимо ограничивать применения воды для тушения пожаров на объектах, где имеется дорогостоящие электронные оборудования, которые от воздействия воды может придти в негодное состояние.

Воднохимические растворы. Из-за высокого поверхностного натяжения вода обладает малой проникающей способностью в глубь таких плохосмачиваемых материалов, как древесина и древесный уголь, хлопок, шерсть и др., поэтому велики ее непроизводительные потери во время тушения пожаров. Для повышения эффективности тушения в воду добавляют различного рода смачиватели в виде поверхностно-активных веществ типа пенообразователей. Например, введение в воду 0,5...2% смачивателя позволяет повысить эффект тушения пожаров плохо смачиваемых веществ и материалов почти в 2 раза. Для практического применения рекомендуется использовать 0,75 % - ные растворы смачивателей.

Огнетушащую эффективность воды можно также повысить путем увеличения ее вязкости. В качестве загустителей воды применяют натриевую соль полиакриловой кислоты, метилцеллюлозу и др. Действие «вязкой» воды заключается в ее способности покрывать тонкой пленкой горящую поверхность и удерживаться на ней.

Огнетушащие пены. Огнетушащие пены широко применяются для тушения пожаров при горении ЛВЖ, ГЖ, плавящихся при нагревании материалов. Это коллоидные системы, состоящие из пузырьков газа, окруженных пленкой жидкости, т. е. пены представляют собой систему, в которой дисперсной фазой всегда является газ. Пузырьки газа могут образовываться внутри жидкости в результате химических процессов или механического смешения воздуха с жидкостью.

При тушении пожара пена, покрывая горящее вещество, изолирует его от окружающей среды, препятствует проникновению горючих газов и паров в зону горения и передаче теплоты из сферы горения к горящему веществу. В процессе разрушения пены образуется жидкая пленка, смачивающая и охлаждающая поверхность горения. Пены, применяемые для тушения пожаров характеризуются термодинамической и агрегативной неустойчивостью. Поэтому для повышения устойчивости пен в систему вводят специальные вещества – стабилизаторы, а также добавки, понижающие поверхностное натяжение воды. Широкое применение нашли два вида огнегасительных пен: химическая и воздушно-механическая.

Химическая пена получается в результате взаимодействия кислотных и щелочных растворов в присутствии пенообразователя. Практически такую пену получают в эжекторных пеногенераторах из пенообразующего порошка и воды. Порошок состоит из сухих солей сернокислого алюминия и бикарбоната натрия, а также пенообразующего вещества, например, лакричного экстракта. При взаимодействии с водой они растворяются и немедленно реагируют с образованием двуокиси углерода. Из 1 кг пенообразующего порошка и 10 л воды образуется 40 – 60 л пены. Пена состоит примерно из 80 % углекислого газа (по объему), 19,7 % воды и 0,3 % пенообразующего вещества и представляет собой пузырьки углекислого газа с оболочкой из воды. Стойкость пены с момента ее образования до полного распада 40 мин.

Воздушно-механическая пена представляет собой механическую смесь воздуха (90 – 99 %), воды (9,7 – 0,96 %), пенообразователя (0,3 – 0,04 %), которую получают путем их интенсивного перемешивания с помощью воздушно-пенных стволов или пеногенераторов.

Огнетушащие свойства такой пены определяются ее кратностью, стойкостью, дисперсностью и вязкостью. Кратность – это отношение K=V_п/V_ж, где V_п – объем пены; V_ж – объем жидкости, из которой она получена. По кратности различают низкократную (K ≤ 10), среднекратную (K = 10...200) и высокократную (К = 200...1000) пену.

Стойкость воздушно-механической пены меньше, чем химической, причем стойкость уменьшается с увеличением кратности. Однако воздушно-механическая пена совершенно безвредна для людей, не вызывает коррозии, обладает малой электропроводностью и весьма экономична. В настоящее время применение химической пены сокращается.

Огнетушащие пены широко применяются для тушения пожаров при загорании горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, а также твердых горючих веществ и материалов.

Инертные газы (азот, аргон, гелий, двуокись углерода). Они обладают способностью быстро смешиваться с горючими парами и газами, понижая концентрацию кислорода в зоне горения до такого предела, при котором горение прекращается.

Особое место среди инертных газов занимает двуокись углерода или углекислый газ СО₂. При сжатии под давлением 3, 5 МПа СО₂ превращается в жидкость, называемую углекислотой, которая хранится и транспортируется в стальных баллонах под давлением 12,5 МПа. Огнегасительная концентрация газообразной углекислоты не менее 30% объема защищаемого помещения.

Углекислота, быстро испаряясь (из 1 кг жидкой кислоты получается 509 л газа), переохлаждается, образуя хлопья «снега» с температурой – 79 °С. Таким образом, разбавляющее огнетушащее действие дополняется интенсивным охлаждением очага горения. Углекислота неэлектропроводна и пригодна для тушения электроустановок, находящихся под напряжением. Следует помнить, что предельно допустимое для человека содержание в воздухе СО₂ 10%. Поэтому при заполнении горящего помещения углекислым газом из него необходимо эвакуировать людей.

Ингибиторы или флегматизаторы. Эти вещества действуют на принципе торможения химических реакций горения. В настоящее время для пожаротушения применяют такие ингибиторы, как фреон (хладон) 114В2, фреон (хладон) 13В1, а также огнетушащие составы на основе предельных углеводородов: «3, 5», СЖБ, 4НД. Требования к огнетушащим газовым составам определены НПБ 60–2002 «Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь». Составы газовые огнетушащие. Общие технические требования. Методы испытаний».

Огнетушащие порошковые составы. Они представляют собой тонко измельченные минеральные соли с различными добавками, служащими для уменьшения слеживаемости и комкования. Порошковые составы обладают очень высокой огнетушащей способностью (тушение пожаров большинства веществ и материалов достигается за 5 – 7 с), они универсальны, т. е. способны тушить любые материалы, в том числе нетушимые всеми другими средствами, например, термиты, щелочные металлы.

Тушение пожаров порошковыми составами можно объяснить действием следующих факторов: разбавлением горючей среды газообразными продуктами разложения порошка или непосредственно порошкового облака; охлаждением зоны горения в результате затрат тепла на нагрев частиц порошка, их частичное испарение и разложение в пламени; эффектом огнепреграждения, достигаемым при прохождении пламени через узкие каналы, по аналогии с сетчатыми, гравийными и подобными огнепреградителями; ингибированием химических реакций, обусловливающих развитие процесса горения, газообразными продуктами испарения и разложения порошков или генерогенным обрывом цепей на поверхности порошков или твердых продуктов из разложения.

Порошковые составы обладают диэлектрическими свойствами, практически нетоксичны, не оказывают коррозионного действия на металлы. Недостатком большинства порошковых составов является их высокая гигроскопичность, что приводит к слеживанию и образованию комков. Требования к порошковым составам определены НПБ 13–2000 «Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь. Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний».

Выбор способов и средств пожаротушения на объектах железнодорожного транспорта зависит, в первую очередь, от места возникновения пожара и характеристики горючих веществ и материалов. В таблице 10.6 приведена классификация пожаров с учетом характеристики горючих веществ, материалов и рекомендуемые огнетушащие вещества, составы и огнетушители.

Т а б л и ц а 10.6 – Классификация пожаров и рекомендуемые огнетушащие вещества, составы и огнетушители

Сравнительная оценка эффективности различных огнетушащих веществ и составов приведена в таблице 10.7. Оценка 4 соответствует высокой эффективности, 3 – хорошей, 2 – средней, 1 – слабой, 0 соответствует отсутствию эффекта пожаротушения.

Т а б л и ц а 10.7 – Сравнительная оценка эффективности различных огнетушащих веществ и составов