Огнетушащие вещества и составы

В настоящее время для тушения пожаров применяются следующие огне- тушащие средства: вода, воднохимические растворы, огнетушащие пены, инертные разбавители, ингибиторы и флегматизаторы, а также огнетушащие порошковые составы. Приведенные огнетушащие средства оказывают на процесс горения комбинированное воздействие. 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 эффективно 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 методом, при котором в замкнутый объем подаются ог- нетушащие составы и создается среда, не поддерживающая горение.

К основным характеристикам, определяющим эффективность огнету- шащих 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 огне- тушащих 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/(м²-с) или л/(м²-с), а также на единицу защищаемого объема кг/(м²-с) или л/(м²-с). 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 имеется 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 труднодоступных 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 некоторых случаях необходимо ограничивать применение воды для ту­шения пожаров на объектах, где имеется дорогостоящее электронное обору­дование, которое от воздействия воды может прийти в негодное состояние.

Воднохимические растворы. Из-за высокого поверхностного натяже­ния вода обладает малой проникающей способностью в глубь таких пло- хосмачиваемых 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 огнегаси- тельных 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 пенообра- зующего 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 % пенообра- зующего 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=Vn/V_x, где Vn - объем пены; У_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 не тушимые 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 це-

пей 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 СТБ 11.12.01-2009 «Система стан­дартов пожарной безопасности. Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний».