1) Вода обладает большой теплоемкостью (4187 Дж/кг · град) при нормальных условиях и высокой теплотой парообразования (2236 кДж/кг), поэтому, попадая в зону горения, на горящее вещество, вода отнимает от горящих материалов и продуктов горения большое количество теплоты. При этом она частично испаряется и превращается в пар, увеличиваясь в объеме в 1700 раз (из 1 л воды при испарении образуется 1700 л пара), благодаря чему происходит разбавление реагирующих веществ, что само по себе способствует прекращению горения, а также вытеснению воздуха из зоны очага пожара.
2) Вода обладает высокой термической стойкостью . Ее пары только при температуре свыше 1700 0 С могут разлагаться на кислород и водород, усложняя тем самым обстановку в зоне горения. Большинство же горючих материалов горит при температуре, не превышающей 1300-1350 0 С и тушение их водой не опасно.
3) Вода имеет низкую теплопроводность , что способствует созданию на поверхности горящего материала надежной тепловой изоляции. Это свойство, в сочетании с предыдущими, позволяет использовать ее не только для тушения, но и для защиты материалов от воспламенения.
4) Малая вязкость и несжимаемость воды позволяют подавать ее по рукавам на значительные расстояния под большим давлением.
5) Вода способна растворять некоторые пары, газы и поглощать аэрозоли . Значит, водой можно осаждать продукты горения на пожарах в зданиях. Для этих целей применяют распыленные и тонкораспыленные струи.
6) Некоторые горючие жидкости (жидкие спирты, альдегиды, органические кислоты и др.) растворимы в воде, поэтому, смешиваясь с водой, они образуют негорючие или менее горючие растворы.
7) Вода с абсолютным большинством горючих веществ не вступает в химическую реакцию .
Отрицательные свойства воды как огнетушащего вещества:
1) Основной недостаток у воды как огнетушащего средства заключается в том, что из-за высокого поверхностного натяжения (72,8 · 10 -3 Дж/м 2) она плохо смачивает твердые материалы и особенно волокнистые вещества . Для устранения этого недостатка к воде добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), или, как их называют, смачиватели. На практике используют растворы ПАВ, поверхностное натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды. Применение растворов смачивателей позволяет уменьшить расход воды на тушение пожара на 35-50 %, снизить время тушения на 20-30 %, что обеспечивает тушение одним и тем же объемом огнетушащего вещества на большей площади. Например, рекомендуемая концентрация смачивателя в водных растворах для тушения пожаров:
Ø Пенообразователь ПО - 1,5 %;
Ø Пенообразователь ПО-1Д - 5 %.
2) Вода имеет относительно большую плотность (при 4 0 С - 1 г/см 3 , при 100 0 С - 0,958 г/см 3), что ограничивает, а иногда и исключает ее применение для тушения нефтепродуктов, имеющих меньшую плотность и нерастворимых в воде.
3) Малая вязкость воды способствует тому, что значительная часть ее утекает с места пожара , не оказывая существенного влияния на процесс прекращения горения. Если увеличить вязкость воды до 2,5 · 10 -3 м/с, то значительно снизиться время тушения и коэффициент ее использования повысится более чем в 1,8 раза. Для этих целей применяют добавки из органических соединений, например, КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза).
4) Металлические магний, цинк, алюминий, титан и его сплавы, термит и электрон при горении создают в зоне горения температуру, превышающую термическую стойкость воды, т.е. больше чем 1700 0 С. Тушение их водяными струями недопустимо.
5) Вода электропроводна , поэтому ее нельзя применять для тушения электроустановок, находящихся под напряжением.
6) Вода реагирует с некоторыми веществами и материалами (пероксидами, карбидами, щелочными и щелочноземельными металлами и т.п.) , которые поэтому нельзя тушить водой.
Огнетушащая способность воды обуславливается охлаждающим действием, разбавлением горючей среды образующимися при испарении парами и механическим воздействием на горящее вещество, т.е. срывом пламени. Охлаждающее действие воды определяется значительными величинами ее теплоемкости и теплоты парообразования. Разбавляющее действие, приводящее к снижению содержания кислорода в окружающем воздухе, обуславливается тем, что объем пара в 1700 раз превышает объем испарившейся воды. Наряду с этим вода обладает свойствами, ограничивающими область ее применения. Так, при тушении вододй нефтепродукты и многие другие горючие жидкости всплывают и продолжают гореть на поверхности, поэтому вода может оказаться малоэффективной при их тушении. Огнетушащий эффект при тушении водой в таких случаях может быть повышен путем подачи ее в распыленном состоянии. Вода, содержащая различные соли и поданная компактной струей, обладает значительной электропроводностью, и поэтому ее нельзя применять для тушения пожаров объектов, оборудование которых находится под напряжением. Тушение пожаров водой производят установками водяного пожаротушения, пожарными автомашинами и водяными стволами (ручными и лафетными). Для подачи воды в эти установки используют устраиваемые на промышленных предприятиях и в населенных пунктах водопроводы.
33. Преимущества и недостатки воздушно-механической пены как огнетушащего средства
Воздушно-пенные огнетушители наиболее пригодны для тушения пожаров класса А (особенно со стволом пены низкой кратности), а также - пожаров класса В. Эффективность воздушно-пенных огнетушителей значительно возрастает при использовании в качестве заряда фторированных пленкообразующих пенообразователей. Для получения воздушно-механической пены средней кратности используют специальное устройство - пеногенератор, который состоит из корпуса со сходящимся и расширяющимся конусами, распылителя раствора пенообразователя и пакета металлических сеток. Воздух, необходимый для пенообразования, эжектируется распыленной струей раствора пенообразователя и увлекается его каплями на пакет сеток, где и формируется поток пены, выходящий из насадка пеногенератора в виде струи. Недостатком воздушно-пенных огнетушителей является возможность замерзания рабочего раствора при отрицательных температурах, его достаточно высокая коррозионная активность, неприменимость огнетушителей для ликвидации пожаров оборудования, находящегося под напряжением электрического тока, и для тушения сильно нагретых или расплавленных веществ, а также веществ, бурно реагирующих с водой.
34. Преимущества и недостатки негорючих газов как огнетушащего средства
При тушении пожаров инертными газообразными разбавители используют двуокись углерода, азот, дымовые или отработавшие газы, пар, а также аргон и другие газы. Огнетушащие действие названных составов заключается в разбавлении воздуха и снижении в нем содержания кислорода до концентрации, при которой прекращается горение. Огнетушащий эффект при разбавлении указанными газами обуславливается потерями теплоты на нагревание разбавителей и снижением теплового эффекта реакции. Особое место среди огнетушащих составов занимает двуокись углерода (углекислый газ), которую применяют для тушения складов ЛВЖ, аккумуляторных станций, сушильных печей, стендов для испытания электродвигателей и т.д.
Следует помнить, однако, что двуокись углерода нельзя применять для тушения веществ, в состав молекул которых входит кислород, щелочных и щелочноземельных метталов, а также тлеющих материалов. Для тушения этих веществ используют азот или аргон, причем последний применяют в тех случаях, когда имеется опасность образования нитридов металлов, обладающих взрывчатыми свойствами и чувствительностью к удару.
Вода является одним из самых эффективным средством тушения пожаров. Объясняется это рядом присущих ей специфических свойств, совокупность которых позволяет успешно тушить даже самые сложные пожары: высокая удельная теплоёмкость (4200 Дж/(кг∙К) ) и высокая удельная теплота парообразования (2,3·10 6 Дж/кг ). Оба фактора обусловливают высокую теплопоглощающую способность воды, что при подаче её в зону горения приводит к снижению температуры последней. При достижении температуры очага горения меньше температуры самовоспламенения горючего вещества происходит пожаротушение. Кроме того, при температуре в очаге пожара ~ 1700 °С из одного объёма воды образуется ~ 1760 объёмов водяного пара, что, вследствие разбавления окислителя и горючего вещества в пламени, приводит к снижению концентрации кислорода и горючего вещества. При достижении концентрации кислорода меньше МВСК и (или) горючего вещества меньше НКПРП происходит пожаротушение.
Однако вода, как средство пожаротушения, не может применяться там, где имеются щелочные металлы (при взаимодействии с водой они воспламеняются), карбид кальция (при взаимодействии с водой выделяется горючий газ ацетилен), электроустановки, находящиеся под напряжением (при контакте с водой возможны короткие замыкания и поражение людей электрическим током). Нельзя водой тушить горючие жидкости, плотность которых меньше плотности воды, например, нефть и нефтепродукты, так как вода опускается в слой горящей жидкости и не выполняет своих пожаротушащих функций.
Некоторые из указанных негативных факторов пожаротушения водой, например, невозможность тушения горящих нефтепродуктов, можно устранить за счёт использования её не в виде компактных струй, а в виде пены или распыления до капель микронных и субмикронных размеров. При этом значительно возрастает эффективность использования воды, так как увеличивается площадь теплообмена в системе «очаг пожара – вода», а, следовательно, скорость теплопоглощения и парообразования. Кроме того, и пена и аэрозольное облако с водной дисперсной фазой более длительное время удерживаются в зоне горения, например, пена покрывает твёрдый горящий предмет до 40 мин .
Пена, состоящая из воды, пенообразователя и воздуха (воздушно-механическая пена) получается при помощи пеногенераторов, один из вариантов устройства которых показан на рис. 1.
Рис. 1. Генератор воздушно-механической пены средней кратности ГПС – 200.
1 – насадок; 2 – кассета сеток; 3 – корпус генератора; 4 – корпус распылителя; 5 – распылитель; 6 – соединительная головка.
Более эффективным средством пожаротушения является химическая пена, в которой газовые пузырьки, образованные тонкой плёнкой воды, заполнены инертным по отношению к горению диоксидом углерода. Применение такой пены распространено преимущественно в ручных огнетушителях типа ОХП-10, устройство и принцип действия которых будут рассмотрены ниже.
Как было указано выше, ещё более эффективным способом использования воды в качестве средства пожаротушения является её распыление, т.е. создания аэрозольной системы, дисперсной фазой которой являются мельчайшие капельки воды. Такое пожаротушение является объёмным и позволяет охватить бóльшее пространство пожара при меньшем количестве воды по сравнению с традиционными способами.
Современные технологии объёмного пожаротушения водой используют уникальный пневмоакустический способ создания водного аэрозоля при помощи специальной форсунки, создающей так называемый «защитный туман»(тонкодисперсный водяной туман). Водяной туман эффективно воздействует на все факторы тушения пожара: быстро снижает его температуру; концентрацию горючих газов и паров, а также кислорода. Происходит это за счёт увеличения поверхности контакта воды с горящей средой в миллиарды раз по сравнению с традиционным использованием воды, что приводит к немедленному испарению воды. При этом пожаротушащий компонент обладает проникающей способностью газа, не наносит вреда людям, имуществу и окружающей среде, не вызывает замыканий в электропроводке.
Научным языком, огнетушащим называют вещество, обладающее необходимыми свойствами, дающими возможность создания условий по прекращению процесса горения.
На практике, огнетушащие вещества – это опытным путем длительного отбора определенные, выбранные субстанции в различном агрегатном состоянии, используемые различными ; в т.ч. пожарной техникой, первичными средствами для оперативной борьбы с начинающими очагами пожаров в зданиях, сооружениях, на территориях населенных пунктов, предприятий, организаций.
Это знакомые всем переносные, передвижные огнетушители, ПК с комплектами рукавов, стволов; с установленными на них , без которых сегодня сложно представить интерьер офисных, административных, деловых зданий; торгово-развлекательных, спортивных, выставочных центров.
Классификация огнетушащих веществ
Классы огнетушащих веществ по физическим характеристикам воздействия на очаг пожара, процесс его локализации с последующей ликвидацией, по главному принципу прекращения реакции горения подразделяются на следующие основные группы и к ним относятся:
- – вода, водные растворы солей, с добавками смачивателей – поверхностно-активных веществ, а также углекислота в твердом агрегатном состоянии – в виде снега.
- . Воздушно-механическая пена разной кратности – от низкой до высокой степени; порошковые составы; сухие негорючие вещества: песок, земля, щебень, мелкая галька, отходы котельных, металлургических производств – шлаки, флюсы; а также листовые, укрывные материалы, такие как , покрывала, успешно применяемые для борьбы с небольшими очагами начинающегося пожара.
- – инертные газы: аргон, азот; водяной пар, туман из тонкораспыленной воды, смеси газов с водой, а также дымовые газы.
- Огнетушащие вещества химического торможения реакции горения . По научной терминологии их также называют ингибиторами процесса горения. Это хладоны; углеводороды с содержанием галоидов, составы на их основе; аэрозольные огнетушащие составы; распыляемые водные бромэтиловые растворы; порошковые составы.
По физическим характеристикам
- Огнетушащие жидкости.
- Порошковые составы.
- Газы, газовые огнетушащие составы.
Огнетушащие вещества также можно разделить на классы по возможности проводить электрический ток, что немаловажно, необходимо учитывать при проектировании, монтаже и применении как первичных средств борьбы с начинающимися очагами огня, так и при пуске ручных, автоматических :
- Проводящие электроток – вода и ее растворы солей различных кислот, водяной пар, туман, взвесь, в т.ч. формируемые водяными установками пожаротушения, а также все виды воздушно-механической пены.
- К не электропроводным относятся все газовые и порошковые составы, используемые как в переносных, передвижных огнетушителях, так и в , .
Важно также знать о том, что не все огнетушащие вещества, ждущие своего часа до использования, полезны человеку, некоторые вполне могут нанести ему вред тем или иным способом, классифицируются по токсичности для организма в целом, опасности для органов дыхания:
- Малотоксичные – углекислота.
- Токсичные – фреоны, галоид-содержащие углеводороды.
- Опасные для дыхания без индивидуальных средств защиты – порошковые, аэрозольные взвеси, газы, образовывающиеся в воздушном пространстве помещений, защищаемых газовыми, порошковыми, аэрозольными системами, установками пожаротушения,
Об этом часто забывают производители, поставщики такого оборудования, предлагая их как равноценную и более дешевую альтернативу традиционным и, главное, безопасным для людей, находящихся в защищаемых помещениях, водяным и .
Требования к огнетушащим веществам
Их можно сформулировать в порядке приоритетов:
- Эффективность применения, возможность использования на различных видах пожарной нагрузки.
- Невысокая, желательно низкая стоимость.
- Доступность, наличие, возможность быстрого восполнения запасов. Так, если в качестве огнетушащего вещества выступает вода, то идеальным вариантом является наличие сети наружного противопожарного водоснабжения для тушения территории, зданий городов, поселков; внутреннего пожарного водопровода для работы от ПК внутри строений. Худшим, но приемлемым вариантом будет наличие , или для возможности установки пожарной автотехники, подключения .
- Безопасность для здоровья людей, находящихся как внутри защищаемых установками автоматического пожаротушения зданий, сооружений, так и непосредственно, использующими их в ходе тушения от пожарной техники, ручными средствами борьбы с огнем.
Увы, как правило, безопасность людей по сравнению с возможностью быстро ликвидировать пожар тем или иным огнетушащим веществом не в приоритете. Поэтому проектировщики, разработчики оборудования , создавая, конструируя , принудительной подачи чистого воздуха, стараются компенсировать это различными способами; информируя об опасности, обеспечивая возможность людям быстро покинуть здания, сооружения, используя не задымленные .
В целом, к огнетушащим веществам предъявляют следующие нормативные требования в области ПБ:
- должны обеспечить ликвидацию очага поверхностным, объемным способом или комбинированными способами их подачи с учетом характеристик огнетушащих веществ, и в соответствии с тактикой тушения пожара.
- необходимо применять для тушения пожаров тех материалов, взаимодействие с которыми не приводит к опасности взрыва или новых очагов возгорания.
- должны полностью сохранять в процессе хранения в нормативные сроки, и в ходе транспортировки/подачи свои физико-химические свойства, необходимые для ликвидации пожара.
- не должны оказывать опасное воздействие на здоровье людей и окружающую среду, превышающее принятые ПДК.
Лекция по теме
Основным средством локализации, ликвидации очагов пожаров, происходящих как на территории населенных пунктов, так и вне городской черты остается вода и ее различные растворы. Это самое доступное, недорогое, легко транспортируемое, подаваемое к местам пожара вещество, безвредное для людей; хорошо хранящееся, главное, весьма эффективное при тушении большинства горючих, сгораемых веществ, материалов как естественного, так и искусственного/синтетического происхождения – от древесины до пластмасс, пластиков.
В тех случаях, когда вода в силу своих физико-химических свойств не справляется с тушением органических веществ, например, при горении большинства товарных продуктов нефтепереработки; тогда эффективным средством тушения выступает пена, генерируемая из водных растворов пенообразователя как ручными, так и стационарными устройствами.
Если же горение веществ по каким-либо причинам сложно или невозможно ликвидировать с помощью воды или пены, то тогда применяют порошковые, газовые или аэрозольные огнетушащие составы, эффективно справляющиеся с этой задачей.
Среди огнетушащих средств, допустимых к применению при тушении различных веществ, прежде всего следует выделить воду и водные растворы со смачивателями и растворенными в ней солями различных кислот; пену, полученную из водных растворов различных видов пожарных пенообразователей.
Можно эффективно локализовать, ликвидировать как начинающиеся очаги, так и развивающиеся пожары следующих веществ и материалов:
- Горение твердых веществ.
- Пожары горючих жидкостей, в т.ч. нефтепродуктов, включая такие как гудрон, асфальт, парафин.
- Натуральный и синтетический каучук.
(таблица в высоком разрешении доступна по кнопке скачать после статьи)
Вода является одним из наиболее широко распространенных и наиболее универсальных средств, применяемых для тушения пожаров. Она эффективна при тушении пожаров, связанных с горением веществ, находящихся во всех трех состояниях. Поэтому ее широко применяют для тушения пожаров практически повсеместно, кроме тех редких случаев, когда ее применить нельзя. Воду нельзя применять для тушения пожаров в следующих случаях:
нельзя тушить горючие вещества и материалы, с которыми вода вступает в интенсивное химическое взаимодействие с выделением тепла или горючих компонентов (например, пожары, связанные с горением щелочных и щелочно – земельных металлов, металлов типа лития, натрия, карбида кальция и других, а также кислот и щелочей, с которыми вода бурно взаимодействует);
водой нельзя тушить пожары, с температурой выше 1800 – 2000 0 С, так как при этом возникает интенсивная диссоциация паров воды на водород и кислород, которые интенсифицируют процесс горения;
нельзя тушить пожары, при которых применение воды не обеспечивает требуемых условий безопасности для личного состава. Например, пожары электроустановок, находящихся под высоким напряжением, и т. д.
Во всех остальных случаях вода является надежным, эффективным средством для тушения пожаров и поэтому она нашла наиболее широкое применение. Вода обладает рядом достоинств как огнетушащее средство: термической стойкостью, намного превышающей термическую стойкость других негорючих жидкостей, высокой теплоемкостью и теплотой испарения, относительной химической инертностью. К отрицательным свойствам воды относятся: высокая температура замерзания и аномалия изменения плотности воды при охлаждении, что затрудняет ее применение при низких отрицательных температурах, сравнительно малая вязкость и высокий коэффициент поверхностного натяжения, ухудшающие смачивающие способности воды и тем самым снижающие коэффициент ее использования в процессе тушения, а также электропроводность воды, содержащей примеси.
По механизму прекращения горения вода относится к категории охлаждающих огнетушащих средств. Но сам механизм прекращения горения зависит от режима горения, от вида горючего и его агрегатного состояния. При тушении пожаров, связанных с горением горючих газов (всегда) и жидкостей (иногда) доминирующим механизмом прекращения горения является охлаждение зоны горения, который реализуется в случае применения объемного метода тушения.
Воду можно подавать в зону горения в виде компактных струй, распыленных струй и тонкораспыленной воды. Два последних случая наиболее полно соответствуют понятию объемной подачи жидкого огнетушащего средства в зону горения. Компактная струя, пройдя сквозь зону горения, не окажет на нее почти никакого воздействия.
При тушении ЛВЖ и ГЖ компактная струя не окажет на факел пламени почти никакого воздействия. А, попав на поверхность ЛВЖ и ГЖ, она будет не очень эффективно ее охлаждать. Из-за большого удельного веса воды по сравнению с горючими углеводородами она быстро опустится на дно. Охлаждение прогретых до температуры кипения поверхностных слоев горючей жидкости будет не столь интенсивным, как если бы была подана распыленная или тонкораспыленная вода. При тушении ТГМ компактные струи воды, поданные в факел пламени, также, как и в первых двух случаях, не окажут влияния на зону горения, а попав на поверхность ТГМ, они не очень эффективно будут их охлаждать и тем самым будут мало способствовать тушению.
Мощные компактные струи воды подают при тушении крупных развившихся пожаров штабелей древесины, так как при таком интенсивном горении распыленные струи, а тем более тонкораспыленная вода не долетят не только к горящей древесине, но даже не попадут внутрь факела пламени. Они испарятся во внешних зонах факела пламени или унесутся вверх интенсивными газовыми потоками, практически не повлияв на процесс горения.
Во всех остальных случаях распыленные струи и тонкораспыленная вода более эффективны как при тушении пожаров объемным способом, так и при тушении по поверхности горючего материала. При прекращении пламенного горения компактная струя менее эффективна потому, что, пролетая сквозь зону горения, не обеспечивает охлаждающего воздействия, так как она имеет небольшую площадь поверхности контакта с пламенем и малое время взаимодействия. Тогда как распыленные струи имеют значительно большую поверхность контакта с факелом пламени и меньшую скорость пролета – большее время взаимодействия. А еще лучше условия теплоотвода из факела пламени у тонкораспыленной воды.
Значит, чем больше поверхность контакта жидкости с факелом пламени и время этого контакта при прочих равных условиях, тем интенсивнее теплоотвод, Очень малое тепловое и аэродинамическое взаимодействие с факелом пламени у компактной струи, большее – у распыленной, еще большее – у тонкораспыленной воды, подаваемой в зону пламени. Наибольший эффект тушения при подаче воды в факел пламени будет в том случае, когда ее охлаждающий эффект будет максимальным. То есть когда вся поданная на тушение пожара вода испарится за счет отвода тепла от факела пламени, непосредственно из зоны протекания химических реакций горения. Поэтому при таком механизме прекращения горения следует стремиться к тому, чтобы максимально возможное количество воды испарялось в объеме факела пламени, а не за его пределами. А при тушении водой путем подачи ее на поверхность горючих жидкостей или ТГМ более равномерная подача распыленной воды эффективна потому, что максимальный охлаждающий эффект будет иметь место при полном испарении всей поданной на тушение пожара воды за счет отъема тепла от горючего материала. Поэтому вода должна находиться в контакте с поверхностными (наиболее прогретыми) слоями ЛВЖ, ГЖ или ТГМ до полного ее испарения.
