Огнетушащие вещества и материалы

К огнетушащим относятся вещества и материалы, с помощью кото­рых прекращается горение.

Огнетушащие вещества оказывают комбинированное воздействие на процесс горения вещества. Вода, например, может охлаждать и изоли­ровать (или разбавлять) источник горения; пенные средства действуют изолирующе и охлаждающе; порошковые составы изолируют и тормозят реакцию горения; газовые вещества действуют одновременно как разбави­тели и как тормозящие реакцию горения.

Все огнетушащие вещества в зависимости от принципа прекращения горения разделяются на виды:

- охлаждающие зону реакции или горящие вещества (вода, водные растворы
солей, твердый диоксид углерода и др.);

- разбавляющие вещества в зоне реакции горения (инертные газы, водяной
пар, тонкораспыленная вода, газоводяные смеси, продукты взрыва и др.);

- изолирующие вещества от зоны горения (химическая и воздушно-меха­
ническая пены, огнетушащие порошки, негорючие сыпучие вещества, листовые
материалы и др.);

- химически тормозящие реакцию горения (составы 3.5; хладоны 114В2,
13В1 и др.).

Однако любое огнетушащее вещество обладает каким-либо одним доминирующим свойством.

Быстро ликвидировать горение можно при правильном выборе сред­ств и способов ликвидации горения. Для этого надо знать свойства горючих веществ и характер (вид) процесса горения; условия, при которых проте­кает горение; метеорологические условия; иметь в виду трудоемкость и безопасность работ личного состава по ликвидации горения и применять наиболее эффективное огнетушащее вещество.

В табл. 1.1 приведены классы пожаров и средства их ликвидации.

1.1. Огнетушащие вещества охлаждения

Вода — основное огнетушащее вещество охлаждения, наиболее дос­тупное и универсальное. Хорошее охлаждающее свойство воды обусловлено ее высокой теплоемкостью [4187 Дж/(кг/град), 1 ккал/(кг/град)] при нор­мальных условиях. При попадании на горящее вещество вода частично испаряется и превращается в пар.

При испарении 1 л воды образуется 1700 л пара, благодаря чему кислород вытесняется из зоны пожара водяным паром. Вода, имея высокую теплоту парообразования [2236 кДж/кг (534 ккал/кг)], отнимает от горящих материалов и продуктов горения большое количество теплоты. Вода обладает высокой термической стойкостью; ее пары только при температуре выше

Таблица 1.1 Классификация пожаров по ГОСТ 27331 и рекомендуемые огнетушащие вещества

Класс пожа­ра	Характеристика класса	Под­класс пожара	Характеристика подкласса	Рекомендуемые огнетушащие вещества
А	Горение твердых веществ	А1	Горение твердых веществ, сопровождаемое тлением (например, древесина, бу­мага, уголь, текстиль)	Вода со смачивателями, хладоны, порошки типа АВСЕ
А2	Горение твердых веществ, не сопровождаемое тлением (каучук, пластмассы)	Все виды огнетушащих веществ
В	Горение жидких веществ	В1	Горение жидких веществ, нерастворимых в воде (бен­зин, нефтепродукты), а так­же сжижаемых твердых веществ (парафин)	Пена, мелкораспыленная вода, хладоны, порошки типа АВСЕ и ВСЕ
В2	Горение полярных жидких веществ, растворимых в воде (спирты, ацетон, гли­церин и др.)	Пена на основе специаль­ных пенообразователей, мелкораспыленная вода, хладоны, порошки типа АВСЕ и ВСЕ
С	Горение газообраз­ных ве­ществ		Бытовой газ, пропан, водо­род, аммиак и др.	Объемное тушение и флегматизация газовыми составами, порошки типа АВСЕ и ВСЕ, вода для охлаждения оборудова­ния
д	Горение металлов	Д1	Горение легких металлов и их сплавов (алюминий, маг­ний и др.), кроме щелочных	Специальные порошки
Д2	Горение щелочных метал­лов (натрий, калий и др.)	Специальные порошки
ДЗ	Горение металлосодержа-щих соединений (металло-органические соединения, гидриды металлов)	Специальные порошки

Примечание. Класс пожара Е — объект тушения может находиться под напря­жением электрического тока.

1700°С могут разлагаться на водород и кислород. В связи с этим тушение водой большинства твердых материалов (древесины, пластмасс, каучука и др.) безопасно, так как их температура горения не превышает 1300°С. Вода почти со всеми твердыми горючими веществами не вступает в реакцию, за исключением щелочных и щелочно-земельных металлов (ка­лия, натрия, кальция, магния и др.) и некоторых других веществ, пред­ставленных в табл.

Вещество или материал	Результат воздействия воды
Азид свинца	Взрывается при увеличении влажности до 30%
Алюминий, магний, цинк	При горении разлагают воду на водород и кис-
	лород
Гидриды щелочных и щелочноземе-	Выделяют водород
льных металлов
Гремучая ртуть	Взрывается от удара струи
Калий, кальций, натрий, рубидий,	Реагируют с водой, выделяют водород
цезий металлические
Карбиды алюминия, бария, кальция	Разлагаются с выделением горючих газов
Карбиды щелочных металлов	Взрываются
Кальций, натрий фосфористые	Выделяют самовоспламеняющийся на воздухе
	фосфористый водород
Нитроглицерин	Взрывается от удара струи
Селитра	Попадание воды в расплав селитры вызывает
	сильный взрывообразный выброс и усиление
	горения
Серный ангидрид	Взрывообразный выброс
Сесквихлорид	Взрывается
Силаны	Выделяют самовоспламеняющийся на воздухе
	гидрид кремния
Термит, электрон	Разлагает воду на водород и кислород
Титан и его сплавы	То же
Триэтил алюминий	То же
Хлорсульфоновая кислота	Взрывается

Наибольший огнетушащий эффект достигается при подаче воды в распыленном состоянии, так как увеличивается площадь одновременного равномерного охлаждения, вода быстро нагревается и превращается в пар, отнимая большое количество теплоты. Чтобы избежать ненужных потерь, распыленную воду применяют в основном при сравнительно небольшой высоте пламени, когда можно подать ее между пламенем и нагретой поверх­ностью (например, при горении подшивки перекрытий, стен и перегоро­док, обрешетки крыши, волокнистых веществ, пыли, темных нефтепродук­тов и др.). Распыленные водяные струи применяют также для снижения температуры в помещениях, защиты от теплового излучения (водяные завесы), для охлаждения нагретых поверхностей строительных конструкций сооружений, установок, а также для осаждения дыма.

В зависимости от вида горящих материалов используют распыленную воду различной степени дисперсности.

При тушении пожаров твердых материалов, смазочных масел приме­няют струи со средним диаметром капель около 1 мм; при тушении горящих спиртов, ацетона, метанола и некоторых других горючих жидкостей —

распыленные струи, состоящие из капель диаметром 0,2...0,4 мм.

Сплошные струи используют при тушении наружных и открытых внут­ренних пожаров, когда необходимо подать большое количество воды на значительное расстояние или если воде необходимо придать ударную силу (например, при тушении газонефтяных фонтанов, открытых пожаров, а также пожаров в зданиях больших объемов, когда близко подойти к очагу горения невозможно; при охлаждении с большого расстояния соседних объектов, металлических конструкций, резервуаров, технологических аппаратов).

Сплошные струи нельзя применять там, где может быть мучная, уго­льная и другая пыль, а также при горении жидкостей в резервуарах. Для равномерного охлаждения площади горения сплошную струю воды переме­щают с одного участка на другой. Когда с увлажненного горючего вещества сбито пламя и горение прекращено, струю переводят в другое место.

Как огнетушащее вещество, вода плохо смачивает твердые материалы из-за высокого поверхностного натяжения (72,8-103 Дж/м), что препятст­вует быстрому распределению ее по поверхности, прониканию в глубь горя­щих твердых материалов и замедляет охлаждение.

Для уменьшения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). На практике используют растворы ПАВ (смачивателей), поверхностное натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды. Оптимальное время смачивания 7...9 с. Соответствующие этому времени концентрации смачивателей в воде считают оптимальным и рекомендуют для тушения. Применение растворов смачивателей позволяет уменьшить расход воды на 35...50%, что обеспечивает ликвидацию горения одним и тем же объемом огнетушащего вещества на большей площади. Рекомендуемые концентрации смачивателей (%) в водных растворах для туше­ния пожаров приведены в табл. 1.2.

Таблица 1. 2 Рекомендуемые концентрации смачивателей

Смачиватель	Оптимально	ая концентрация (% к воде)
Смачиватель ДБ		0,2...0,25
Сульфанол
НП-1 НП-5 Б Никаль НБ		0,3.-0,5 0,3.-0,5 1,5.-1,8 0,7...0,8
Вспомогательное вещество
ОП-7 ОП-8 Эмульгатор ОП-4 Пенообразователь		1,5.-2,0 1,5.-2,0 1,95.-2,1 3,5-6,5

Твердый диоксид углерода (углекислота), как и вода, может быстро отнять теплоту от нагретого поверхностного слоя горящего вещества. При температуре -79°С он представляет собой мелкокристаллическую массу плотностью 1,53 кг/м³. Такая масса образуется при переходе диоксида угле-

рода из жидкой в газообразную фазу при быстром увеличении объема.

Жидкий диоксид углерода в результате расширения переходит в твердое состояние и выбрасывается в виде хлопьев, похожих на снежные, с температурой (-78,5°С). Под влиянием теплоты, выделяющейся на пожа­ре, твердый диоксид углерода, минуя жидкую фазу, превращается в газ. При этом он является средством не только охлаждения, но и разбавления горящих веществ. Теплота испарения твердого диоксида углерода значите­льно меньше, чем воды — 0,57-10³ кДж/кг (136,9 ккал/кг), однако, из-за большой разницы температур твердого диоксида углерода и нагретой по­верхности, охлаждается поверхность гораздо быстрее, чем при применении воды. Твердый диоксид углерода прекращает горение всех горючих веществ, за исключением магния и его сплавов, металлического натрия и калия. Он неэлектропроводен и не взаимодействует с горючими веществами и материалами, поэтому его применяют при тушении электроустановок, двигателей и моторов, а также при пожарах в архивах, музеях, выставках и т. д. Подают твердый диоксид углерода из огнетушителей, передвижных и стационарных установок.

1.2. Огнетушащие вещества изоляции

К огнетушащим веществам, оказывающим изолирующее действие, относятся пена, огнетушащие порошки, негорючие сыпучие вещества (пе­сок, земля, флюсы, графит и др.), листовые материалы (войлочные, асбес­товые, брезентовые покрывала, щиты). В некоторых случаях, например, при тушении сероуглерода, в качестве изолирующего вещества может быть использована вода.

Пена — наиболее эффективное и широко применяемое огнетушащее вещество изолирующего действия, представляет собой коллоидную систему из жидких пузырьков, наполненных газом.

Пленка пузырьков содержит раствор ПАВ в воде с различными стаби­лизирующими добавками. Пены подразделяются на воздушно-механичес­кую и химическую.

В настоящее время в практике пожаротушения в основном приме­няют воздушно-механическую пену. Для ее получения используют различ­ные пенообразователи.

Воздушно-механическую пену получают смешением водных раство­ров пенообразователей с воздухом в пропорциях от 1:3 до 1:1000 и более в специальных стволах (генераторах).

Изолирующее свойство пены — способность препятствовать испаре­нию горючего вещества и прониканию через слой пены паров, газов и различных излучений. Изолирующие свойства пены зависят от ее стойкости, вязкости и дисперсности. Низкократная и среднекратная воздушно-меха­ническая пена на жидкостях обладает изолирующей способностью в пре­делах 1,5...2,5 мин при толщине изолирующего слоя 0,1...1 м.

Низкократными пенами тушат в основном горящие поверхности. Они хорошо удерживаются и растекаются по поверхности, препятствуют прорыву горючих паров, обладают значительным охлаждающим действием.

Низкократную пену используют для тушения пожаров на складах древесины, так как ее можно подать струей значительной длины; кроме того, она хорошо проникает через неплотности и удерживается на поверх­ности, обладает высокими изолирующими и охлаждающими свойствами.

Высокократную пену, а также пену средней кратности применяют для объемного тушения, вытеснения дыма, изоляции отдельных объектов от действия теплоты и газовых потоков (в подвалах жилых и производст­венных зданий; в пустотах перекрытий; в сушильных камерах и вентиля­ционных системах и т. п.).

Пена средней кратности является основным средством тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах и разлитых на открытой поверхности.

Воздушно-механическую пену часто применяют в сочетании с огне-тушащими порошковыми составами, нерастворимыми в воде. Огнетушащие порошковые составы высокоэффективны для ликвидации пламенного горе­ния, но почти не охлаждают горящую поверхность. Пена компенсирует этот недостаток и дополнительно изолирует поверхность.

Пены — достаточно универсальное средство и используются для тушения жидких и твердых веществ, за исключением веществ, взаимо­действующих с водой. Пены электропроводны и коррозируют металлы. Наиболее электропроводна и активна химическая пена. Воздушно-механи­ческая пена менее электропроводна, чем химическая, однако, более элек­тропроводна, чем вода, входящая в состав пены.

1.2.1. Пенообразователи и пены

Классификация пенообразователей. Пенообразователи и пены разли­чаются по:

- назначению;

- структуре;

- химической природе поверхностно-активного вещества;

- способу образования.

По природе основного поверхностно-активного вещества:

- протеиновые (белковые);

- синтетические углеводородные;

- фторсодержащие.

По способу образования:

- химические (конденсационные);

- воздушно-механические;

- барботажные;

- струйные.

По назначению пенообразователи различают:

- общего назначения;

- целевого назначения;

- пленкообразующие.

По структуре пены подразделяются на высокодисперсные и грубо-дисперсные.

По кратности:

- пены низкой кратности и пеноэмульсии;

- пены средней кратности;

- пены высокой кратности.

Пенообразователи целевого назначения отличаются определенной направленностью состава. Например, образующие очень устойчивую пену, длительно не разрушающуюся на открытом воздухе.

Такие пены хорошо сохраняются на поверхности потушенного бен­зина и нефти, препятствуя повторному воспламенению горючего.

Пенообразователи являются многокомпонентными растворами, на­пример пенообразователь "Сампо", в состав которого входят алкилсуль-фаты, высшие жирные спирты, карбамид, бутанол и бутилацетат.

Для тушения спиртов и водорастворимых органических соединений используют пенообразователи, в состав которых входят природные или синтетические полимеры, которые коагулируют при смешении водного раствора с растворителем. В результате коагуляции на поверхности орга­нического растворителя образуется толстая полимерная пленка, которая механически защищает пену от контакта с растворителем.

Широко использовалось природное высокомолекулярное сое­динение — альгинат натрия, который добывают из морских водорослей — ламинарий. При контакте пены со спиртом полимер коагулирует, образуя толстую полимерную пленку на поверхности спирта, которая предотвра­щает непосредственный контакт пены со спиртом.

К пенообразователям целевого назначения также относятся морозо­устойчивые пенообразователи, которые содержат от 15 до 35% полиэти-ленгликолей. Универсальные и многоцелевые отечественные пенообразо­ватели "Форэтол" и "Универсальный" пригодны для тушения любых горю­чих жидкостей, но особенно высока их эффективность при тушении мета­нола и этилового спирта, причем тушение происходит без существенного их разбавления водой.

Пленкообразующие пенообразователи, например "Подслойный" (Ново­российск), способны самопроизвольно формировать на поверхности углево­дородов водную пленку, которая предотвращает поступление паров воды в зону горения. Этот эффект достигается за счет резкого понижения поверх­ностного натяжения водного раствора до величины порядка 15-18 мН/м.

Типы применяемых пенообразователей и их параметры представле­ны в табл. 1.3 и 1.4.

Устойчивость пены. Пена — это структурированная дисперсная сис­тема, состоящая из деформированных пузырьков воздуха и жидкости, содержащейся в пленках и каналах.

Отношение объема пены Vj к объему жидкости в пене V_o называется кратностью К:

Таблица 1.3

Типы применяемых пенообразователей и их параметры

№	Показатели	Марка
пп.	ПОИ	П0-1Д	по-бк	ПО-ЗАИ	ТЭАС	САМПО	Подслойный	форэтол	Универсальный	6-ЦТ	6-МТ	6-тс	6-тс-м	6-тс-в	6-ТФ
	Биологическая разлагаемость раствора	б/ж	б/ж	б/ж	б/м	б/м	б/м	б/ж	б/ж	б/ж	90%	90%	-	90%	90%	80%
	Кинематическая вязкость г> при 20°С,г>- 1(Г^6м^2/с, не более
	Плотность с, при20°С, с- 10^3 кг/м^3	1,10	1,05	1,05	1,02	1,00	1,01	1,10	1,10	1,30	1,0-1,2	1,0-1,2	1,0-1,2	1,0-1,2	1,0-1,2	1,0-1,2
	Температура застывания, °С	-8	-3	-3	-3	-8	-10	-40	-5	-10	-8	-20	-3	-5	-5	-5
	Рабочая кон­центрация ПО, % для воды с жесткостью мг-гжв/л до 10

Таблица 1.4

Огнетушащие свойства различных видов пенообразователей

Показатели	Протеиновый	Синтетический	Фторпротеиновый	Фторсинтетический пленкообразующий	Фторп ротеинов ы й пленкообразующий
Скорость тушения	*	***	***	****	****
Сопротивляемость к повторному возгоранию	****	*	****	***	***
Устойчивость к углеводородам	*	*	***	****	****

Обозначения: * — слабая, ** — средняя, *** — хорошая, **** — отличная.

Примечания: 1.Для тушения полярных жидкостей используется пенообразователи FC-602, и AFFF-AR.

2. В некоторых климатических зонах используются низкотемпературные пенообразователи с температурой замерзания i
20°С) ПО-6 МТ и с температурой (-30°С) ПО ТЭАС- НТ

3. Для получения пены из морской воды используется пенообразователь "МОРПЕН" ПО-6 НП.

К = V! / V_o.

Пена является неустойчивой дисперсной системой. С момента обра­зования в пене начинается процесс диффузионного переноса воздуха из маленьких пузырьков в большие, в результате число пузырьков со временем уменьшается, а их средний размер увеличивается.

Водный раствор через систему каналов постепенно выделяется из пены. Этот процесс традиционно называют синерезисом.

Общей характеристикой устойчивости пены является ее способность сохранять параметры исходной структуры.

Различают следующие показатели устойчивости пены:

Устойчивость объема пены. Характеризуется временем разрушения 25% от исходного объема.

Устойчивость к обезвоживанию (синерезису). Характеризуется време­нем выделения из пены 50% жидкости.

Устойчивость структурная. Характеризуется временем изменения среднего диаметра пузырьков на 25% от исходной величины.

Контактная устойчивость на поверхности полярных горючих жид­костей. Характеризуется временем полного разрушения пены.

Термическая устойчивость. Характеризуется временем разрушения всего объема пены под действием теплового потока от факела пламени.

Устойчивость изолирующего действия. Характеризуется временем, в течение которого слой пены препятствует воспламенению жидкости открытым источником пламени.

Причиной контактного теплового разрушения пены является десорб­ция молекул поверхностно-активного вещества - пенообразователя, потеря поверхностной активности молекул при высокой температуре раствора в пленках пены.

При контакте пены с органическими водорастворимыми ГЖ в кана­лах пены образуется смешанный раствор, в котором молекулы пенообразо­вателя хорошо растворимы. В таком растворителе не образуется мицелл, поскольку растворы являются истинными, молекулярными, т. е. молекулы не адсорбируются на границе "раствор-воздух".

Аналогичная ситуация возникает и при нагревании раствора пено­образователя. По мере увеличения температуры повышается молекулярная (истинная) растворимость молекул ПАВ и они перестают концентрирова­ться на поверхности.

Снижение поверхностной активности молекул ПАВ происходит по мере увеличения в водно-органической смеси концентрации горючего ком­понента или по мере увеличения температуры водного раствора.

Кратность пены. В зависимости от величины кратности пены разде­ляют на четыре группы:

- пеноэмульсии (К < 3);

- пены низкой кратности (3 < К < 20);

- пены средней кратности (20 < К < 200);

- пены высокой кратности (К > 200).

В практике тушения пожаров используются все четыре вида пены, которые получают различными способами и устройствами:

- пеноэмульсии — соударением свободных струй раствора;

- пены низкой кратности — пеногенераторами, в которых эжектируемый
воздух перемешивается с раствором пенообразователя;

- пена средней кратности образуется на металлических сетках эжекционных
пеногенераторов;

- пена высокой кратности получается на генераторах с перфорированной
поверхностью тонких металлических листов или на специальном оборудовании, в
результате принудительного наддува воздуха в пеногенератор от вентилятора.

Устойчивость пены к обезвоживанию во многом определяет ее изолирую­щее действие, которое выражается в снижении скорости поступления паров горючего в зону горения. Чем больше пена теряет жидкости, тем тоньше стано­вятся пленки пены, тем меньше они препятствуют испарению горючего.

Скорость синерезиса определяется эффективным диаметром пенных каналов, высотой слоя пены и подвижностью поверхности пенных каналов. Если стенки каналов жесткие, то течение жидкости будет определяться вязкостью раствора.

1.2.2. Огнетушащие порошковые составы (ОПС)

Огнетушащее действие ОПС заключается в основном в изоляции горящей поверхности от воздуха, а при объемном тушении — в ингибирую-щем действии порошков, связанным с обрывом цепей реакции горения.

Химический состав и назначение компонентов огнетушаших порош­ков. Основные компоненты порошков:

- негорючая основа........................... 90-95%;

- гидрофобизатор............................... 3-5%;

- депрессант..................................... 1-3%;

- антиоксиданты............................. 0,5-2%;

- целевые добавки........................... 1-3%.

Примеры компонентов огнетушащих порошков: негорючая основа:

- гидрокарбонат натрия NaHCO₃;

- карбонат натрия Na₂CO₃;

- гидрофосфат аммония (NH₄)HPO₃;

- диаммония фосфат (NH₄)PO₄;

- хлориды щелочных металлов NaCI, KCI;

- пористый кремний;
гидрофобизат оры:

- стеараты многовалентных металлов;

- силиконовые масла;
депрессанты:

- тальк;

- нерфторированные углеводороды.

Основной состав отечественных порошков представлен в табл. 1.5. Состав отечественных порошков. Химический состав негорючей не­органической основы:

Таблица 1.5

Дата добавления: 2015-06-27