2.1.17. Средства и способы пожаротушения. Условия, необходимые для прекращения горения
Для подавления горения необходимо выполнение хотя бы одного из следующих условий:
изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода разбавленного негорючими газами до значения, при котором не может происходить горение;
охлаждение очага горения до температуры ниже определенного предела;
интенсивное торможение (ингибирование) скорости химической реакции в пламени;
механический срыв пламени сильной струей газа или воды;
создание условий огнепреграждения, то есть таких условий, при которых пламя
распространяется через узкие каналы.
Все существующие огнетушащие средства оказывают, как правило, комбинированное воздействие на процесс горения веществ. Например, вода может охлаждать и изолировать (или разбавлять) источник горения; пенные средства действуют изолирующе и охлаждающе; наиболее эффективные газовые средства воздействуют на процесс горения одновременно как ингибиторы и как разбавители; порошки могут ингибировать горение и создавать условия огнепреграждения при образовании устойчивого порошкового облака. Однако для любого огнетушащего средства характерно какое-либо одно доминирующее свойство. Например, вода оказывает преимущественно охлаждающее воздействие на пламя, пена- изолирующее, огнетушащие средства на основе галогеноуглеводородов и порошковые составы - специфическое ингибирующее действие. Кроме того, в зависимости от условий применения проявляется то или иное свойство огнетушащего вещества. Некоторые порошковые составы при тушении горящих металлов проявляют в основном изолирующие свойства, а при подавлении горения углеводородов -ингибирующие.
Из сказанного следует, что, во-первых, огнетушащие средства не являются универсальными то есть при пользовании ими не достигается одинаковый огнетушащий эффект, и, во-вторых для подавления горения одного и того же вещества в ряде случаев могут быть применены различные огнетушащие средства. Поэтому при выборе средств тушения следует исходить из возможности получения наилучшего огнетушащего эффекта при минимальных затратах.
Прежде чем перейти к изложению представлений об огнетушащих свойствах различных средств и сведений о способах пожаротушения, необходимо рассмотреть особенности развития пожаров, от которых зависит достижение конечного результата - подавление горения.
2.1.17.1. Основные понятия о пожаре и его развитии
Важнейшими 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). Классификация пожаров в зависимости от физико-химических свойств горючих материалов и возможности их тушения различными огнетушащими веществами и составами приведена в таблицу 17.1.
Таблица 17.1. Классификация пожаров и средства пожаротушения
Класс пожаров |
Характеристика горючей среды или горящего объекта |
Рекомендуемые огнетушащие составы и средства |
А |
Обычные твердые горючие материалы (дерево, уголь, бумага, резина, текстильные материалы и д.р.) |
Все виды огнетушащих средств (прежде всего, вода) |
В |
Горючие жидкости и плавящиеся при нагревании материалы (бензин, мазут, лаки, масла, спирт, стеарин, каучук, некоторые синтетические материалы др.) |
Распыленная вода, все виды пен, составы на основе галогеналкилов, порошки |
С |
Горючие газы (водород, ацитилен, углеводороды и др.) |
Ударная струя воды на фонтан газа, инертные разбавители (N2, СО2), галогеноуглероды, порошки, вода (для охлаждения) |
Д |
Металлы и их сплавы (калий, натрий, алюминий, магний) |
Порошки (при спокойной подаче на горящую поверхность) |
Е |
Оборудование под напряжением |
Порошки, СО2, хладоны |
Пожарная нагрузка, в которую входят горючие конструктивные элементы зданий, и скорость ее выгорания определяют основные характеристики пожара, такие как температурный режим и продолжительность пожара, опасные факторы пожара (ОФП), воздействующие на людей, и др. Пожарную нагрузку дифференцируют в зависимости от ее распределения по площади на распределенную и сосредоточенную и характеризуют массой на единицу поверхности пола (кг/м2). Развитие пожара и его параметры в сильной степени зависят от вида и величины пожарной нагрузки.
По способу распределения пожарной нагрузки помещения делятся на два класса: I - помещения больших объектов, в которых пожарная нагрузка сосредоточена и горение может развиваться на отдельных разобщенных участках без образования общей зоны горения; II - помещения, в которых пожарная нагрузка рассредоточена по всей площади таким образом, что горение может происходить с образованием общей зоны горения. В зависимости от класса помещений выбирают способ пожаротушения. Например, для помещений второго класса наиболее удобным может .оказаться объемный способ.
Пожар может быть разделен на три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.
Зона горения занимает часть пространства, в котором непосредственно происходит горение. Она может ограничиваться ограждающими конструкциями зданий (помещения), стенками технологического оборудования. Горение на пожаре имеет, как правило, диффузионный турбулентный характер.
Важно также подчеркнуть, что в отличие от газов и жидкостей горение твердых материалов может происходить по горизонтальной, наклонной и вертикальной поверхностям. Скорость распространения пламени сильно зависит от угла наклона и направления распространения горения. Скорость распространения вертикально вниз в два раза ниже, чем по горизонтальной поверхности, и в 8 – 10 раз выше при распространении пламени вертикально вверх.
Зона теплового воздействия представляет собой часть пространства, прилегающую к зоне горения, в которой происходит теплообмен между зоной горения и окружающими конструкциями, материалами и пространством.
Зона задымления — пространство, смежное с зоной горения, в которое возможно распространение продуктов горения.
Скорость выгорания характеризуется потерей массы горючих материалов с единицы поверхности во времени кг/(м2•с). Этот параметр наряду с предыдущим определяет интенсивность тепловыделения при пожаре и, как следствие, его основные характеристики, которые необходимо учитывать при тушении пожара.
Удельная
скорость выгорания твердых материалов
при пожаре составляет
Эта скорость может изменяться в
зависимости от степени измельчения
материала и ряда других факторов.
Максимальная скорость выгорания при
свободном доступе воздуха наблюдается
при плотности распределения пожарной
нагрузки 0,25-0,3.
Газообмен очага пожара с окружающей средой определяет пути и скорость распространения пожара и наряду с предыдущими параметрами интенсивность выделения тепла и режим протекания пожара. Газообмен характеризуется площадью и взаимным расположением проемов, высотой помещения, этажностью, особенностью конструктивных решений и другими факторами. В зависимости от условий газообмена пожары разделяются на закрытые, протекающие в ограниченном объеме (в помещениях, сооружениях, аппаратных и т.п.), и открытые, протекающие на открытом воздухе или в помещениях I класса. Выбор способа пожаротушения в значительной степени зависит от условий газообмена. Развитие пожара во времени в зависимости от конкретных условий протекания пожара (газообмена, пожарной нагрузки и др.) характеризуется тремя фазами.
В 1-ой фазе при повышении среднеобъемной температуры до 200°С приток воздуха сначала увеличивается, а затем медленно снижается. При этом увеличивается площадь вытяжной части проемов и снижается содержание кислорода, происходит выгорание пожарной нагрузки, а горение продуктов газификации характеризуется неполнотой сгорания. Продолжительность 1-ой фазы составляет 2-30 % от общей продолжительности пожара. К концу 1-ой фазы резко возрастает температура в зоне горения, пламя распространяется на большую часть горючих материалов и конструкций.
Во 2-ой фазе скорость выгорания быстро достигает максимальной величины, а все параметры и опасные факторы пожара приобретают наибольшие значения. В этих условиях горят и трудногорючие материалы. В этот период создаются наиболее благоприятные условия достижения предела огнестойкости и обрушения строительных конструкций. В этой фазе создаются наибольшие трудности при тушении пожара. Поэтому следует не допускать достижения второй фазы.
В 3-ей фазе происходит догорание материала, а горение волокнистых материалов переходит в тление, хотя среднеобъемная температура остается еще весьма высокой. Тушение пожара в этот период затрудняется тем, что горение отдельных материалов происходит в режиме тления.
В этих условиях, как правило, значительно возрастает расход огнетушащих веществ, а некоторые из них оказываются непригодными для пожаротушения.
Метеорологические условия играют важную роль при открытых пожарах. Осадки, как правило, облегчают пожаротушение, а ветер усложняет этот процесс.