2.1.17.3. Основные характеристики огнетушащих веществ

Необходимо отметить, что до сих пор не разработаны общепринятые принципы и количественные закономерности, позволяющие заранее рассчитать условия пожаротушения. Это связано с чрезвычайным многообразием факторов, определяющих развитие и подавление пожаров. Поэтому для подбора огнетушащих веществ и определения норм их расходов пользуются обычно экспериментальными данными с учетом конкретных условий предполагаемого пожара. При этом и в отношении экспериментальных методов выбора и оценки эффективности огнетушащих средств единообразие отсутствует. Прежде всего, надо отметить, что существуют лабораторные и полигонные методы испытания огнетушащих веществ. Необходимость проверки результатов лабораторных опытов полигонными испытаниями обусловлена сложностью моделирования процесса пожаротушения и в частности экстраполяции результатов опытов на реальные масштабы.

Прежде чем перейти к изложению некоторых закономерностей и особенностей процессов пожаротушения различными огнетушащими составами, рассмотрим такие показатели, как огнетушащая эффективность и интенсивность подачи, представляющие собой основные характеристики огнетушащих средств.

Под огнетушащей эффективностью обычно понимают минимальное количество огнетушащих веществ, пошедших на подавление какого-либо принятого в качестве модельного очага пожара. В случае применения средств объемного тушения (газовых составов) под огнетушащей эффективностью понимают концентрацию огнетушащих веществ, которую выражают в объемных процентах или граммах на единицу защищаемого объема (г/м³).

За интенсивность подачи огнетушащих составов принимают их массовый расход во времени на единицу защищаемой площади или объема. Интенсивность подачи огнетушащих составов выражают в кг/(м²•с) или л/(м²•с) при поверхностном пожаротушении и в кг/(м³•с) или в л/(м³•с) при объемном тушении. Удельный расход огнетушащих составов определяется произведением интенсивности их подачи на время тушения и выражается в кг/м² при поверхностном тушении и в кг/м³.

При проектировании систем пожаротушения после выбора огнетушащего состава наиболее важно определить оптимальную интенсивность подачи состава. Решение этой задачи связано с необходимостью соблюдения двух условий: удельный расход должен быть минимальным, а время тушения не должно быть более допустимого.

2.1.17.4 Тушение водой

Вода является наиболее широко применяемым огнетушащим средством тушения пожаров веществ в различных агрегатных состояниях. Факторами, обуславливающими достоинства воды как огнетушащего средства, помимо доступности и дешевизны являются значительная теплоемкость, высокая теплота испарения, подвижность, химическая нейтральность и отсутствие ядовитости. Такие свойства воды обеспечивают эффективное охлаждение не только горящих объектов, но и объектов, расположенных вблизи очага горения, что позволяет предотвратить разрушение, взрыв и загорание последних. Хорошая подвижность обеспечивает легкость транспортирования воды и доставки ее в удаленные и труднодоступные места.

Огнетушащая способность воды обуславливается охлаждающим действием, разбавлением горючей среды образующимися при испарении парами и механическим воздействием на горящее вещество, т.е. срывом пламени. Разбавляющее действие, приводящее к снижению содержания кислорода в окружающем воздухе, объясняется тем, что объем пара в 1700 раз превышает объем испарившейся воды.

Однако объем водяного пара, образующегося при пламенном горении, невелик, поскольку вода контактирует с горящим материалом непродолжительное время и роль пара в прекращении горения незначительна. При горении твердых материалов основную роль в пожаротушении играет охлаждение поверхности .

Известны следующие способы подачи воды в очаг горения: в виде сплошных и распыленных струй. Сплошные струи представляют собой неразрывный поток воды, имеющий большую скорость и сравнительно небольшое сечение. Эти струи характеризуются определенной ударной силой и большой дальностью полета; при этом значительные объемы воды воздействуют на малую площадь.

Сплошными струями тушат пожары в тех случаях, когда требуется подать воду на большое расстояние или придать ей значительную ударную силу (например, при тушении пожаров газовых фонтанов, при большом очаге пожара, когда невозможно доставить близко к очагу горения ствол для подачи воды, при необходимости с большого расстояния охлаждать соседние с горящим объектом металлоконструкции, резервуары и т.п.). Этот способ тушения является наиболее простым и распространенным.

Распыленные струи - это поток воды, состоящий из мелких капель. Эти струи характеризуются незначительными ударной силой и дальностью действия, но орошают большую поверхность. При подаче воды распыленными струями создаются наиболее благоприятные условия для ее испарения и тем самым повышения охлаждающего эффекта и разбавления горючей среды. Тушение распыленными струями имеет ряд преимуществ (в первую очередь, сокращается расход воды) и поэтому в последние годы находит все большее применение.

Установлено, что оптимальный диаметр капель для тушения бензина составляет 0,1 мм, для керосина и спирта - 0,3 мм, для трансформаторного масла' и нефтепродуктов с высокой температурой вспышки - 0,5 мм. Отношение времени испарения капли воды ко времени ее нагрева не зависит от размера капли и составляет около 13,5. Установлено также, что время испарения капли диаметром 0,1 мм не превышает 0,04 с. За это время капли с указанной степенью дисперсности успевают полностью испариться в пламени и обеспечить высокий коэффициент использования и соответствующий эффект тушения. Более крупные капли испаряются не] полностью и не дают подобного эффекта, который определяется преимущественно интенсивностью испарения, приводящего к снижению температуры и разбавлению горючей системы.

Наиболее существенным недостатком воды, ограничивающим область и условия ее применения в качестве огнетушащего средства, является сравнительно высокая температура замерзания. Для понижения температуры замерзания применяют специальные добавки и антифризы: минеральные соли (К₂СО₃, MgCl, СаСl), некоторые спирты (гликоли).

В зависимости от источника вода содержит различные природные соли, обуславливающие повышение ее коррозионной способности и электропроводности. Пенообразователи, соли, используемые против замерзания, и другие добавки также усиливают эти свойства. Предотвратить коррозию контактирующих с водой металлических изделий (корпусов огнетушителей, трубопроводов и др.) можно либо нанесением на них специальных покрытий, либо добавлением к воде ингибиторов коррозии. В качестве последних применяют неорганические соединения (кислые фосфаты, карбонаты, силикаты щелочных металлов, окислители типа хроматов натрия, калия или нитрита натрия, образующие на поверхности защитный слой), органические соединения (алифатические амины и другие вещества, способные абсорбировать кислород). Наиболее эффективный из них - хромат натрия, но он токсичен. Для защиты от коррозии пожарного оборудования обычно применяют покрытия.

Добавляемые к воде примеси (особенно диссоциирующие соли) усиливают ее электропроводность на 2-3 порядка. Например, при использовании чистой водопроводной воды электрический ток на расстоянии 1,5 м от электрооборудования практически равен нулю, а при добавке соды в количестве 0,5 % (об.) возрастает до 50 мА. Поэтому при тушении пожаров водой электрооборудование обесточивают. Вместе с тем известны примеры применения воды для защиты высоковольтного кабельного хозяйства. В этом случае применяют дистиллированную воду.

Воду нельзя применять для тушения веществ, бурно реагирующих с ней с выделением горючих газов. К таким веществам относятся металлы (особенно опасны щелочные металлы, которые реагируют со взрывом), многие металлические соединения (концентрированные алюминийорганические и литийорганические соединения и др.), карбиды металлов, многие гидриды металлов и др.

Нефтепродукты и многие другие органические жидкости при тушении водой всплывают на ее поверхность, и площадь пожара увеличивается. В этом случае следует применять распыленную воду. Характер дробления воды при этом (размер капель) следует подбирать с учетом температуры вспышки горючего в соответствии с данными, рассмотренными выше. При тушении горящих масел и жиров водой, особенно при применении компактных струй, может произойти выброс или разбрызгивание горящих продуктов.

Ниже дан краткий перечень веществ, для тушения которых нельзя применять воду и водопенные средства (табл. 17.2):

Таблица 17.2. Несовместимость тушения водой некоторых веществ

Вещество	Характер взаимодействия с водой
Алюминийорганические соединения	Реагируют со взрывом
Литийорганические соединения, азид свинца, карбиды щелочных металлов, гидриды ряда металлов, магний, цинк и другие металлы, карбиды кальция, алюминия, бария, силаны	Разложение с выделением горючих газов
Гидросульфит натрия	Происходит самовозгорание
Серная кислота, термит хлорид титана	Сильный экзотермический эффект
Битум, пергидрат натрия, жиры, масла петролатум	Усиление горения в результате выброса, разбрызгивания, вскипания

Отрицательными явлениями, препятствующими применению воды для пожаротушения, являются хлопки, вспышки, разбрызгивание горящих материалов, дополнительное разгорание, увеличение объема пламени, вспенивание, выброс горящего продукта и др.

Весьма существенными недостатками воды являются её плохая смачивающая способность и малая вязкость, затрудняющие тушение волокнистых, пылевидных и особенно тлеющих материалов. Тлению подвержены материалы с большой удельной поверхностью, в порах которых содержится воздух, необходимый для горения. Такие материалы могут гореть при сильно сниженном содержании кислорода в окружающей среде. Проникновение огнетушащих средств в поры тлеющих материалов, как правило, довольно затруднительно.

Для повышения огнетушащей эффективности воды в нее вводят добавки, повышающие смачивающую способность, вязкость и т.п.