Глава 4. Огнетушащие вещества и составы

Огнетушащее вещество (ОТВ) представляет собой вещество, обладающее физико-химическими свойствами, позволяющими создать условия прекращения горения.

Пожаротушение – комплекс мероприятий и действий, направленных на ликвидацию возникшего пожара. Поскольку для возникновения и развития процесса горения необходимы присутствие горючего вещества, окислителя и источника зажигания, для прекращения горения достаточно исключить какой-либо из указанных факторов. Следовательно, пожаротушение можно обеспечить следующими путями:

• изоляция очага горения от воздуха, или снижение концентрации О₂ в воздухе разбавлением негорючими газами до значения, при котором не может происходить горение;

• охлаждение очага горения до температуры ниже определенного предела;

• интенсивное торможение (ингибирование) скорости химических реакций в пламени;

• механический срыв пламени сильной струей газа или воды;

• создание условий огнепреграждения.

Для тушения пожаров различных классов применяют различные огнетушащие вещества и составы [17]. Они могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии: вода, вода и смачиватели, пены, инертные газы, галогеноуглеводороды, порошки, комбинированные составы.

Огнетушащие вещества должны:

1. обеспечивать тушение пожара поверхностным или объемным способом их подачи с характеристиками подачи огнетушащих веществ в соответствии с тактикой тушения пожара.

2. применяться для тушения пожара тех материалов, взаимодействие с которыми не приводит к опасности возникновения новых очагов пожара или взрыва.

3. сохранять свои свойства, необходимые для тушения пожара, в процессе транспортирования и хранения.

По принципу действия огнетушащие вещества подразделяют на охлаждающие (вода, четыреххлористый углерод и др.), разбавляющие горючие вещества или снижающие содержание кислорода в зоне горения (вода, водяной пар, углекислый газ) и химически тормозящие процесс горения (бромистый этил, бромистый метил, дибромтетрафторэтан).

Огнетушащие вещества не должны оказывать опасное для человека и окружающей среды воздействие, превышающее принятые допустимые значения.

Основные требования к огнетушащим средствам:

1. высокий эффект тушения при относительно малом расходе;

2. дешевизна и безопасность в обращении;

3. минимальный вред, причиненный материалом и предметом при тушении.

Вода является наиболее распространенным огнетушащим средством. Она обладает высокой теплоемкостью и теплотой парообразования: 1 литр Н₂О при нагревании от 0 до 100 С поглощает 419 кДж тепла, а при испарении 2260 кДж, образуя при этом около 1700 литров пара. Огнегасительный эффект достигается охлаждающим действием, снижением концентрации О₂ за счет парообразования, а также изолирующим горючее вещество от зоны горения. Вода подается в зону горения в виде компактных и распыленных струй (размер капель более 100 мкм), а также в тонкораспыленном состоянии (размер капель менее 100 мкм). Интенсивность подачи Н₂О при тушении различных материалов колеблется в пределах от 0,1 до 0,5 л/см².

Вода используется в виде сплошных и распыленных струй.

Сплошные струи представляют собой неразрывный поток воды, имеющий большую скорость и сравнительно небольшое сечение.

Такие струи характеризуются определенной ударной силой и большой плотностью полета при этом значительные объемы воды воздействуют на малую площадь пожара (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Интенсивность подачи воды, необходимой для тушения твердых

материалов (опытные данные)

Сплошными струями тушат пожары в тех случаях, когда требуется подать воду на большие расстояния или придать струе значительную ударную силу (например, при тушении больших очагов пожара, когда невозможно доставить близко к очагу горения ствол для подачи воды, при необходимости с большого расстояния охлаждать соседние с горящими объектами металлические конструкции, резервуары и т. д.). Этот способ тушения является наиболее простым и распространенным.

Распыленные струи – поток воды, состоящий из мелких капель. Эти струи характеризуются небольшими величинами ударной силы и дальности полета. Но орошают большую площадь. При подаче воды распыленными струями создаются наиболее благоприятные условия для ее испарения и тем самым повышается эффект охлаждающего действия и разбавления горючей среды паром.

Главное преимущество распыленных струй заключается в сокращении расхода воды и поэтому способ, использующий их, является перспективным.

К недостаткам воды относятся:

• сравнительно высокая температура замерзания;

• недостаточная в ряде случаев (например, при тушении тлеющих материалов) смачивающая способность;

• низкая эффективность охлаждения реагирующих веществ, при подаче в зону горение компактных струй;

• сравнительно высокая электропроводность, не позволяющая тушить объекты, находящиеся под напряжением;

• малая эффективность и даже отрицательный эффект при тушении нефтепродуктов и многих других горючих жидкостей, всплывающих на ее поверхность и продолжающих гореть;

• невозможность применять для тушения веществ, бурно реагирующих с ней с выделением тепла, горючих, а также токсичных и коррозийно активных газов.

Некоторые недостатки воды можно снизить или устранить введением в нее различных добавок:

• для понижения температуры замерзания в воду добавляют антифризы (от греч. anti- против и английского freeze – замерзать), водные растворы спиртов, глицерина, неорганических солей, гликолей;

• для повышения смачивающей способности в воду включают 0,5…2 % поверхностно-активных веществ (ПАВ) – сульфонатов, сульфонолов НП-1, НП-3; смачивателей ДБ, НБ, ОП-7, ОП-10; пенообразователей ПО-1 и другие, применяемых для уменьшения поверхностного натяжения воды;

• для уменьшения растекаемости в воду включают добавки, повышающие вязкость и уменьшающие время тушения (например, натрийкарбоксилцеллюлоза).

Водяной пар применяют для тушения объектов с ограниченным воздухообменом и небольшим объемом (до 500 м³), а также для тушения небольших пожаров на открытых площадках. Целесообразность применения пара оправдывается для предприятий, имеющих его большие ресурсы. Огнетушащее действие заключается в вытеснении воздуха из помещения. Для тушения пожара необходимо создать концентрацию водяного пара в воздухе не менее 35 % (по объему). Избыточная влага и охлаждающее влияние пара существенного значения при тушении пожара не имеет.

Пена – дисперсная система, в которой газ заключен в ячейки, отделенная одна от другой жидкостными пленками (пузырьки газа заключенные в тонкие оболочки пленки из жидкости). Пены применяют для тушения твердых и жидких веществ, не вступающих во взаимодействие с водой. В первую очередь, для тушения нефтепродуктов, имеющих плотность менее 1000 кг/м³ и не растворимые в воде. Основное огнетушащее свойство пены заключается в изоляции зоны горения путем образования на поверхности паронепроницаемого слоя определенной структуры и стойкости. Это достигается благодаря тому, что пена обладает значительной вязкостью и, имея плотность ниже плотности горящей жидкости (100…200 кг/м³), попадая на поверхность жидкости не оседает вниз, а находится на ней и изолирует горящую жидкость от кислорода воздуха и источников тепла, что способствует прекращению выделения горючих паров. Например, скорость испарения бензина под слоем пены, толщиной 5 см уменьшается в 30…40 раз. Изолирующее действие пены зависит от ее физико-химических свойств и структуры, от толщины ее слоя, а также от природы горючей жидкости, и температуры на ее поверхности.

Помимо этого, вследствие низкой теплопроводности пена препятствует передаче тепла от зоны горения, т.е. обладает охлаждающей способностью. Пена характеризуется кратностью и стойкостью.

Кратность пены – это отношение ее объема к объему исходных продуктов. Стойкость – время от момента образования пены до полного ее распада.

Различают две разновидности огнетушащих пен: химическую и воздушно-механическую. Химическая пена образуется в пеногенераторах из специальных пенопорошков, состоящих из кислотных и щелочных частей, в присутствии пенообразователя.

Пенопорошок состоит из сухих солей: щелочного компонента (Na₂CO₃, NaHCO₃) и кислотного компонента [Al₂(SO₄)₃, Fе(SO₄)₃], а также лакричного экстракта или другого пеноообразующего вещества.

Для тушения ацетона, спиртов и других водорастворимых, горючих жидкостей для придания пене гидрофобных свойств в ее состав вводят также около 2 % мыла.

Пеногенератор – аппарат непрерывного действия для образования химической пены. Состоит из емкости с водой, бункера для пенопорошка и струйного насоса.

При взаимодействии с водой компоненты пенопорошка растворяются и вступают в реакцию с образованием:

Na₂CO₃ + Н₂О  NaHCO₃ + NaОH;

Al₂(SO₄)₃ + 6Н₂О  2Al(ОН)₃ + 3Н₂SO₄;

Н₂SO₄ +2NaHCO₃  Na₂SO₄ + 2Н₂О + 2CO₂.

В присутствии пенообразующего порошка образуется огнетушащий состав, который через пожарный рукав и пенный ствол или пенослив подается в очаг пожара. При растекании химической пены образуется слой толщиной 7…10 см, весьма устойчивый, малоразрушающийся под действием пламени.

Пена не взаимодействует с горящими веществами и образует плотный покров, не пропускающий паров жидкости. Интенсивность подачи химической пены при тушении 0,17…0,74 л/см².

Последнее время наметилась тенденция к сокращению применения химической пены, что связано со сравнительно высокой стоимостью и сложностью тушения пожара. Поэтому ее применяют в основном в огнетушителях.

Воздушно-механическая пена (ВМП) представляет собой механическую смесь воздуха, воды и поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение воды. Обычно в качестве ПАВ используют пенообразователь типа ПО-1, состоящий из %:

• керосиновый экстракт Петрова (натриевые соли нефтяных сульфо- кислот) – 82,5…86,5;

• костный (столярный) клей – 3,5…5,5;

• этанол (этиловый спирт) или этиленгликоль – 10…12.

Характеристики химической и воздушно-механической пены:

1.Состав по объему, % (об).

Химическая пена СО₂ – 80; Н₂О – 19,7; пенообразующее вещество – 0,3.

ВМП % (об) воздух – 90; Н₂О – 9,8; пенообразующее вещество – 0,2.

2. Кратность (отношение объема пены к объему исходных продуктов).

Химическая пена – 5.

ВМП до 30 – низкократная; 30…200 – среднекратная, больше 200 – высокократная.

3. Стойкость (время от момента образования пены до полного ее распада).

Химическая пена – более 1 часа.

ВМП – около 30 мин.

Для получения ВМП используют стационарные воздушно-пенные установки.

При емкости воздушно-пенного стационарного генератора 250 л из него можно получить до 2-х кубометров пены (при толщине слоя 10…20 см можно покрыть поверхность до 10…20 м²).

К инертным газовым разбавителям относятся: СО₂, N₂, Ar, водяной пар, дымовые газы. Они выполняют две задачи:

1. предупреждение взрыва при скоплении в помещении горючих газов или паров путем создания среды, неподдерживающей горения;

2. тушение пожаров объемным способом, путем снижения концентрации О₂ в воздухе и уменьшения теплового эффекта за счет потери тепла на их нагревание.

Огнегасительная концентрация газов составляет приблизительно треть объемов помещения (3…36 %).

Углекислый газ – бесцветный газ. Хранится в стальных баллонах в сжиженном состоянии. Из 1 л сжиженного углекислого газа при температуре 0 С образуется 506 л газа.

Для большинства веществ огнегасительная концентрация составляет 20…30 %. Однако вдыхание воздуха, содержащего 10 % углекислого газа смертельно для человека. Поэтому система тушения с его использованием должна иметь сигнализирующее устройство об опасности (речь идет о газообразном углекислом газе, подаваемом в помещение через перфорированный трубопровод).

Второй способ подачи – выброс сжиженного углекислого газа через раструбы – диффузоры. В этом случае жидкий углекислый газ выдавливается в раструб и мгновенно испаряется. Процесс испарения идет с поглощением тепла, поэтому внутри раструба температура резко понижается до – 80 С и жидкий газ частично переходит в снегообразное состояние. Углекислый газ в снего- и жидкообразном состоянии часто называют углекислотой. Углекислота в газообразном состоянии обладает разбавляющим огнетушащим действием (снижает концентрацию кислорода в помещении), а в снегообразном еще и охлаждающим действием.

Углекислота применяется для быстрого тушения (210 с) особенно небольших поверхностей горючих жидкостей, стендов для испытания ДВС, электродвигателей и установок, находящихся под напряжением, т.к. она неэлектропроводна. Применение углекислоты исключается для тушения щелочных, щелочно-земельных металлов, гидридов металлов, а также веществ, в молекулы которых входит кислород, т.е. они горят без доступа воздуха.

Азот N₂ – газ без цвета и запаха. Обладает разбавляющим огнегасительным действием. Применяется главным образом для тушения веществ, горящих пламенем (жидкостей и газов). Плохо тушит тлеющие вещества (древесина, бумага, картон) и не тушит волокнистые материалы (хлопок, ткани). Разбавление воздуха азотом до содержания кислорода в пределах 12…15 % безопасно, а более высокое – опасно для человека. Поэтому для повышения его огнетушащего действия рекомендуется вводить от 3 до 5 % галогенуглеводородов.

Галогенуглеводороды (газы, жидкости) замедляют реакцию горения, поэтому их называют ингибиторами (флегматизаторами, антикатализаторами) [3].

Для тушения пожаров применяются галогенуглеводороды главным образом на основе предельных углеводородов – алканов (СН₄; С₂Н₆, реже С₃Н₈):

CH₂Br₂ – бромистый метилен;

CH₂J₂ – иодистый метилен;

CH₃Br – бромистый метил;

C₂H₅Br – бромистый этил.

Товарное наименование галогенуглеводородов – хладоны (ранее фреоны). В молекулах хладонов обязательно имеются атомы галогенов – фтор, хлор, бром, иод. Каждому хладону присвоен соответствующий номер. Например, трифторбромметан (хладон 13В1 – химическая формула CF₃Br): 1 – один атом углерода, 3 – три атома фтора, В – обозначается бром, 1 – один атом бора; дибромтетрафторэтан (хладон 114В2 – химическая формула С₂F₄Br₂).

Галогеноуглеоводороды являются летучими соединениями, они плохо растворяются в воде, но хорошо смешиваются со многими органическими веществами. Хладоны 114В2 ,12В2 (С₂F₄Br₂, СF₂Br₂) – тяжелые жидкости со специфическим запахом. Остальные хладоны при нормальных условиях – газы, легко сжижающиеся под небольшим давлением. Хладоны имеют высокую плотность как в жидкообразном, так в газообразном состоянии, что обеспечивает возможность создания струи и проникновения капель в пламя, а также удержания паров около очага горения. Низкие температуры замерзания делают возможным применение их при минусовых температурах. Хладоны обладают также хорошими диэлектрическими свойствами, поэтому их можно применять для тушения пожаров электрооборудования, находящегося под напряжением.

К недостаткам хладонов относится их вредное воздействие на организм человека: слабые наркотические яды, а продукты их термического разложения обладают высокой токсичностью и высокой коррозийной активностью.

Сжатый воздух используют для тушения горючих жидкостей с температурой вспышки больше 60 С методом их перемешивания. Горение прекращается при снижении температуры верхнего слоя жидкости ниже температуры воспламенения. К таким жидкостям, например, относятся:

ундекан (С₁₁Н₂₄, t_всп = 62 °С),

додекан (С₁₂Н₂₆, t_всп = 77 °С),

2-фуральдегид (С₅Н₄О₂, t_всп = 64 °С),

хлорид серы S₂Cl₂, t_всп = 118 °С).

Порошковые составы – мелкодисперсные минеральные соли с различными добавками, препятствующими слеживанию и комкованию. В качестве основы для огнетушащих порошков используют: моноаммоний фосфат NH₄H₂PO₄, диаммоний фосфат (NH₄)₂HPO₄. Соли угольной кислоты; карбонат натрия Na₂CO₃; бикарбонат натрия NaHCO₃. Соли соляной кислоты: хлорид натрия NaCl, хлорид калия KCl; стеорат кальция CaC₃₆H₇₀O₄, тальк 3MgO₄  4SiO₂  H₂O, неофилин Na₂O  Al₂O₃  2Si  O₂, кремнийорганические соединения (например, SiO (CH₃)₄; SiO₂(CH₃)₄; SiO₃(CH₃)₄); аммофос – сложное минеральное соединение, получаемое путем взаимодействия фосфорной кислоты H₃PO₄ с аммиаком, селикагель – высушенный студень (студенистый осадок кремниевой кислоты.

Кроме пожаротушения порошки могут применяться для флегматизации горючей среды и взрывоподавления. Они обладают следующими преимуществами:

• высокая огнетушащая способность, например, тушение пожаров класса В на большой площади в течение нескольких секунд;

• универсальность – возможность их применение для тушения пожаров разных классов, которые невозможно тушить водой или другими средствами, например, металлическое электрооборудование, находящееся под напряжением;

• возможность использования при отрицательной температуре;

• они не токсичны и не оказывают коррозийного действия;

• их можно использовать в сочетании с распыленной водой и пенными средствами;

• они сравнительно дешевы и удобны в обращении.

К недостаткам можно отнести их слёживаемость и комкование, однако, получение по современным технологиям резко улучшило их сопротивляемость слёживаемости и обеспечило хорошую текучесть, что резко повысило их применение.

Огнетушащие порошки в зависимости от классов пожара, которые ими можно потушить, делятся на следующие типы [5]:

• порошки типа АВСЕ, в которых основной активный компонент – фосфорно-аммонийные соли;

• порошки типа ВСЕ, в которых основным компонентом могут быть бикарбонат натрия или калия, сульфат калия, хлорид калия, сплав мочевины с солями угольной кислоты и т. д.;

• порошки типа Д, в которых основной компонент – хлорид калия, графит и т. д.

В зависимости от назначения порошковые составы делятся на порошки общего назначения (типа АВСЕ, ВСЕ) и порошки специального назначения (которые тушат, как правило, не только пожары класса D, но и пожары других классов).

Порошки хранят в специальных упаковках, предохраняя их от увлажнения и подают в очаг горения сжатыми газами.

Комбинированные составы – это огнетушащие средства, в которых сочетаются свойства составляющих веществ (табл. 4.2). Наиболее эффективными являются комбинации носителя с сильным ингибитором горения.

Таблица 4.2

Примеры комбинированных составов

Азотно-хладоновые и углекислотно-хладоновые составы можно хранить в одном баллоне под давлением.