Средства и способы пожаротушения

Возникновение и развитие процесса горения являются перво­причинами пожара. При этом необходимо, чтобы одновременно было сочетание горючего вещества, окислителя и непрерывного потока тепла от очага пожара к горючему материалу. Следователь­но, для прекращения горения достаточно исключить любой из элементов, поддерживающих процесс горения, т.е. можно сни­зить содержание горючего компонента, уменьшить концентрацию окислителя, увеличить энергию активации реакции или снизить температуру процесса.

Основные способы пожаротушения:

• охлаждение очага горения или горящего материала ниже оп­ределенных температур;
• изоляция очага горения от воздуха или снижение концентра­ции 0 2 разбавлением негорючими газами;
• торможение (ингибирование) скорости реакции окисления;
• механический срыв пламени сильной струей газа или воды;
• создание условий огнепреграждения (узкие каналы распрост­ранения пламени с сечением ниже шумящего диаметра).

Для достижения высокой эффективности пожаротушения ис­пользуют различные огнетушащие вещества и составы — средства пожаротушения:

• вода, которая подается сплошными или распыленными стру­ями в очаг;
• пены, представляющие собой коллоидные системы, состо­ящие из пузырьков воздуха (воздушно-механические пены);
• пены, представляющие собой коллоидные системы, состо­ящие из пузырьков диоксида углерода, окруженных пленками воды (химическая пена);
• инертные газовые разбавители (диоксид углерода, азот, ар­гон, водяной пар, дымовые газы);
• гетерогенные ингибиторы — огнетушащие порошки;
• гомогенные ингибиторы — низкокипящие галогеноуглеводороды (хладоны);
• комбинированные составы.

Наиболее широко применяемым средством пожаротушения является вода, которая обладает высокой теплоемкостью и тепло­той испарения, благодаря чему она оказывает сильное охлажда­ющее действие. Однако вода как огнетушащее средство обладает рядом недостатков: недостаточная смачивающая и проникающая способность при тушении волокнистых материалов, таких как древесина, хлопок; высокая подвижность, которая приводит к большим потерям; способность вызывать повышенную коррозию металлов; электропроводность и др.

Поэтому нельзя применять воду для тушения металлов и их гидридов и карбидов, металлоорганических соединений.

Воздушно-механическую пену получают с помощью пеногенераторов (пеногенерирующей аппаратуры) с использованием специальных добавок — пенообразователей (ПО). Одной из основ­ных характеристик пены является кратность пены К, определяемая отношением объема пены V„ к объему ее жидкой фазы Vж.ф:

По кратности пена подразделяется:

• на низкократную (до 30);
• среднекратную (от 30 до 200);
• высокократную (свыше 200).

Пенообразующие добавки обеспечивают снижение поверхност­ного натяжения на границе вода—воздух и способствуют интен­сификации образования коллоидной системы. В качестве ПО ис­пользуют соли органических сульфокислот, фторированных со­единений и др.

Приведем примеры ПО, обладающих наибольшей эффектив­ностью при тушении нефтепродуктов, твердых материалов и по­лярных легковоспламеняющихся жидкостей.

Для тушения нефтепродуктов, твердых материалов применяют ПО-1Д, ПО-ЗАИ, ПО-6К.

Для тушения полярных ЛВЖ (спирты, эфиры, ацетон и др.) применяют ПО-1С, ПО-«Форэтол».

В результате взаимодействия растворов кислот и щелочей в присутствии ПО образуется химическая пена, которая использу­ется в некоторых огнетушителях.

Для объемного тушения и флегматизации применяют инерт­ные разбавители, с помощью которых создается среда, не под­держивающая горения, так как содержание кислорода в ней ме­нее максимального взрывоопасного содержания кислорода (МВСК). Наиболее широко используемый из подобных средств диоксид углерода имеет огнетушащую концентрацию для большинства обычных горючих веществ от 20 до 40 % по объему.

Достаточно широко применяемые раньше хладоны являются экологически опасными веществами, разрушающими озоновый слой. Причем наиболее эффективные с точки зрения пожароту­шения бромсодержащие хладоны являются наиболее вредными, поэтому согласно решению Международных форумов бромсодер­жащие хладоны должны быть изъяты из обращения.

Во многих странах проводятся работы по нахождению альтер­нативы хладонам, в результате которых создан ряд так называ­емых чистых средств объемного тушения. Наиболее приемлемыми из них оказались полностью фторированные углеводороды C4F I0 (перфторбутан) и C4F8 (перфторциклобутан). По огнетушащей спо­собности они уступают бромхладонам более чем в 2 раза.

В последнее время все более широкое применение находит прин­ципиально новое средство объемного тушения — аэрозольный огнетушащий состав (АОС), получаемый сжиганием твердотоп­ливной композиции (ТТК) окислителя и восстановителя (горю­чего).

В качестве окислителя обычно используются неорганические соединения щелочных металлов (преимущественно нитрат KNО3) и перхлорат (КСlO4) калия; в качестве горючего-восстановителя —органические смолы (например, эпоксидная смола, идитол и т.д.). ТТК могут гореть без доступа воздуха, а образуемый в качестве продукта сгорания аэрозоль состоит из газовой фазы — преиму­щественно диоксида углерода — и взвешенной конденсирован­ной фазы в виде тончайшего порошка, аналогичного огнетуша­щим порошкам на основе хлорида и карбоната калия и отлича­ющегося от обычных порошков значительно большей дисперснос­тью (размер частиц обычных порошков около 5 • 10^-5 м, а твердых частиц в АОС — около 10^-6 м, т.е. отличаются примерно в 50 раз).
Заранее изготавливать и хранить порошок с размером частиц 10^-6 м из-за склонности к слеживанию практически невозможно. Полу­чаемый в момент пожара АОС благодаря большой дисперсности отличается исключительно высокой огнетушащей способностью, в 5 —8 раз превышающей огнетушащую способность наиболее эффективных средств пожаротушения — огнетушащих порошков и хладонов, и более чем на порядок все другие средства (СО 2, N2, C4F10 и др.). АОС оказался наилучшей альтернативой экологиче­ски вредным хладонам. Помимо высокой эффективности АОС ха­рактеризуются низкой токсичностью, отсутствием экологической вредности и коррозионной активности, легкостью использования в системах автоматики, отсутствием необходимости в сосудах под давлением и системах распределительных трубопроводов. Благо­даря этим качествам применение АОС оказалось значительно бо­лее экономичным, чем все другие способы пожаротушения.

Сравнительные показатели огнетушащих средств приведены в табл. 13.4.

Аэрозольный огнетушащий состав по сравнению со всеми сред­ствами объемного пожаротушения обладает возможностью туше­ния тлеющих материалов (пожаров подкласса А1). Однако это до­стоинство АОС обеспечивается при времени разгорания очага пожара не более 3 мин, так как при увеличении времени очаг ухо­дит вглубь материала и становится недосягаемым даже для мель­чайших частиц АОС.

К сожалению, АОС обладает рядом недостатков, связанных с высокой температурой АОС (1500 К) и наличием открытого фор­са пламени. Это снижает огнетушащую способность из-за того, что горячий аэрозоль конвективно всплывает под потолок и толь­ко по мере охлаждения достигает очагов пожара на нижней от­метке помещения. Например, в помещении высотой 3 м время тушения нижних очагов составляет примерно 3 мин. При боль­шей высоте помещения время достижения нижних очагов возра­стает.

Второй недостаток не позволяет использовать АОС в помеще­ниях категорий А и Б. Кроме того, при ложном срабатывании форс пламени может вообще оказаться причиной пожара. Для устране­ния этих недостатков созданы специальные генераторы типа «Габар», с помощью которых температура АОС снижается до 140… 200 °С и ликвидируется открытый форс пламени.

Достаточно широко используемые огнетушащие порошки пред­ставляют собой мелкоизмельченные минеральные соли (карбона­ты и бикарбонаты натрия и калия, фосфорно-аммонийные соли, хлориды натрия и калия и др.) с различными добавками, препят­ствующими слеживанию и комкованию. Эти порошки обладают высокой огнетушащей способностью и универсальностью (воз­можность тушения различных материалов, в том числе таких, которые нельзя тушить водой, пенами, хладонами). Механизм ог­нетушащего действия порошков заключается в ингибировании процесса горения из-за гибели активных центров пламени на по­верхности твердых частиц или в результате их взаимодействия с газообразными продуктами разложения порошков.

В зависимости от физико-химических свойств горючих матери­алов и возможности их тушения пожары подразделяются на клас­сы (табл. 13.5).

Средства пожаротушения, как правило, маркируются с уче­том классов пожаров, для тушения которых они предназначены. Например, порошки на основе фосфорно-аммонийных солей (ПФ.П 2АП) обозначают буквами А, В, С, Е, порошки на основе бикарбонатов (ПСБ) — В, С, Е.

Первичными средствами пожаротушения являются огнетуши­тели (ручные, передвижные, стационарные).

Маркировка огнетушителей отражает состав заряда и его ем­кость. Например: ОП-Ю — огнетушитель порошковый 10-литро­вый.

В настоящее время выпускаются следующие огнетушители:

• порошковые с зарядами ПСБ-3, П-2АП, «Пирант А», ПФ: ручные ОП-1 «Момент 2», ОП-2Б, ОП-5, ОП-8Б, ОП-ЮА, ОП-Ю «Прогресс», ОП-Ю (закачной), ОП-50 (закачной); передвижные ОП-50; стационарные ОП-250;
• пенные: ручные ОХП-Ю (химопенные), ОХВП-Ю (химопенные и с зарядом воздушно-механической пены), ОВП-Ю (воз­душно-механическая пена), ОВП-5; передвижные ОВП-Ю; ста­ционарные ОВП-250;

углекислотные с зарядом диоксида углерода: ручные ОУ-2, ОУ-5; передвижные ОУ-25, ОУ-8О, ОУ-400.

Особое место в тушении пожара занимают установки пожаро­
тушения водой (стационарные и передвижные). К стационарным
установкам относятся внутренний и внешний противопожарный
водопровод, спринклерные (рис. 13.1, а) и дренчерные (рис. 13.1, б)
установки.

Спринклерные установки включаются автоматически при повы­шении температуры внутри помещения до заданного предела. Дат­чиком является спринклер, снабженный легкоплавким замком, который расплавляется при повышении температуры и открывает отверстие в трубопроводе с водой над очагом пожара. Спринклерная установка состоит из системы магистральных, питательных и распределительных трубопроводов. Спринклерные оросители ус­тановлены на распределительных трубопроводах (рис. 13.2). На магистральном трубопроводе устанавливается контрольно-сигналь­ное устройство. В зависимости от температуры в защищенном по­мещении спринклерные системы могут быть водяными (если тем­пература в помещении в течение всего года не ниже 4°С), воз­душными (для отапливаемых помещений, в которых гарантирует­ся температура 4 °С и выше на протяжении четырех наиболее хо­лодных месяцев года), воздушно-водяные (для неотапливаемых помещений, в которых температура выше 4 °С поддерживается в течение восьми месяцев). В отличие от водяной спринклерной си­стемы, состоящей из постоянно заполненных водой трубопроводов, воздушная спринклерная система заполнена водой только до контрольно-сигнального устройства. Распределительные трубопро­воды, расположенные выше этого устройства, заполняются воз­духом, нагнетаемым компрессором. При возникновении пожара воздух выходит наружу через открывающиеся оросители, после чего вода заполняет систему и поступает через оросители на очаг пожара. Воздушно-водяная система является комбинацией водя­ной и воздушной систем. В холодное время ее заполняют возду­хом.

После того как расплавится плавкий замок, ослабляются и раз­двигаются рычаги и открывается клапан. В зависимости от макси­мально допустимой температуры в помещении при нормальных условиях эксплуатации оборудования и с учетом разброса по тем­пературе расплавления замка спринклеры изготавливают на сле­дующие температуры срабатывания: 72, 93, 141, 182 °С.

Дренчерные установки отличаются от спринклерных тем, что оросители на распределительных трубопроводах (дренчеры) не имеют легкоплавкого замка и отверстия постоянно открыты (см. рис. 13.1, б). Включение дренчерной системы в действие произво­дится вручную или автоматически — по сигналу автоматического извещателя о пожаре, передаваемому с помощью контрольно­ пускового узла, размещаемого на магистральном трубопроводе. В отличие от спринклерной установки, в которой срабатывают оросители лишь над очагом пожара, при включении дренчерной установки орошается вся площадь помещения. Дренчерные уста­новки предназначены для защиты помещений, в которых возможно очень быстрое распространение пожара (например, с наличием больших количеств ЛВЖ).

Обычно в спринклерных и дренчерных системах используют воду, однако эти установки могут применяться и для подачи воз­душно-механической пены. В этом случае их называют пенными установками пожаротушения. Для создания пены используют авто­матические дозаторы, с помощью которых в поток воды добавля­ется раствор пенообразователя, а также специальные оросители-генераторы пены (ОПС — спринклерные, ОПД — дренчерные).

Одним из наиболее важных элементов системы противопожар­ного водоснабжения является противопожарный водопровод (на­ружный и внутренний). Проектирование противопожарного водо­провода производят в соответствии со СНиП 2.04.02-84 «Водо­снабжение. Наружные сети и сооружения» и СНиП 2.04.01-85

«Внутренний водопровод и канализация зданий». Для отбора воды из наружного водопровода на нем устанавливают на расстоянии 100… 150 м друг от друга пожарные гидранты. Гидрант (рис. 13.3) состоит из чугунного корпуса, затвора с клапаном, шпинделя, соединительной муфты, штанги и ниппеля, закрываемого крыш­кой.

При отборе воды с помощью гидранта открывают его крышку и навертывают на ниппель пожарную колонку. При вращении ру­коятки колонки вращается штанга и жестко связанный с ней с помощью муфты шпиндель, имеющий трапецеидальную резьбу. При этом затвор опускается вниз, а вода через открывшийся зат­вор заполняет корпус гидранта и далее — через патрубки пожар­ной колонки — направляется к потребителю. Внизу гидранта име­ется отверстие для спуска воды после работы во избежание замер­зания. Гидранты устанавливают на расстоянии не более 2,5 м от края проезжей части дороги и не менее 5 м от стен зданий с таким расчетом, чтобы обеспечивался удобный подъезд к ним пожар­ных автомобилей. Допускается располагать гидранты на проезжей части.

Прежде чем приступить к проектированию водяных и пенных установок пожаротушения, необходимо определить, к какой груп­пе по степени опасности возникновения и развития пожара отно­сится защищаемое помещение (табл. 13.6). После этого принимаются (устанавливаются) параметры водопенных установок пожа­ротушения (табл. 13.7).

Параметры установки позволяют, используя гидравлический расчет, определить диаметр трубопроводов, который обеспечива­ет скорость движения воды и раствора пенообразователя не более 10 м/с.

Расход воды и ПО через ороситель Qa, л/с, рассчитывают по формуле

где к — коэффициент производительности оросителя; Н — сво­бодный напор перед оросителем.

Общий расход воды и раствора ПО определяется произведени­ем интенсивности подачи на площадь орошения.

В ряде случаев в системах пожаротушения используются уста­новки газового (объемного) тушения, в которых в качестве огне­тушащих средств используется диоксид углерода и других газов (табл. 13.8).

Эти установки представляют собой батарею баллонов со сжи­женным газом. Баллоны соединены с помощью специального кла­пана с системой распределительных трубопроводов, имеющих отверстия-оросители, через которые подается огнетушащий со­став.

Включение клапана может осуществляться автоматически по сигналу от пожарного извещателя (ПИ) или сигнализатора горю­чих газов и паров (индикатора взрывоопасности), а также вруч­ную дистанционно при нажатии кнопки специального пускателя.

С помощью таких установок защищают многие, в том числе уникальные, объекты: помещения с ЭВМ, музеи, архивы, ма­шинные залы, летательные аппараты, подземные сооружения и т.д.

К достоинствам установок газового (объемного) тушения от­носятся: высокая эффективность, быстрота тушения (в пределах 120 с), легкость автоматизации процесса, низкая стоимость, а также возможность флегматизации, т.е. предупреждения образо­вания взрывоопасной среды путем создания в защищаемом поме­щении среды, не поддерживающей горение.

Автоматические установки газового пожаротушения (АУГП) в соответствии с нормами пожарной безопасности (НПБ 22-96 «Ус­тановки газового пожаротушения автоматические. Нормы и пра­вила проектирования и применения», МВД РФ 1996 г.) приме­няются для ликвидации пожаров классов А, В, С и электрообору­дования с негерметичностью

где ΣFпp — суммарная площадь проемов, м^2; Vп — объем помеще­ния, м .

Согласно указанным нормам при использовании для тушения электрооборудования коэффициент негерметичности 5 не должен превышать 0,07 м^-1.

Все автоматические установки газового пожаротушения долж­ны быть спроектированы с учетом необходимости эвакуации лю­дей, т.е. они должны иметь задержку выпуска огнетушащего со­става на время эвакуации и остановки системы вентиляции.

Массу огнетушащего состава определяют по формуле

где Мр — расчетная масса состава; М^ — масса остатка состава в трубопроводе; М6 — масса остатка состава в баллоне; п — число баллонов.

Расчетную массу состава определяют по следующим форму­лам:

а) для диоксида углерода —

где К1 — коэффициент утечки состава из оборудования, К1 = 1,05; Vn — объем помещения, м^3; К2 — коэффициент потерь состава из-за негерметичности помещения; р! — плотность состава, кг/м^3; Сн — нормативная огнетушащая концентрация состава (см. табл. 13.8).

Плотность состава р1 кг/м^3, определяется по формуле

где ро — плотность состава при Т0 = 293 К и давлении р – 1,101 МПа; Tmin — минимальная температура в помещении; К3 — коэффициент, учитывающий высоту помещения над уровнем моря (табл. 13.9);

б) для озонобезопасных хладонов и SF6 —

где Сн — нормативная огнетушащая концентрация состава, %; у — коэффициент учитывающий отношение массы воздуха к массе газовоогнетушащей смеси (ГОС), м^2/с,

g _ параметр не. герметичности; Н — высота помещения, м; q— функциональный коэффициент,

В табл. 13.10 приведены данные, показывающие взаимосвязь Сн и Ф (Сн, ϒ), которые отражают функциональные возможности АУГП для различных огнетушащих составов.

В качестве примера рассмотрим порядок расчета установки для СO2, который позволяет определить диаметр трубопроводов и число насадок. При этом расчетное число баллонов определяется с учетом вместимости в 40-литровый баллон 25 кг диоксида угле­рода.

Среднее давление в емкости за время подачи состава определя­ется по формуле

где P1 — начальное давление в баллоне, МПа; P2 — давление в баллоне в конце выпуска, МПа.

Средний расход СO2 Qm, кг/с, определяют по формуле

где Мр — расчетная масса диоксида углерода, кг, определяемая по формуле (13.1); tпод — время подачи (для расчетов принимается равным 60 с).

Время подачи (выпуска) пожаротушащего состава (по НПБ) должно быть следующим:

• для АУТ с использованием хладонов и SF6 модульных —

tпод< 10 с;

• для централизованных —

tпод — 15 С,

• для АУГП с диоксидом углерода —

tпод< 60 с.

Исходя из среднего расхода тушащего состава внутренний ди­аметр трубопровода d1 м, определяют по формуле

где К4 — коэффициент; l1 — длина трубопровода, м.

Коэффициент Кр зависит от среднего давления в емкости Pm.

Учитывая, что в различных точках трубопровода давление раз­ное, определяют среднее давление:

где P3 — давление в точке ввода трубопровода в помещение, МПа; Р4 — давление в конце трубопровода, МПа.

Средний расход через насадку определяется по формуле

где К5 — коэффициент утечки состава из оборудования; A3 — се­чение выпускного отверстия, м^2; m — коэффициент расхода (ис­течения).

Коэффициент утечки определяют по формуле

Число насадок δ1 определяют по формуле

Внутренний диаметр распределительного трубопровода

где d — диаметр выпускного отверстия; ς — число насадок на одной ветви распределительного трубопровода.