Противопожарное водоснабжение / Meshman - Vnutrenniy protivopozharniy vodoprovod 2010

Для повышения смачивающей и проникающей способности в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые снижают поверхностное натяжение воды: пенообразователи, смачиватели и др. Поверхностно-актив­ ные вещества способны адсорбироваться на границе раздела вода - воздух и располагаться определенным образом.

Невысокая смачивающая способность и малая вяз­ кость воды затрудняют тушение волокнистых, пылевидных и особенно тлеющих материалов. Тлению подвержены ма­ териалы с большой удельной поверхностью, в порах кото­ рых содержится воздух, необходимый для горения. Такие материалы могут гореть при сильно сниженном содержании кислорода в окружающей среде. Проникновение огнетуша­ щих средств в поры тлеющих материалов, как правило, до­ вольно затруднительно.

Чем выше поверхностное натяжение, тем ниже смачи­ ваемая способность жидкости и тем больше стремление ка­ пли принять сферическую форму и противодействовать ее изменению. Чем меньше поверхностное натяжение, тем больше ее подвижность и растекаемость. В результате кап­ ля, соприкасаясь с поверхностью горения материала, легко проникает в поры материала.

При введении смачивателя (сульфоната) расход воды на тушение снижается в четыре раза, а время тушения -

вдва раза.

Вряде случаев тушение водой становится весьма эф­ фективным, если ее загустить с помощью, например, на­ триевой соли карбоксиметилцеллюлозы или альгината на-

трия. Повышение вязкости до 1,0-1,5 Нс/м позволяет со­ кратить время тушения примерно в 5 раз. Наилучшими до­ бавками в этом случае являются растворы альгината натрия и натрийкарбоксиметилцеллюлозы. Например, 0,05 %-й

259

раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы обеспечивает су­ щественное сокращение расхода воды на пожаротушение. Если при определенных условиях тушения обычной водой ее расход составляет от 40 до 400 л/м2, то при использова­ нии «вязкой» воды - от 5 до 85 л/м2. Средний ущерб от по­ жара (в том числе в результате воздействия воды на мате­ риалы) снижается при этом на ~ 20 %.

Повышение вязкости воды на несколько порядков при незначительной добавке обеспечивают с помощью карбонолов. Причем отрицательное влияние температуры на дейст­ вие этих загустителей не столь заметно, как в случае рас­ творов натрийкарбоксиметилцеллюлозы. При движении по трубам со скоростью 5-10 м/с их вязкость невелика, но рез­ ко возрастает в спокойном состоянии на поверхности твер­ дых горючих материалов.

Наиболее часто используют следующие добавки, повы­ шающие эффективность применения воды:

-водорастворимые полимеры для повышения адгезии

кгорящему объекту («вязкая» вода);

-полиоксиэтилен для повышения пропускной способно­ сти трубопроводов («скользкая» вода или «быстрая» вода);

-неорганические соли для повышения эффективности тушения;

-антифризы и соли для уменьшения температуры за­ мерзания воды.

Внастоящее время одним из наиболее перспективных направлений в области противопожарной защиты объектов различного назначения является использование в качестве средства тушения пожаров тонко- и ультрараспыленной воды.

Втаком виде вода способна растворять некоторые пары, газы и поглощать аэрозоли, осаждать продукты горения и

260

тушить не только горящие твердые вещества, но и многие горючие жидкости.

При подаче воды в тонкоили ультрараспыленном со­ стоянии достигается наибольший огнетушащий эффект. Особенно актуально применение тонко- и ультрараспыленной воды на объектах, где требуется высокая эффектив­ ность тушения, имеются ограничения по водоснабжению

иактуальна минимизация ущерба от проливов воды.

Спомощью тонко- и ультрараспыленной воды может быть обеспечена защита многих особо социально и про­ мышленно значимых объектов. К их числу относятся: жи­ лые помещения, гостиничные номера, офисы, образова­ тельные учреждения, общежития, административные зда­ ния, банки, библиотеки, больницы, компьютерные центры, музеи и выставочные галереи, спорткомплексы, промыш­ ленные объекты, т. е. такие объекты, на которых тушение пожаров необходимо осуществлять в начальной стадии дос­ таточно быстро и с малым расходом воды.

Дополнительные преимущества использования распы­ ленной воды по сравнению с компактной струей или раз­ брызгиваемым потоком:

•возможность тушения практически всех веществ и материалов за исключением веществ, реагирующих с водой

свыделением тепловой энергии и горючих газов;

•высокая эффективность тушения, обусловленная по­ вышенным охлаждающим эффектом и равномерным оро­

шением водой очага пожара;

• минимальное потребление воды - незначительный удельный расход (не более 1 кг/м2) позволяет избежать су­ щественного ущерба от последствий пролива и дает воз­ можность использования при условии лимита воды;

261

•экранирование лучистого теплового излучения - ис­ пользование для защиты обслуживающего персонала, при­ нимающего участие в тушении пожара, личного состава подразделений пожарной охраны, несущих и ограждающих конструкций, а также расположенных рядом материальных ценностей;

•разбавление горючих паров и снижение концентра­ ции кислорода в зоне горения в результате интенсивного образования водяного пара;

•снижение температуры в помещениях при пожаре в них;

•равномерное охлаждение чрезмерно разогретых ме­ таллических поверхностей несущих конструкций за счет высокой удельной поверхности капель - исключает их ло­ кальную деформацию, потерю устойчивости и разрушение;

•эффективное поглощение и удаление токсичных га­ зов и дыма (дымоосаждение);

•низкая электрическая проводимость тонко- и ультрараспыленной воды - обеспечивает возможность ее приме­ нения в качестве эффективного средства пожаротушения на электроустановках, находящихся под напряжением;

•экологическая чистота и токсикологическая безопас­ ность тонко- и ультрараспыленной воды в сочетании с защи­ той людей от воздействия опасных факторов пожара - по­ зволяет персоналу успешно спасать материальные ценности.

В спринклерных и дренчерных АУП для распыливания воды широко применяются распылители [3], а в ВПВ для этих целей могут использоваться специальные ручные

стволы (или насадки), описание которых приведено в разд. 3.4 настоящего учебно-методического пособия.

Для повышения интенсивности теплопоглощения не­ обходимо диспергировать воду с мельчайшим диаметром капель в целях увеличения развитой суммарной поверхно-

262

стной площади капельного потока (увеличить поверхность испарения). Таким образом, эффективность тушения пожара определяется в значительной степени диаметром, суммар­ ной поверхностью капель и временем их испарения.

В табл. 4.1.7 и 4.1.8 приведены соотношения между диаметром капель, их количеством, суммарной поверхно­ стью капель и временем их испарения [4].

Т а б л и ц а 4.1.7

Количество капель, содержащееся в 1 л воды, их диаметр и суммарная поверхность

				Т а б л и ц а 4.1.8
	Количество капель, содержащееся в 0,0042 г воды, их диаметр,
	относительная поверхность и время испарения
		Средний	Коли­	Относительная	Время
	Характер потока	диаметр	чество		испаре­
				поверхность
		капель, мм	капель		ния, с
	Крупнокапельный	1	1	1	1
	Т онкораспыленный	0,15	296	6,66	0,01
	Ультрараспыленный	0,05	8000	20	0,03

Так, если уменьшить средний диаметр капель опреде­ ленного объема в 6 раз (например, с 300 мкм - генерируе­ мые оросителем, до среднего диаметра менее 50 мкм - генерируемые распылителем «водяного тумана» - ультракапельный распыл), это приведет к росту числа частиц в 200 раз,

263

увеличению суммарной поверхности испарения примерно в 40 раз и значительному (более чем в 30 раз) сокращению времени испарения.

В зоне горения ультрараспыленная вода интенсивно испаряется. При полном испарении 1 л воды образуется ~ 1670 л водяного пара. Защитный слой водяного пара может изолировать зону горения, препятствуя доступу кислорода. Когда концентрация кислорода в очаге горения снизится до 16-18 % (против естественной 20,9 %), огонь самозатухает (рис. 4.1.1).

Динамическое воздействие потока, диспергируемого распылителем при его срабатывании, вызывает турбулент­ ное движение воздуха со скоростью не менее 0,5 м/с.

Зависимость седиментации от диаметра капель приве­ дена на рис. 4.1.2 [4].

Скорость седиментации капель диаметром 150 мкм составляет ~ 0,8 м/с, капель диаметром 100 мкм ~ 0,3 м/с, а капель диаметром 50 мкм ~ 0,08 м/с.

264

При среднем диаметре капель 50-150 мкм скорость седиментации (оседания капель) достаточно высока и со­ ставляет 0,08-0,80 м/с. В этом случае реализуется только поверхностный или локально-поверхностный способ пожа­ ротушения. Если средний диаметр капель менее 20 мкм, то скорость седиментации невелика и составляет менее 0,012 м/с. При такой скорости седиментации, по мнению многих уче­ ных, реализуется уже объемный или локально-объемный способ пожаротушения.

Огнетушащая эффективность распыленной воды зави­ сит от способа подачи ее в очаг пожара. Существует не­ сколько способов подачи воды:

• диспергирование воды и формирование полидисперсного потока капель диаметром 50-150 мкм под давле­ нием не более 2-5 МПа;

265

• диспергирование воды и формирование полидисперсного потока капель диаметром до 50 мкм под супервы­ соким давлением до 20 МПа;

•формирование полидисперсного капельного потока,

вкотором для транспортировки в зону горения капель диа­ метром 50-150 мкм используется кинетическая энергия ка­ пель более крупного размера.

В зависимости от выбранного способа тушения пожа­ ра используют следующие режимы подачи:

-Режим 1. Компактная струя из пожарного ствола

вначальной стадии полета и тонкоили ультрараспыленная

вконечной фазе.

-Режим 2. Тонкораспыленный или ультрараспыленный поток воды непосредственно на выходе из пожарного ствола.

-Режим 3. Пенный поток из пенного пожарного ствола. Режим 1. Для этого режима характерны четыре после­

довательные фазы диспергируемого потока воды. На неко­ тором расстоянии от насадка пожарного ствола за счет аэро­ динамического сопротивления воздуха происходит тормо­ жение сплошной струи и дробление ее на капли, в результа­ те чего происходит расширение потока. При дальнейшем перемещении потока капли уменьшаются, а вектор резуль­ тирующей скорости все больше отклоняется от горизон­ тальной оси струи. В зависимости от способа и давления подачи конечная зона водяного потока может содержать один или два участка. На участке тонкого распыливания средний диаметр капель составляет не более 150 мкм, а на участке ультрараспыливания - не более 50 мкм. Суммарная поверхность испарения на участке ультрараспыливания («водяной туман») по отношению к участку тонкого распы­ ливания возрастает более чем в сто раз.

266

Как только вектор результирующей скорости капель воды становится перпендикулярным к оси струи, капли во­ ды теряют способность преодолевать барьер конвективного потока зоны горения.

На участках полета 1-3 капли воды способны прони­ кать в зону горения, на участке 4 капли воды уже не спо­ собны проникнуть в эту зону, но еще способны сдерживать распространение фронта конвективного теплового потока. На участке 5 водяной туман разворачивается тепловым по­ током в обратном направлении. На этом участке происходит особенно интенсивное поглощение тепла, однако возникает опасность термического ожога у людей, участвующих в ту­ шении пожара, образующимся перегретым паром.

Режим 2. В этом режиме непосредственно на срезе на­ садка ручного пожарного ствола формируется факел тонко­ распыленной воды с углом раскрытия от 30 до 45°. Нару­ шение целостности потока происходит либо внутри специ­ альных тангенциальных сопел, либо за счет использования ротационных сопел.

Хотя давление, расход и скорость истечения соответ­ ствуют режиму 1, дальность полета распыленной струи не­ велика. По некоторым оценкам, для выбранных режимов истечения она не будет превышать 7-8 м при горизонталь­ ном направлении оси струи.

Режим 3. Этот режим в основном используется для тушения пожаров класса В. Переключение на режим пенно­ го тушения происходит непосредственно на пожарном стволе. Максимальная дистанция подачи пены из пожарно­ го ствола в зависимости от конструкции распылительного устройства и давления подачи составляет 8-18 м.

267

4.2.Пенные растворы

4.2.1.Классификация пенообразователей

Пена широко применяется для тушения твердых и жид­ ких веществ, не вступающих во взаимодействие с водой, и в первую очередь для тушения нефтепродуктов [1, 2, 5, 6].

Пенообразователи представляют собой многокомпо­ нентные водные растворы, в состав которых входит одно или несколько поверхностно-активных веществ, добавки стабилизаторов, способствующие термической и гидроста­ тической устойчивости пены, устойчивости при низкой температуре замерзания пенного концентрата, а также ин­ гибиторы коррозии и вещества, обеспечивающие совмести­ мость перечисленных выше компонентов.

Пена образуется с помощью пенных оросителей и ге­ нераторов.

Пенообразователи классифицируются в зависимости от химического состава, области применения и т. п. (табл. 4.2.1).

Т а б л и ц а 4.2.1

Классификация пенообразователей согласно действующим нормативным документам

Пенообразователи	[5]	РГОСТ50588-93	ГОСТР	53280.1-2009,	304НПБ-2001	ISO7203

В зависимости от химического состава (поверхностно-активной основы)

Синтетические	+		с	S
Синтетические углеводородные		+
Протеиновые	+	+	п	Р
Протеиновые пленкообразующие				FFFP

268