Глава 5.2. Технические средства пенного тушения.

Применять пену для тушения пожаров предложил в 1902 г. русский инженер А. Г. Лоран. В 1904 г. этот способ получил одобрение химической секции Русского технического общества. Пена была признана эффективным средством пожаротушения. В качестве пенообразователя был использован лакричный экстракт с добавлением бикарбоната натрия. При воздействии на эту смесь кислоты выделялся углекислый газ, который вспенивал водный раствор. Пена, полученная в результате химической реакции щелочной и кислотной составляющих, была названа химической.

Растворы, полученные А. Г. Лораном, стали основой рецептуры сухих порошков. Возможность перехода от раствора к порошкам для получения химической пены появилась после создания в 1925 г. пеногенератора. Из сухого порошка можно было получить качественную огнетушащую пену кратностью 5...6. Рецепт этого порошка был предложен в 1927 г. В. Г. Гвоздевым-Ивановским и был довольно сложным в изготовлении.

С 1930 г. промышленность начала выпускать порошки ПГП-1, ПГП-2 и ПГП-3 по упрощенной рецептуре, основой которой были сернокислый алюминий (45...60 %), бикарбонат натрия (22...46 %) и солодковый экстракт (1...8 %).

В последствии наибольшее распространение получила воздушно-механическая пена, которая по сравнению с химической, проще в приготовлении, менее опасна для людей и окружающей среды.

В настоящее время пена является одним из основных огнетушащих средств. Грамотное использование огнетушащих пен позволяет в короткий срок ликвидировать пожары различной степени сложности.

Виды пен и их свойства.

Для тушения пожаров воду используют не только в виде струй, но и в виде массы растянутых пленок — в быту такую массу называют пеной. Если массу растянутых пленок-пузырей стабилизировать на некоторое время, то нанесенная на поверхность горящей жидкости пена будет препятствовать поступлению паров горючей жидкости в зону горения. В этом случае процесс горения ослабевает и при заполнении пеной затухает. Таким образом происходит тушение пламени горючей жидкости.

Основным средством тушения нефтепродуктов и некоторых твердых горючих веществ является воздушно-механическая пена. Пена представляет собой ячеисто-пленочую дисперсную систему, состоящую из массы пузырьков газа или воздуха, разделенных тонкими пленками жидкости. С введением большого количества газа пленки растягиваются и их толщина уменьшается. Чтобы газ не разорвал стенку пузырька, она должна быть достаточно прочной.

Получают воздушно-механическую пену механическим перемешиванием пенообразующего раствора с воздухом.

Полученная огнетушащая пена характеризуется следующими основными показателями:

· устойчивостью — способностью пены противостоять разрушению в течение определенного времени;

· кратностью — отношением объема пены к объему исходной жидкости. Различают пены низкой (до 10), средней (от 10 до 200) и высокой (свыше 200) кратности;

· вязкостью — способностью пены к растеканию по поверхности;

· дисперсностью — степенью измельчения, т. е. размерами пузырьков.

Важной характеристикой огнетушащей пены является ее электропроводность, от которой зависит степень безопасности пожарного при тушении горящих электроустановок.

Основным огнетушащим свойством пены является ее способность препятствовать поступлению в зону горения горючих паров и газов, в результате чего горение прекращается. Существенную роль играет также охлаждающее действие огнетушащих пен, которое в значительной степени присуще пенам низкой кратности, содержащим большое количество жидкости.

Для расчета пенных средств тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах необходимо знать площадь пожара, нормативную интенсивность подачи средств тушения и техническую характеристику аппаратов пожаротушения.

Пенообразователи и смачиватели для

получения воздушно-механической пены.

До 1985г. для тушения пожаров наиболее широко применяли пенообразователь ПО-1, представляющий собой темно-коричневую жидкость. Пенообразователь ПО-1 состоит из 84 % керосинового контакта, 4...5 % клея костного, 10...12 % этилового спирта-сырца или концентрированного этиленгликоля. Керосиновый контакт — поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены. Его получают при контактной очистке керосинового дистиллята в процессе переработки нефти. В нем содержатся соли сульфонафтеновых кислот (до 45 %), минеральные масла и свободные кислоты. Для их нейтрализации вводят едкий натр.

Для получения пены используют 2...6 %-ный водный раствор. Температура застывания —8 °С.

Цвет темно-коричневый

Вязкость при 20 °С, м²с, не более 4^.10^-3

Плотность, не менее 1,1

Температура застывания, °С, не более -8

Кратность пены 2 %-ного водного

раствора, не менее 6

Стойкость пены, мин, не менее 4,5

В твердом виде пенообразователь не теряет своих свойств и может быть использован после отогревания.

Пенообразующие свойства исчезают при попадании в пенообразователь керосина, бензина, мазута или другого нефтепродукта, поэтому тару для его транспортирования и хранения следует тщательно очищать.

Качество пенообразователя ПО-1 проверяют непосредственно после получения с завода-изготовителя и не реже одного раза в год при хранении. Пробы для анализа отбирают из 5 % бочек, но не менее двух из каждой партии. Пробу (не менее 1 л) помещают в чистую стеклянную посуду, плотно закрывают ее и прикрепляют бирку с указанием номера партии пенообразователя и даты отбора пробы.

Лабораторная методика анализа пенообразователя ПО-1 заключается в определении внешнего вида, плотности, вязкости, реакции среды, кратности и стойкости полученной пены. Пенообразователь не должен иметь осадка и посторонних включений. Цвет его определяют визуально в стеклянном цилиндре диаметром 3 см. Плотность пенообразователя устанавливают следующим образом. В стеклянный цилиндр внутренним диаметром не менее 5см наливают пробу, подогревают до температуры 20 °С и осторожно опускают в него чистый сухой ареометр. Деления отсчитывают по верхнему краю мениска. Вязкость пенообразователя определяют вискозиметром с капилляром 1 мм при температуре 20 °С. Реакцию среды проверяют калориметрическим способом.

Для определения кратности пены в стеклянный градуированный цилиндр вместимостью 1000см3 наливают 2...6 %-ный раствор пенообразователя, закрывают его пробкой и, удерживая двумя руками в горизонтальном положении, встряхивают в направлении продольной оси в течение 30с. После встряхивания цилиндр ставят на стол, снимают пробку и отсчитывают объем образовавшейся пены. Отношение полученного объема пены к объему раствора выражает кратность пены. Устойчивость пены зависит от времени, в течение которого пена, полученная по методу определения кратности, разрушается на 2/5 первоначального объема.

В пожарных частях качество пенообразователя ПО-1, залитого в баки пожарных автомобилей или содержащегося в транспортной таре, определяют не реже одного раза в квартал по кратности пены. Порядок испытаний следующий. От насоса пожарного автомобиля подают воду в рукавную линию длиной 20 м, на конце которой укреплен воздушно-пенный ствол. Вода через ствол подается в мерную емкость, время ее наполнения фиксируют по секундомеру. Время заполнения бака водой фиксируют 2...3 раза и определяют среднее значение заполнения. Затем из цистерны пожарного автомобиля подают раствор пенообразователя (обычно 4 %-ный для ПО-1) в воздушно-пенный ствол. Пеной заполняют ту же емкость, что и водой, фиксируя время заполнения.

Кратность пены определяют как отношение времени заполнения мерного бака водой ко времени заполнения его воздушно-механической пеной. Кратность пены вычисляют так же, как отношение массы воды в объеме бака к массе пены в том же объеме.

Если пенообразователь признан негодным для тушения пожаров, его используют в учебных целях.

В последнее время для получения огнетушащих воздушно-механических пен используют пенообразователи ПО-2А, ПО-1Д, ПО-1С, ПО-ЗА, ПО-6К, ПО-ЗАИ, «Ива», ТЭАС, «Морозко», «Полюс», «Сампо».

Пенообразователь ПО-2А получают сульфированием смеси олефинов с последующей нейтрализацией образовавшихся сульфоэфиров едким натром. Он представляет собой смесь алкилсульфатов натрия на основе сернокислых эфиров вторичных спиртов. Перед применением ПО-2А разбавляют водой в соотношении 1 : 1 или 1 : 2.

Пенообразователь ПО-1Д представляет собой 26... 29 %-ный водный раствор рафинированного алкиларил-сульфоната. Его получают сульфированием керосиновых фракций прямой перегонки с газообразным серным ангидридом и последующей нейтрализацией сульфокислот раствором кальцинированной соды. Применяют 6 %-ный водный раствор. Биологически не разлагаем.

Пенообразователь ПО-1 С предназначен для тушения пожаров полярных жидкостей типа спиртов. Он представляет собой пасту, приготовленную из рафинированного алкиларилсульфоната, альгината натрия и синтетического жирного спирта C₁₂...C₁₆. Перед применением пасту разбавляют водой до 88...90 %. Полученная воздушно-механическая пена имеет кратность от 6 до 60 в зависимости от типа применяемых пенообразующих устройств.

Пенообразователь ПО-ЗА на основе моющего средства «Типол» сланцевого происхождения представляет собой водный раствор вторичных алкилсульфатов натрия. Выпускается с содержанием активного вещества

25...27 %. Для загрузки из дозирующих устройств, разработанных для пенообразователя ПО-1, его разбавляют водой в соотношении 1:1. Применяют 3 %-ный водный раствор ПО-ЗА, что дает возможность получить ВСП любой кратности.

Пенообразователь ПО-6К представляет собой водный раствор натриевых солей сульфокислот (28...34 %), полученных при нейтрализации кислого гудрона раствором кальцинированной соды, сульфата натрия (5 %) и несульфированных углеводородов (1%). Применяют 6 %-ный водный раствор. Биологически не разлагаем. Из раствора получают ВМП низкой и средней кратности.

Пенообразователь ПО-ЗАИ «Ива» сланцевого происхождения, биологически разлагаем. Его рабочие растворы не обладают раздражающим и кумулятивным действием на организм человека. Концентрация раствора для получения пены — 3 %. Кратность пены из растворов ПО-ЗАИ аналогична ПО-1. При неоднократном замерзании и оттаивании не теряет пенообразующих свойств. Температура замерзания —2 °С. Срок годности пенообразователя при температуре 20 °С — не менее четырех лет. Хранится в металлических емкостях в виде концентрата и в рабочих растворах.

Пенообразователь ТЭАС — жидкий концентрат на основе триэтаноламиновых солей первичных алкилсульфатов. Применяют как пенообразователь общего назначения в 4 %-ной концентрации для получения огнетушащей пены низкой, средней и высокой кратности.

Пенообразователь «Морозко» (целевого назначения) предназначен для использования при тушении пожаров в районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Температура замерзания концентрата — 45 °С. Для получения пены низкой, средней и высокой кратности используют стандартную аппаратуру. Представляет собой светло-желтый водный раствор вторичных алкилсульфатов натрия.

Биологически разлагаем. При неоднократном замерзании и оттаивании не теряет пенообразующих свойств.

Пенообразователь «Полюс» (целевого назначения) — для использования при тушении пожаров в районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Температура замерзания — 45°С. Основой пенообразователя является рафинированный алкиларилсульфонат. Применяют 3... 6%-ные водные растворы для получения огнетушащей

пены низкой, средней и высокой кратности. Биологически не разлагаем.

Пенообразователь «Сампо» имеет повышенные огнетушащие свойства. Состоит из пенообразователя ПО-ЗАИ с добавкой алкилсульфата, мочевины, спиртов. Применяют 6 %-ный водный раствор для получения пены любой кратности. Биологически разлагаем.

Смачиватели. Тушение пожаров водными растворами (0,1...1 %) смачивателей значительно повышает эффект использования воды. Она быстрее и легче проникает в массу горящих веществ или смачивает большую площадь. В пожарной охране наиболее широко применяют серийно выпускающиеся сульфанол НП-1, сульфанол НП-3, смачиватель НБ.

Сульфанол НП-1 (алкиларилсульфонат)—светло-желтый порошок, получают синтезом ароматических углеводородов (бензола, нафталина) с последующим суль-фированием и нейтрализацией алкилбензолсульфокислот. Оптимальная массовая концентрация в воде 0,3 %, т. е. 0,003 кг на 1 л воды (3 кг на 1 м3 воды).

Сульфанол НП-3 получают алкилированием бензола олефинами, полученными при крекинге парафинов с последующим сульфированием и нейтрализацией алкилбен-золсульфокислот. Растворимость в воде несколько ниже, чем НП-1. Оптимальная массовая концентрация НП-3 в воде 0,3 % (как и НП-1).

Смачиватель НБ (некаль) — (дибутилнафталин сульфонат) получают из нафталина и бутилового спирта. Он относится к группе алкиларилсульфонатов. Оптимальная массовая концентрация в воде 0,75 %, т. е. в 1 м3 воды содержится 7,5 кг смачивателя НБ.

В качестве смачивателей используют алкилсульфонаты, первичные алкилсульфаты C₁₀...C₃₀, вторичные алкилсульфаты (типол), синтанол Д-ЗС (оксиэтилирован-ный изододецилсульфат натрия), а также все пенообразователи в малых (до 1 %) концентрациях в воде.

Пеносмесители и дозирующие вставки.

Для получения водных растворов пенообразователей в пожарной технике применяют специальные устройства — пеносмесители. Все они являются струйными насосами.

Наибольшее распространение получили пеносмесители двух типов: предвключенные и проходные. Предвключенные пеносмесители устанавливают на пожарных насосах. Рабочая жидкость под давлением поступает из напорной полости к соплу пеносмесителя и далее к всасывающей полости насоса. Дозировку пенообразователя осуществляют дозаторы, установленные на пеносмесителях. Подача раствора к пенным стволам регулируется напором насоса.

При работе предвключенных пеносмесителей часть подачи насоса (до 25%) расходуется на работу пеносмесителя. Подача насоса в этом случае определяется как сумма подачи раствора через пенные стволы и пеносмеситель.

Дозаторы на пеносмесителях бывают ручные или автоматические. Недостатком ручных дозаторов является то, что они производят дозировку пенообразователя только увеличением (уменьшением) сопротивления, т.е. изменением положения рукоятки дозатора. При изменении давления на насосе и, следовательно, подачи к пенным стволам наблюдается некоторое несоответствие между количеством воды и пенообразователя, что приводит к снижению качества пены.

Во всасывающей полости насоса при работе на пожарах с подачей пенных стволов может быть как глубокий вакуум, так и подпор воды (при работе от гидрантов). Величина подпора не должна превышать 250 кПа (2,5 кгс/см²). Для получения качественной пены разница давлений в напорной и всасывающей полости насоса должна быть не менее 0,5 МПа (5 гкс/см²). При большом подпоре во всасывающей полости насоса необходима регулировка давления на входе в насос. Эта регулировка производится путем перекрытия запорной арматуры на пожарных колонках.

Пеносмеситель ПС-5 находит наибольшее применение на пожарных насосах ПН-40 и относится к предвключенным пеносмесителям. Максимальная подача пенообразователя 1,8 л/с. Пеносмеситель ПС-5 (рис. 5.27) состоит из корпуса 1, дозатора 2, сопла 3, корпуса 5, пробки 4 крана, шкалы 13, стрелки 9, маховичка 12, обратного клапана 10, крышки 11 клапана и ручки 8. Пробка 4 крана и дозатор 2 уплотнены кольцами б и 7. Пеносмеситель присоединен корпусом 5 крана к напорному коллектору, а корпусом 1 — к крышке насоса посредством стакана и хомута.

Для включения пеносмесителя следует повернуть кран ручкой 8 против часовой стрелки до упора. Вода из напорной полости насоса поступит в сопло 3 и диффузор корпуса 1. При этом в полости вокруг сопла образуется разрежение, пенообразователь из емкости начнет поступать в Пеносмеситель. В диффузоре пенообразователь смешивается с водой, затем раствор поступает во всасывающую полость насоса и далее в пенные стволы.

Дозатор 2 осуществляет регулировку подачи пенообразователя в пяти рабочих положениях пробки 4 крана. Цифры на шкале пеносмесителя обозначают число стволов ГПС-600, работающих от данного насоса. Для подачи пенообразователя маховичка 12 поворачивают до совпадения стрелки 9 с нужным делением шкалы 13.

Рис. 5.27. Пеносмеситель ПС-5:

1— корпус; 2 — дозатор; 3 — сопло; 4 — пробка крана;

5 — корпус крана; 5, 7— уплотнительные кольца; 8 — ручка;

9 — стрелка; 10 — обратный клапан; 11 — крышка клапана;

12 — маховичок; 13 — шкала; I— положения дозатора

Пеносмеситель оборудован обратным клапаном, предотвращающим попадание воды в емкость для пенообразователя во время работы насоса с подпором. Обратный клапан состоит из крышки 11 и клапана 10. Уплотнение пробки 4, дозатора 2 и корпуса 1 обеспечивается резиновыми кольцами. В местах соединений пеносмесителя проложены паронитовые прокладки. Пеносмесители пожарных насосов комплектуют прорезиненным шлангом с накидной гайкой под подсоединения к приставной емкости с пенообразователем.

Во время работы насоса с пеносмесителем напор на насосе должен быть 0,7...0,8 МПа (7...8 кгс/см2) (в зависимости от длины и диаметра рукавных линий), подбор во всасывающей полости насоса — не более 0,25 МПа (2,5 кгс/см2).

А-А

Рис. 5.28. Пеносмеситель ПС-12:

1—диффузор: 2 — сопло; 3 — пробка крана;

4, 10 — уплотнительное кольцо; 5 — корпус крана;

6 — рукоятка дозатора; 7 —кронштейн; 8 — ручка крана;

9 — фиксатор; 11— шток; 12 — пробка дозатора.

При эксплуатации пеносмесителя необходимо следить за его герметичностью, состоянием прокладок и резиновых колец, своевременно подтягивать крепежные детали. По окончании работы пеносмеситель необходимо промыть водой.

Пеносмеситель ПС-12 устанавливают на пожарном насосе ПН-110Б прицепных насосных станций и автомобилях ПНС-110. Максимальная подача пенообразователя 4,3 л/с, что обеспечивает одновременную работу 12 стволов ГПС-600. Напор перед пеносмесителем должен быть не менее 0,75 МПа (7,5 кгс/см2), подбор во всасывающей полости и насоса — не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см2).

Пеносмеситель ПС-12 (рис. 5.28) состоит из диффузора 1, сопла 2, пробки 3 крана, уплотнительных колец 4 и 10, корпуса 5 крана, рукоятки дозатора б, кронштейна 7, ручки крана 8, фиксатора штока 9, штока 11, пробки 12, дозатора.

Пеносмеситель подсоединен корпусом крана к напорному патрубку насоса, а диффузор через резиновый армированный стакан — к крышке насоса. Дозатор выполнен в виде ступенчатой пробки, которая закреплена на стержне, имеющем три фиксированных положения: на 6, 9 и 12 пенных стволов ГПС-600. Фиксация стержня обеспечивается подпружиненным шариком, а перемещение — рычагом. На лыске стержня нанесены цифры, указывающие положение дозатора.

Дозировка пенообразователя изменяется в зависимости от расположения пробки относительно отверстия. В положении, изображенном на рис. 4.42, отверстие полностью открыто, что обеспечивает питание 12 пенных стволов ГПС-600. Для питания девяти стволов в отверстие вводят первую ступень пробки, шести стволов — вторую.

Проходные пеносмесители устанавливают в рукавных линиях к пенным стволам. Для каждого ствола или группы стволов должен быть предусмотрен пеносмеситель, установленный соответственно в рабочей или магистральной рукавной линии. Проходные пеносмесители создают сопротивление в напорной линии и поэтому необходимо увеличивать напор на насосе. При работе проходных пеносмесителей возможно от одного насоса подавать и воду, и пену.

Таблица 5. 3. Технические характеристики пеносмесителей.

В настоящее время промышленность выпускает три вида проходных пеносмесителей: ПС-1, ПС-2 и ПС-3 (см. табл. 5.3.), аналогичных по конструкции и различающихся только размерами и технической характеристикой.

Рис. 5.29. Пеносмеситель ПС-1:

1 — всасывающий шланг; 2 — рабочая камера; 3 — корпус;

4 — диффузор; 5 — сопло.

Пеносмеситель ПС-1 (рис. 5.29) состоит из корпуса 3, в котором расположено сопло 5, направленное через рабочую камеру на входное отверстие диффузора 4. Струя воды, проходя через сопло в диффузор, создает в рабочей камере 2 разрежение. Под действием разрежения во всасывающий шланг 1 из емкости (бочки, бака, цистерны) пенообразователь поступает в рабочую камеру, где и смешивается с водой, образуя пенообразующий раствор.

Испытания пеносмесителя на прочность материала и герметичность соединений производят гидравлическим давлением 1,5 МПа (15 кгс/см²), при этом просачивание воды в течение 1 мин не допускается.

Дозировку пеносмесителя проверяют водой при напоре перед пеносмесителем 0,7 МПа (7 кгс/см²) и подпоре 0,45 МПа (4,5 кгс/см²). Подсасывание воды определяют по мерной емкости. Оно должно быть в пределах, указанных в табл. 3, при этом полученный расход подсасываемой воды умножают на 0,86—коэффициент разности вязкости воды и пенообразователя ПО-1 (при использовании пенообразователей иных типов коэффициент может быть другим, что требуется определить расчетом).

Для нормальной работы емкость с пенообразователем должна быть на уровне смесителя или несколько выше (но не превышать высоты 2м).