Теоретическая часть

Объемное тушение пожаров основано на создании в защищаемом объеме среды, не поддерживающей горения. В качестве огнетушащих веществ при этом используют нейтральные газы: диоксид углерода (СО₂), азот (N₂), водяной пар (Н₂О), гелий (Не) и аргон (Аr). Часто их называют инертными газами, что не совсем корректно. Собственно инертными являются только Не и Аr. Остальные способны вступать в различные химические реакции и являются инертными только по отношению к компонентам конкретной реагирующей смеси. Нейтральные газы используются в качестве огнетушащих веществ, для тушения пожаров, прекращения уже начавшегося процесса горения.

Эффективность нейтральных газов как огнетушащих веществ зависит не только от способности разбавлять газовую среду (так как эта способности одинакова у всех газов), но и от способности их молекул поглощать энергию, т.е. от теплоемкости. Самым эффективным среди этих газов является наиболее теплоемкий СО₂.

В последние годи для тушения поваров нашли широкое применение газовые сос­тавы при использовании как стационарных, так и передвиж­ных средств.

Галоидированные углеводороды типа бромистого этила и этилена оказывает ингибирующее действие, т.е. тормозящее химическую реакцию горения [5].

Газовые составы относятся к огнетушащим средствам разбавляющего действия (углекислый газ, азот, водяной пар). Газовые и аэрозольные жидкостные бромсодержащие сос­тавы (двуокись углерода и галоидированные углеводороды) обеспечивают тушение большинства горючих жидкостей, газов, твердых веществ и материалов (за исключением щелочных ме­таллов, алюминийорганических соединений, а также материа­лов, способных к длительному тлению).

Двуокись углерода (углекислый газ) в обычных условиях бесцветный газ с удельным весом 1,98 кг/м³, не имеющий запаха и вкуса и не поддерживающий горения большинства веществ.

Механизм прекращения горения углекислым газом опреде­ляется способностью его разбавлять концентрацию реагирую­щих веществ до пределов, при которых горение становится невозможным. Углекислота выбрасывается в виде снега, ока­зывая при этом охлаждающее действие. Из одного килограмма жидкой углекислоты образуется 506 л газа. Огнетушащая кон­центрация углекислого газа - не менее 30 % по объему. Удельный расход углекислого газа при этом составляет 0,64 кг/м³.

Бромистый этил – легко испаряющаяся жидкость с характерным запахом, который ощущается при концентрации не менее 0,001% по объему. Температура кипения +38,4°С,тем­пература замерзания минус 119°С. Плотность до воздуху 2,61 кг/м³. Бромистый этил практически неэлектропроводен, хорошо растворяет жиры и масла, обладает высокой смачивающей спо­собностью, плохо растворим и воде, разрушает резину,корро­зирует алюминиевые и магниевые сплавы. Хорошо сопротивля­ются коррозирующему действию нержавеющие стали, медь, ла­тунь, олово, сплавы олова и свинца. Пары этила обладают хорошими огнетушащими свойствами. При температуре менее 30°С упругость паров бромистого этила достаточна длясоз­дания огнетушащей концентрации.

Механизм прекращения горения бромистым этилом, как и любыми галоидоуглеводородами, заключается в ингибировании пламени (химическом торможении реакции горения). Приконцентрациях 6,75 -11,25 % по объему бромистый этил может воспламеняться от действия мощного источника воспламенения, поэтому в чистом виде бромистый этил не применяется,одна­ко из-за высоких огнетушащих качеств является основным компонентом в огнетушащих составах 3,5; БФ-1; БФ-2; БМ.

Состав 3.5 состоит из 70% (по весу) бромистого этила и 30% двуокиси углерода. Он в 3,5 раза эффективнее угле­кислоты (отсюда и наименование состава). При нормальных условиях из 1 кг состава образуется 153 л углекислого газаи 144 л бромистого этила.

Также широкое применение в качестве огнетушащих средств нашли фреон 114В2, или тетрафтордибромэтан (огнетушащая концентрация 3,22% по объему), фреон 13В1, трифторбромэтан (огнетушащая концентрация 4,9% по объему), жидкий азот (эффективное средство при тушении ряда нефтепродуктов, этилового спирта, нагретого металлического натрия, бензина, ацетона и др.). Применяется также водобромэтиловая эмульсия (90% воды и 10% бромэтила - по весу), эффективная при тушении бензола, толуола, метилового спирта и т.д.

Под термином "огнетушащая концентрация" следует по­нимать минимальное содержание паров огнетушащего состава, при котором происходит подавление горения нефтепродуктов в замкнутом объеме.

Поскольку тушение этилового спирта представляетнаи­большие трудности и требует максимальных расходов огнету­шащих составов, огнетушащие концентрации для нефтепродук­тов не рассчитываются, а принимаются равными огнетушащим концентрациям для этилового спирта. Тушение пожаровнефте­продуктов галоидоводородами происходит так же, как итуше­ние этилового спирта. Галоидоуглеводороды эффективнее инертных газов. Нап­ример, тетрафтордибромэтан более чем в 10 раз эффективнее двуокиси углерода и почти в 20 раз эффективнее водяного пара.

Сравнивая огнетушащие концентрации, можно убедиться, наиболее эффективными являются составы на основе тетрафтордибромэтана и бромистого метилена.

При тушении пожаров, когда процесс горения протекает в диффузионном режиме, нейтральные газы поступают в зону горения извне, в смеси с окислителем. Концентрация горючего и окислителя в зоне протекающей реакции уменьшается, что приводит к снижению интенсивности тепловыделения и, соответственно, температуры пламени. Вместе с тем, поступая в зону горения, нейтральные газы имеют начальную температуру, равную температуре окружающей среды. Следовательно, при их подаче в зону горения неизбежно возрастает интенсивность теплоотвода за счет потери части тепла на непосредственный нагрев этих газов.

Гомогенное горение прекращается в тот момент, когда температура пламени снижается до температуры потухания. Выполнение этого условия достаточно для тушения пожаров газов и жидкостей.

При использовании таких огнетушащих веществ тушение пламени наступает в результате снижения его температуры до температуры потухания. Это происходит в результате снижения скорости тепловыделения в зоне химической реакции за счет уменьшения числа активных соударений и непосредственного охлаждения зоны горения.

Кроме того, скорость распространения пламени по перемешанной смеси в присутствии нейтральных газов зависит от интенсивности передачи тепла из зоны реакции в свежую горючую смесь. Чем ниже теплопроводность смеси, тем меньше скорость распространения пламени. Поэтому огнетушащая способность нейтральных газов определяется не только теплоемкостью, а соотношением теплоемкости и теплопроводности - с_р/l .

Мерой эффективности газовых составов при разбавлении (флегматизации) предварительно перемешанных смесей паров (газов) служит минимальная флегматизирующая концентрация f_m. Значения f_m для разных горючих веществ отличаются. Этим объясняется довольно значительный интервал флегматизирующих концентраций у каждого нейтрального газа. При тушении диффузионного пламени огнетушащая концентрация будет отличаться от f_m. Поэтому при расчетах установок газового пожаротушения используют минимальнуюогнетушащую концентрацию f_огн, определенную, например методом диффузионной горелки.

Процесс горения, а следовательно и процесс тушения, зависит также от параметров тепло- и газообмена на пожаре.

Рассмотрим процесс тушения пожара нейтральным газом или химически активным ингибитором в негерметичном помещении на упрощенной модели. Допустим, что газообразное огнетушащее вещество, подаваемое установкой пожаротушения, мгновенно распространяется по всему объему и его концентрация в любой точке помещения в каждый момент времени равна среднеобъемной. Тогда, концентрация газа в потоке продуктов сгорания, удаляющихся из помещения вследствие газообмена, также будет равна среднеобъемной, причем количество потерянного газа будет расти по мере повышения его концентрации в помещении. Также допустим, что расходы огнетушащего газа и продуктов сгорания во время тушения остаются постоянными. Тушение достигается когда концентрация газа (f) в помещении становится равна огнетушащей (f_огн). Вместо объемной концентрации f обычно используют объемную долю газа а = f /100.

При тушении пожара секундный расход негорючего газа не может быть меньше некоторой критической величины. Такой секундный расход называется критическим.

Контрольные вопросы

1. Какие вещества можно отнести к нейтральным газам? Приведите примеры.

2. В чем различие между нейтральными и инертными газами.

3. В чем заключается механизм прекращения горения с помощью углекислого газа.

4. Что называется минимальной огнетушащей концентрацией?

5. Что называется минимальной флегматизирующей концентрацией?

6. Какие нейтральные газы (НГ) более эффективны при тушении, какие - менее? Почему?

7. В чем заключается механизм прекращения горения бромистым этилом

Почему для всех нейтральных газов существует интервал по величине огнетушащей концентрации?

Как изменится оптимальный расход НГ, если при тушении в помещении вскрылся еще один проем или увеличилась площадь существующего?

8. Как зависят оптимальный и критический расход НГ от температуры пожара?