Механизм прекращения горения

Механизм ингибирования пламени хладонами до конца не изучен. Это объясняется чрезвычайной сложностью процессов горения и ингибирования.

Тем не менее предполагается, что ингибирование горения галогенпроизводными протекает по радикальному механизму.

Известно, что процессы горения и взрывов относятся к классу цепных реакций, т.е. являются многостадийными. Продолжение каждой последующей стадии возможно только при успешном протекании предыдущей. На промежуточных стадиях в реакциях участвуют активные центры - радикалы (валентно ненасыщенные частицы), вследствие чего они легко взаимодействуют с исходными молекулами или между собой. Роль активных центров могут играть, например, атомы Н, Cl, O и группы атомов OH, CH₃ и т.д. И если в зону протекания химической реакции окисления ввести компоненты (добавки), ко­торые связывают последние, то становится возможным обрыв цепей и, как следствие, торможение скорости реакции, вплоть до потухания.

Роль указанных добавок в данном случае лучше всего выполняют галогенпроизводные предельных углеводородов. Гибель активных центров химических реакций горения будет происходить при взаимодействии их с атомами и радикалами, содержащими галоген и возникающими при расщеплении в зоне реакции молекул химически активных ингибиторов. В результате такого взаимодействия образуются малоактивные химические соединения.

Практически это проявляется в том, что при введении хладона в горючую смесь область воспламенения последней сужается. При некоторой концентрации добавок, называемой минимальной флегматизирующей концентрацией, оба предела сливаются. Область вне кривой флегматизации характеризует смеси, неспособные распространять пламя.

Количество химически активных ингибиторов, которое надо ввести в зону реакции для прекращения горения, очень мало. Для наиболее эффективных хладонов оно составляет 2-4 %, что в десятки раз меньше огнетушащих концентраций используемых на практике нейтральных газов (у углекислого газа, например, 25 - 30 %, аргона - 50 - 55 %, азота - 35 - 40 %, водяного пара - 30 - 35 % и т.д.).

В таблице 2.6 приведены лабораторные огнетушащие концентрации некоторых хладонов, используемых в целях пожаротушения. В общем можно сказать, что огнетушащая концентрация химически активных ингибиторов зависит от природы горючего вещества.

Таблица 2.6

Огнетушащие концентрации некоторых хладонов

Установлено, что с увеличением содержания галогенов в молекуле ингибитора его огнетушащая эффективность повышается. Высокий эффект к тому же достигается уже при введении первых атомов галогена. Обнаружено также, что ингибирование может проходить лишь в реакциях горения, обусловленных разветвленными цепными процессами. В случае процессов горения, возникающих в результате реакций с неразветвленными цепями (например, при окислении окислами азота), ингибирование не достигается.

Область применения

Составы на основе хладонов эффективно подавляют горение различных веществ во всех трех агрегатных состояниях при любых видах пожара.

Наиболее целесообразно их применение для объемного тушения в зданиях, помещениях, сооружениях и т.д. Хладоны успешно используются для защиты музеев, архивов, вычислительных центров, окрасочных камер, отделений, складов с горючими материалами и т.д. С помощью стационарных установок для тушения внутренних пожаров в объеме помещения, где происходит пожар в течение короткого промежутка времени (1-2 мин), хотя время тушения хладонами должно составлять около 10 с, может быть создана концентрация ХАИ, равная или превышающая огнетушащую. При этом следует учитывать утечки хладона, находящегося в газообразном состоянии, через неплотности с продуктами горения, неравномерность по защищенному объему и т.д.

Количество хладона в установках пожаротушения определяется по следующей формуле:

M = V · q_н· к + m₁· x + m₂ + m₃, (кг)

где V - защищенный объем помещения, м³;

q_н - нормативная огнетушащая концентрация, принимаемая для зданий и помещений категорий А и Б равной 0,37 кг/м³, для категории В - 0,22 кг/м³;

к - коэффициент, учитывающий потери хладона в трубопроводах и в результате утечки из помещений и равный 1,2 для помещений, 1,1 - для подвалов;

m₁ - остаток хладона в баллоне, кг;

x - число баллонов;

m₂ - остаток хладона в распределительных трубопроводах, кг.

При наличии постоянных проемов, площадь поверхности которых составляет до 10 % от площади поверхности ограждающих конструкций, должен быть предусмотрен дополнительный расход хладона, равный 2 кг на 1 м² площади проема. Огнетушащие составы на основе галогенпроизводных углеводородов рекомендуется использовать для защиты помещений объемов до 3000 м³. Но эта норма может быть увеличена.

В установках объемного тушения наибольшее распространение нашли хладоны 114В2 и 13В1, а также комбинированный состав СО₂ (85%) - C₂H₄Br₂ или СН₃Br (15%).

Необходимо отметить, что в ряде случаев наблюдалось неполное испарение хладона 114В2 даже при наличии очага пожара. Последнее обстоятельство позволяет рассматривать хладон 13В1, имеющий практически такую же огнетушащую эффективность, как более перспективный.

Следует также иметь в виду, что с повышением содержания кислорода в горючей смеси расход хладона резко возрастает. Для того, чтобы подавить горение нефтепродуктов в кислороде, необходимо довести содержание хладона 114В2 до 30 %, хладона 13В1 - до 40 %. При содержании кислорода в окислительной среде выше 83 % хладон 114В2 становится горючим. Хладон же 13В1 остается трудногорючим даже в чистом кислороде.

Из-за небольшого поверхностного натяжения и гораздо лучшей смачивающей способности по сравнению с водой и углекислым газом составы на основе ХАИ могут успешно использоваться для тушения пожаров волокнистых материалов. Вследствие хороших диэлектрических свойств их можно применять для тушения оборудования под напряжением. Для подавления глубинных пожаров они малоэффективны. Известны случаи, в которых для тушения длительно горевших материалов расход хладона достигал несколько килограммов на метр кубический.

Не рекомендуется применять рассматриваемые составы для тушения металлов, некоторых металлоорганических соединений и гидридов металлов, а также для подавления процессов горения, в которых в качестве окислителя участвует не кислород, а другие химические вещества (окислы азота, например).