Практическая работа № 1.
Вода является традиционным, наиболее распространенным, доступным и дешевым огнетушащим веществом. Она обладает высокой теплоемкостью (4,187 кДж/(кг.град); 1ккал/(кг.град) и скрытой теплотой парообразования (2236 кДЖ/кг; 534 ккал/кг), термически стойка (диссоциация молекул на водород и кислород происходит только при 1700 град.).Теплопроводность воды низка (0,599 Вт/м.град) и растет незначительно с повышением температуры, что делает слой воды надежно теплоизолирующим. Малая вязкость и несжимаемость воды позволяют подавать ее под большим давлением на значительные расстояния. Кроме того, вода обладает способностью значительно увеличивать свой объем при испарении (1 кг воды образует 1700 л пара).Вместе с тем у воды есть ряд негативных свойств:
-электропроводность вследствие примесей разных солей (275-1200 Ом -
-у пресной, до 62800 Ом – у морской);
-сравнительно слабая смачивающая способность ограничивает ее возможность проникать внутрь твердых веществ и замедляет их охлаждение;
-химическая активность при взаимодействии с некоторыми веществами приводит к взрывам или усилению горения (см. табл);
-большая плотность;
-коррозионное воздействие на многие металлы;
-скопление воды в отсеках судна снижает его плавучесть и ухудшает остойчивость.
Вода используется для тушения любых горючих материалов, кроме электрооборудования под напряжением и материалов, приведенных в табл.
| В е щ е с т в о | Характер взаимодействия с водой |
| Азид свинца | Взрывается при влажности до 30% |
| Алюминий, магний и их спла-вы; титан и его сплавы; термит | При горении разлагают волу на Н2 и О2, они взрывоопасны |
| Перекись кальция, цезий | Разлагаются в воде с выделением О2 |
| Гремучая ртуть, нитроглицерин | Взрываются от удара струи воды |
| Карбиды алюминия, бария, кальция | Разлагаются в воде с выделением горючих газов |
| Негашеная известь, титан четыреххлористый | Выделяют большое количество тепла - возрастание температуры до 400 град. С |
| Карбиды щелочных металлов, хлорсульфаноловая кислота | Взрываются |
| Гидросульфит натрия | Самовозгорается от воздействия воды |
| Калий, кальций, натрий, рубидий металлический | Реагируют с водой с выделением водорода |
Огнетушащая эффективность воды зависит от способа ее подачи в очаг пожара (сплошной или распыленной струей). Наибольший эффект достигается при подаче воды в распыленном виде, так как увеличивается площадь одновременного равномерного охлаждения зоны горения. Распыленная вода быстро нагревается и превращается в пар, отнимая при этом большое количество теплоты и вытесняя одновременно окислитель из зоны горения. Распыленные водяные струи применяют также для снижения температуры в помещениях, защиты от теплового излучения (водяные завесы), охлаждения нагретых судовых конструкций и установок, а также для осаждения дыма.
Сплошные струи воды используются при тушении наружных пожаров, когда необходимо подать воду на большие расстояния или придать ударную силу (способ механического срыва пламени).
Сплошные струи нельзя применять при тушении горючих жидкостей со свободными поверхностями.
Отдельные недостатки воды можно компенсировать и тем самым повысить ее эффективность. Так для уменьшения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), или смачиватели. Так разработана «мокрая» вода – вода с пониженным значением поверхностного натяжения путем добавления вещества типа сульфонолов, сульфонатов и др. Обработанная таким образом вода лучше проникает в пористые материалы. Применение ПАВ в отдельных случаях снижает расход воды для тушения на 30-50%.
Вода обладает незначительной вязкостью, что также уменьшает ее огнетушащую способность. Добавление даже небольшого количества органических соединений, например, производных целлюлозы, увеличивает вязкость воды и повышает коэффициент ее использования более чем в 1,8 раза. Это достигается за счет того, что полученная «вязкая вода» покрывает тонкой пленкой поверхность горящего материала и, удерживаясь на ней, кроме охлаждения, проявляет изолирующее и экранирующее действие.
Разработана «скользкая вода» – вода с добавлением окиси полиэтилена так же для уменьшения ее вязкости. Применяется для увеличения дальности полета струи.
Твердый диоксид углерода (углекислота) – как и вода, может быстро «отнять» теплоту от нагретой поверхности слоя горючего вещества. При температуре -79 град. С он представляет собой мелкокристаллическую массу плотностью 1,53 кг/м3. Такая масса образуется при переходе диоксида углерода из жидкой в газообразную фазу при быстром увеличении объема. Жидкий диоксид углерода при расширении переходит в твердое состояние в виде хлопьев, похожих на снег, с температурой –78,5 град. С. Под влиянием теплоты твердый диоксид углерода, минуя жидкую фазу, превращается в газ, увеличиваясь в объеме в 400-500 раз.
Диоксид углерода не электропроводен, но токсичен.
Используется при тушении всех материалов, кроме магния, его сплавов и щелочных металлов, с которыми вступает в реакцию.
Огнетушащие средства разбавления. К огнетушащим средствам разбавления относятся водяной пар, тонко распыленная вода, диоксид углерода в газообразном состоянии, азот и др.
Диоксид углерода в газообразном состоянии в 1,5 раза тяжелее воздуха. Его огнетушащая концентрация в объеме 30%. При концентрации диоксида углерода в воздухе 10-30% человек теряет сознание от удушья, возможен летальный исход. Поэтому его применение должно сопровождаться за личным составом.
Азот – бесцветный газ плотностью 1,25 кг/м3, без запаха, вкуса, не электропроводен. Огнетушащая концентрация азота не менее 31% в объеме. Азот неприменим для тушения алюминия, магния, титана и других материалов, образующих нитраты, обладающие взрывчатыми свойствами. Для тушения таких металлов используется другой инертный газ – аргон.
Водяной пар имеет огнетушащую концентрацию 35%. Плотность пара невысока (0,598 кг/м3), и поэтому он используется в закрытых помещениях объемом до 1500 м3. Водяной пар обладает слабой теплопоглощающей способностью, поэтому его охлаждающий эффект мал, что может привести к повторным возгораниям. Используют насыщенный пар давлением 0,6-0,8 МПа при расходе 1,33 кг/ч на 1 м2 защищаемого объема.
Тонкораспыленная (мелкодиспергированная) вода в зоне горения почти вся превращается в пар, разбавляет горючие вещества, иучаствующий в горении воздух.
Огнетушащие средства изоляции. В группу огнетушащих средств изоляции входят пены (химические и воздушно-механические), порошковые составы, сыпучие негорючие вещества, листовые материалы (войлочные, асбестовые, брезентовые покрывала).
Пены. Используют практически для тушения всех видов горючих веществ, исключая взрывчатые и взаимодействующие с водой.
Пена – коллоидная система из жидких пузырьков, наполненных газом. Пленка пузырьков содержит раствор поверхностно-активных веществ (ПАВ) в воде с различными стабилизирующими добавлениями.
Вохдушно-механическая пена (ВМП) образуется при перемешивании воздуха с раствором пенообразователя в специальной аппаратуре. Раствор пенообразователя необходимой концентрации либо образуется в момент тушения в специальных устройствах, либо готовится заранее в баках стационарных установок. ВМП можно получить: малой кратности – с кратностью до 20 (20:1), средней кратности (200:1), высокой кратности (200:1-1000:1). Кратность пены – отношение объема полученной пены к объему эмульсии (смесь пенообразователя и воды) является важной характеристикой огнетушащих свойств пены. В зависимости от вида пенообразователя различают несколько типов воздушно-механической пены.
Пена на протеиновой основе была разработана еще во время первой мировой войны. Пенообразователь для ее получения вырабатывается из животных и растительных отходов, подвергнутых гидролизу – химической реакции, в результате которой образуется слабая кислота.
Синтетическая пена получается из пенообразователя на основе моющих средств из солей алкилсульфокислоты. Пена «легкая вода» была разработана Научно-исследовательской лабораторией ВМС США для использования в системе с сухим огнетушащим порошком. Ее пенообразователь изготавливается из поверхностно-активных веществ (на основе фторкарбонато-вой или фторсульфоновой кислот. Пена имеет низкую вязкость и быстро распространяется по горящему материалу. Вода, выделяющаяся из этой пены, имеет низкое поверхностное натяжение и поэтому тонкой пленкой распространяется по горящей жидкости, удерживая ее пары под своей поверхностью.
В настоящее время используются пенообразователи марок ПО-1, ПО-1Д, ПО-2А, «Прогресс», ПО-3А, «Типол», ПО-6К, ПО-ОС,» Морпен» и др. Наиболее часто используемый пенообразователь ПО-1 ГОСТ6948-70 имеет следующий состав:
- контакт Петрова (нефтяные сульфокислоты) – 84%;
- клей костный - 4,5%;
- спирт этиловый синтетический - 11%;
- едкий натр (сода каустическая) – до нейтрализации контакта.
ВМП получают в специальных устройствах при турбулентном перемешивании концентрата водных растворов пенообразователей с потоком воздуха в пропорциях от 1: 3 до 1: 1000 и выше. Пена не теплопроводна, имеет малую теплоемкость и слабую электропроводность, если раствор приготовлен на основе пресной воды.
Химическая пена образуется при взаимодействии, как правило, щелочных и кислотных компонентов, обладает высокой стойкостью, но имеет низкую кратность. Пена электропроводна, агрессивна по отношению к материалам, используемым в судостроении.
Кислотная часть, как правило, состоит из сернокислого нефелина, растворенного в воде. Щелочная часть состоит из двууглекислой соды (бикарбонат натрия) и лакричного экстракта, растворенного в воде. В зимнее время в щелочную часть добавляется поваренная соль.
В настоящее время химическая пена практически не применяется на судах, но достаточно широко используется на береговых объектах.
Средства химического торможения. В группу средств химического торможения входят порошковые составы. Огнетушащее действие порошков изучено еще не полностью. В основном оно объясняется изоляцией зоны горения за счет плавления порошков, охлаждением этой зоны и ингибированием химических реакций. Охлаждающий и изолирующий эффекты порошков значительны, но по мнению ряда исследователей, превалирует над всеми другими ингибирование реакции горения. Так, бензин, горящий на площади 1 м2, можно потушить 1 кг порошка типа ПСБ. Воды и углекислого газа требуется при этом несколько килограммов. При полном разложении 1 кг порошка образуется всего 250 г двуокиси углерода, а затрачиваемое на это разложение количество теплоты эквивалентно теплоте испарения лишь 300 г воды. Таким образом, даже на полное испарение всего порошка теплоты затрачивается много меньше, чем требуется для прекращения горения.
Ингибирование обрывает цепные реакции за счет снижения концентрации активных центров и тем самым уменьшает количество выделяющейся энергии.
Огнетушащие порошковые составы (ОПС) нетоксичны, не эелектро-проводны, не оказывают вредного воздействия на судовые материалы, они не замерзают при низких температурах. Подача ОПС в очаг пожара осуществляется сжатым воздухом или азотом. Разрабатываются мини огнетушители с капсюлем-теркой, где распыление порошка осуществляется энергией взрыва микро заряда пороха или специальной таблетки взрывчатого вещества.
В настоящее время промышленность выпускает ОПС различных марок и назначения. Наиболее часто применяются ОПС типов:
- ПС (кальционированная сода, графит, стеарат металла);
- ПСБ-3 (бикарбонат натрия, аэросил, нефелиновый концентрат);
- ПФ (диаммофос, аэросил, нефелин);
- СИ-2 (силикагели, насыщенные галоидоуглеводороды);
- П-1А (аммофос, аэросил).
Внедряются новые эффективные ОПС типа «Пирант» («Пирант-1, -А, -АЭ») на основе фосфорно-аммониевой соли, стеарата цинка, флогопита и легкоплавких добавлений.
Порошок представляет собой текучую мелкодисперсную пыль с разме-ром частиц 20-1000 мкм.
Все марки ОПС можно разделить на две группы:
-составы на основе бикарбонатов натрия и калия, предназначенные в основном для тушения пожаров горючих жидкостей, газов и электроустановок. Они плохо тушат тлеющие пожары;
-составы на основе галогенидов щелочных и щелочноземельных метал-лов, которые используются для тушения металлов.
К недостаткам ОПС следует отнести их гигроскопичность, слеживае-мость и относительно высокую стоимость. Для уменьшения слеживаемости и увеличения текучести в некоторые типы порошков вводят аэросил, представляющий собой кремний органические добавления (как правило, двуокись кремния), модифицированные диметилдихлорсиланом. Действие аэросила заключается в том, что его субмикронные частицы, располагаясь между более крупными частицами порошка, создают препятствия для их сближения на критическое расстояние для ближней коагуляции и предотвращают образование фазовых кристаллических контактов.
Галоны (хладоны) состоят из углерода и одного или нескольких галогенов: фтора, хлора, брома, йода. Галоны хранят в жидком состоянии под давлением. При поступлении в защищаемое помещение галон испаряется, превращаясь в бесцветный газ без запаха (некоторые галоны имеют сладковатый запах). При содержании в воздухе защищаемого помещения 10% галонов по объему горение прекращается. Огнетушащее действие галонов основано на прерывании цепной реакции горения.
Практическая работа №2.