В основе процесса горения лежат реакции окисления, т.е. соединения исходных горючих веществ с кислородом. Чтобы прекратить горение, надо остановить химическую реакцию в его зоне. Реакция происходит при определенной температуре, зависящей от тепловыделения и теплоотдачи. При свободном установившемся горении тепловыделение равно теплоотдаче. Такое равновесие называется тепловым. Температура, при которой создалось тепловое равновесие, называется температурой зоны горения. Температура горения вещества не постоянна и изменяется в зависимости от скоростей выделения и отдачи теплоты в зоне реакции. С увеличением тепловыделения повышается температура горения и увеличивается теплоотдача до нового теплового равновесия. С уменьшением тепловыделения понижается температура горения и уменьшается теплоотдача.
Тушение пожара - это воздействие на тепловыделение и теплоотдачу. С уменьшением тепловыделение или с увеличением теплоотдачи снижается температура и скорость реакции. При введении в зону горения огнетушащих средств температура может достигнуть значения, при котором горение прекращается. Минимальная температура горения, ниже которой скорость теплоотвода превышает скорость тепловыделения, и горение прекращается, называется температурой потухания.
Температура самовоспламенения значительно выше температуры потухания, следовательно, для прекращения горения достаточно понизить температуру зоны реакции ниже температуры потухания, увеличивая интенсивность теплоотвода или уменьшая скорость тепловыделения. Этого можно достигнуть следующими способами:
- охлаждением зоны реакции или горящих веществ
- разбавлением веществ в зоне реакции горения
- изоляцией горящего вещества от зоны горения или зоны горения от окислителя (кислорода воздуха)
- химическим торможением реакции горения.
Все существующие огнетушащие средства оказывают комбинированное воздействие на процесс горения вещества, (Вода может охлаждать и изолировать или разбавлять источник горения; пенные средства действуют изолирующе и охлаждающе; порошковые составы изолируют и тормозят реакцию горения; наиболее эффективные газовые средства действуют одновременно как разбавители и как тормозящие реакцию горения). Однако любое огнетушащее вещество обладает каким-либо одним доминирующим свойством.
Быстро ликвидировать пожар можно при правильном выборе средств и способов пожаротушения.
В первую очередь используются те огнетушащие средства, которые отвечают следующим основным требованиям:
а) обладают высоким эффектом тушения, т.е. при малом расходе на единицу площади или объёма пожара сравнительно быстро прекращают горение;
б) доступны для широкого применения и дешевы;
в) безвредны для человека при их использовании и хранении;
г) не наносят существенного вреда материалам и предметам, подвергающимся их воздействию.
Сущность прекращения горения способом охлаждения
При гетерогенном горении заключается в охлаждении зоны реакции ниже температуры потухания, а при гомогенном горении - ниже температуры воспламенения.
Приёмы охлаждения: охлаждение поверхности и перемешиванием.
Механизм прекращения горения заключается в уменьшении скорости разложения твердых веществ или испарения жидкостей и, в результате приближения зоны горения к горючему веществу, увеличения скорости теплоотвода и понижения температуры горения.
При способе охлаждения в зону горения вводят вещества с низкой температурой и высокой теплоемкостью, что отнимает часть тепла, идущего на продолжение горения, и нарушает устойчивое тепловое равновесие.
Такими огнетушащими веществами являются вода и твердая углекислота.
ВОДА t замерз.= 0° С t кип. = 100 °0
поверхност.напряжение(20оС)=72,75эрг/см2
(4°С)= I г/см3 (100°С)=0,958 г/см3
теплота парообразования - 539 ккал/кг
из 1кг воды образ. 1750 л пара
вода электропроводная, несжимаемая маловязкая, химически нейтральная, не ядовитая, не реагирует со многими веществами.
Высокая теплоёмкость, высокая термическая стойкость (разлагается на кислород и водород при =1700оС и выше) низкая теплопроводность,
высокая паро-образовательная способность, неслеживаемость, воду можно подавать компактными и распыленными струями.
Недостатки: плохая смачиваемость, электропроводна, нельзя применять для тушения веществ, которые вступают в реакцию с водой.
Твердая углекислота - мелкая кристаллическая масса в 1,5 раза тяжелее воздуха при t =-79°C, при нагревании сразу переходит в пар. Такая масса в виде хлопьев "снега" образуется в результате переохлаждения двуокиси углерода при быстром испарении сжиженного газа во время выхода его из баллона, оборудованного специальным раструбом.
Преимущества: высокая скорость охлаждения, можно тушить дорогостоящие вещества, неэлектропроводна.
Недостатки: сравнительно дорого стоит, при больших концентрациях опасна для жизни, при взаимодействии с К, Са, Мg горение усиливается с разложением углекислоты на С и О2.
Интенсивность подачи объемная. Расчетное время тушения - 3 мин., техника подачи - раструб огнетушителя или стационарной установки.
Механизм прекращения горения способом изоляции
Заключается в том, что происходит полное или частичное прекращение доступа в зону горения воздуха или горючих продуктов, при этом выделение тепла в зоне горения уменьшается, скорость реакции замедляется, а температура горения понижается до температуры потухания и горение прекращается. Изоляция может создаваться следующими способами:
- закрытием оконных и дверных проемов, люков, шахт и других отверстий, через которые в зону горения поступает воздух и удаляются продукты сгорания.
- закрытием задвижек, постановкой заглушек, взрывом заряда вв.
- создание изолирующего слоя из огнетушащего средства по поверхности горящего вещества
- созданием изолирующего слоя в виде разрывов в горючем материале при помощи разборки, выжигания и т.д.
Огнетушащие средства: жидкие, сыпучие, газообразные, твердые листовые, создание п/п разрывов.
Огнетушащие пены - огнетушащая способность определяется кратностью, стойкостью, дисперсностью и вязкостью
Кратность(Кп) =Vпены./Vраствора
По кратности: низкой кратности (до 10),средней кратности (до 200) высокой кратности (200 и выше)
Стойкость - время, в течении которого пена способна сохраняться, чем меньше Кп, тем больше стойкость (хим.пена более стойка, чем ВМП)
Дисперсность - обратно пропорциональна размерам пузырьков, чем выше дисперсность, тем лучше пена и больше ее стойкость.
Вязкость - увеличивает стойкость, но ухудшает растекаемость.
Положительные свойства: хорошая проникающая способность, растекается под давлением выше лежащих слоев.
Недостатки - уменьшение стойкости за счет увеличения кратности, электропроводна. Применяется от ручных и стационарных установок. Не только хорошо тушит, но и применяется для защиты материалов. Применяется как для поверхностного, так и для объёмного тушения
(I м3 пены низк.кр. 4л ПО + 96 л Н2О + 900 л возд.),
(I м3 пены ср.кр. 0,6л ПО +9.4 л Н2О + 990 л возд.)
Огнетушащие порошки: мелко дисперсные системы, состоящие из твёрдых частиц со сложным химическим составом.
Огнетушащая эффективность зависит от хим. природы компонентов порошка, гранулометрического состава, влажности, текучести, распыляемости.
Положительные свойства: нетоксичны, неэлектропроводны, корозийно неактивны.
Недостатки: высокая экономическая стоимость, слёживаемость.
Применяются в огнетушителях, стационарных системах и из ручных и лафетных стволов АП.
Газообразные - взрыв или продукты сгорания. Механизм прекращения: происходит механический отрыв пламени, изоляция от зоны горения горючих веществ и частично разбавление реагирующих веществ.
Механизм прекращения горения способом разбавление
состоит в понижении концентрации реагирующих веществ ниже пределов, необходимых для горения, в результате чего уменьшается скорость реакции, уменьшается количество выделяющегося тепла, снижается tгор и горение прекращается.
Область применения: разбавление воздуха в сравнительно небольших объёмах (сушильных камер, трюмов судов и т.д.) за исключением тушения щелочных металлов, металлоорганических соединений, материалов способных к длительному тлению.
Огнетушащими средствами являются: инертные газы, углекислый газ, водяной пар, продукты взрыва и сгорания, тонко распыленная вода, газо-водяные составы.
Углекислый газ; применяется для тушения пожара в закрытых помещениях или труднодоступных местах (самолёты, эл.установки и т.д.) При введении 15-25% по объему в закрытое помещение горение прекращается.
Норма расхода СО2 при тушении пожара - 0,495 кг/м3 для закрытых помещений, 0,594 кг/м3 - для наиболее пожароопасных помещений.
Положительные свойства; не портит материалы, неэлектропроводен.
Недостатки; экономически дорог, огнетушащие концентрации недопустимы для организма человека.
Инертные газы: азот, аргон, гелий, дымовые и отработанные газы -применяются для тушения в резервуарах, технологических установках, на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, электростанциях. Огнетушащая концентрация -31-36% по объему.
Положительные свойства: не вступают в реакцию, понижают содержание кислорода.
Недостаток: дороги.
Применяются в стационарных системах защиты.
Тонко распылённая вода - имеющая размеры капель до 100 микрон, происходит полное испарение в зоне горения, разбавление реагирующих веществ ниже пределов, необходимых для горения.
Получается из специальных стволов под давлением Р=40-60 атм. по бронированным шлангам.
Механизм прекращения горения способом химического торможения
основан на торможении реакции горения за счет нейтрализации активных центров цепной реакции при применении особо активных веществ, термически нестойких, с низкой температурой кипения, легко переходящих в газообразное состояние.
Это порошковые составы и галоидированные углеводороды. Галоидированные углеводороды – специальные составы, основными компонентрми которых являются: бромистый этил, двуокись углерода(жидкая), бромистый метилен.
Бромистый этил: (C5H2B2) - легкоиспаряющаяся жидкость с резким эфирным запахом.
Ткип =38°С, замерзания =-119°С. Из I кг жидкости образуется 400л пара; пары в 5,5 раза тяжелее воздуха; огнетушащая концентрация 5,4% по объему (0,242 кг/м3); практически не электропроводен. В чистом виде, как правило, не применяется, а используется в качестве компонента в огнетушащих составах 3,5; 7; 4НД,БФ-2, совместно с флегматизирующими средствами.
"7" - жидкостная смесь, состоит из бромистого метилена (80%) и бромистого этила (20%), tкип =38°С, tзамерз. = -70°С. Из 1кг обр.430 л пара. Огнетушащая концентрация – 3% по объёму.
БМ – жидкостная смесь, состоящая из бромистого этила(70%) и бромистого метилена(30%) tкип=38°С, tзамерз =-70°С. Огнетушащая концентрация 4,6% по объему (0,184 кг/м3)
Огнетушащие эмульсии: водные растворы галоидоуглеводородов. Наиболее применима водобромэтиловая эмульсия(90% вода и 10% бромистого этила). Применяется для тушения бензина, метилового спирта, толуола, для тушения в самолётах. Эффективнее распыленной воды в 7-10 раз.