Глава 27. Средства и методы тушения пожаров

27.1. Общие сведения о пожаротушении

Для подавления горения [44] необходимо, чтобы было выпол­нено хотя бы одного из следующих условий:

• изоляция очага горения от воздуха или снижение концентра­ции кислорода разбавлением негорючими газами до содержания, при котором не может происходит горение;

• охлаждение очага горения ниже определенной температуры;

• интенсивное торможение (ингибирование) химических реакций в пламени;

• механический срыв пламени сильной струей воды или газа;

• создание условий огнепреграждения, при которых пламя рас­пространяется через узкие каналы.

Все существующие огнетушащие вещества оказывают, как правило, комбинированное воздействие на процесс горения. Напри­мер, вода может охлаждать и изолировать (или разбавлять) ис­точник горения. Пена также изолирует и охлаждает. Наиболее эф­фективные газосодержащие средства воздействуют на процесс горения одновременно и как ингибиторы, и как разбавители. По­рошки могут ингибировать горение и создавать условия для ог­непреграждения при образовании устойчивого порошкового об­лака.

Однако любое огнетушащее вещество обладает каким-либо доминирующим свойством. Например, вода оказывает преимуще­ственно охлаждающее воздействие на пламя, пена — изолиру­ющее, огнетушащие вещества на основе галоидоуглеводородов и порошковые составы — специфическое ингибирующее действие. Кроме того, проявление того или иного свойства огнетушащего вещества зависит от условий его применения. Некоторые порош­ковые составы при тушении горящих металлов проявляют в ос­новном изолирующие свойства, а при подавлении горения угле­водородов — ингибирующие.

Таким образом, во-первых, огнетушащие вещества не явля­ются универсальными средствами, а, во-вторых, для подавле­ния горения одного и того же вещества в ряде случаев могут быть применены различные огнетушащие составы. Поэтому при выборе средств тушения следует исходить из возможности полу­чения наивысшего огнетушащего эффекта при минимальных за­тратах.

Важнейшими параметрами, определяющими условия тушения пожара, являются:

• физико-химические свойства горящего материала, от кото­рых зависит выбор огнетушащего вещества;

• пожарная нагрузка, т.е. масса всех горючих и трудногорючих материалов, находящихся на рассматриваемом объекте, отнесен­ная к площади пола помещения или поверхности, занимаемой материалами на открытом воздухе;

• скорость выгорания пожарной нагрузки;

• газообмен очага пожара с окружающей средой и с внешней атмосферой;

• теплообмен между очагом пожара и окружающими материа­лами и конструкциями;

• размеры и форма очага пожара и помещения, в котором про­изошел пожар;

• метеорологические условия.

Знание физико-химических свойств горючего материала необ­ходимо прежде всего потому, что для тушения пожара нельзя при­менять вещества, бурно реагирующие с горючим или окислите­лем. Например, не допускается использовать воду для тушения материалов, которые взаимодействуют с ней, образуют горючие газы или выделяют теплоту (щелочные металлы, некоторые го­рючие материалы). Особые трудности вызывает тушение тлеющих материалов из-за сложности проникновения огнетушащих веществ в их поры. Расход огнетушащих веществ на тушение тлеющих материалов, как правило, столь велик, что требуется применение дополнительных мер и средств (например, добавление в воду спе­циальных смачивателей).

Пожары классифицируют [40, 42, 43] в зависимости от физи­ко-химических свойств горючих материалов и возможности их тушения различными огнетушащими веществами (табл. 27.1).

Пожарная нагрузка (в состав которой входят также горючие конструктивные элементы зданий) и скорость ее выгорания оп­ределяют основные характеристики пожара, такие как темпера­турный режим и продолжительность пожара, опасные факторы пожара, воздействующие на людей и т.д. Пожарную нагрузку диф­ференцируют в зависимости от ее распределения по площади на распределенную и сосредоточенную. Она характеризуется массой на единицу поверхности пола (кг/м²). Параметры развития пожа­ра зависят от вида и величины пожарной нагрузки.

Существуют различные способы пожаротушения. Их класси­фицируют по виду используемых огнетушащих веществ (соста­вов), методу их применения (подачи), особенностям окружающей обстановки, назначению и т.д. Пожаротушение подразделяют преж­де всего на поверхностное, когда подача огнетушащих веществ про­изводится непосредственно на очаг горения, и объемное, при ко­тором в районе пожара создается среда, не поддерживающая го­рение.

Поверхностное тушение, называемое также тушением пожара по площади, подходит почти для всех видов пожаров и требует использования огнетушащих составов, которые можно подавать в очаг пожара на расстоянии (жидкостные, пены, порошки). Объем­ное тушение применяют в ограниченном объеме (в помещениях, отсеках, галереях и т. п.), оно основано на создании огнетушащей среды во всем объеме атмосферы, находящейся в защищаемом объекте.

Поверхностное тушение применимо к пожарам I класса, а объем­ное — II класса. Иногда объемное тушение используют для проти­вопожарной защиты локального участка значительного объёма (например, в больших помещениях), но при этом предусматривается повышенный расход огнетушащих веществ. Для объемно тушения требуются огнетушащие вещества, способные распределяться в атмосфере защищаемого объема и создавать в каждом элементе огнетушащую концентрацию (газовые, аэрозольные порошковые составы). Способ объемного тушения является бол прогрессивным, поскольку он обеспечивает не только быстрое надежное прекращение горения в любой точке защищаемого объёма, но и флегматизирует горение в объеме, т.е. предупреждает образование взрывоопасной среды. Кроме того, благодаря легкости автоматизации, быстроте действия и другим преимущества этот способ экономически более выгоден.

В зависимости от вида применяемой пожарной техники разделяют тушение первичными средствами — огнетушителями (переносными и привозными) — и размещаемыми в зданиях пожарными кранами передвижными средствами — пожарными автомобилями, а также стационарными — специальными установками о запасом огнетушащих веществ, приводимыми в действие автома­тически или вручную, лафетными стволами и т. д. Поверхностное тушение может осуществляться всеми видами пожарной техники, но преимущественно первичными средствами и с помощью пере­движных установок, а объемное тушение — посредством стацио­нарных установок.

Таблица 27.1. Классы пожаров

Класс (подкласс) пожара	Характеристика горючей среды	Рекомендуемые средства тушения
А1	Твердые тлеющие материалы (древесина, бумага, текстиль и т.п.)	Вода со смачивателями, распыленная вода, пены, порошок типа «Пирант»
А2	Твердые нетлеющие, в том числе плавящиеся материалы (резина, каучук, полимерные материалы и т.п.)	Вода, пены, порошки, хладоны
В1	Полярные горючие и легко­воспламеняющиеся жидкости, на которых интенсивно разру­шаются пены (спирты, эфиры и другие кислородсодержащие углеводороды)	Вода, пены, устойчивые к действию полярных жидкостей, порошок ПС Б-3, газовые составы
В2	Неполярные горючие жидкости и легковоспламеняющиеся жидкости и плавящиеся при нагревании вещества (бензин, керосин, мазут, масла, сте­арин, некоторые синтетические материалы)	Вода, пены, порошки, газовые составы
С	Газообразные горючие веще­ства (пропан, метан и др.)	Вода (для охлаждения оборудования), порошки ПХК, пены, газовые составы
D1	Металлы за исключением щелочных	Порошок типа ПХК, азот
D2	Щелочные металлы	Порошок ПХК
D3	Металлсодержащие вещества (металлоорганические соедине­ния, гидриды металлов и т. п.)	Порошки, диоксид углерода, инертные газы

27.2. Параметры и общие закономерности

Пожаротушения

Тушение пожара [44] сводится к активному (механическому, физическому или химическому) воздействию на зону горения с целью нарушения устойчивости реакции горения одним из при­нятых средств пожаротушения.

Устойчивость горения определяется в первую очередь темпера­турой в зоне химической реакции, которая зависит от условий теплообмена с окружающей средой. В зависимости от соотноше­ния между скоростью тепловыделения

q_t = dq/dt и скоростью теплопотерь Q_t = dQ/dt выделяют три случая в зоне горения t_r\

• при q_t = Q_t температура t_r стабилизируется, горение стано­вится устойчивым (до нарушения теплового равновесия);

• при q_t > Q_t температура t_r начинает повышаться, что приво­дит к увеличению скорости реакции и тепловыделения и к даль­нейшему быстрому росту температуры в зоне горения;

• при q_t < Q_t температура t_r начинает снижается, что влечет за собой уменьшение скорости реакции и тепловыделения и даль­нейшее понижение температуры в зоне горения.

При снижении t_r до критической температуры t_кр процесс го­рения самопроизвольно завершается.

Нарушение теплового равновесия и снижение температуры в тис горения достигается при пожаротушении или за счет увели­чения скорости теплопотерь, или за счет уменьшения скорости выделения теплоты в зоне горения.

Однако до сих пор не разработано общепринятых принципов и не установлено количественных закономерностей, позволяющих априори рассчитать условия пожаротушения. Это связано с чрезвычайным многообразием факторов, определяющих развитие и подавление пожаров. Поэтому для подбора огнетушащих веществ и определения норм их расхода пользуются обычно эксперимен­тальными данными с учетом конкретных условий предполагаемою пожара, причем и в отношении экспериментальных методов выбора и оценки эффективности огнетушащих средств единооб­разия не существует.

Основными характеристиками огнетушащих веществ являются огнетушащая эффективность и интенсивность подачи.

Под огнетушащей эффективностью понимают минимальное количество огнетушащих веществ, использованных для подавле­ния какого-либо принятого в качестве модельного очага пожара. В случае объемного тушения под огнетушащей эффективностью понимают концентрацию огнетушащих веществ (газовых соста­вов), которую выражают в объемных процентах или в граммах на единицу защищаемого объема.

Интенсивность подачи — это массовый расход огнетушащих составов во времени на единицу защищаемой площади или объе­ма. Интенсивность подачи огнетушащих веществ при поверхност­ном пожаротушении выражают в кг/(м²·с) или в л/(м²·с), при объемном тушении — в кг/(м³·с) или л/(м³·с). Удельный расход огнетушащих составов определяется произведением интенсивно­сти их подачи на время тушения и выражается в кг/м² при поверхностном тушении и в кг/м³ — при объемном.