25. Огнегасительные свойства и область применения химической и механичекой пены

Пена бывает двух видов: химическая и воздушно-механическая.

Химическая пена образуется при взаимодействии щелочного и кислотного растворов в присутствии пенообразователей.

Воздушно - механическая пена представляет собой смесь воздуха (90 %), воды (9,7 %) и пенообразователя (0,3 %). Растекаясь по поверхности горящей жидкости, она блокирует очаг, прекращая доступ кислорода воздуха. Пеной можно тушить и твердые горючие материалы.

Огнегасительный эффект изолирующих и разбавляющих веществ связан в основном с торможением скорости образования горючих паров и газов и снижением концентрации кислорода в зоне сгорания. В первом случае огнегасительное вещество, выброшенное на поверхность горящего вещества, снижает концентрацию горючих паров и газов, поступающих в зону сгорания, охлаждает его поверхность, снижает тепловыделение и одновременно увеличивает отвод тепла от зоны сгорания, что в результате приводит к прекращению горения. Во втором случае в зоне сгорания падает концентрация кислорода за счет вытеснения его огнегасительными веществами.

Наиболее эффективными из современных изолирующих огнегасительных веществ являются химическая и воздушно-механическая пена, галлоидированные углеводороды: бромистый метилен, бромистый этил, тетра-фтордибромэтан, составы 3,5; 7; ОКБ и др.

Химическая и воздушно-механическая пена. Химическая пена состоит из пузырьков, внутри которых находится углекислый газ; пузырьки воздушно-механической пены содержат воздух.

Пены образуются в результате химических реакций. Обычно в качестве реагирующих веществ применяют водные щелочные растворы и кислоту или порошок, в котором в сухом виде содержится сернокислый алюминий A1₂(SO₄)₃ — кислотная часть и бикарбонат натрия NaHCO₃ щелочная часть состава. Для того чтобы образующаяся пена была устойчива во времени, в жидкость, из которой образуется пена, вводится поверхностно-активное вещество (сульфокислоты и их соли, сапонин, экстракт солодкового корня, лакрица и другие вещества).

Обычный состав химической пены: 80% углекислого газа, 19,7% водного раствора Na₂SO₄ с гидратом окиси алюминия Аl(ОН)₃ и 0,3% поверхностно-активного вещества. Удельный вес химической пены около 0,2.

В характеристику пены как огнегасительного средства входят ее свойства кратности и стойкости. Под кратностью пены понимается отношение объема пены к объему жидкости, из которой она получена. Под стойкостью понимается ее способность сохраняться во времени (от начала образования до полного распада). Кратность химической пены равна примерно 5, а стойкость 40 мин.

Химическая пена является хорошим средством тушения горящих жидкостей, не соединяющихся и не смешивающихся с водой. Для тушения гидрофильных жидкостей применяют химическую пену из так называемого омыленного пеногенераторного порошка.

Механизмтушения пеной лекговоспламеняющихся жидкостей заключается в том, что пенный покров является как бы экраном, препятствующим воздействию тепла зоны горения на поверхность жидкости, в результате чего ее испарение резко уменьшается. Кроме того, пенный покров препятствует выходу паров жидкости в зону горения и, таким образом, оказывает изолирующее действие. Контакт пены, в состав которой входит вода, с поверхностью жидкости, нагретой до температуры кипения, а также попадание в жидкость водного раствора, получаемого при распаде пены, оказывает и некоторое охлаждающее действие, но оно не является решающим для прекращения горения.

Воздушно-механическая пена образуется при механическом смешивании воздуха, воды и поверхностно-активного вещества (пенообразователей ПО-1, ПО-6, ПО-11 и др.).

Воздушно-механическая пена может быть обычной, в которой содержится около 90% воздуха и 10% водного раствора пенообразователя (кратность пены до 10), и высокократной, содержащей 99% воздуха, около 1% воды и 0,04% пенообразователя (кратность пены до 100 и более).

Стойкость воздушно-механической пены меньше, чем химической, причем стойкость уменьшается с повышением кратности пены.

Воздушно-механическую пену обычной кратности применяют для тушения нефтепродуктов и твердых горючих материалов и веществ. Она хорошо защищает предметы и материалы от воспламенения. Пену высокой кратности целесообразно применять для тушения пожаров в подвалах, в труднодоступных местах, а также для тушения различных легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Для тушения легковоспламеняющихся жидкостей применяют пену – смесь газа с жидкостью. Пены представляют собой систему, в которой дисперсной фазой всегда является газ; пузырьки газа заключены в тонкие оболочки – пленки из жидкости. Пузырьки газа могут образовываться внутри жидкости в результате химических процессов или механического смещения газа (воздуха) с жидкостью. Чем меньше размеры пузырьков газа и поверхностное натяжение пленки жидкости, тем более устойчива пена (меньшая возможность разрушения пленки). При небольшой плотности (0,1–0,2 г/см3) пена растекается по поверхности горящей жидкости, изолирует ее от пламени, и поступление паров в зону горения прекращается; одновременно охлаждается поверхность жидкости. Для тушения пожаров применяют устойчивую пену, которая может быть получена при введении в воду небольших количеств (3–4 %) вещества, способного снизить поверхностное натяжение пленки воды. Вещества, находящиеся в коллоидном состоянии и способные адсорбироваться в поверхностном слое раствора на границе жидкость – газ, называются пенообразователями. К таким веществам относятся экстракты лакричного корня, сапонин, некаль, керосиновый и другие контакты, альбумины и др. Огнетушащие свойства пены определяются ее стойкостью, кратностью, дисперсностью и вязкостью. Стойкость пены – ее сопротивляемость процессу разрушения, ее оценивают продолжительностью разрушения пены. Кратность пены – отношение объема пены к объему раствора, из которого она образована. Качество пены во многом определяется ее дисперсностью. Чем выше дисперсность, тем больше стойкость пены и выше ее огнетушащая эффективность. Огнетушащая эффективность пены характеризуется интенсивностью ее подачи и удельным расходом. Широкое применение находят два вида устойчивых огнегасительных пен: химическая и воздушно-механическая. Пены с большей кратностью менее стойки. Химическая пена, как правило, более стойка, чем воздушно-механическая. Воздушно-механическая пена подразделяется на низкократную (кратность до 30), среднекратную (кратность 30–200), высокократную (кратность выше 200). Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пеногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и вступают в реакцию, образуя диоксид углерода. В результате выделения большого количества диоксида углерода получается устойчивая пена. При растекании химической пены образуется слой толщиной 7–10 см, весьма устойчивый, мало разрушающийся под действием пламени; пена не взаимодействует с нефтепродуктами и образует плотный покров, не пропускающий паров жидкости. Стойкость химической пены более 1 ч. В последнее время наметилась тенденция к сокращению применения химической пены, что связано со сравнительно высокой ее стоимостью и сложностью организации тушения пожаров. При тушении пожаров в резервуарах с нефтепродуктами химическую или воздушномеханическую пену подают в очаг горения стационарными пенокамерами или передвижными пеноподъемниками. Химическая пена образуется в рукавной линии, транспортирующей водный раствор пеногенераторного порошка, по мере движения потока к пеносливу. Химическая пена хорошее средство тушения горящих жидкостей не соединяющихся и не смешивающихся с водой. Для тушения гидрофильных жидкостей применяют химическую пену из так называемого омыленного пеногенераторного порошка. В настоящее время химическую пену успешно заменяют воздушномеханической. Воздушно-механическая пена представляет собой механическую смесь воздуха, воды и поверхностно-активного вещества, снижающего поверхностное натяжение воды (пенообразователя). Воздушно-механическая пена может содержать около 90 % воздуха и 10 % водного раствора пенообразователя или 99 % воздуха, около 1 % воды и 0,04 % пенообразователя. Стойкость воздушно-механической пены меньше, чем химической, причем стойкость уменьшается с повышением кратности пены. Для получения воздушно-механической пены требуется ввести пенообразователь в воду во всасывающем трубопроводе насоса или в напорной линии. Обычно используют пенообразователь типа ПО-1, состоящий из керосинового контакта, столярного клея и этилового спирта. Пенокамеры воздушно-механической пены устанавливают вблизи верхней кромки резервуара для равномерного распределения пены по поверхности горящей жидкости. На рис. 20.2 показана схема подключения стационарной пенокамеры к пожарному автонасосу. Раствор пенообразователя поступает в пенокамеру по рукавным линиям, проложенным от пожарного автомобиля, который располагается на дороге вблизи обваловки и забирает воду из пожарного гидранта. Пенообразователь из цистерны пожарного автомобиля вводится в поток воды дозатором, расположенным в дозаторном отделении автомобиля. Поступающий таким образом водный раствор пенообразователя превращается в пенокамерах в воздушно-механическую пену, которая растекается по поверхности и тушит очаг горения, изолируя жидкость от пламени. На поверхности горящих жидкостей пена образует устойчивую пленку, не разрушающуюся под действием пламени в течение 30 мин. (времени, вполне достаточном для тушения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в резервуарах любых диаметров). Воздушно-механическая пена совершенно безвредна для людей, не вызывает коррозии металлов, почти неэлектропроводна и весьма экономична. Воздушно-механическую пену применяют также для тушения твердых горящих веществ (дерева и др.). Деревянные конструкции, покрытые воздушно-механической пеной значительное время (до 40 мин) сопротивляются воздействию лучистой энергии и не воспламеняются. В тех же условиях незащищенные конструкции воспламеняются через 15 мин. Специальные дозирующие устройства с головками для получения пены применяют в спринклерных и дренчерных автоматических установках тушения пожаров воздушно-механической пеной. Пенные установки широко используют на предприятиях, где хранятся или перерабатываются горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 28°С и твердые сгораемые материалы и изделия (например, химические волокна).