Тема 3 Прекращение горения Лекция 3 2 Огнетушащие средства

Тема 3. Прекращение горения Лекция 3/2 Огнетушащие средства. Механизмы прекращения горения. Состав и свойства. Область применения. Часть 2

Учебные вопросы: 1. Воздушно-механические пены. 2. Огнетушащие средства разбавления - негорючие газы. 3. Химически активные ингибиторы. 4. Огнетушащие порошки.

1. Воздушно-механическая пена Пена представляет собой дисперсную двухфазную систему, состоящую из ячеек, заполненных газом или паром и разделенных плёнками жидкости. Газ или пар, заполняющий ячейки, является дисперсной фазой, а жидкость - дисперсионной средой. По способу получения пены бывают химические и воздушно-механические.

Механизм прекращения горения пеной 1. Образование локального слоя пены на поверхности горючей жидкости, зависящее от соотношения интенсивностей подачи пены и ее разрушения на поверхности горючей жидкости. 2. Локальный слой пены экранирует часть горючей жидкости от лучистого теплового потока пламени и охлаждает верхний прогретый слой 3. При достижении на поверхности жидкости слоем пены определенной толщины он препятствует поступлению выделяющихся паров горючей жидкости к зоне горения.

Надежное тушение пеной может быть достигнуто при подаче на поверхность горючей жидкости такого слоя пены, через который пары горючей жидкости не смогут попасть в зону горения. Поэтому воздушно-механическая пена относится к изолирующим огнетушащим средствам. Дополнительные эффекты при тушении пеной: - разбавление горючей смеси в зоне горения парами воды; -охлаждение зоны горения парами воды.

Тушение пожара резервуара с нефтью (Сургут) (установившийся режим)

Тушение пожара резервуара с нефтью

Схемы подачи пены Пена средней кратности с помощью пеноподающей техники на поверхность горящей жидкости Пена низкой кратности в слой горящей жидкости (подслойное тушение)

2. Закон действующих масс - скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагентов V = k[A]n[B]m, k = Ae-E/RT Для реакции горения – это концентрации горючего вещества и кислорода. ОC разбавления понижают концентрацию реагентов ниже пределов, необходимых для горения. В результате уменьшается скорость реакции горения, скорость выделения тепла, снижается температура горения. Воздух разбавляют в замкнутых помещениях (сушильные камеры, трюмы судов, отсеки электротехнических помещений и т. п). ОК – это объемная доля ОС в воздухе, необходимая для прекращения горения.

Если бы механизм прекращения горения НГ сводился к простому разбавлению, то количество НГ, необходимое для тушения диффузионного пламени, было бы одним и тем же. Однако ОК НГ зависят не только от их вида и от условия их подачи, но и от вида ГМ и других факторов. Кроме простого разбавления, НГ, поступая в зону реакции с температурой окружающей среды 20 -30 о С, нагреваются до температуры 1000 о С и отнимают некоторое количество тепла. Количество отводимого тепла зависит от теплоемкости Ср НГ. Чем она больше, тем эффективнее действует НГ. Некоторые НГ увеличивают интенсивность теплоотвода за счет резкого повышения коэффициента теплопередачи газовой смеси ( Не 6 азот).

Огнетушащую эффективность НГ характеризуют отношением Ср/ для СО 2 в 2 раза превышает отношение Ср/ аргона поэтому ОК СО 2 в 2 раза меньше, чем аргона. ОК НГ не одинаковы для различных горючих веществ. Для тушения бензина концентрация СО 2 - 19 – 20 %, а для тушения древесины - 25 %.

СО 2 применяется для тушения пожаров в складах, аккумуляторных станциях, сушильных печах, архивах, книгохранилищах, а также электрооборудования и электроустановок. ОК 30%. Недостатки – накопление в атмосфере (парниковый эффект). Аг - перспективный газовый состав. Используется в огнетушителях типа ОУ и баллонах установок автоматического газового пожаротушения. N 2 применяется для тушения пожаров натрия, калия, бериллия и кальция, а также некоторых технологических установок и аппаратов. ОК 35%. Не применим для тушения пожаров магния, лития, алюминия циркония и некоторых других металлов, способных образовывать нитриды, обладающие взрывчатыми свойствами и чувствительные к удару. (Для их тушения используют Ar). H 2 O (пар) применяется для тушения в герметичных помещениях объемом до 500 м 3 (трюмах судов, сушильных и окрасочных камерах, насосных станциях по перекачке нефтепродуктов, наружных установках химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Подают по резиновым шлангам от стояков паровых линий. ОК 35%. H 2 O (тонкораспыленная диаметр капель меньше 100 мк) применяется для тушения твердых горючих веществ и материалов, нефтепродуктов. Для получения и подачи такой воды применяют специальные стволы-распылители и насосы создающие давление 2 -3 МПа.

Вопрос 3. ОС химического торможения химически активные ингибиторы (ХАИ) Процесс превращения реагентов в конечные продукты горения имеет свободнорадикальный механизм и сопровождается образованием активных центров реакции (энергетически и химически возбужденных атомов и радикалов Н • , OH • , СН • , CH 2 • и др. ) О 2 + Н 2 = 2 HО О 2 + Н 2 = H + • НО 2 зарождение цепи (образование радикалов) HO + H 2 = H 2 O + H развитие реакционной цепи H + O 2 = HO +O O + H 2 = HO + H разветвление H + HO + M = H 2 O + M обрыв цепи Механизм действия ХАИ заключается в снижении скорости химической реакции вследствие нейтрализации активных центров и обрыва цепей. H + Вr • = НBr обрыв цепи (НBr – продукт реакции горения) Чем интенсивнее нейтрализация активных центров реакции, тем эффективнее тормозящее воздействие ХАИ на скорость химических реакции.

Концентрации горючего вещества и окислителя, теплофизические параметры смеси (ср, ) практически не изменяются, так количество ХАИ вводимое в зону реакции для прекращения процессов горения составляет 2 -3 %. Это почти в 10 раз меньше, чем требуется для тушения пламени наиболее эффективного из НГ С 02 (25 – 30 %). Эффективные ХАИ - галоидированные углеводороды: тетрахлорметан - СС 14, бромэтан С 2 Н 5 Вг, дибромметан СН 2 Вг 2. Наибольшее применение в системах пожаротушения нашел тетрафтордибромэтан С 2 F 4 Br 2. при ТГ 1000 о. С С 2 F 4 Br 2. 2 Br • + C 2 F 4 (негорючее вещество) H + Вr • = НBr Примеры ХАИ: - состав 3. 5: 70 % С 2 Н 5 Br и 30 % CO 2 (ОК = 6. 7 % или 0. 26 кг/м 3); - состав 4 НД: 97 % С 2 Н 5 Br и 3 % СО 2 (ОК = 5. 6 % или 0, 203 кг/м 3); - состав 7: 80 % СН 2 Br 2 и 20 % С 2 Н 5 Br (ОК = 3. 0 % или 0. 157 кг/м 3); - хладон 114 В 2 (С 2 F 4 Br 2) (ОК = 3. 0 % или 0. 25 кг/м 3); - хладон 13 В 1 (СF 3 Br) (ОК = 4. 0 % или 0. 26 кг/м 3).

Применение ХАИ: Прекращение пламенного горения. Поскольку действуют ХАИ в газообразном состоянии, а газы стремятся равномерно распределиться по всему окружающему пространству, то эти ОС применяют для тушения пожаров в замкнутых объемах: в зданиях, помещениях, сооружениях; для тушения волокнистых материалов, электроустановок и электрооборудования, находящихся под напряжением; защиты от пожаров транспортных средств, машинных отделений судов, вычислительных центров, особо опасных цехов химических предприятий, окрасочных камер, сушилок, складов с горючими жидкостями архивов, музеев, других особо ценных и уникальных объектов ХАИ используются в основном в стационарных установках для тушения внутренних пожаров. ХАИ заполняют весь объем помещения, где произошел пожар, доводя содержание до ОК. При этом необходимо учитывать утечки газа через неплотности с отходящими продуктами горения и т. д. , а также неравномерность распределения газа по защищаемому объему и другие факторы.

Достоинства ХАИ как ОС: - хорошая смачивающая способность, - неэлектропроводность, - высокая плотность в жидком и газообразном состоянии, что обеспечивает возможность образования струи, проникновения в пламя, а также удержания паров ОС около очага горения. Недостатки ХАИ: - высокая стоимость, - химическая (в том числе коррозионная) активность. ХАИ нельзя применять для тушения материалов, содержащих в составе О, а также металлов, гидридов и металлоорганических соединений, когда окислителем является не кислород. С 2 Н 5 Br может разлагаться при высоких температурах и воспламенятся при концентрации 6. 5 – 11. 3%. - токсичность (особенно продукты их термического распада). Предложен параметр, характеризующий токсичность ХАИ R = ОК/ОПК. Наименее опасным является галлон 1301 (фреон 13 В 1, СF 3 Br) R = 0. 098. ХАИ у которых R > 4 не применяют вообще. Не следует использовать ХАИ, у которых R > 1 в помещениях в присутствии людей.

Вопрос 4. Огнетушащие порошки Огнетушащие порошковые составы -универсальные и эффективные средства тушения пожаров при сравнительно незначительных удельных расходах. Их применяют для тушения горючих материалов в любом агрегатном состоянии, электроустановок под напряжением до 1000 В, металлов, металлоорганических и других пирофорных соединений, не поддающихся тушению водой и пенами, а так же пожаров при значительных минусовых температурах.

Механизм огнетушащего действия ОПС 1. Изоляция горючих веществ от зоны горения 2. Разбавление реагентов в зоне химических реакций, так как число частиц порошка в некотором объеме зоны горения оказывается соразмерным с числом активных центов. Огнетушащая эффективность порошков возрастает с ростом их дисперсности. 3. Эффективный теплоотвод из зоны реакции вследствие, большой суммарной теплоемкости и тепловоспринимающей поверхности (малые частицы быстро нагреваются). 4. Частицы порошка отнимают тепло от фронта пламени по механизму «холодной» стенки. 5. Если поверхность частиц химически активна по отношению к радикалам зоны химических реакций, то они действуют как ХАИ (МОН + Н • = Н 20 + М; МОН + ОН • = Н 20 + МО, где М - это К или Na. В составе СИ силикагель пропитывается жидким фреоном 114 B 2. 6. Дополнительный отвод тепла вследствие эндотермических процессов разложения и сублимации частиц порошка в зоне химической реакции. 7. Разбавление реагентов парами и газами.

Достоинства ОПС - огнетушащая эффективность, - универсальность. Недостатки ОПС - гидрофильность, - склонность к отсыреванию, увлажнению, слёживанию и комкованию, - сложность подачи в зону горения: их трудно «забирать» из объёма, где они находятся, для подачи в нагнетающее устройство; им трудно сообщить большой запас механической энергии (они «не работают» в насосах, в системах нагнетания); их трудно транспортировать по трубопроводам и подавать в «свободном полете» в зону горения.

Поэтому для «забора» , «транспортировки» и «подачи» ОПС в зону горения применяют преимущественно пневмотранспорт. Максимальная дальность полета струи воздушно-порошковой смеси в этом случае редко превышает 10 - 15 м для ручных стволов и 20 - 25 м для лафетных, а длина подающих шлангов не превышает 50 60 м. Для гидрофобизации ОПС применяют различные способы их обработки: вводят добавки, которые препятствуют слёживанию и повышают скольжение частиц, т. е. придают порошковым составам свойства «текучести» . К их числу относятся стеараты металлов (стеарат алюминия, стеарат железа или магния), стеариновая кислота, графит. Для обработки порошковых составов применяют силиконовые жидкости, добавляют тальк, флюсы и т. п.

Порошковые составы: - ПСБ-3 (бывает трех марок А, Б, В) - применяется для тушения ЛВЖ, ГЖ, растворителей , сжиженных газов, газовых фонтанов, электроустановок под напряжением до 1000 В. Применяется и комбинировано вместе с пеной. Состав: 91 - 97 % Na. HCO 3, 1. 5 – 2. 5% Ca. CO 3, 1. 5 – 6. 5% талька и аэросила (кремнийорганическая добавка); П-1 А применяется для тушения твердых горючих материалов (древесина, бумага, уголь, пластмассы и др. ), нефтепродуктов, сжиженных газов, газовых фонтанов и электроустановок под напряжением до 1000 В. Состав: 99 % фосфорно-аммонийных солей и 1% аэросила. - ПС-1 применяется для тушения горящих щелочных металлов и их сплавов. Состав: 95 - 96% Na 2 CO 3, 1 – 1. 5 % С, 0. 5 – 3 % стеарата (магния, цинка или кальция); - СИ-2 применяется для тушения многих горючих веществ, в том числе пирофорных, кремнийорганических и алюминийорганических соединений, а также гидридов металлов. Существуют и другие виды ОПС: ПГПМ, РС и др.