Тема 3 Прекращение горения Лекция 3 3 Огнетушащие средства

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

Учебные вопросы 1. Негорючие газы. 2. Химически активные ингибиторы. 3. Огнетушащие порошки.

Вопрос 1. Негорючие газы (НГ) В качестве разбавителей чаще всего применяют азот, углекислый газ, водяной пар, реже гелий, аргон. Негорючие газы применяют в качестве ОС в замкнутых помещениях (сушильные камеры, трюмы судов, отсеки электротехнических помещений и т. п. ). Механизм снижения скорости реакций горения нейтральными (инертными) газами Попадая в зону реакции, НГ снижают концентрацию молекул горючего и окислителя в единице объема ниже пределов, необходимых для горения. Это приводит к снижению скорости реакции, скорости тепловыделения, температуры, доводя ее в зоне реакции до температуры потухания.

Огнетушащая концентрация – это объемная доля в воздухе огнетушащего средства, прекращающего горение. Факторы, влияющие на огнетушащую концентрацию НГ 1. Теплоемкость НГ. Чем больше теплоемкость, тем эффективнее действует НГ. 2. Вид горючего. Например, для тушения пламени бензина концентрация углекислого газа составляет 19 – 20 %, а для тушения древесины 25 %. 3. Условия подачи НГ.

Диоксид углерода (СО 2) Применяется для тушения пожаров электрооборудования и электроустановок, в складах, аккумуляторных станциях, сушильных печах, архивах, книгохранилищах. Огнетушащая, объемная концентрация равна 2530% в защищаемом помещении. Недостатки – накопление в атмосфере (парниковый эффект). Азот (N 2) Применяется для тушения пожаров натрия, калия, бериллия и кальция, некоторых технологических установок и аппаратов. Огнетушащая, объемная концентрация равна 35 -40% в защищаемом помещении. Не применим для тушения пожаров магния, лития, алюминия, циркония и некоторых других металлов, способных образовывать нитриды, обладающих взрывчатыми свойствами и чувствительных к удару (для их тушения используют аргон).

Тонкораспыленная вода (диаметр капель меньше 100 мкм) l l l 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 (20 - 30 атм. ). Основное преимущество состоит в увеличении скорости поглощения тепла из горючих газов и пламени. Суммарная поверхность капельного объема, отнесенная к массе всех капель, увеличивается обратно пропорционально радиусу капель 1/R, поэтому увеличивается суммарная площадь и скорость испарения. При быстром испарении водяной пар вытесняет воздух в зоне горения, что уменьшает скорость горения материала и интенсивность тепловыделения.

Вывод по первому вопросу Таким образом, механизм огнетушащего действия негорючих газов сводится к разбавлению горючего и окислителя в зоне горения, кроме того, нейтральные газы поразному воздействуют на зону реакции горения в зависимости от их физических свойств.

Вопрос 2. Химически активные ингибиторы (ХАИ) l l Механизм прекращения горения химически активными ингибиторами При протекании химических реакций горения в процессе превращения исходных компонентов горючей смеси в конечные продукты образуются химически активные атомы и радикалы Н*, СН*, OH*, CH 2* и др. ). Вступая во взаимодействие с другими активными центрами, они продолжают последовательную цепь реакции, а если образуются новые активные центры, то происходит разветвление химических цепей. Если в зону протекания химических реакций ввести дополнительные вещества, приводящие к нейтрализации активных центров, то будет происходить обрыв цепей. Такие вещества называют химически активными ингибиторами (ХАИ).

Схема цепной реакции между водородом и кислородом +Н 2 → Н 2 О + Н* ↑ * + Н →Н О + Н* ОН + Н 2 → ОН* + Н* 2 2 ↑ + О 2 →ОН*+ О* + О 2 →ОН* + О*…… ⁞ + Н 2→Н 2 О+Н* ⁞ +О 2→ ОН* + О* … Н 2+О 2=Н 2 О 2 +О 2→ ОН* + О* … ↑ ⁞ * + Н →Н О+ Н* * ОН +Н 2→Н 2 О+Н 2 2 ↑ +О 2 → ОН* + О*… ↑ ⁞ + Н 2 → ОН* + Н* + Н 2 → Н 2 О + Н*

Наиболее эффективно тормозят промежуточные химические реакции горения галогенсодержащие углеводороды. Гибель активных центров химических реакций горения происходит когда они вступают во взаимодействие с атомами и радикалами, содержащими галоген. При этом концентрации горючего вещества и окислителя практически не изменяются. Теплофизические параметры смеси (теплоемкость, теплопроводность) изменяются мало. Это объясняется тем, что количество ХАИ, которое надо ввести в зону реакции для прекращения процессов горения, ничтожно мало и составляет 2 - 3 %. Это почти в 10 раз меньше, чем требуется для тушения пламени наиболее эффективного из нейтральных газов С 02 (25 – 30 %). ХАИ используются в основном в стационарных установках для тушения внутренних пожаров.

К ХАИ относятся четыреххлористый углерод (СС 14), бромэтил (С 2 Н 5 Вr), бромистый метилен (СН 2 Вr 2) и др. l Наиболее широкое применение в системах пожаротушения нашел тетрафтордибромэтан (С 2 F 4 Br 2) или фреон 114 В 2. При распаде молекулы в зоне высоких температур отщепляются два активно ингибируюших атома брома, а соединение С 2 F 4 действует в зоне реакции как «инертная масса» : С 2 F 4 Br 2 2 Br • + C 2 F 4 (негорючее вещество) Вr • + H = НBr

Достоинства ХАИ как огнетушащего средства: l l l 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.

Отрицательные свойства ХАИ: l l l высокая стоимость, коррозионная активность, токсичность (особенно продуктов термического распада ХАИ). Зарубежными специалистами предложен параметр, характеризующий токсичность ХАИ - отношение огнетушащей концентрации (ОГК) к опасной концентрации (ОК): R = ОГК/ОК. По этому параметру наименее опасным является 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.

Современный ХАИ - Novec™ 1230 (флуорокетон С-6 «сухая вода» ) CF 3 CF 2 C(O)CF(CF 3)2 Помимо высокой эффективности тушения огня оно обладает уникальным набором свойств, делающим его по-настоящему «чистым» агентом: Нулевой потенциал разрушения озонового слоя. Низкий потенциал глобального потепления. Короткое время существования в атмосфере - после выпуска не более 3 -5 дней. Отсутствие токсичности в рабочей концентрации. Не вызывает коррозии, обладает отличными диэлектрическими свойствами, не смачивает чувствительные к влаге материалы и быстро испаряется, поэтому он не нанесет ущерба ценному имуществу, такому как чувствительное электронное оборудование, архивные материалы на любых носителях и предметы искусства. В жидкой форме, 3 M™ Novec™ 1230 испаряется в пятьдесят раз быстрее, чем вода. В отличие от пен, порошков и газовых агентов, он полностью переходит в газовую фазу, не оставляя налета. Это позволяет избежать необходимости восстановительных работ после срабатывания системы.

Главные достоинства Novec™ 1230: üвысокая огнетушащая способность (тушение пожаров класса А 10 с); ü безопасен для людей; ü экологически чистый, химически нейтральный состав; ü не проводит электричество; ü возможность использования существующих трубопроводов, смонтированных для систем с применением хладонов; ü легкость транспортировки (в виде жидкости, без давления), не опасный груз; ü низкое давление в системе пожаротушения (24, 8 бар – против 200 -300 бар у инергена и 65 бар у хладона), нет специальных ограничений по сбросным вентиляционным отверстиям при выпуске системы; ü легкость заправки (возможна на месте). за

Вывод по второму вопросу: огнетушащая способность ХАИ тем выше, чем больше атомов галогена в молекуле. Механизм огнетушащего действия ХАИ определяется химической структурой их молекул.

Вопрос № 3. Огнетушащие порошки • • (ОП) ОП представляют собой тонкодисперсные порошки негорючих твердых веществ, основной составной частью которых являются соли и окислы, например, углекислая и двууглекислая сода, квасцы, поташ, окись кремния, и другие. Дисперсность их достигает 15 – 20 мкм. Огнетушащие порошки относятся к ОС преимущественно изолирующего действия, но они оказывают комбинированное воздействие: охлаждение (отбор тепла из зоны горения), изоляция (образуется пленка на поверхности горючего вещества), разбавление (газообразные продукты разложения или порошковое облако разбавляют реагирующие компоненты), химическим торможение (продукты разложения в зоне горения вступают в химические реакции и повышают энергию активации).

Механизм огнетушащего действия ОП 1. Изоляция горючих веществ от зоны горения. 2. Разбавление реагентов в зоне химических реакций. Огнетушащая эффективность ОП возрастает с ростом их дисперсности. 3. Разбавление реагентов парами и газами, образовавшимися в результате разложения ОП. 4. Частицы ОП малы по массе, а их суммарная теплоемкость и тепловоспринимающая поверхность очень велики. Поэтому прогреваются они быстро и отнимают большое количество тепла от зоны химических реакций. 5. Дополнительный отвод тепла вследствие эндотермических процессов разложения и сублимации частиц порошка в зоне химической реакции. 6. Если поверхность твердых частиц химически активна по отношению к радикалам зоны химических реакций, то они еще более эффективны и действуют как газообразные ХАИ.

Достоинства ОП l l l Высокая огнетушащая эффективность. Универсальность. Недостатки ОП гидрофильность, склонность к отсыреванию, увлажнению; склонность к 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.

Вывод по третьему вопросу Механизмы прекращения горения огнетушащими порошками многообразны, а доминирующий механизм зависит от вида горючего, режима горения, вида применяемого порошкового состава и даже от способов подачи его в зону горения.

Вывод по лекции l l При выборе механизма прекращения горения важную роль играет исходное состояние горючего материала, вид и режим горения на пожаре. В зависимости от вида и режима горения, агрегатного состояния горючего вещества и других факторов механизм прекращения горения, реализуемый одним и тем же видом огнетушащего средства, может быть различен. Поэтому при выборе наиболее эффективного и экономичного способа тушения пожара необходимо оценить все факторы, влияющие на процесс горения и выбрать наиболее дешевый, с наименьшим временем тушения и не оказывающий вредного воздействия на здоровье людей и окружающую среду.

Задание на самоподготовку l l Конспект, Марков В. Ф. и др. ФХОР и ТП стр. 254 – 267.