CC BY
62
kpt. mgr inz. Grzegorz KEMPCZYNSKI
Jednostka Ratowniczo - Gasnicza Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej
BADANIE WLASCIOWOSCI PIAN GASNICZYCH WYTWARZANYCH ZA POMOC4 SYSTEMU CAF Z WODNYCH ROZTWOROW SRODKOW PIANOTWORCZYCH TYPU S I P.
Streszczenie
W swoim artykule autor przedstawia wyniki badan dotycz^cych pian gasniczych wytwarzanych przez urz^dzenia CAFS. Analizuje takze, ktore z ogolnie dost?pnych na polskim rynku srodkow pianotworczych nadaj^ si? do wykorzystania w tego typu urz^dzeniach.
Summary
In the article author presents the results of his researches concerning to extinguishing foams generated by CAFS device and using foam compounds commercially available on polish market (different than compounds recommended by device producers).
Wst^p
Celem niniejszego artykulu jest przedstawienie wynikow przeprowadzonych przez mnie badan dotycz^cych oceny wlasnosci pian wytwarzanych przy uzyciu urz^dzen CAFS oraz stwierdzenie przydatnosci typowych srodkow pianotworczych do wytwarzania pian spr?zonych systemem CAFS. Poniewaz od dawna wiadomo, ze typowe srodki pianotworcze mozna stosowac w roztworach wodnych w nizszych niz tradycyjnie stosowanych st?zeniach. Aby jednak otrzymac w miar? stabilne piany niezb?dne bylo zastosowanie innej, bardziej zaawansowanej metody wytwarzania piany. Wsrod wielu metod „wysoko energetycznych" w ostatnich latach szczegoln^. pozycj? zaj^l CAFS, czyli system wytwarzania pian przy uzyciu spr?zonego powietrza. Znanych jest wiele innych metod wytwarzania piany, jednak ta zostala przyj?ta jako jedna z nielicznych nadaj^cych si? do praktycznego uzycia. Swym zakresem badania obj?ly srodki pianotworcze syntetyczne (jako najpopularniejsze i b?d^ce na wyposazeniu praktycznie kazdej jednostki ratowniczo gasniczej w kraju), a takze jeden z wybranych srodkow pianotworczych proteinowych. Wprawdzie te srodki s^. wycofywane z PSP, ale mozemy je spotkac np. w rafineriach czy magazynach paliw. Poza tym s^. one uzywane do wytworzenia piany jako zabezpieczenia prac pozarowo niebezpiecznych, gdzie stabilnosc pian jest wlasnosci^. poz^dan^.
System piany spr^zonej CAFS - Compressed Air Foam System.
CAFS jest to w polskim tlumaczeniu system wytwarzania piany przy wykorzystaniu spr^zonego powietrza. Sama metoda otrzymywania piany nie jest „nowink^" technicznq, W 1941 roku Podr^cznik Inzyniera Krolewskiej Floty (Wielkiej Brytanii) opisal dokladnie system piany spr^zonej CAFS do walki z pozarami cieczy palnych na lotniskowcach. Marynarka Wojenna Stanow Zjednoczonych zbadala dokladnie system piany spr^zonej w 1947 roku. Juz wtedy odkryto, ze bardzo waznym jest fakt, aby cisnienie strumienia wodnego roztworu srodka pianotworczego bylo rowne cisnieniu podawanego powietrza. Ciekawostkq, jest, ze w latach szescdziesi^tych w USA uzywano tego systemu do mycia samochodow. W Polsce od niedawna pojawily si§ urz^dzenia systemu CAFS, glownie firmy Schmitz i Hale. Wyst^pujq, zarowno jako samodzielne jednostki, a takze zabudowane na samochodach strazy pozarnej. Inni producenci urz^dzen CAFS to: Waterous, Rosenabuer, Robwen.
Podstawowymi elementami systemu CAF s^: pompa , zbiornik wody, zbiornik ze srodkiem pianotworczym, kompresor powietrza, system bezposredniego wtrysku srodka pianotworczego po tlocznej stronie pompy, komora mieszania lub urz^dzenie do tego przeznaczone i uktad regulacji stosunku ilosciowego wodnego roztworu srodka pianotworczego do powietrza.
Ryc.1. System wytwarzania piany przy pomocy spr^zonego powietrza - CAFS
Zródlo: A. Mizerski, M. Sobolewski, B. Król „Zastosowaniepian do gaszenia pozarów " SGSP Warszawa 2002
CAFS zdolny jest do wytwarzania pian okreslanych mianem „sucha" i „mokra", które sq regulowane przez stopieñ dodania do roztworu powietrza i przez st^zenie koncentratu pianotwórczego w wodzie. Regulacja ta w zaleznosci od typu urzqdzenia odbywa si? plynnie (piana sucha - piana wilgotna/plynna - piana mokra) lub dwustopniowo (piana sucha - piana mokra). Producenci CAFS wprowadzili umowny podzial rodzaju pian. Piana „sucha"
charakteryzuje siç liczb^ spieniania powyzej 2G, „piana mokra" - ponizej 1G, natomiast piana „wilgotna/plynna" ma liczbç spienia miçdzy 1G a 2G 1. Specyficzny system mieszania powietrza i roztworu powoduje, ze mozna otrzymac „dobr^" pianç przy stçzeniach nizszych od zalecanych 3% lub 6%, wykorzystuj^c typowe srodki pianotwórcze.
W tradycyjnym systemie, piana powstaje w urz^dzeniach armatury pianowej, gdyz powietrze, wskutek róznicy cisnien, jest wsysane do roztworu dopiero w pr^downicy lub wytwornicy pianowej. W urz^dzeniach CAFS sprçzone powietrze przez kompresor doprowadzane jest do komory spieniania, gdzie miesza siç z wodnym roztworem srodka pianotwórczego. Powstala juz w ten sposób piana wçzami tlocznymi prowadzona jest do pr^downicy o szerokim otworze wylotowym. Tym samym masa wçzy jest wielokrotnie mniejsza niz w tradycyjnym systemie.
Duza energia mieszania pozwala na uzyskanie drobnych p^cherzyków piany, a dlugi czas mieszania w wçzu powoduje, ze pçcherzyki piany s^. zblizone wielkosci^. do siebie . Piana taka charakteryzuje siç wiçkszq stabilnoscÍQ i zdolnoscÍQ przylegania do pionowych plaszczyzn.
MINI-CAFS firmy HALE.
Mimo wiçkszej ilosci producentów agregatów CAFS skupiono siç na dokladniejszym opisie budowy urz^dzenia, które zostalo wykorzystane w badaniach i jest na wyposazeniu Jednostki Ratowniczo - Gasniczej Szkoly Glównej Sluzby Pozarniczej, a tym samym bierze udzial w akcjach ratowniczo - gasniczych. Urz^dzenie CAFS wspóldziala z autopomp^ o minimalnym przeplywie wody 4GG l/min i cisnieniu 7 bar. Silnik napçdzaj^cy to czterosuwowy Briggs & Stratton V2 o mocy 1B KM, z rozruchem elektrycznym lub mechanicznym. Pojemnosc zbiornika na benzynç pozwala na ok. 1 godz. pracy ci^glej. System dozowania srodka pianotwórczego mieszania piany Foam-Master 1.G z plynn^. regulaj stçzenia od G,2% do 1,G%. Kompresor (sprçzarka srubowa) o wydajnosci nominalnej 14GG l/min przy cisnieniu 7 bar. Jednostka moze dzialac metod^ tradycyjn^. (mozliwosc uzycia wody ze srodkiem pianotwórczym bez sprçzonego powietrza), przy maksymalnej wydajnosc 12GG l/min. Masa jednostki 23G kg. Wymiary urz^dzenia: 95G x 5GG x B5G mm
1 Przegl^d Pozarniczy 1/2GG3 - „CAFS - system piany sprçzonej" B. Król
2 „Zastosowanie pian do gaszenia pozarów" A. Mizerski, M. Sobolewski, B. Król str.56
Fot. 1. MINI CAFS firmy HALE Zrôdto: materiafy reklamowe firmy HALE
Badania wlasciwosci pian wytworzonych za pomoc^ systemu CAF.
Celem badan bylo praktyczne okreslenie, przy jakich stçzeniach poszczegolnych srodkow pianotworczych mozna uzyskac pianç such^. o dobrej jakosci, ktora bçdzie satysfakcjonowala strazakow podczas dzialan ratowniczo - gasniczych.
Badania wlasciwosci pian wytworzonych za pomoc^. systemu CAF przeprowadzono w osrodku SGSP w Starej Milosnej pod Warszaw^.. Wykorzystano do tego urz^dzenie MINI CAFS firmy HALE, ktore zostalo zakupione i wykorzystane w ramach realizacji tematu badawczego w Zakladzie Srodkow Gasniczych SGSP. W wyniku wspolpracy pomiçdzy Zakladem Srodkow Gasniczych a Zakladem Ratowniczo Gasniczym , CAFS zostal zabudowany na przyczepce, co ulatwilo mi sam transport urz^dzenia w trakcie badan, a przede wszystkim stworzylo mozliwosc wykorzystania systemu do dzialan ratowniczo -gasniczych. W obecnej chwili urz^dzenie zamontowane jest na ciçzkim samochodzie ratowniczo gasniczym GCBA 5/32 MAN.
Fot. 2. Urz^dzenie CAFS zabudowane na przyczepce. Zródto: Fotografía autora pracy
Do badan uzyto srodkow pianotworczych syntetycznych i proteinowych. Pomiary przeprowadzono dla st?zen w zakresie od 0,1% do 2,0%. Samo urz^dzenie nie posiada takiej szerokiej regulacji st?zen, mi?dzy innymi dlatego korzystano z przygotowanych roztworow tzw. „PRE-MIX". Podstawow^. zalet^. „PRE - MIX - ow" byla dokladnosc st?zen roztworow i ich niezmiennosc w trakcie badan, a tym samym dokladnosci wynikow badan. W ten sposob wyeliminowany zostal ewentualny bl^d spowodowany niedoktadnosci^ pracy dozownika.
Ze wzgl?du na nierowny poziom terenu pomiar wody w zbiorniku nie mogl odbyc si? poprzez zmierzenie wysokosci poziomu lustra, a nast?pnie obliczeniu obj?tosci. Za urz^dzenie pomiarowe przy napelnianiu zbiornika sluzyl wodomierz. Schemat blokowy stanowiska badawczego znajduje si? ponizej.
MINI CAFS
MOTOPOMPA
ZBIORNIK Z ROZTWOREM PREMIX
Rys. 6. Schemat stanowiska do przeprowadzenia badan Zródto: Autor pracy
Na pocz^tku cyklu badan wykonywano roztwór PRE - MIX o okreslonym st^zeniu. Po dokladnym wymieszaniu roztwory umieszczano w zbiorniku lini^ ssawn^. do motopompy M8/8. Linia tloczna zostala poprowadzona do urz^dzenia CAFS, a z niego linia gasnicza zakonczona pr^downic^.
Miejsce badan przedstawiono na fotografii nr 3.
Fot. 3 Widok stanowiska do przeprowadzenia badañ
Zródlo: Fotografía autora
Piana podawana byla przy uzyciu pr^downicy AWG o srednicy pyszczka 25mm, a takze na zasadzie wolnego wylewu z wçza. Po ustabilizowaniu siç przeplywu wytworzon^ pian^ napelniano naczynia do pomiaru przebiegu synerezy i obliczenia liczby spienienia.
Podsumowanie wyników badan
Zakres przeprowadzonych badañ, które nalezy potraktowac jako wstçpne dotycz^ce wytwarzania pian sprçzonych z róznych srodków pianotwórczych, zostal tak okreslony, aby mozna bylo przede wszystkim ocenic mozliwosci wytworzenia pian suchych ze srodków pianotwórczych, które wedlug informacji producentów urz^dzeñ CAFS nie s^ do tego celu przeznaczone. Specjalisci z Zakladu Srodków Gasniczych SGSP, jeszcze zanim urz^dzenia te trafily do wiçkszej ilosci jednostek strazy pozarnej w Polsce, w^tpili w prawdziwosc i sensownosc tej tezy. Argument o mozliwosci powodowania szybszej korozji i zuzycia elementów konstrukcyjnych urz^dzeñ CAFS zostal odrzucony jako pozbawiony
jakichkolwiek podstaw. Znaj^c technologie produkcji (i sklad chemiczny) srodkow pianotworczych oraz rodzaje materialow uzytych do produkcji elementow urz^dzen CAFS maj^cych kontakt ze srodkami pianotworczymi i wod^, obawç o przyspieszon^. korozje mozna swiadomie odrzucic.
Przedstawione wyniki badan dowodz^. natomiast, ze typowe srodki pianotworcze (typu S i A) mog^. z powodzeniem byc stosowane w urz^dzeniach CAFS pod warunkiem zastosowania odpowiedniego stçzenia dozowania. Minimalne stçzenia badanych srodkow pianotworczych okreslono jako najmniejsze stçzenia, przy ktorych otrzymywano klasyczne piany suche i zanotowano jednoczesnie stabilny strumien piany (m.in. nie stwierdzono szarpania, drgania linii wçzowej). Te minimalne stçzenia dla poszczegolnych srodkow pianotworczych okreslono na:
• PROTEKTOL SAT-10 - 1%
• ROTEORM - 1%
• SCHAUMGEIST 3% - 1,5%
• STHAMEX Class - A- 0,5%
W przypadku wytworzenia piany mokrej, stçzenie juz nie odgrywa tak znacz^cej roli, gdyz z zalozenia spodziewamy siç otrzymywania piany o znacznie mniejszej liczbie Ls i trwalosci.
W badaniach, aby unikn^c mozliwosci popelnienia blçdu przy dozowaniu srodka pianotworczego, urz^dzenie CAFS zasilano przygotowanym roztworem srodka pianotworczego (PRE - MIX). Stosowany agregat CAFS (Model Mini CAFS firmy HALE) ma mozliwosc dozowania srodka pianotworczego w zakresie 0,1 -1 %. Jest to zbyt w^ski zakres, aby z zachowaniem marginesu blçdu mozna bylo stosowac srodki pianotworcze typu „S" lub „P" o standardowych zalecanych dozowaniach = 3% (lub wiçkszych). Istniej^ jednak konstrukcje dozownikow w urz^dzeniach CAFS o szerszym zakresie dozowania.
Podkreslic nalezy, ze pomimo stosowania roztworow PRE-MIX, notowano przypadki „dziwnego" zachowania urz^dzenia CAFS np. niemoznosc wytworzenia piany suchej mimo stosowania odpowiednio wysokiego stçzenia. Przyczyn^. tego na pewno nie byla jakosc wody, gdyz ewidentnie stosowano t^. sam^. wodç do wytwarzania roztworow PRE - MIX. Decyduj^c^. rolç odgrywala natomiast temperatura wody stosowanej do wytwarzania pian. Zalozeniem badan bylo oczywiscie stworzenie takich warunkow, jakie w rzeczywistosci mog^. panowac na miejscu akcji gasniczej. St^d stosowana do badan woda miala temperature w granicach 283K - 286K. Nie wszystkie stosowane srodki pianotworcze s^. odporne nawet na
takie temperatury. Dotyczy to glównie srodka pianotwórczego Finiflam Allround F-15 3%. Trudno tez spodziewac siç, aby w warunkach naturalnych temperatura miala zawsze ok. +2GgC - tak jak przy badaniach normatywnych. W naszej strefie klimatycznej przez wiçksz^ czçsc roku temperatura wody w otwartych zbiornikach bçdzie miala ponizej +10GC, a w sieci wodoci^gowej ponizej +150C.
W przypadku badan i prób powinno siç takze zadbac, aby koncentraty pianotwórcze pochodzily zawsze z jednej partii produkcji. W trakcie badan okazalo siç, ze pojemniki ze srodkiem pianotwórczym Finiflam Allround F-15 3% pomimo identycznego terminu dostawy, róznily siç w znacznym stopniu wlasciwosciami i zdolnosciami pianotwórczymi, zwlaszcza przy zastosowaniu wody o niskiej temperaturze. Dowodzi to, ze w wielu przypadkach duza róznica w wynikach badan moze wynikac z niezachowania przez producenta parametrów jakosciowych dostarczonych produktów.
Wnioski
• Wszystkie badane srodki typu S mog3 byc z powodzeniem stosowane w urz^dzeniach typu CAFS. Juz przy stçzeniach roztworu 0,5%, a wiçc szesciokrotnie nizsze od stçzenia roboczego zalecanego przy wytwarzaniu pian metodami tradycyjnymi, mozna otrzymac piany o stosunkowo wysokiej stabilnosci. Zwiçkszenie stçzenia do 0,75% powoduje juz znaczny wzrost liczby spienienia za wyj^tkiem srodka pianotwórczego Finiflam Allround F-15 3%.
• Liczba spienienia pian wytwarzanych za pomoc^ urz^dzenia CAFS ze srodka Finiflam Allround F-15 3% w zakresie stçzen 0,75 - 2% praktycznie nie zalezy od stçzenia. Dla stçzenia 2,5% zauwazono spadek wartosci liczby spienienia.
• Piany suche (o Ls >20) udalo siç otrzymac z roztworu srodka pianotwórczego PROTEKTOL SAT-10 i STHAMEX Class - A. Dla obu srodków dla stçzen > 0,75%.
• Srodki pianotwórcze typu P mog3 byc stosowane w urz^dzeniach typu CAFS, co wykazano na przykladzie srodka SCHAUMGEIST 3%. Juz przy stçzeniu 1,5% mozna otrzymac pianç such^ o bardzo wysokiej stabilnosci.
• Przydatnosc gasnicza stabilnych pian ze srodka SCHAUMGEIST 3% wydaje siç byc w^tpliwa. S3, one bardzo sztywne i nie nadawalyby siç do gaszenia pozarów grupy B (niewielka szybkosc rozplywania). W przypadku pozarów grupy A skutecznosc tych pian bçdzie mala ze wzglçdu na slabe zdolnosci zwilzaj^ce roztworów srodków pianotwórczych typu P. W prezentowanych badaniach wlasciwosci te dalo siç
zaobserwowac poprzez szybkie odpadniçcie piany suchej od pionowych powierzchni, czego nie zaobserwowano w zadnym z przypadków pian typu S i klasy A. Mozliwe jest natomiast zastosowanie mokrych pian typu P przy stçzeniu równym 1% do zabezpieczenia niewielkich powierzchni przez zapaleniem.
• Stabilnosc pian (mierzona szybkosci^. synerezy) wytwarzanych za pomoc^. urz^dzenia CAFS z roztworów srodków typu S o stçzeniu 0,5% jest zblizona do stabilnosci pian wytworzonych pr^downic^. zgodnie z norm^ PN-7B/C-B3603 z roztworów o stçzeniach 5-6%
• Urz^dzenia typy CAFS nie mozna uwazac za calkowicie niezawodne. Podczas omawianych prób kilkakrotnie obserwowano trudne do wytlumaczenia zaklócenia pracy przejawiaj^ce siç wlasciwosciami otrzymanego strumienia piany.
• Dobrze by bylo, aby dozownik srodka pianotwórczego posiadal wiçkszy zakres st^zeñ dozowania (co najmniej w granicach 0,2 - 2%). Pozwoliloby to na „bezpieczne" stosowanie typowych srodków pianotwórczych typu S i A.
Literatura
1. Król B, „CAFS - system piany sprçzonej" Przegl^d Pozarniczy 1/2003,
2. Mizerski A., Sobolewski M., Król B, „Zastosowanie pian do gaszenia pozarów", Warszawa 2002 str.56.
