CC BY
77
УДК 614.841
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПОЖАРОТУШЕНИИ
Ф. И. Лобанов
ООО "Штокхаузен Евразия. Техника и окружающая среда"
Рассматривается применение огнетушащей добавки к воде Фаерсорб® компании "Штокхаузен ГмбХ и Ко.КГ". Приведен анализ натурных испытаний, в результате которого установлена высокая огнетушащая способность и теплоизоляционные свойства водного раствора Фаерсорб®. Установлено, что гель Фаерсорб® может использоваться для тушения пожаров твердых горючих материалов, пожаров в жилом секторе, зданиях библиотек, складских и производственных помещениях, лесных пожаров.
Одним из способов повышения эффективности пожаротушения с использованием воды является применение различных полимерных добавок, таких как полиакриламиды. Проведенные ВНИИПО МЧС России исследования показали, что при добавлении полимерных веществ в воду повышается ее эффективность при тушении твердых горючих материалов, снижается коэффициент трения водных растворов при прохождении по трубопроводам, увеличивается дальность подачи водяных струй.
В настоящее время исследования влияния полимерных добавок на свойства воды были продолжены с использованием вещества Фаерсорб® (Fire-sorb®) (далее — гель, вещество), поставляемого эксклюзивным представителем в странах СНГ компанией "Штокхаузен ГмбХ и Ко. КГ" концерна Дегус-са (Германия).
Фаерсорб® — огнетушащая добавка к воде, предназначенная для тушения пожаров класса А.
Концентрат вещества Фаерсорб® представляет собой дисперсный раствор полиакрилата натрия со стабилизирующими добавками.
Продукт соответствует международным стандартам и сертифицирован в России.
Гель Фаерсорб® используется в виде водного раствора, который представляет собой вязкое веще-
ство, обладающее высокой адгезией к твердым материалам. Благодаря этим свойствам применение Фаерсорб® позволяет:
• увеличить коэффициент использования воды при тушении твердых горючих материалов;
• создать на наклонных поверхностях твердых горючих материалов, строительных конструкций и технологических аппаратов теплоизолирующее покрытие, которое не вызывает коррозии металлов и после ликвидации пожаров легко смывается водой.
Концентрат Фаерсорб® состоит из 28% суперабсорбирующего полимера, 43% воды, 23% био-разлагаемого масла, 6% поверхностно-активных веществ (ПАВ).
При смешивании с водой полимер мгновенно ее абсорбирует, в результате капли воды увеличиваются в размере и разрываются (рис. 1). При содействии особых активаторов это приводит к очень быстрой фазовой инверсии эмульсии, которая освобождает активное вещество — суперабсорбирующий полимер. Под воздействием большого количества воды полимер анионной природы "набухает" до своей полной сорбционной способности и поглощает до 100 величин собственного веса воды (рис. 2). Процесс длится в течение нескольких секунд. В результате вязкость воды сильно увеличи-
Эмульсия Эмульсия
"вода в масле" "масло в воде"
РИС.1. Рабочий механизм геля Фаерсорб®: фазовая инверсия эмульсии "вода в масле" в эмульсию "масло в воде"
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 1'2004
РИС.2. Расширение пространственной структуры и "набухание" полиакрилата натрия
15000 12500 10000 7500 5000 2500 0
1,0 1,5 2,0 Концентрация, %
РИС.3. Влияние концентрации на вязкость геля
вается в зависимости от концентрации геля Фаер-сорб®. Рекомендуемая концентрация геля в водных растворах — от 0,5 до 2,5%.
На рис. 3 видно, что вязкость вещества Фаер-сорб® линейно не зависит от концентрации. При концентрации ниже 1,0% вязкость геля остается низкой, поэтому водный раствор Фаерсорб® может проникать в глубокие структуры с множеством пор и пустот. При увеличении вязкости скорость проникновения снижается, однако благодаря наличию эмульгаторов гель хорошо смачивает поверхности. 1,0%-ный гель обладает хорошей смачивающей способностью, в т.ч. и гидрофобных поверхностей различных объектов, являясь эффективным средством пожаротушения, особенно при горении продуктов, выделяющих большое количество энергии (пластиковые материалы, резинотехнические изделия и др.).
Между концентрациями 1,0 и 1,5% вязкость геля сильно увеличивается, снижается текучесть, чем достигается максимальная толщина слоя, что, соответственно, позволяет более эффективно охлаждать горящие поверхности и тушить пожары, исключая возможность повторных возгораний, а также способствует более глубокому проникновению Фаерсорб® вглубь горящих веществ.
При концентрации 2% и выше гель становится очень вязким и может использоваться для долговременной защиты конструктивных элементов от воздействия огня (высоких температур, конвективных потоков), а также для тушения горящих поверхностей.
40000
30000
Содержание геля Фаерсорб® в дистилированной воде, %:
-Ф- 1,5 -о- 2,0 —А
я В
20000
10000
1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 Механическое напряжение, ЯрМ
РИС.4. Зависимость вязкости различных концентраций геля Фаерсорб® от механического напряжения
Вязкость водного раствора Фаерсорб® зависит не только от концентрации геля, но и механической нагрузки (напряжения), которая возникает при течении геля по трубопроводам и пожарным рукавам. Без механической нагрузки вязкость 1,5%-го геля Фаерсорб® составляет 15000-20000 МПа/с. При течении по трубопроводам и пожарным рукавам его вязкость значительно снижается, что показано на рис. 4.
Значение 512 об./мин соответствует скорости ~50 м/мин. При таких значениях вязкость 2%-го геля составляет приблизительно 500 МПа/с. Благодаря этому эффекту (понижению вязкости) гель Фаерсорб® может легко транспортироваться по трубопроводам, пожарным рукавам и истекать через спринклерные и дренчерные головки, а также всевозможные насадки, пожарные стволы и другое оборудование. После транспортировки, истечения и попадания геля на поверхность материалов, конструкций и объектов его вязкость моментально восстанавливается.
На развитие пожара влияют многие факторы, в т.ч. и наличие горючих материалов, окислителя и высокой температуры (рис. 5).
Таким образом, пожар можно потушить либо снижением температуры (охлаждением), либо прекращением доступа воздуха к горящим материалам (изоляцией).
При ликвидации пожаров класса А для охлаждения горящих материалов применяются жидкости, обладающие большой теплоемкостью. Для тушения большинства горючих материалов используется вода. В зоне горения вода отнимает от горящих материалов и продуктов горения большое количество теплоты, при этом происходит ее частичное
Горючие материалы
РИС.5. Факторы, влияющие на развитие пожара
СООт
0
Горящий материал
Заполненные воздухом < пузырьки пены не обеспечивают
высокого охлаждающего эффекта
Слой пены
РИС.6. Тушение горючих материалов воздушно-механической пеной
Испарение воды, г: ^^ чистая вода 100 ^ -А- 1%-ный гель Фаерсорб®"
§
а
5 X
Время, мин
РИС.7. Уровень испарения геля Фаерсорб® по сравнению с водой при температуре 150°С
0
испарение и разбавление реагирующих веществ, что способствует прекращению горения, а также вытеснению воздуха из зоны очага пожара. Например, поданная на тушение горящей древесины вода быстро снижает температуру в верхнем слое угля, горение на этом участке прекращается, но при переносе струи воды на другие участки вода быстро высыхает, продолжается разложение древесины и горение может возобновиться.
Для прекращения доступа воздуха в зону горения используются изолирующие огнетушащие средства, в т.ч. и воздушно-механическая пена. Пузырьки пены предотвращают доступ кислорода к горящим материалам, в результате чего и происходит ликвидация горения (рис. 6).
Однако степень разрушения воздушно-механической пены достаточно высока. Поскольку пузырьки пены заполнены воздухом, ее охлаждающая способность низка, пена легко уносится потоками воздуха с поверхности, куда она была нанесена, после ее разрушения могут возникать очаги повторного возгорания.
При тушении пожаров класса А с применением Фаерсорб® также создается защитный слой на поверхности горящих материалов и соседних объектах, но в отличие от пены слой геля Фаерсорб® состоит на 98 - 99% из воды, которая сама имеет высокую охлаждающую способность, а т.к. слой геля не заполнен пузырьками воздуха, то он не разрушается под воздействием потоков воздуха и не сносится с горящей поверхности.
Фаерсорб® увеличивает охлаждающую способность, т.к. полимерный суперабсорбент дополнительно задерживает молекулы воды, чем значительно снижает ее испарение. Учитывая то, что толщина слоя геля Фаерсорб® равна нескольким миллиметрам (а это значительно больше, чем пленка воды на поверхности горящих материалов), способность поглощения тепла гелем Фаерсорб® будет в несколько раз (~5 раз) выше, чем у воды.
На рис. 7 показаны результаты испарения воды через фиксированные интервалы времени при нагревании одинакового количества воды и геля Фаерсорб® до 150°С. Охлаждающая способность геля Фаерсорб® на 20 - 25% выше по сравнению с водой.
Гель Фаерсорб® обладает высокими температу-ропонижающими свойствами (рис. 8). Повышение температуры защищаемых гелем Фаерсорб® горящих объектов происходит только тогда, когда охлаждающая способность слоя геля Фаерсорб® исчерпана, т.е. когда вода, находящаяся в связанном состоянии, испарилась полностью. Испарение происходит с поверхности геля, обращенной к огню. Только близко расположенные к огню части слоя геля Фаерсорб® будут при испарении воды максимально нагреты (до 100°С), более глубокие слои останутся холодными, т.к. в геле возникает температурный градиент, обеспечивающий защиту конструкций от возгорания.
Снижение температуры горения при помощи геля Фаерсорб® дает возможность пожарным командам быстрее подойти к очагу пожара и его ликвидировать.
Горящий материал
Зона испарения
Зона охлаждения
Слой геля Фаерсорб®
РИС.8. Защита объектов от возгорания при помощи геля Фаерсорб®
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 1'20Q4
ТАБЛИЦА 1. Физико-химические показатели вещества Фаерсорб®
2000-
' 1800
Показатель Метод определения Значение показателя
Внешний вид ГОСТ Р 50588, п. 5.1 Однородная жидкость без осадка и расслоения
Плотность при 20°С, кг/м3 ГОСТ 18995.1 1100
Водородный показатель (рН) при 20°С (1%-ный раствор) НПБ 304, п. 8.3 6,714
Температура застывания, °С: концентрат ГОСТ 18995.5 -30°С
1%-ный раствор ГОСТ 18995.5 -4°С
Показатель смачивающей способности (1%-ный раствор), с ГОСТ Р 50588, приложение 1 235
Кинематическая вязкость при 20°С (1%-ный раствор), мм2/с НПБ 304, п. 8.2 140
Поверхностное натяжение (1%-ный раствор), мН/м НПБ 203, п. 22 33,4
Межфазное натяжение на границе с н-гептаном (1%-ный раствор), мН/м НПБ 203, п. 22 13,7
Относительная эффективность (по удельному расходу водных растворов вещества Фаерсорб® по сравнению с водой) в зависимости от условий применения составляет 1,2-4 раза. Использование взамен воды водных растворов геля Фаерсорб® при тушении пожаров в жилом секторе и зданиях культурно-массового назначения, производственных и т.п. помещениях позволит уменьшить ущерб от пролитой воды. Применение водных растворов Фаерсорб® при тушении лесных пожаров с использованием самолетов и вертолетов значительно увеличивает эффективность данных технических средств.
Гель Фаерсорб® положительно зарекомендовал себя при тушении пожаров класса А. Связывая воду на молекулярном уровне, он в 15 раз повышает охлаждающую способность воды, образует пленко-защитное покрытие на поверхности твердых горючих материалов, локализует и ликвидирует очаги горения.
Интенсивность подачи рабочего раствора Фаерсорб® для тушения указанных пожаров составляет 0,05 - 0,20 л/(с • м2), нормативная интенсивность подачи рабочего раствора Фаерсорб®, используемого для охлаждения — 25 - 88% от интенсивности подачи.
Результаты исследования влияния полимерных материалов на свойства воды, проведенные ВНИИПО
о
я
б о с о п с
S
ща
§
в и чиа
ам
О
1600-
I
1200
800
400
I Влияние поверхностного натяжения
Влияние вязкости
235
1,0 1,5 2,0 Концентрация, %
РИС.9. Зависимость смачивающей способности водного раствора Фаерсорб® от его концентрации
МЧС России, свидетельствуют об уменьшении количества воды, содержащей Фаерсорб®, необходимого для тушения пожаров твердых горючих материалов, к которым относятся и лесные пожары. Это обусловлено увеличением смачивающей способности водного раствора Фаерсорб® и образованием водяной пленки на поверхности древесины и травяного покрова. Наибольшего эффекта при тушении древесины удается достичь при концентрации Фаерсорб® в воде 0,5 - 2,0%, что обусловлено взаимным влиянием различных факторов, таких как эффект смачивания и образование устойчивого слоя на поверхности древесины (рис. 9).
В целях практической реализации водяного тушения пожаров класса А с использованием Фаерсорб® проведены натурные испытания по тушению лесных пожаров в Анталии (Турция), Киржачском лесничестве, а также на объекте "Водоканал Санкт-Петербурга".
Испытания геля Фаерсорб® осуществлялись в лесном массиве площадью 900 м2 (40 х 50 м) с сосновыми посадками высотой до 15 м и кустарником до 3 м, загруженном валежником, сосновыми иголками и сухой травой. Для остановки распространения огня была сделана заградительная полоса изогнутой формы длиной 100 м и шириной 3,5 м, обработанная гелем Фаерсорб® в концентрации 1,3% и в количестве 2 кг концентрата на 1 м2 (рис. 10).
Гель
Фаерсорб® (13%) РИС.10. Схема испытания геля Фаерсорб® в лесном массиве
0
ТАБЛИЦА 2
Концентрация, %
Площадь покрытия, м2/контейнер на 20 л
500
1,5
666
1,3
770
Гель был нанесен на деревья с помощью пожарной техники.
Один литр концентрата Фаерсорб® обеспечивает площадь покрытия от 35 до 40 м2 при концентрации 1,3% и 25 м2 при концентрации 2,0%.
После возгорания огонь быстро распространился и, достигнув заградительной полосы, обработанной водным раствором Фаерсорб®, затух.
Испытания показали высокую эффективность геля при тушении лесных пожаров, в конкретном случае, при подготовке заградительных полос путем обработки древесины, кустарников, травы, почвы и т.п. гелем Фаерсорб®. Количество геля Фаерсорб® — 2 кг на 1 м2, концентрация — от 1,0% до 2,0%, площадь покрытия — 20 кг на 500 м2 (табл. 2).
Благодаря вышеперечисленным свойствам геля Фаерсорб® его использование позволяет заблаговременно создавать заградительные полосы без удаления растительности, опашки территории при ликвидации лесных пожаров.
Кроме того, возможны способы подачи растворов с использованием импульсных методов, в частности взрывного распыления с применением авиационных средств пожаротушения (АСП) с капсули-рованным зарядом. Примером служит АСП-500, разработанное ФГУП ГНПП "Базальт", снаряжаемое как водой, так и водным раствором Фаерсорб®.
Практические испытания АСП-500 с водным раствором Фаерсорб® 1,0%-ной концентрации при тушении лесных пожаров, проведенные ВНИИПО МЧС РФ, ФГУП ГНПП "Базальт" и ГУПР и ООС по Владимирской области на территории Киржачского лесничества, показали его высокую эффективность.
В лесной полосе шириной 10мс посадками соснового молодняка были установлены заряды АСП-500. После поджога вала (шириной 2 м и высотой 1 м), созданного из хвороста, веток, поленьев и стволов деревьев, при высоте пламени 1,5 м проводился подрыв установок АСП-500. В результате их срабатывания происходило тушение огня аэрозольным облаком, причем деревья и кустарник, покрытые раствором Фаерсорб®, не загорелись.
Применение АСП-500 с водным раствором Фа-ерсорб® в качестве средства "первого удара" по зонам интенсивного горения позволяет подавлять наиболее опасные очаги лесных пожаров на обширных территориях.
Положительные результаты дали испытания вещества Фаерсорб® при тушении резинотехнических изделий в закрытом помещении, имитирующие пожар в кабельном хозяйстве, а также при тушении ЛВЖ на открытой площадке, имитирующие вариант розлитого турбинного масла системы охлаждения, проведенные в аварийно-спасательном центре пос. Ольгино г. Санкт-Петербурга. Резинотехнические изделия были размещены в одноэтажном здании на площади 4 м2 штабелем высотой 1,5 м. После поджога тушение осуществлялось при помощи пожарного ствола "Б" от посторонней емкости. Горение ликвидировано 2,0%-ным раствором Фаерсорб® за 2 мин. Для этого понадобилось около 700 л воды и 8 л концентрата Фаерсорб®.
На открытой асфальтовой площадке (около 10 м) был подожжен бензин. Тушение проводилось по вышеуказанной схеме. Горение было ликвидировано через 20 с. Повторного возгорания не произошло. На тушение данного очага горения ушло 2 л концентрата и ~200 л воды.
Проведенные испытания на практике доказали высокую огнетушащую способность и теплоизоляционные свойства водного раствора Фаерсорб®, позволяющие применять добавку Фаерсорб® в условиях сильной задымленности и при недостатке воды для пожаротушения.
По результам натурных испытаний ВНИИПО МЧС России заключил, что добавка Фаерсорб® может активно применяться для охлаждения строительных конструкций, технологических аппаратов, создания на горючих твердых материалах защитного теплоизолирующего покрытия.
В виде водных растворов добавка Фаерсорб® может использоваться:
• для тушения пожаров твердых горючих материалов;
• в жилом секторе, зданиях библиотек, складских и производственных помещениях;
• для тушения лесных пожаров.
Кроме того, добавку Фаерсорб® рекомендовано использовать в виде водного раствора в качестве основы заряда водных огнетушителей.
Эффективно применение водного раствора Фа-ерсорб® для охлаждения строительных конструкций, технологических аппаратов при тушении пожаров на открытых технологических установках, связанных с переработкой углеводородных газов, нефти и нефтепродуктов.
Поставщик: ООО "Штокхаузен Евразия.
Техника и окружающая среда", РФ, 117403, Москва, Востряковский проезд, д. 10 Б, тел.: (095) 384-98-00, 384-72-28, 384-78-55, факс: (095) 384-99-16, www.stockhausen.ru
Поступила в редакцию 16.12.03.
2
