О механизмах огнетушащего действия средств пожаротушения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

И. М. АБДУРАГИМОВ, д-р техн. наук, профессор, академик НАНПБ,

полковник внутренней службы, профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, Россия

УДК 614.841.42

О МЕХАНИЗМАХ ОГНЕТУШАЩЕГО ДЕЙСТВИЯ СРЕДСТВ ПОЖАРОТУШЕНИЯ*

Рассмотрены основные механизмы огнетушащего действия наиболее распространенных видов огнетушащих средств, применяемых для ликвидации пожаров. Доказано, что почти все огнету-шащие средства обладают комплексом механизмов огнетушащего действия и даже "общепринятое" отнесение их к "разбавляющим", или "изолирующим", или "охлаждающим" не всегда однозначно. Понимание доминирующего механизма огнетушащего действия позволяет использовать эти средства пожаротушения с большей эффективностью.

Ключевые слова: огнетушащие средства; механизм огнетушащего действия; эффективность тушения пожара.

Огнетушащие средства и тушение нейтральными газами

Традиционно все вещества, применяемые для прекращения горения на пожаре, т. е. для тушения пожаров, условно называются огнетушащими средствами (ОС). Столь же условно все огнетушащие средства делятся, как правило, на четыре вида (по механизму их воздействия на процесс горения):

1) разбавляющие — в основном нейтральные газы: азот (N2), углекислый газ, или диоксид углерода (С02), водяной пар (Н20), гелий (Не), аргон (Аг) и некоторые другие;

2) охлаждающие — в основном вода, пены, порошки, изредка песок и пр.;

3) изолирующие — песок, некоторые виды порошков и пены (воздушно-механическая и химическая) и десятки рецептурных составов огнетушащих порошков;

4) химически активные ингибиторы — вещества, тормозящие реакции горения: некоторые виды химических порошков и жидкостей, содержащих химические элементы VII группы таблицы Менделеева, — галоиды типа четырех-хлористого углерода (СС14); бромистого метилена (СН2Вг2);бромэтила (С2Н5Вг); тетрафтор-дибромэтана (С2Вг2Б4) и некоторые другие (более 2-3 десятков видов галоидоуглеводо-родов).

При первом рассмотрении такая условная градация почти не вызывает сомнений и тем более возражений. Об условности и относительности такого деления и о том, что чаще всего огнетушащее средство действует на процесс прекращения горения совокуп-

* Окончание. Начало см. журнал "Пожаровзрывобезопасность" №2 за 2012 г., С. 59-63.

ностью своих физических и химических свойств, сказано во многих источниках [6-9]. Например, нейтральные газы, введенные в зону химической реакции, разбавляют молекулы горючего и окислителя; соударение их становится менее вероятным, реакция окисления замедляется, интенсивность горения снижается, тепловыделение ослабевает, а при определенной концентрации разбавителя вообще прекращается. Это бесспорно. Горение прекращается и пожар затухает (по крайней мере, прекращается пламенное горение, а тление твердых горючих материалов еще может продолжаться, потому что объемная концентрация кислорода О2 в зоне тления /02т - 5^6 % об.).

Действительно, из физики горения и взрыва известно, что при снижении объемной концентрации кислорода в зоне горения до /0™ = 14 % кинетическое пламенное горение прекращается (да и диффузионное тоже). Но если дело только в механическом разбавлении молекул горючего с окислителем, то, казалось бы, все равно, чем разбавлять — азотом, углекислым газом, гелием или парами воды... Но специальные исследования, в том числе Г. Соболева, показали [10], что совсем не все равно, чем разбавлять горючую смесь (ГС). Оказалось, что очень важны теплофизические свойства разбавителя. Чтобы снизить концентрацию кислорода в смеси 1 м3 воздуха со 100 л метана до /0™ = 14 %, в нее надо добавить

~ 350 л азота. Тогда концентрация кислорода в этой метановоздушной смеси: /0 = (210 100)/(790 + + 350 + 210+100) = 21000/14520 = 14,5 %,т. е. почти соответствует гасящей концентрации кислорода по механизму разбавления кислорода до предельной концентрации /= 14^15 % об. Но если теперь рассчитать температуру горения этой смеси Гпл (°С) без учета эффекта разбавления смеси, а с учетом только

© Абдурагимов И. М., 2012

эффекта охлаждения зоны горения за счет введения азота N2:

Тш = (в выд - в пот - QN2)|

то получим:

Тпл = (3600 - 720 - 494)/(1,450 • 1,41) = 975 °С,

что меньше температуры потухания (Тпот = 1000 °С). Здесь ввыд — теплота реакции сгорания составленной нами смеси; впотлуч — потери от факела пламени на излучение; впот.луч = ввыд/пл;/пл = 0,05(М>1/2;

вщ — количество теплоты, отнятое от зоны реакции горения на нагрев дополнительно введенного объема азота (до Тпот = 1000 °С); М — молекулярная масса метана; М =16.

Тогда/пл = 0,05 • 4 = 0,20, а впотлуч = 0,20 • 3600 = = 720кДж/м3; в^ = СрN2 = 0,35 • 1,41 • 1000 = = 494 кДж/м3, если принять нагрев азота до температуры потухания порядка 1000 °С, а среднюю теплоемкость при этой температуре (точнее, в этом диапазоне температур — 20-1000 °С) порядка Ср =1,41 кДж/(м3-°С).

Таким образом, мы получим, что метановоздуш-ную смесь можно охладить до Тпот = 1000 °С только за счет охлаждающего действия азота (примерно 350 л) на 1 м3 горючей метановоздушной смеси, вводимого в зону горения метана. Примерно такой же (или чуть ниже) огнетушащей эффективностью обладает гелий Не. Теплопроводность гелия ХНе, как очень легкоподвижного газа, очень велика—в 6 раз выше теплопроводности азота N (ХНе ~ 6Х ^), а это способствует потоку тепла от фронта пламени в свежую топливовоздушную смесь и тем самым увеличивает тепловой поток от фронта пламени в свежую смесь (дт = -X АТ/Ах) и повышает скорость распространения пламени (выше ур = 40 см/с), делая смесь гелиево-метановоздушных смесей еще более труд-ногасимыми. Но, с другой стороны, теплоемкость гелия СрНе в 5 раз выше теплоемкости азотаСр ^ (Ср Не = 5Ср поэтому, нагреваясь в зоне реакции от фронта пламени, гелий отнимет на свой нагрев до 1000 °С примерно в 5 раз больше тепла, чем азот, и будет существенно сильнее охлаждать зону реакции, чем равное ему количество азота

Таким образом, (Ср/Х)Не ~ (Ср//Хпоэтому гасящие концентрации этих "разбавителей" получаются примерно одинаковыми (~35^36 %), т. е. требуемые гасящие концентрации гелия и азота в процентах на 1 м3 метановоздушной горючей смеси практически одинаковы (рис. 1, кривые 5 и 6).

Из изложенного следует, что даже для огнетуша-щих средств, действующих по механизму разбавления, более существенную роль в механизме тушения пламени или равную ей (паритетную) играет не столько механизм разбавления молекул горючего и

ю о

к"

и и 5 и я я £ 5 г

и

& §

О

О 10 20 30 40 50 60

Содержание разбавителя в атмосфере, % об.

Рис. 1. Зависимость концентрации метана в смеси от содержания разбавителя в атмосфере: 1, 2 — галоидоуглеводоро-ды типа С2Вг2Р4; 3 — диоксид углерода С02; 4 — водяной пар Н20; 5 — азот N 6 — гелий Не; 7 — аргон Аг

окислителя, сколько механизм охлаждения зоны горения. Хотя нельзя исключать ни тот, ни другой эффект. Разбавляющий эффект нельзя исключать потому, что такая (35-36 %) концентрация нейтральных разбавителей делает подобную смесь невоспламеняемой и позволяет в профилактических целях предотвратить воспламенение смеси горючего с воздухом, особенно когда разбавители вводятся в "холодную" топливовоздушную смесь. В то же время введение разбавителей в зону горения охлаждает ее до температуры потухания. Анализ термодинамических параметров аргона Аг и диоксида углерода С02 показывает, что теплопроводность этих разбавителей приблизительно одинакова (XС0г ~ 56,85 Дж/(м-с-К), аХАг ~ ~ 69,4 Дж/(м с К), поэтому они примерно одинаково влияют на скорость распространения кинетического пламени. А вот их теплоемкости различаются почти в 2 раза (Ср С02 = 0,91 кДж/(кгК), а СрАг = = 0,53 кДж/(кгК)), поэтому и влияние их на процесс охлаждения пламени при введении их в зону горения будет неодинаковым. Так, для С02 (Ср/Х)С0г = = 910/56,85 = 16, а для аргона — (Ср/Х)Аг = = 530/69,4 = 7,64. Соотношение этих комплексов составляет (Ср/Х)С0г/(Ср/Х)Аг= 16/7,64 = 2,1. Следовательно, огнетушащая эффективность С02 примерно вдвое выше огнетушащей эффективности аргона, поэтому для тушения пламени смеси метана с воздухом нужно порядка 25 % об. С02 и 54 % об. аргона, т. е. аргона требуется вдвое больше, чем С02. Пары воды, как трехатомные газы, имеют примерно то же соотношение параметров теплоемкости и теплопроводности, что и трехатомная углекислота. Поэтому для тушения пламени (или нейтрализации эквивалентной топливной среды) ее требуется так же, как и С02, примерно 25-27 % об. (см. рис. 1).

Вот и классифицируйте теперь нейтральные газы как разбавляющие, которыми они, безусловно, явля-

ются. Или классифицируйте их как "охлаждающие", которыми они, как мы видим из предыдущих расчетов, тоже, безусловно, являются. Кстати, у сжиженного диоксида углерода (при Тж = -78 °С) охлаждающий эффект будет еще выше, поэтому выделить главный, доминирующий механизм огнетушащего действия нейтральных газов довольно сложно.

Это надо знать и понимать, чтобы наиболее эффективно применять огнетушащие средства на практике — при тушении пожаров. Более глубокое понимание механизма огнетушащего действия того или иного огнетушащего средства очень важно для правильного выбора средства с целью более эффективного тушения пожаров. Что такое "механизм огнетушащего действия"? Это, условно говоря, совокупность элементарных физических и химических процессов воздействия огнетушащего средства на процесс горения, которые, в итоге, приводят к его полному прекращению [4, 6, 9]. Зная тот или иной механизм огнетушащего действия, при определенных условиях тушения реального пожара его можно усилить, активизировать, сделать доминирующим на данном пожаре и тем самым повысить эффективность тушения пожара (при условии, что технические средства и способы их подачи в зону горения или на горючий материал позволяют реализовать или усилить именно этот, доминирующий механизм тушения пожара, как, например, при тушении пожаров ЛВЖ-ГЖ пенами либо газовых фонтанов водой или порошками). Вообще четкое знание механизмов огнетушащего действия основных огнетушащих составов, применяемых в практике пожаротушения, позволяет ответить на пять главных вопросов процесса тушения пожара: что? как? куда? сколько? сколько? "Сколько" — 2 раза!

Что? Это вопрос о том, что именно, какой огне-тушащий состав и в каком виде следует подавать для тушения данного пожара, чтобы добиться максимального успеха за кратчайшее время. В зависимости от вида пожара, видов горючего вещества и режимов его горения механизм тушения, требуемый вид огнетушащего средства и даже способ и режим его подачи в зону горения будут существенно различаться и очень сильно влиять на конечный результат процесса тушения. Например, при тушении пожара на газовом фонтане и пожара твердых горючих веществ порошковыми составами или только распыленной водой зона и режим их подачи будут абсолютно различными.

Как? Это вопрос о том, в каком режиме, в каком состоянии и в каком соотношении компонентов подавать огнетушащий состав для достижения наилучшего результата.

Куда? Это вопрос о том, в какую зону горения, в какую часть очага пожара наиболее эффективно

подавать тот или иной огнетушащий состав и в каком состоянии и режиме (особенно, при тушении пенами, порошковыми составами или водой).

Первое сколько? Это вопрос о количестве огнетушащего средства, об общем количестве (на всю площадь или объем пожара) и удельном количестве (на единицу площади пожара или объема зоны горения), которое следует подавать для тушения пожара.

Второе сколько? Это вопрос об оптимальной продолжительности, оптимальном (наиболее рациональном, физически обоснованном) времени подачи этого огнетушащего вещества в зону горения (в очаг пожара) либо на поверхность горючего вещества или горючего материала. Это могут быть совершенно три разных варианта: тушение газового фонтана; тушение пожара ГЖ в резервуаре; тушение пожара твердого горючего материала с применением различных огнетушащих средств. Например, при тушении ТГМ водой или порошковым составом их надо подавать только на поверхность горючего материала (горение штабеля древесины), а не в факел пламени, а при тушении горючих газов (ГГ) (пожар газового фонтана) порошковыми ОС или водой их необходимо подавать именно в струю горючего газа и в факел пламени. В каждом конкретном случае эти вопросы решаются по-разному, исходя из конкретных условий и режима горения, вида горючего материала, его состояния и вида применяемого огнетушащего вещества. Но всегда при этом надо знать и учитывать механизм его огнетушащего действия в данных условиях и эффект синергизма механизмов огнетушащего действия в каждом конкретном случае [4, 6, 9, 11].

Механизм огнетушащего действия пен

Интересна и поучительна история трактовки механизма огнетушащего действия пен при тушении пожаров ЛВЖ-ГЖ. В 1928 г. профессор Б. Г. Тиде-ман в соавторстве с Д. Б. Сциборским написали первое учебное пособие* по вопросам горения и тушения применительно к нуждам пожарной охраны. В этой книге довольно подробно и убедительно описан механизм огнетушащего действия пен при тушении горючих жидкостей; тушение пожара путем отделения, изоляции горючей жидкости от кислорода воздуха. В то время это было совершенно справедливо, так как для этих целей применялись преимущественно химические пены, предложенные в 1904 г. русским инженером французского происхождения А. Г. Лораном. По его методу огнетуша-щая пена получалась смешением двух растворов —

* Тидеман Б. Г., Сциборский Д. Б. Химия горения. — М.: Изд-во Нар. ком. внутр. дел РСФСР, 1930. —2-е изд. —Л.: Гостранс-издат, 1934. —3-е изд. —Л. : Гострансиздат, 1935.

кислотного Л12(804)з и щелочного №НСО3 — и раствора поверхностно-активных веществ (ПАВ):

ШаН(СОз) + Л12(Б04)З = = 3Ш28О4 + 2Л1(ОНз) + 6СО2.

В результате химического взаимодействия щелочной и кислотной частей огнетушащего состава в жидкостной среде растворов получалось 6 объемов газообразной дисперсной фазы (диоксида углерода С02). Поэтому в итоге имелась 5-6-кратная пена, которая покрывала поверхность горючей жидкости, отделяя ее тем самым от кислорода воздуха, в результате чего горение прекращалось. Кроме того, в процессе разрушения пены, который неизбежен при тушении пожара по многим причинам, в том числе из-за воздействия пламени, из нее выделялся диоксид углерода (углекислый газ), который также препятствует поступлению воздуха в зону горения и содействует прекращению горения.

Этот механизм тушения пенами прочно вошел во все учебники и пособия по тушению пожаров ЛВЖ-ГЖ. Однако производство химических пен в момент тушения пожара и на месте его тушения по конструктивным и технологическим причинам было ограничено. Даже когда научились генерировать пену из пеногенерирующего порошка (тоже содержащего кислотную и щелочную основы), производительность этих установок была недостаточна для тушения реальных крупных пожаров ЛВЖ-ГЖ. Размеры, количество и объем резервуаров с ЛВЖ-ГЖ быстро росли, площади пожаров увеличивались, и вскоре на тушение реальных пожаров стало требоваться подавать десятки и даже сотни литров пены в секунду. И тогда пожарная охрана перешла на тушение пожаров ЛВЖ-ГЖ воздушно-механической пеной (дисперсной фазой в растворе пенообразователя является воздух). В погоне за производительностью огнетушащих установок перешли постепенно с ГПС-100 к ГПС-200, затем основным типоразмером на вооружении пожарных машин стали ГПС-600 (600 л пены в секунду), параллельно с этим росла и кратность пены Кп (отношение объема пены ¥п к объему жидкости ¥ж, из которой она получена: Кп = ¥п/Гж). Появились пены кратностью 60, 100, 250! А затем, для несколько иных целей и несколько иной конструкции генераторов (со специальным воздушным вентилятором перед сеткой), — пены кратностью 500 и даже 1000. Но в пене кратностью 1000 на 1 л пенообразующего раствора приходится 999 л воздуха, а этого вполне достаточно для горения паров ЛВЖ-ГЖ. И получается, что при тушении пожара ЛВЖ-ГЖ воздушно-механической пеной даже кратностью 100 мы не "изолируем горючую жидкость от воздуха", а наоборот, гоним десятки (и даже сотни!) литров воздуха на поверх-

ность горючей жидкости, т. е. туда, где его совсем нет (и не должно быть, если мы хотим, чтобы горение прекратилось). А нет потому, что из физики горения известно, что уже через 3-5 мин свободного горения, т. е. как раз к прибытию подразделений пожарной охраны (и к началу пенной атаки), а то и задолго до этого, на поверхности горючей жидкости устанавливается температура кипения Тж пов = Ткип. Это значит, что давление паров упругости над зеркалом жидкости равно 1, т. е. парциальное давление паров горючей жидкости — 100 %. А пары жидкости не горят, потому что содержание воздуха в них 0 %. Доказательством этого является классическое уравнение Клайперона - Клаузиуса:

й 1пР/йТ = бисп/()

или после интегрирования

Рп.у = Р 0 е

- бисп /(ЛТж)

где бисп — теплота испарения горючей жидкости; Я — универсальная газовая постоянная; Тж — температура жидкости; Рпу — давление паров упругости данной (горючей) жидкости;

Р0 — давление окружающей среды или суммарное давление над зеркалом жидкости. Поэтому при Тж = Ткип парциальное давление паров горючей жидкости равно атмосферному давлению: Рп у = Р0 = 100 % (а Рвозд = 0 %). И именно в эту зону с воздушно-механической пеной подаются десятки, а то и сотни литров воздуха, необходимого для поддержания процесса горения. Тем не менее механизм тушения пеной по-прежнему во всех учебниках и пособиях трактуется по Тидеману — как "изоляция горючей жидкости от воздуха".

Разберемся, в чем же, на самом деле, состоит механизм тушения ЛВЖ-ГЖ пеной (современной воздушно-механической пеной) на крупных резервуарах с Fпож ~ 400^800 м2 и более (т. е. в реальных условиях, а не при тушении пролива 5-6 л ЛВЖ-ГЖ на учениях или противня с ЛВЖ-ГЖ из ручного огнетушителя с химической пеной на соревнованиях. Здесь-то все правильно — по Тидеману). Как мы установили выше, к моменту пенной атаки температура жидкости на поверхности ЛВЖ составляет в среднем 60-70 °С, а на поверхности ГЖ—Тжпов ~ ~ 130^150 °С (а то и все 250 °С, если это трансформаторное масло или мазут). А температура пены, подаваемой на поверхность горящей жидкости, — максимум 20-30 °С (а то и ниже).

Что же будет происходить с пеной в момент ее контакта с жидкостью? Во-первых, она будет разрушаться за счет удара о поверхность жидкости при падении из пеногенератора. Во-вторых, она будет разрушаться за счет нагревания и испарения пленко-

образующей жидкости. В-третьих, она будет разрушаться за счет расширения пузырьков воздуха, из которого она состоит, в результате его разогрева от горящей жидкости и лучистой энергии факела пламени, и еще она будет разрушаться по 3-4 дополнительным причинам, о которых не будем говорить для краткости. В результате суммарного воздействия всех этих разрушающих факторов (а их более десятка) пена будет распадаться на десятки тысяч мелких шариков пенообразующего водного раствора, которые, оставаясь в основном шариками, будут медленно тонуть в поверхностном слое горючей жидкости (если речь идет о тушении неводорастворимых жидкостей). А поскольку раствор пенообразователя имеет температуру 20-30 °С, а ЛВЖ и ГЖ — соответственно 60-70 и более 100 °С, то этот поверхностный слой будет интенсивно охлаждаться (до температуры пенообразующего раствора). И если при этом ЛВЖ еще способна гореть, то ГЖ оказывается охлажденной до температуры, почти близкой к температуре вспышки. И только тогда, только при этой температуре пена, подаваемая на зеркало жидкости, перестанет интенсивно разрушаться, начнет накапливаться слоем определенной толщины и по законам реологии (так как пена скорее относится к бинга-мовским, а не к ньютоновским жидкостям) начнет медленно растекаться по поверхности горючей жидкости. Этот процесс растекания тоже будет сопровождаться интенсивным разрушением пены, а этому вновь будет сопутствовать выделение из пены пенообразующего раствора, который в силу большей плотности по сравнению с любой ЛВЖ-ГЖ будет и дальше медленно тонуть в прогретом слое горящей жидкости, продолжая интенсивно его охлаждать и тем самым активно снижать давление паров упругости над его поверхностью. Кроме того, слой пены на поверхности горящей жидкости экранирует, защищает ее от лучистого теплового потока от факела, что также способствует снижению температуры поверхностного слоя горящей жидкости. В итоге, слою пены остается лишь покрыть все зеркало горящей жидкости слоем определенной толщины — порядка 0,3-0,5 м, и тогда выход паров горючего в зону горения прекратится (или снизится ниже критического уровня, соответствующего нижнему концентрационному пределу горения над поверхностью пены), и пожар прекратится.

Вот в чем заключается изолирующий механизм огнетушащего действия современных воздушно-механических пен при тушении ими пожаров ЛВЖ-ГЖ. Но он начинает действовать только после реализации охлаждающего действия пены на поверхность горящей жидкости. Поэтому игнорировать механизм охлаждающего действия пены на поверхности горящей жидкости нельзя ни в коем слу-

чае. Он является весьма существенным и совершенно необходимым для достижения эффекта тушения пожара. Без него тушение пожара пенами невозможно.

Правда, реализовать этот процесс чрезвычайно трудно по ряду причин. Во-первых, как правило, площадь зеркала горения очень велика (400-800 м2, что соизмеримо с площадью футбольного поля стадиона) и поднята на высоту резервуара (т. е. на 12-15 м над землей). Во-вторых, поток пены по зеркалу жидкости неуправляем, мала побудительная сила для его движения к центру резервуара. В-третьих, процесс горения всячески препятствует этому продвижению — реологическому течению "сухой" бинга-мовской жидкости (кратность пены на зеркале топлива едва достигает 40-60). Наконец, существует еще около десятка механизмов разрушения пены, не способствующих тушению пожара. А пожар будет потушен только тогда, когда вся поверхность ЛВЖ или ГЖ будет полностью покрыта слоем пены определенной толщины (порядка 0,3-0,5 м). Поэтому потушить реальный пожар с применением РВС-5000 и тем более РВС-10000 — задача чрезвычайно сложная.

Тем не менее механизм огнетушащего действия воздушно-механической пены при тушении пожаров ЛВЖ-ГЖ в резервуарах или на свободной поверхности жидкости именно таков или очень близок к описанному и не имеет ничего общего с тезисом профессора Тидемана об изоляции горящей жидкости от воздуха. Правда, и здесь в некоторой мере механизм изоляции присутствует — механизм изоляции зеркала горящей жидкости от лучистого теплового потока Qлуч от факела пламени (он особенно существен при горении и тушении пожара ГЖ, но это уже совсем другая история).

Таким образом, понимая, что охлаждающий механизм действия воздушно-механических пен очень существен (и иногда важнее ее "изолирующего" механизма), его обязательно надо учитывать при тушении реальных пожаров ЛВЖ-ГЖ. Например, при выборе оптимальной кратности пены (чем она ниже, тем выше ее охлаждающая эффективность в процессе тушения любого пожара), при выборе режима и способа подачи пены в очаг пожара и во многих других случаях. При этом надо также отчетливо понимать, "что от чего изолируется". Следует помнить, что, говоря "горит горючая жидкость" или "горит легковоспламеняемая жидкость", мы ошибаемся, потому что эти жидкости сами по себе не горят! Горит смесь их паров с воздухом (еще точнее — с кислородом воздуха!). И для прекращения такого горения надо исключить саму возможность образования смеси паров жидкости с воздухом. Но поскольку при больших масштабах зоны горения, при

значительных площадях поверхности горящей жидкости исключить доступ воздуха в зону горения бывает затруднительно, то пожарные пытаются прекратить доступ туда паров горючего. С этой целью они покрывают поверхность горящей жидкости слоем пены, чтобы препятствовать выходу этих паров в зону горения. Но, покрывая поверхность горящей жидкости пеной (даже содержащей в своем составе много воздуха), они тем самым сильно охлаждают поверхность жидкости пеной, что снижает интенсивность выхода горючих паров в зону горения и изолирует горючую жидкость и ее пары от зоны горения. Совокупностью этих механизмов иногда можно добиться успешного тушения пожара, но при условии, если удастся покрыть пеной всю свободную поверхность горящей жидкости и толщина слоя пены будет достаточной для изоляции потока паров жидкости в зону горения (т. е. в факел пламени). Однако, какой из факторов, механизмов огнетуша-щего действия более важен, какой оказывает доминирующий эффект на процесс тушения, не всегда очевидно. Покрытие всей поверхности горящей жидкости слоем пены — обязательное условие успешного тушения пожара. А вот возможно ли это покрытие без должного эффекта охлаждения поверхностного слоя горящей жидкости пеной до определенной температуры — вопрос весьма спорный. И какой эффект доминирует — "изоляции" или "охлаждения", решается в каждом конкретном случае. При этом бесспорным является только синергическое (взаимно усиливающее) действие обоих этих механизмов на процесс тушения любого пожара пеной.

Как уже говорилось выше, не всегда очевидно, какой механизм тушения данного, конкретного вида горючего, режим горения, вид пены и способ ее подачи в очаг пожара доминирует. Так, например, при тушении на соревнованиях и учениях пожара ЛВЖ-ГЖ в резервуаре (Рпож = 3^6 м2) химической пеной средней кратности ее следует подавать непосредственно на зеркало горящей жидкости, а при тушении пожара в кабельном тоннеле высокократной воздушно-механической пеной или при подаче пены в подвал - любым доступным способом. Совсем другое дело, когда пена подается в помещение для обеспечения условий тушения пожара: в кабельные тоннели, подвалы, трюмы морских судов, шахты и пр. В этом случае вначале целесообразно подавать пену высокой и очень высокой кратности — порядка 500-1000 и более, чтобы сбить температуру в пространстве, куда она подается, снизить токсичность дымовых газов и несколько повысить видимость в задымленном пространстве. Но и в этом случае, если она, облегчая условия спасания и ведения боевой работы по тушению пожара, сама в какой-то мере участвует в прекращении процесса горе-

ния, то это только за счет ее жидкостной составляющей, пенообразующего раствора, выпадающего из пены в процессе ее разрушения. (Поэтому, если с ее помощью и можно потушить кабели, горящие в тоннеле, то только те, которые расположены у земли, куда стекает этот раствор, но не на высоте или под потолком тоннеля. Там они будут гореть, как и прежде, а может быть, даже еще интенсивнее — за счет доставки туда свежего воздуха из пены, где концентрация кислорода/0 ~ 20^21 %. И если до тушения пеной в атмосфере самого тоннеля значение /0 снижалось до 15 % об. за счет выгорания кислорода и оставалась только опасность тления оплетки кабелей, то после подачи высокократной пены в длинный тоннель или шахту процесс горения может интенсифицироваться за счет увеличения концентрации кислорода.)

О механизме огнетушащего действия

порошковых средств пожаротушения

Порошковые средства тушения применяются с незапамятных времен, например обычный кварцевый песок БЮ2. Но на современных объектах (особенно некоторых новых объектах) обращаются или используются такие вещества и материалы, которые вообще невозможно потушить без применения современных огнетушащих порошков. К таким объектам относятся: атомные электростанции, на которых в качестве хладоагента первого контура используется жидкий натрий или жидкий литий с температурой в сотни и даже тысячи градусов; самолеты, построенные с применением алюминия, титана, магния и их сплавов; трансформаторные подстанции, находящиеся под электрическим напряжением в десятки и сотни киловольт, где в качестве хладоагента используется горючее трансформаторное масло, и десятки других современных объектов, на которых по тем или иным соображениям пожар нельзя тушить водой и даже огнетушащими составами на основе воды.

При тушении пожаров на подобных объектах специалистам пожарной охраны невозможно обойтись без порошковых огнетушащих средств (ПОС), которые обычно представляют собой тонкодисперсные твердые негорючие вещества и материалы. Как правило, чем тоньше дисперсность этих материалов, тем выше их огнетушащая эффективность (это очень существенно!). И хотя применяются они с незапамятных времен (более 1000 лет), споры о доминирующем влиянии факторов в механизме их огнету-шащей эффективности не утихают до сих пор (и особенно в последние 30-40 лет).

В качестве первых "порошковых" средств огне-тушения, особенно при тушении открытого пламени костров, открытых очагов горения, земляных печей

и т. п., широко использовались обычный кварцевый песок БЮ2, инфузорная земля, просто земляной грунт, толченая глина и прочие естественные негорючие материалы. Однако по мере развития науки о пожаротушении стали широко применяться другие вещества — оксиды твердых материалов, соли, щелочи и другие негорючие тонкодисперсные материалы. Длительное время основу порошков для пожаротушения составляли карбонат натрия Na2C0з и бикарбонат натрия №НС03. Затем стали использоваться фосфорно-аммонийные соединения типа №НР04, ^Н4)2НР04 и другие соединения сложного состава, включающие 2-3 основных компонента и еще 2-3 компонента, улучшающие огнетушащие свойства порошков или нивелирующие их существенные недостатки, такие как слеживаемость, комкование, гигроскопичость и пр. В области разработки новых огнетушащих порошковых составов и внедрения их в практику пожаротушения сыграли большую роль научные исследования А. Н. Баратова, Л. П. Вогма-на, Е. Н. Иванова и др.

В связи с этим особенно интересно отметить признание этими авторами [7] факта, что ".до сих пор механизм огнетушащего действия порошков остается еще во многом неясным, однако большинство исследователей считают, что в случае с наиболее эффективными порошками основную роль играет их способность ингибировать пламя. Огнетушащий эффект таких порошков значительно превышает эффект охлаждения или разбавления двуокисью углерода, выделяющейся, например, при разложении порошков на основе бикарбонатов щелочных материалов.", ".при полном разложении 1 кг порошка образуется лишь 260 граммов СО2...". Но это более 130 л газообразного диоксида углерода! А на тушение пламени в объеме зоны диффузионного горения ¥з г ~ 1 м3 по механизму "разбавления" требуется всего 250 л газообразного СО2. И далее:".. .затрачиваемое на это разложение количество тепла эквивалентно теплу испарения 300 г воды". Но если это тепло отнято от зоны горения (примерно от того же 1 м3), то количество этого тепла составит: Qотв ~ бисп в = = 0,3 ■ 2600 = 780 кДж/кг. А такого отъема тепла от зоны горения, особенно если учесть потери на излучение факела пламени при введении в него твердых порошковых частиц, вполне достаточно для снижения температуры горения, например, мета-новоздушного пламени до температуры потухания (до 1000 °С), т. е. достаточно для полного прекращения процесса пламенного горения и тушения пожара.

Об этом, кстати, сказано в этом же источнике [7, с. 113]: "Действительно, бензин на площади 1 м2 можно потушить 1 кг достаточно мелкого порошка типа ПСБ-3 в течение 1-2 секунд". Что и требова-

лось для подтверждения именно теплового механизма тушения пламени бензина порошковым огне-тушащим составом при низком коэффициенте его реализации в данном эксперименте. А далее сказано буквально следующее: "Для тушения этого очага распыленной водой или двуокисью углерода требуется несколько килограммов каждого из этих средств...", что со всей очевидностью свидетельствует о неправильной реализации процесса тушения этого пожара указанными составами. Вода была недостаточно тонко распылена, поэтому она и испарялась не полностью, и использовалась не полностью в факеле пламени (да и, видимо, подавалась не во весь объем факела пламени одновременно). То же самое относится и к процессу тушения факела пламени диоксидом углерода: возможно, он неодновременно подавался во всю зону горения, и поэтому не наступал процесс тушения пламени.

Несмотря на исключительное уважение к личности и заслугам в области пожарной безопасности (и особенно порошкового пожаротушения) проф. А. Н. Баратова, проведем расчет и докажем несостоятельность этого утверждения (тем более что этот параграф как раз и назван А. Н. Баратовым "Механизм огнетушащего действия порошков" [7]).

Массовая скорость выгорания бензина при его диффузионном горении в резервуаре площадью 1 м2 (которая является переходной областью от ламинарного к турбулентному режиму горения) зависит от формы резервуара, высоты борта, состояния атмосферы, марки бензина и прочих условий горения. Удельную массовую скорость выгорания бензина можно принять т = 80-100 г/(м2 с). Объем воздуха, требуемый каждую секунду для полного сгорания такого количества бензина, составляет порядка 0,9-1,2 м3 (а в расчете на 1 кг — Гв тр =11,6 м3). Тогда количество тепла (теплота пожара), выделяемого в секунду на этом пожаре (в зависимости от коэффициента полноты сгорания Р = 0,95-0,98), при бн = (44,6-43,6)-103 кДж/кг (в зависимости от марки бензина) составит: бпож = РmQн= = 3500-4200 кДж/с. Если долю тепловых потерь на излучение принять Qпот.луч = 0,40Qвыд, то количество тепла, которое следует отвести от зоны горения бензина в этом эксперименте, Qотв.тр = 350-400 кДж/(м2-с). Тогда, исходя из полного (100 %-ного) использования воды как огнетушащего средства (с полным испарением ее и нагревом ее паров до температуры потухания,т. е. Qв.уд = 4400 кДж/кг), требуемый расход воды на тушение этого пожара составит qв уд = = Qотв.тр/Qв.yц = 80-^100 г/(м2-с), а с учетом механизма разбавления зоны горения парами воды (при их объемной концентрации /(Нр)в = 15 %) — еще меньше. А жидкой углекислоты при средней теплоемкости ее паров в диапазоне до 1000 °С Ср СО = 2,0 кДж/(м3-°С),

действующей по механизму охлаждения зоны горения, потребовалось бы дтуШ(С02) = ботв. тв/(Ср С02й?) =

= (350^400)/2 = 175^200 л/с или с учетом рС02= = 1,96 кг/м3 дту0(СО2)= 340^390 г/с. Кроме того, если учесть, что ее объемная концентрация в зоне горения будет порядка /СО2= 200-100/1200 = 15^17 % об., то на тушение ее потребуется и того меньше — порядка 300-350 г/с (а не 1 кг огнетушащего порошка ПСБ-3, как указано в работе [7]).

Все дело в коэффициенте использования огнету-шащего средства в процессе тушения, в степени реализации подлинного механизма его огнетушащего действия или, иначе говоря, в доле потерь огнетушащего средства в процессе тушения. При 100 %-ной реализации этого механизма, да еще с учетом синер-гического эффекта взаимного усиления различных механизмов огнетушащего действия при их совмещении (синергизма, который мы, к сожалению, практически никогда не можем рассчитать количественно), огнетушащего порошка, как и воды, и С02, потребовалось бы даже меньше. С учетом резкого возрастания тепловых потерь на излучение при введении в зону горения порошковых составов, при правильной организации подачи порошка ПСБ-3 на тушение этого пожара потребовалось бы всего 200-300 г/с, а то и меньше (а не 1 кг [7]). Кстати, именно такие удельные расходы порошка ПСБ-3 для тушения ме-тановоздушных пламен указаны и в других работах А. Н. Баратова.

"Другая наиболее многочисленная группа (специалистов) связывает гашение пламени с гетерогенной рекомбинацией радикалов и атомных частиц на поверхности порошков; и наконец, третья группа полагает, что при гашении пламени происходит как гомогенное, так и гетерогенное ингибирование" [7]. Гетерогенное ингибирование трактуется как гибель активных центров химической реакции процессов горения на твердой поверхности частиц порошка. Тем более что в процессе исследования неоднократно подтверждалось, что порошки с более активной поверхностью (с преобладанием полярных соединений) более эффективны, чем порошковые частицы с ковалентными связями [12]. "Теория Ван Ти-гелена была многократно подтверждена экспериментально и привела в известной мере к тому, что гетерогенный механизм стал доминировать в представлениях о гашении пламени порошками" [7]. И далее: "Достаточно убедительное доказательство гетерогенного механизма ингибирования получено в работе , в которой сопоставлялись огнетушащие концентрации различных солей определенной дисперсности для тушения метановоздушных смесей, а также константы скорости гетерогенной рекомбинации атомов кислорода и водорода на поверхности солей".

* Баратов А. Н. и др. [13].

Все это, безусловно, правильно применительно к каждому конкретному случаю, методу и направлению исследования. 0днако совершенно неправильно распространять полученные результаты на практику конкретного применения порошковых средств пожаротушения в реальной практике, о чем, кстати, отчасти сказано и в работе [7] несколькими строками ниже:

"Дальнейшее развитие представлений о роли гетерогенного и гомогенного ингибирования получено в работах**, в которых допускается возможность одновременного проявления обоих процессов". Именно в этом "допускается возможность" и состоит главная ошибка всех рассмотренных выше работ по порошковому тушению пламени реальных пожаров. Дело в том, что все известные механизмы огнетушащего действия порошковых составов при этом наличествуют, только проявляются они в разной степени и с разным "долевым" участием в суммарном эффекте прекращения процесса горения. Главная трудность состоит в раскрытии главного, доминирующего механизма огнетушащего действия порошков на зону горения, потому что он, этот механизм, или их совокупность, каждый раз варьируется в зависимости от вида и режима горения, вида и состава горючей смеси, способа и режима подачи порошка в зону горения и физики его взаимодействия с зоной химической реакции горения. Конечно, если подаваемый струей (или потоком в аэродисперсном состоянии) порошок проходит "по нормали" через фронт пламени (толщиной 5ф.пл = 0,1^0,2 мм), то даже при скорости потока порошка всего упор ~ ~ 1м/с и скорости пламени упл = 0,4 м/с время взаимодействия порошковой частицы с фронтом

пламени ТСовм ~Твз = ¿ф.пЛсум = (0,1^0,2)/(1,5'103) =

= (0,06^0,13)10-3 = (5^15)10-5 с. Тогда тепловым взаимодействием частиц порошка и фронта пламени можно пренебречь, так как частица не успеет сколько-нибудь заметно прогреться и тем самым отвести тепло от фронта пламени за десятитысячные доли секунды.

В то же время, если струя порошка с той же скоростью вводится в объем диффузионного пламени метана или бензина над противнем с размерами факела пламени ^пл = 1 ^10 м, то время взаимодействия частиц порошка с зоной горения составит твз ~ 1^10 с, т. е. почти в миллион раз больше (на 5-6 порядков!). Тогда частица вполне успеет прогреться и отнять то максимальное тепло от зоны горения, которое она вообще способна отнять в силу своей теплоемкости и разности температур зоны горения и частицы. И время здесь вообще несущественно. Это и было использовано нами при разработке средств тушения

** Ио1шап Ж[11]; Б1гска11 У. // СоиЬ а Р1аше. —1970. —Уо1. 14. — Р. 85.

пожаров газовых и газонефтяных фонтанов, в частности ППП-200. Там время взаимодействия частицы с факелом пламени составляет 1-2 с, поэтому доминирующим механизмом огнетушащего действия вероятнее всего является тепловой механизм, т. е. охлаждение одновременно всей зоны горения (1000-2000 м3 и более) до температуры потухания (1000 °С) путем одномоментной (за 1-2 с) подачи в зону 150-200 кг порошка. Безусловно, механизм гетерогенной рекомбинации активных центров химических реакций горения, и гомогенное ингибирова-ние, и частичное испарение частиц порошка имели место, хотя бы потому, что их физически нельзя исключить! Но вряд ли они играли доминирующую роль в совокупном механизме тушения пламени. А вот эффект гасящей сетки (эффект "холодной" стенки), возможно, играл весьма существенную роль, потому что в зависимости от вида и дисперсности порошка и режима его подачи критический зазор между частицами достигал 0,01-0,1 мм при "гасящем размере" сетки ^кр = 1 мм (или акр ~ 1 мм).

Следовательно, утверждение А. Н. Баратова [7, с. 117]: "однако для реально применяемых при пожаротушении порошков размер частиц не может быть менее 30 мкм, а такие частицы не успевают интенсивно нагреваться" — весьма сомнительно. Для рассмотренного же выше случая (твз = 1^2 с) оно просто неверно, если учесть к тому же действующий, как и в методе отрыва факела пламени от горящей газовой (метановоздушной) струи, метод взрыва ВВ в зазоре "устье фонтана — нижняя кромка факела пламени".

Все вышеизложенное отлично подтверждается и следующим замечанием А. Н. Баратова: "0днако нормативные значения расходов огнетушащих порошков для тушения различных пожаров до сего времени отсутствуют. Это связано с недостаточным опытом практического применения порошков, а также с тем, что эффективность порошков во многом зависит от аппаратуры для подачи их в очаг горения и от умения пользоваться ими. Известны, например, случаи, когда при тушении разными операторами при прочих равных условиях удельный расход порошка различался в 8-10 раз!" [7]. Иначе говоря, эффект тушения зависит от того, насколько правильно определен и реализован на практике, в процессе тушения реального или даже экспериментального пожара, доминирующий механизм процесса тушения. К сожалению, это относится не только к тушению пламени пожара порошками, но и ко всем видам огнетушащих средств и всем способам реализации процесса тушения.

Развивая и совершенствуя физико-химические и особенно ингибирующие огнетушащие свойства порошковых средств пожаротушения, специалисты

не обратили должного внимания на чисто тепловое воздействие порошковых огнетушащих составов, вводимых во фронт пламени, в зону горения или на поверхность твердых горючих материалов. Ведь при их введении в зону горения они так или иначе отбирают от нее часть тепла на разогрев самой субстанции порошкового средства тушения (независимо от их химического воздействия на реакции горения, которое в ряде случаев несомненно и, возможно, весьма значимо!).

Тем не менее твердое вещество, внесенное в высокотемпературную зону горения (с температурой 1000-2000 °С) и имеющее начальную температуру порядка 20 °С, отнимет от зоны горения часть тепла пропорционально его массе тпор, удельной теплоемкости спор и разности температур твердого тела и газовой среды или поверхности твердых горючих материалов, т. е. йб

б,

отв.пор mпорCпорйTпор, или

= т с

отв.пор пор пор

(Тз.г- Тпор) (гдеТз.

зоны горения (факела пламени); Т„,

температура пор температура порошка в момент его подачи в зону горения).

Тогда температуру пламени Тпл после введения в зону горения огнетушащего порошка в количестве всего тпор ~ 0,5 кг/м3 горючего газа, приняв условно его среднюю теплоемкость в диапазоне температур от 20 до 1000 °С всего 1 кДж/(кг °С), с учетом отъема тепла на частичное разложение порошка в зоне горения (т. е. примерно в 4 раза ниже средней теплоемкости воды), можно отследить по формуле

Тпл _ (б выд _ б луч _ ботв пор Ц I ^^ Ср I ,

где V п г' — объем продуктов сгорания, образовавшихся в зоне пожара.

Для метановоздушной смеси при стехиометри-ческой концентрации метана /стеХ(СН ) ~ 10 %, количестве тепла, выделяемом при сгорании 1 м3 горючей метановоздушной смеси, бн(СН4) = 3600 кДж/м3 и коэффициенте светимости метанового пламени Фпл = 0,2, увеличенном за счет светимости твердых частиц порошка всего до фпл = 0,5, получим:

Тпл = (3600 - 1800 - 500)/1,41 = 1300/1,41 = 920 °С,

т. е. температуру, близкую к температуре потухания Тпот = 1000 °С, без учета химического воздействия химически активной поверхности частиц порошка. Только за счет теплофизического воздействия вводимого порошка температура в зоне горения снижается до критического значения температуры потухания пламени, условно принимаемого равным 1000 °С. А самое интересное во всем этом вот что: если заменить наиболее эффективный из современных огнетушащих порошков типа Моппех на тонкотолченый кирпич или сильно сыпучий сухой цемент, то требуемый удельный расход кирпича или цемен-

п

та для тушения эталонного пламени будет всего на 20-30 % больше, чем самого суперэффективного ог-нетушащего порошка (при разнице в цене 1 кг цемента, кирпича и порошка Моппех примерно в 10-15, а то и в 20 раз!).

Правда, при тушении пожара неспецифическими огнетушащими средствами большую роль играет фактор времени. Успеет ли твердая частица, проходя через высокотемпературную зону пламени (особенно если это кинетическое пламя толщиной всего 5пл = 0,1-0,2 мм), отобрать все необходимое тепло и нагреться до температуры зоны горения (температуры потухания ~1000 °С). Вот здесь и сказывается степень помола порошка (или средний диаметр его частиц ¿пор). По закону теплопередачи количество тепла, которое успеет отнять от горючего газа твердое тело, определяется по формуле

Q

отв пор

а(Тпот Тпор)Т

откуда

т = Q,

отв. пор

а (Тпот Тпор )

где

п

суммарная площадь поверхности час-

1 2 тиц твердого тела, м ;

а — коэффициент теплопередачи от газа к твердой поверхности, кДж/(м2-°С); (^пот - ^пор) — перепад температур газа (равный примерно температуре потухания) и частицы порошка, °С;

т — время пребывания частицы в зоне пламени, с; т~ 0,1 с.

Пренебрегая начальной температурой частицы (Гч = Гпор ~ +20 °С), примем этот перепад условно равным 1000 °С.

Из законов теплофизики известно, что критерий Нуссельта, связывающий геометрические размеры тела с теплофизическими параметрами теплоотдачи от газа к твердому телу, выражается как № = а ¿/"к, тогда а = (№ к)/й. Поскольку й стоит в знаменателе и имеет очень малое значение — примерно 10-5 м, критерий Нуссельта для шаровых частиц малого диаметра будет равен примерно 2. Коэффициент теплоотдачи а и скорость отнятия тепла получаются большими, а время нагрева частиц порошка — очень малым (менее 0,1 с). Характеристический диаметр частиц порошка для лучших видов импортных порошков составляет ¿хар ~ 10 мкм (10-5 м), для российских — ¿хар ~ 50-60 мкм. Причем тут есть одно затруднение: чем тоньше дисперсность порошка (меньше диаметр частиц), тем выше его огнетушащая способность (и выше скорость прогрева частиц, а также интенсивность отъема тепла от пламени). Однако его эксплуатационные свойства при этом ухудша-

ются: выше слеживаемость, сильнее слипание и ком-кообразование, что резко сокращает срок его эксплуатационного хранения (или требует специальных добавок и специальной обработки порошка, чтобы нивелировать эти недостатки). Это, в свою очередь, резко удорожает производство таких порошков и многократно усложняет их рецептурный состав. Одним из радикальных направлений в этой области была разработка добавки в порошковые огнетуша-щие составы — аэросила (силикагеля БЮ2 диаметром ¿ч < 1 мкм), который получается вымораживанием силикагеля из паров плазмы. Но это очень дорогое удовольствие, да и крупнотоннажное производство аэросила тоже вопрос непростой.

На основании исследований М. А. Елисеева, а также натурных огневых испытаний на опытных установках, полигонах и реальных пожарах газовых фонтанов, проведенных совместно с доцентами ВИПТШ МВД СССР В. Е. Макаровым и В. Ю. Говоровым в 1974-1980 гг., было установлено, что при правильной организации подачи тонкодисперсных порошков в факел пламени фонтана горючего газа мощностью от 0,5до10млн. м3/сут, с расходом огнетушащего порошка любого вида (начиная от ПСБ-3 до обычного тампонажного цемента, используемого на буровых скважинах) 0,5-1,0 кг/м3 горючего газа можно со 100 %-ной уверенностью потушить компактный газовый фонтан. Правда, порошок ПСБ-3 тушит факел пламени несколько более эффективно, чуть быстрее (за 1-2 с) и с меньшим удельным расходом. Другие типы порошков требуют несколько большего удельного расхода (1,5-2,0 кг/м3) и времени тушения (судя по кадрам скоростной киносъемки — тт ~ 2-2,5 с).

Обычный сухой цемент тот же факел пламени газового фонтана с дебитом 5 и даже 10 млн. м3/сут тушит за 2,5-3,0 с, а сырой комковатый цемент с содержанием агломераций 0,5-2,5 кг и удельным расходом qуд ~ 3 кг/м3 — за Ттуш ~ 3-4 с.

Для проведения такого обширного комплекса исследований при активной помощи специалистов противофонтанной службы Мингазпрома, с согласия В. С. Черномырдина, при активной поддержке его заместителя М. П. Агапчева и непосредственном участии специалистов Мингазпрома П. В. Куцина и ряда других специалистов, по чертежам сотрудников ВИПТШ МВД СССР было изготовлено более шести комплектов пневмопорошковых пушек типа ППП-200 [14].

Они были изготовлены из обычных буровых труб диаметром 250 мм и обсадных труб диаметром 350 мм и установлены на полозья (в виде шасси) из швеллеров № 15-20 (рис. 2-5).

Пневмокамера отделялась от основного ствола разрывной тарированной мембраной (с предвари-

''туш

Рукав высокого давления

Рис. 2. Установка ППП-200: 1 — винт разводного механизма; 2 — шарнир для регулировки угла наклона ствола; 3 — ствол пушки; 4 — опорная ферма ствола пушки; 5 — подъемный механизм (винт) для регулировки угла наклона (подъема) ствола и наведения порошковой струи на устье фонтана (под обрез нижней кромки факела пламени); 6 — площадка-"подножка" для бойца при засыпке порошка в ствол пушки, находящийся в наклонном положении

У= 160 л

У= 200 л

р \ п

---1- т &

Ы 3000 —и

Рис. 3. Схема установки разрывной мембраны: 1 — штуцер подачи сжатого газа (азот или воздух); 2 — казенник-накопитель; 3 — уплотнительное кольцо; 4—разрывная мембрана; 5 — ствол пушки (для засыпки огнетушащего порошка)

тельной нагартовкой) (см. рис. 3). Разрывное давление мембраны Рраб =15 атм. В ствол пушки засыпался огнетушащий порошок в количестве 150-200 кг. Ствол пушки имел регулируемый угол наведения: по вертикали — ±15°, по горизонтали — ±(5+6)°. Пушка снаряжалась на расстоянии 50-60 м от устья скважины (от оси факела компактного газового фонтана), а затем на тросах, с помощью тягача, подтягивалась к устью скважины на расстояние 10-15 м (в зависимости от обстоятельств и боевой обстановки на пожаре). К концу ствола был приварен "прицельный рог" — пластина треугольной формы высотой 15-20 см (типаприцельной "мушки" наружье).

Ствол пушки выставлялся "на глаз" в плоскости оси струи, выше обреза ствола газовой скважины на 1-1,5 м, но обязательно на 1-2 м ниже нижней кромки факела пламени.

Заполнение казенника пушки производилось простым открытием вручную запорного крана на головке 40-литрового газового баллона со сжатым воздухом (Рраб = 150 атм). По соединительной медной трубке 6-8 мм сжатый воздух из баллона, закрепленного хомутами тут же на станине пушки, перетекал в казенник-накопитель, на котором был установлен для контроля обычный стрелочный манометр с Рраб = 25 атм. Как только давление в накопителе приближалось к Рраб = (15± 1) атм (тзап ~ 40+50 с), мем-

Рис. 4. Внешний вид установки ППП-200

Рис. 5. Выбросы порошка из ППП-200 в горящий вертикальный газовый факел пламени

брана разрывалась и весь порошок под давлением сжатого воздуха примерно за 1 с выбрасывался в устье фонтана и в тот же момент эжектируемый газовой струей горючего газа почти полностью засасывался в факел пламени. Тушение пламени происходило за время порядка ттуш = 1+1,5 с. Скорость истечения горючего газа из устья гист ~ 400 м/с. Высота факела пламени Нпл ~ 100+150 м. Средняя скорость перемещения газовоздушной смеси в затопленном пространстве резко снижалась — до 50-100 м/с, поэтому время подъема порошка до вершины факела пламени т

пор

"туш

можно оценить по формуле

Туш = Нш/Упор = 200/(150+200) = 1,3*1,0 с.

Это и есть примерное время тушения факела пламени газового фонтана с использованием ППП-200.

Впоследствии в качестве запорного устройства на газовый баллон была поставлена пирозапорная головка типа ГЗСМ, вскрываемая пиропатроном ПП-3. Это позволило еще точнее вычислять время наполнения казенника пушки, время фактического тушения факела пламени, включая время пролета порошковой струи до устья факела пламени, и реализовать залповое тушение распыленных фонтанов из нескольких пушек одновременно, в случае необходимости. Публикация этого материала в открытой печати сотрудниками Мингазпрома вызвала бурную реакцию в руководстве пожарной охраны МВД (но это требует особых объяснений [15]). Тем не ме-

нее Мингазпром заказал и изготовил по нашим чертежам несколько десятков таких пушек и разослал по своим противофонтанным отрядам [16] (их на территории СССР было 8 или 12, включая дальневосточный отряд). После этого проблема тушения пожаров на компактных газовых фонтанах перестала быть проблемой, однако для оценки этой фразы необходим некоторый экскурс в историю пожаротушения на газовых и газонефтяных фонтанах.

Тушение пожаров водой

В начале 30-х годов в Советском Союзе (и в мире) начался бурный рост добычи горючего газа. В связи с этим у пожарных специалистов всего мира возникла новая проблема — тушение пожаров на газовых фонтанах. В 1972 г. заместитель начальника ГУПО СССР полковник И. Ф. Кимстач, вводя меня в курс задач пожаротушения в пожарной охране страны, сказал, что сегодня, пожалуй, нет более сложной проблемы, чем тушение пожаров на мощных газовых фонтанах. По его описанию это выглядело примерно так. Сначала образовавшийся газовый фонтан сводят к компактной, вертикальной газовой струе (газовому факелу пламени) (рис. 6), потому что в момент аварии, особенно на буровых скважинах, где он чаще всего возникает, он может быть и "распыленным", и комбинированным, и даже с "грифонами" [9,14,17]. Такие фонтаны практически не тушатся, поэтому их сводят к компактному факелу пламени (в основном силами противофонтанной службы Газпрома, под прикрытием водяных струй пожарной охраны для обеспечения охлаждения и подстраховки от возгорания).

Сведение фонтана к компактному вертикальному факелу — опасная и сложная работа: с помощью тракторов, бульдозеров, подъемных кранов и прочей "мощной" техники (см. рис. 6) растаскивают обру-

Рис. 6. Пожар на газовом фонтане, сведенный к компактному факелу пламени

шившееся и искореженное пламенем оборудование буровой вышки, иногда специальной болванкой из танка или пушки отстреливают зацепившиеся элементы конструкции вышки или устье скважины для придания ему "ровного" среза. Такими трудными и сложными операциями сводят фонтан к компактному вертикальному факелу пламени. Это может длиться не один и даже не два дня, а порой больше недели. При этом заранее готовится превенторная арматура или другие технические средства для глушения газового фонтана. Затем наступает этап пожаротушения: 15-20 ствольщиков (а иногда и больше, в зависимости от дебита скважин и сложности фонтана) выстраиваются вокруг устья фонтана в радиусе 30-40 м в зависимости от мощности излучения факела. Каждый ствольщик со стволом А с расходом воды 7 л/с и обязательно с "подствольщиком", потому что управлять таким мощным стволом, да еще идти с ним в атаку по пересеченной местности, из-за тяжести рукава и реактивной силы струи воды в одиночку — невозможно. Команда из 30-50 чел. (иногда плюс несколько человек для подачи воды на тепловую защиту самих ствольщиков и подствольщиков, а иногда — для резерва) по команде РТП начинает разом, синхронно, в строгом боевом порядке медленно сходиться к устью газовой скважины. При этом их главная задача — обеспечить пересечение подаваемых струй воды чуть выше среза трубы, устья факела (если таковое имеется), но строго ниже нижней кромки факела пламени.

По законам газодинамики, а также физики и химии горения истекающей мощной газовой струи в затопленное воздушное пространство между устьем истечения и нижней кромкой факела пламени всегда образуется зазор за счет отрыва пламени от устья — от 1,5-2 до 5-8 м [9] в зависимости от диаметра устья трубы, напора газовой струи, формы обрыва устья и пр. Но во всех случаях, поскольку давление в трубе больше 2 атм, истечение горючего газа происходит со скоростью, близкой к скорости звука — 300-400 м/с. А это всегда обеспечивает требуемый зазор, т. е. отрыв факела пламени от устья скважины или отверстия, из которого истекает горючий газ. Вот так, перекрещивая мощные водяные струи (15-20 струй, с расходом 7 л/с, т. е. подавая в факел пламени в сумме 100-150 л/с) и постепенно сходясь к устью, ствольщики строго синхронно поднимали все выше и выше точку пересечения водяных струй, пока не происходил отрыв факела пламени от рвущейся вверх горючей газовоздушной струи. Иногда удавалось потушить пожар на газовом фонтане, после чего начиналась сложнейшая по трудности и "ювелирная" по точности и мастерству установка пре-вентора или задвижки на обрывок газовой трубы для глушения газового фонтана, что не всегда полу-

чалось. Если кто-то из ствольщиков отставал из-за проблем с подтягиванием пожарного рукава, или спотыкался на пересеченной местности (под диким ревом газового фонтана в 110-120 дБ и тепловым воздействием факела пламени), или просто не попадал в заданную точку перекрестья струй воды, то образовывался "просвет" в водяной завесе, и тогда факел пламени мог прорваться к устью, к свежей газовоздушной струе! А ствольщики уже могли находиться в зоне мощного теплового воздействия лучистых потоков факела пламени (иногда достигающих 15-20 кВт/м2) и стоять на грунте, прогретом до 100-150 °С, если до этого его не охладили в достаточной степени водой!.. И тогда атака на фонтан срывалась. Все бойцы (кто со стволами, а кто, побросав и стволы, и рукава) бросались врассыпную. Скорее подальше от фонтана (на безопасное расстояние — более 40-50 м), где не такое мощное излучение факела пламени, не так горяча земля и не так могуч изнуряющий рев (гул) газового фонтана.

Вот так примерно тушили первые пожары на газовых фонтанах. (В изложении И. Ф. Кимстача это вызвало у меня ассоциацию, очень близкую с охотой первобытных людей на мамонта. Видимо, и на самом деле это было очень похоже!) Но таким "первобытным" способом можно было тушить пожары на газовых фонтанах со сравнительно небольшим дебитом газа — 1-2 млн. м3/сут, т. е. примерно 12-20 м3/с. С ростом добычи газа, мощности газовой струи (по мере увеличения глубины бурения, где пластовое давление превышало 100-200 атм) и ростом диаметра буровых труб до 200-250 мм и более (обсадные трубы) дебит скважин при аварийном фонтанировании неуклонно возрастал. И при дебите 3-4 млн. м3/сут (35-45 м3/с) тушение пожаров таким способом стало крайне затруднительным, ибо при этом высота вершины факела пламени над уровнем земли могла достигать 40-50 м(!), т. е. высоты 15-этажного здания.

С ростом сложности росли проблемы и совершенствовались способы их решения. Другим способом тушения более мощных пожаров на газовых скважинах стал метод взрыва ВВ в том самом зазоре между устьем трубы и нижней кромкой пламени (рис. 7).

Замечательными специалистами, людьми большого личного мужества Г. М. Мамиконянцем, К. В. Тка-ченко, В. П. Сомовым и др. был предложен и технически решен метод доставки заряда ВВ в зазор между устьем и пламенем. Взрывом ВВ в России тушились многие пожары. Этим способом под руководством К. В. Ткаченко было потушено несколько сложных пожаров и за рубежом (в Болгарии, Венгрии, ГДР, Польше). Выезжал К. В. Ткаченко и на тушение сложных пожаров на фонтанах в Албанию и Индию. Но вскоре, с увеличением мощности фонтанов,

Рис. 7. Подведение взрывного заряда в зазор между устьем фонтана и нижней кромкой факела пламени под защитой водяных струй от лафетных стволов

и этого изощренного метода стало недостаточно для их тушения. Работы над совершенствованием метода продолжились. С этой целью попытались увеличить массу заряда до 500 кг ВВ, добавлять туда различные химически активные ингибиторы (типа бромэтила, поваренной соли, огнетушащих порошков и пр.). Все эти ухищрения лишь несколько расширили диапазон эффективности такого способа тушения пожаров, но проблему не решили. Вскоре был достигнут предел мощности фонтана по дебиту горючего газа, тогда и этот метод оказался бессилен. Лишь через много лет, уже после отказа от данного метода, в специальном диссертационном исследова-нииВ. П. Сомова был раскрыт подлинный механизм тушения этой категории пожаров таким способом. Расшифровка покадровой съемки процесса тушения отчетливо показала, что механизм тушения пожара этим способом сводился к прямому газодинамическому разрыву сплошности газовоздушной среды с факелом пламени. В момент взрыва мощной взрывной волной газовоздушная струя на 1-1,5 с отбрасывалась вниз, к земле, а нижняя кромка факела пламени этой же взрывной волной отбрасывалась в противоположную сторону, вверх, на расстояние 30-40 м. Поэтому после прекращения действия взрывной волны, когда газотопливовоздушный поток возвращался в вертикальное положение, он уже не мог "догнать" факел пламени и его воспламенения не происходило. Таким образом, за счет прерывания процесса воспламенения свежей топливовоз-душной смеси факелом горящего пламени на 2-2,5 с пожар оказывался потушенным. Тем не менее даже увеличение мощности взрывного разряда более чем до 500 кг и добавки различных ингибиторов уже не могли обеспечить гарантированного успеха при тушении пожаров на фонтанах с дебитом более 5-6 млн. м3/сут. А мощность газовых фонтанов все продолжала расти, достигая 9-10 млн. м3/сут и более. Тогда на смену этому методу тушения под руководством К. В. Ткаченко и с участием ряда талантливых специалистов пожарной охраны была разработана совершенно новая система тушения газовых

и газонефтяных фонтанов—установка АГВТ-100 (автомобиль газоводяного тушения с расходом огнету-шащего вещества 100 кг/с) (рис. 8).

Это была очень оригинальная разработка. На автомобильное шасси, вдоль его продольной оси, наклонно, соплом против движения автомобиля устанавливались турбореактивные двигатели типа ВК-1 (В. Кузнецова), которые списывались с летной эксплуатации на самолетах МиГ-15 и МиГ-17, но еще имели достаточно большой технический ресурс для эксплуатации на земле. Параметры этого двигателя в условиях наземной эксплуатации составляли около 40 кг/с продуктов сгорания с температурой порядка 600 °С. Двигатель устанавливали на шасси автомобиля (на специальной платформе) таким образом, что он мог менять угол наклона в вертикальной плоскости на ±(10+20)°ивгоризонтальной плоскости (поворот) на ±(7+10)°. Это позволяло, не меняя положения установленной автоплатформы, более точно направлять огнетушащую струю в устье факела пламени, сопровождая процесс отрыва факела пламени от устья поднятием газоводяной струи вверх — до полного потухания пламени.

На корпус двигателя, в районе его сопловой части, "по круговой" под углом 90° между осями стволов устанавливали три "лафетных" ствола (естественно, без лафетов, только сами стволы ЛС-20) с расходом воды 20 л/с каждый. Стволы закреплялись таким образом, чтобы струя воды от каждого ствола попадала в газовую струю реактивного двигателя, образуя более или менее равномерную совместную газоводяную струю. Струи воды интенсивно подхватывались высокоскоростной (околозвуковой) газовоздушной струей. При этом сама газовая струя двигателя резко тормозилась за счет ее охлаждения водой и присоединения к ней спутной массы воды 60 кг/с. Зато водяные струи резко ускорялись, а главное, дробились на мелкие капли, часть которых при этом нагревалась до температуры, близкой к температуре кипения. Такая турбоводяная установка, обслуживаемая еще как минимум двумя АЦ-40 или АН-40, обеспечивала требуемый расход воды на АГВТ-100 — 60л/с, направляемой в газовую струю 3-мя стволами ЛС-20, плюс расход воды 15-20 л/с,

Рис. 8. Автомобиль газоводяного тушения АГВТ-100

необходимой на охлаждение и тепловую защиту от лучистой энергии факела пламени самой установки АГВТ-100, отдельные части которой обильно орошались водой с помощью специальных распылительных устройств. Вот такая "команда" из 3-4 машин выводилась на боевую позицию (АГВТ-100 устанавливалась на расстоянии 15-20 м от устья скважины), и по команде РТП все машины приступали к атаке на фонтан [10]. Процесс тушения факела пламени длился примерно 10-15 мин. Правда, иногда фонтаны с малым дебитом тушились просто перекрестными струями от 4-5 лафетных стволов (см. рис. 7).

При этом один такой комплекс установок (из 3-4 машин) уверенно тушил пожар на газовом фонтане с дебитом горючего газа от 0,5-1 до 3 млн. м3/сут. При больших дебитах, когда факел пламени был слишком высок, а расход огнетушащих средств недостаточен, пожар тушился неуверенно или не тушился вообще. Для тушения фонтанов с дебитом

4-6 млн. м3/сут требовалось устанавливать на тушение 2 установки АГВТ-100 и, соответственно,

5-6 АЦ-40 (или АН-40), дающих максимальный расход воды д ~ 48 л/с каждая, с давлением порядка

8 атм (практически же д ~ 40 л/с каждая, с рабочим давлением Рраб ~ 7,5 атм). При тушении пожара на фонтанах с таким дебитом РТП приходилось "дирижировать" одновременно работой уже 7-8 пожарных машин. Причем 2 из них (АГВТ-100) должны были достаточно синхронно вести подъем газоводяных струй для отрыва факела пламени. Но факел с дебитом более 6-7 мин. м3/сут и такой набор пожарных машин уже не мог потушить.

Для тушения пожара на фонтане с дебитом

9 млн. м3/сут и более уже требовался утроенный комплект пожарных машин, и для успешного руководства синхронной работой такого комплекса в процессе атаки на фонтан необходимо было чрезвычайное мастерство (почти искусство). А дебиты скважин (особенно буровых, когда неизвестен точно предполагаемый дебит свободного истечения газа из устья разрушенной скважины) все росли, достигая 12-15 млн. м3/сут, аиногдаи более. Таким образом, и огнетушащие возможности этого метода тушения подходили к своему пределу

В последующих модификациях на платформу ходовых (базовых) автомобилей устанавливались более современные и более мощные двигатели, в том числе типа АЛ-7 (А. М. Люльки) и даже их спарки. Соответственно, огнетушащая эффективность таких установок существенно возросла. С их использованием было потушено множество мощных, сложных и очень высокодебитных пожаров на газовых и газонефтяных фонтанах и в нашей стране, и во многих странах за рубежом с участием наших специалистов. Этот способ тушения прочно завоевал репута-

цию советского метода тушения сложных пожаров на газовых и газонефтяных фонтанах и вполне себя оправдал. Однако он требовал сложной, специальной (широкофюзеляжной) авиатехники для доставки пожарных машин к месту аварии (как правило, удаленных не только от крупных аэродромов, но и от хороших шоссе). Кроме того, он также исчерпал свой лимит эффективности. Тушение пожаров с дебитом горючего газа 9-10 млн. м3/сут стало чрезвычайно сложной технической и организационной проблемой. Требовалась, кроме всего прочего, согласованная работа трех министров союзного значения — В. С. Черномырдина (Мингазпром), Б. П. Бугаева (Минавиации) и Н. А. Щелокова (МВД), что само по себе было непросто.

Тем не менее научный результат этого, практически реализованного и много лет успешно применяемого метода тушения пожаров на газовых и газонефтяных фонтанах огромен и неоспорим. Многократные попытки применения этого метода подачи огнетушащих средств для тушения пожаров различных других видов положительных результатов не дали. Как правило, не удавалось в полной мере реализовать механизм огнетушащего действия газоводяной струи из-за сложности ее подачи в очаг пожара в требуемом оптимальном режиме. А научная ценность этого практического способа тушения пожара показала и наглядно подтвердила, что при хорошей организации подачи тонкораспыленной воды в факел пламени требуемый удельный расход воды составляет всего 50-100 г/м3 горючей газопаровоздушной смеси (в зависимости от степени совершенства способа подачи воды в зону горения, иначе говоря в зависимости от коэффициента ее использования в процессе тушения).

Расчет тушения факела пламени водой показывает, что для снижения температуры горения факела пламени Гпл = 1300-1350 °С до температуры его потухания Тпот = 1000 °С от факела пламени надо отнять (из самой зоны горения) тепла всего бтр отв ~ ~ 750 кДж/м3 (для ГС) или 0тр отв = 7500 кДж/м3 (для ГГ). А 1 л воды (при Тв = 20 °С) при полном ее испарении в факеле пламени и нагревании ее паров хотя бы до температуры потухания пламени (Тпот = = 1000 °С) отнимет от факела пламени тепло на нагревание воды бв нагр до температуры кипения (Ткип =100 °С), на испарение 1 л воды бв исп (что даст примерно 1720 л водяного пара) и на нагревание этого пара бпарнагр до минимальной температуры пламени (равной Тпот = 1000 °С).

В сумме по уравнению

^в.отв.уд ^в.нагр + ^в.исп + ^пар.нагр

в расчете на 1 л получаем бвотвуд = 4400 кДж/кг (кДж/л).

Тогда требуемый удельный расход воды на тушение 1 м3 метановоздушной смеси только по механизму охлаждения этой водой до температуры потухания составит:

^.уд.тр ^отв.тр/^в.отв.уд 750/4400

= 0,17 л/м3 (для ГС) (или 1,7 л/м3 (для ГГ)),

потому что стехиометрический состав метановоз-душной смеси /стех(сн4) = 10 %. Значит, в расчете на тушение пожара 1 м3 истекающего метана (газовой струи) требуется в 10 раз больше воды, чем на тушение 1 м3 метановоздушной смеси. Но при этом мы не учли разбавляющего механизма водяных паров в факеле пламени! А ведь 1 л воды при полном испарении даст Ув п = 1720 л водяного пара. По расчету нами подано 0,170 л воды на 1 м3 смеси, отсюда Ув п = 0,17 ■ 1720 = 293-300 л водяного пара. Тогда /в = (Ув ■ 100)/(Гг.с + Гв.п) = (0,17 ■ 1720 ■ 100)/(1000 + + 300) = 30000/1300 = 23 %. Но и гасящая концентрация водяного пара, близкая к гасящей концентрации СО2, примерно равна 25 % об. (см. рис. 1), т. е. таким удельным количеством воды Увуд =1,7 л/м3 (для ГГ) мы могли бы потушить факел пламени и без учета охлаждающего воздействия на него воды, а только по механизму разбавления горючей газовой смеси парами воды в факеле пламени. Значит, при совокупном воздействии обоих этих механизмов огнетушащего действия (а избежать ни одного из них мы не можем при тушении факела пламени водой) воды должно потребоваться еще меньше (менее 1,7 л/м3).

Посмотрим, что показала практика тушения факела пламени метановоздушной смеси водой при относительно хорошем распылении ее при подаче в зону горения на установках типа АГВТ-100. Естественно, что основным огнетушащим ингредиентом в потоке этой газоводяной струи была именно вода с расходом 60 л/с (3 ствола ЛС-20: 20 ■ 3 = 60 л/с). Все остальное, что писалось в многочисленных публикациях по механизму огнетушащего действия АГВТ-100, — смесь недоразумения с фантазией, потому что скорость потока газоводяной струи в зоне ее пересечения с газовоздушной струей ничтожна и составляет всего 20-30 м/с (а то и того меньше), тогда как скорость затопленной метановоздушной струи в этой зоне угвс > 100-150 м/с.

Содержание водяных паров в выхлопных газах турбореактивного двигателя при работе на земле — менее 7-8 % об. (от 40 кг/с продуктов сгорания). Это ничтожно мало по сравнению с "пожарным" расходом воды — 60л/с. Содержание СО2 в продуктах сгорания в режиме работы двигателя на земле (при большом избытке воздуха, для охлаждения стенок камер сгорания) тоже не более 7-8 % об. от расхода воздуха. Это тоже пренебрежимо мало. Так

что тушит АГВТ-100 только за счет механизма ог-нетушащего действия воды, подаваемой в реактивную струю выхлопных газов турбореактивного двигателя, которая дробит и подогревает подаваемую в факел пламени воду из лафетных стволов ЛС-20.

Как отмечалось ранее, одна установка АГВТ-100 успешно тушила пожар на фонтане с дебитом метана не более 3 млн. м3/сут, а это значит, что секундный расход горючего газа равнялся: дсн4 =-0/(24 ■ 3600) = = 35 м3/с.

Тогда удельный расход воды на тушение пожара метановоздушной струи будет: Ув.уд = Ув/^С(сн4) = = 60/35 = 1,715 л/м3 (ГГ). Практически идеальное совпадение расхода, полученного на АГВТ-100 (Ув.уд.практ = 1,7 л/м3 для ГГ), с теоретическим, полученным расчетом тушения факела пламени (Увуд расч = = 1,7 л/м3 для ГГ). Правда, общий (суммарный) расход воды при тушении реальных пожаров на газовых фонтанах с помощью АГВТ-100 был примерно в 500-1000 раз больше, потому что время тушения пожара (время подачи газоводяной струи) составляло 10-15 мин (т. е. 600-900 с) вместо требуемых 1-2 с по физике тушения пламени на газовом фонтане. Но это объясняется тем, что струя газового фонтана и газоводяная струя были взаимно перпендикулярны. Факел пламени (почти как в варианте "охоты на мамонта") приходилось постепенно протушивать и поднятием ствола отрывать от устья скважины. Если бы было возможно подавать огнетушащую струю соосно струе факела пламени, время тушения составило бы 1,5-2,0 с, как того требует физика тушения факела пламени. Но практически реализовать такой режим вертикальной подачи огнетушащей струи оказалось технически невозможно (или чрезвычайно сложно). Во всяком случае, несколько вариантов специально разработанных нами систем подачи тонкораспыленной воды соосно факелу пламени не увенчались успехом: распыленная вода поднималась на высоту не более 3-5 м, а "нетонкораспыленную" воду (до 10-15 мкм) факел газовой струи не "всасывал" в себя и протушенный в нижней части факел пламени продолжал стабильно гореть на высоте более 10-12 м неограниченно долго (рис. 9).

Это направление развития механизма тушения факела пламени водой не дало дальнейших практических результатов. Зато именно эти расчеты теплового механизма тушения и отрыва факела пламени газового фонтана от устья скважины были положены в основу создания системы тушения факела пламени газового фонтана порошковыми средствами тушения по механизму охлаждения пламени до температуры потухания тонкодисперсными порошками (описанная ранее система ППП-200). Так как даже в том случае, если "теплоемкость" порошка в

Рис. 9. Отрыв факела пламени фонтана в результате подачи на тушение "нетонкораспыленной" воды

3-4 раза ниже теплоемкости воды, к охлаждающему действию порошковой массы добавляется огнетушащее действие порошковых средств тушения по механизму "огнепреградителя" или "холодной" стенки, когда гасящий размер "твердой сетки" составляет ¿кр = 1 мм, а при применении порошковых средств тушения он оказывается в 5-10 раз меньше, поэтому они отлично тушат пламя. Более того, впоследствии удалось создать установку ППП-200 со стволом, загнутым вверх, что позволяло подавать порошковую струю не перпендикулярно (перекрестно) к оси газового фонтана, а почти соосно, параллельно газовой струе, что еще больше сократило время и повысило эффективность тушения пожара на газовом фонтане порошковыми средствами тушения типа тампонажного цемента или барханной пыли (песка пустыни) (рис. 10).

Вот что по этому поводу писали специалисты в изданиях Газпрома: "Для тушения факела пламени при пожаре на газовом или газонефтяном фонтане были разработаны специальные установки, позволяющие дистанционно, с расстояния 5-10 метров, тушить пожар за 1-2 с. Проверка эффективности этих установок проводилась при дебите газа 9,6 млн. м3/сут. Высота отрыва пламени от устья скважины достигала йотр = 10 м, а общая высота факела пламени составляла 75 м. Время тушения составило 2 с; при этом было израсходовано всего 150 кг порошка. Полученные результаты позволяют рекомендовать установки подобного типа для промышленного применения при тушении реальных газовых фонтанов с дебитом до — = 10 млн. м3/сути более" [15,16]. К сожалению, ГУПО МВД СССР эти разработки и установки так и не освоило.

Рис. 10. ППП-200 со стволом, загнутым вверх, для подачи порошка параллельно оси факела пламени и газовоздушной струи ("пушка" подготовлена к выводу на огневую позицию, под устье фонтана)

периментальных и тем более реальных пожаров, описанных выше, вызвали особый интерес у специалистов и руководства газовой и нефтяной промышленности Кувейта во время знаменитых кувейтских пожаров, на консультацию по тушению которых мы с П. В. Куциным через соответствующие министерства были приглашены персонально (рис. 11).

"При тушении компактных фонтанов в качестве огнетушащего средства могут быть использованы высокодисперсные подручные материалы типа цемента, бентонитовой глины или барханного песка (для районов Средней Азии), всегда и в достаточном количестве имеющиеся на газонефтяных месторождениях" [16]. Это особенно убедительно подтверждает тепловой и теплофизический механизм тушения пламени порошковыми составами. Киносъемки тушения этих пожаров вызвали особый интерес кувейтских и египетских специалистов, которые даже подвергли их специальному исследованию, контролю и анализу "с пристрастием".

"Наиболее эффективным средством борьбы с крупными пожарами на объектах газовой промыш-

Позднее Мингазпромом была выпущена техническая инструкция по применению этих установок для тушения пожаров горючих газов и жидкостей, в которой, в частности, сказано: "Наиболее перспективными импульсными устройствами в настоящее время являются стоящие на вооружении в военизированных частях Мингазпрома установки пневматического порошкового пламеподавления ППП-200, предназначенные для подавления пламени и тушения пожаров газовых и газонефтяных фонтанов". И далее: "Таким образом, разработанные в Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД СССР совместно со специалистами Мингазпрома порошковые установки типа ППП-200 позволяют тушить открытые газовые (газоконденсатные) и нефтяные фонтаны различных дебитов. Необходимо подчеркнуть, что пламеподавитель ППП-200, первоначально предназначенный для тушения компактных фонтанов, хорошо зарекомендовал себя и при тушении распыленных и комбинированных фонтанов..." (отметим, которые раньше вообще не тушились, а долго и мучительно, с затратой огромного труда, сил, средств и времени, сначала сводились к компактной форме факела пламени), "а также разливов нефти и конденсата, хранящихся в земляных амбарах. Это значительно расширяет границы и масштабы его практического применения. Указанные пламепода-вители применяются для тушения горящих фонтанов не только на предприятиях Мингазпрома, но и на объектах Министерства нефтяной промышленности" [16]. А в пожарной охране МВД СССР они так и не были применены. Киносъемки тушения экс-

а Г,Н аИ ^ ж&Л'у

ОЬесс! & Ошо1г 1п1сгпл1шпа! Сгйир

ИЙКР ЧЭЯШТЛИТ

щ/ляа игл

тп^.мшт гв^.щ*. £-3 азЕв^им |\чм цуйлпваюти 1 ойН? псс Якннпн идогасо;* дедалм» Л.Н. N г«Рй!|и 11>л, 1ы:алги1вга ^Лвсты и ЯЕучлоиу о^вва.шп.имшв лиглваин ■ ^рожич™«!}- Г««в«фК№Л ». .Ке!; лп

йивВр мпркДак! Г^У"--. 3 иЙЙ ^ТУ".. еПявишдрвжа по различит нал^и1!»™™ св«И (НННПШ, В чаитжйя. и а ¿урчикк 1и£ггИ£]( II щш снешз, тинЕпга таоЫ лОНПлгГа С *осцч1чи гтрандвд гМ*?*. сроса: З^е раЛякэгр^

»гислвзст!. ИзшслрйЬасаЛ в И? 9

кормлк! чнит г^эдлгтак ов охм-ыл* лит го

-ц^яц. рннн я ифраьх ,-лимана цчки и 6-Ю шл, Яадкни г.а лреЗывйни» указала гк;? л «М- ¡щ: жтч«" ,1р| Быттаыаш ^^ЬПГ* «. натц'щ зцийноЯ за-

ККгйрАггайноСтп «еря. ^рл гит» реин«;;«! е цц-

на фсвтшя, & " дЫШНиЧ I (йЦЬ

кль: мивчявд г: зргщяаяшт

их чвыулдавя я е«;нг ксну аИщлшнп э и*5 к п^^лк

рн» ртлдги иг; иХШа.

^нри. Мфмеет хдохз? -в ¿ои ггаад л * аизиад

Г-гвд!" ил лн:_1;-_ц-ш;:>: эншогечссюЛ цЛт^т;^:.. нов С гмиртн и фо(™аи£ Н сюаичк прва Ы(аяавм

Ми надевкя иг НЙПЩН р**«»» кс^свв юнвзачрвдниил ^«^¿кнк* свешали ¡тса 6 чинный: всиишка срм.

1." .уш^шси

, ,0йЯд 1Щ 9«ар Инг. Гр./¿¿-Чг* " М^цвН!1

Рис. 11. Письмо-приглашение российских специалистов в Кувейт для оказания помощи в тушении пожаров и ликвидации газонефтяных фонтанов

Рис. 12. Фрагменты статей о предложении помощи в ликвидации аварий на горящих газонефтяных скважинах Кувейта: от России — проф. И. М. Абдурагимов; от США — Президент страны Джордж Буш (старший) (Центральная газета Кувейта "А1 АпЬа", 6 апреля 1991 г.)

ленности является пневмопорошковый пламепода-витель ППП-200. Полигонные испытания, а также опыт практического применения его свидетельствуют об эффективном тушении компактных и распыленных (комбинированных) газовых, газонефтяных и нефтяных фонтанов, а также разливов нефти и газового конденсата" [16]. Рабочие киносъемки процессов тушения таких пожаров на полигонах и реальных объектах были представлены нами в Кувейте на конкурсе средств тушения пожаров специалистам разных стран мира. Предложенные нами

Рис. 13. Пожар на распыленных нефтяных фонтанах (Кувейт, пустыня Аль-Ахмади)

методы были одобрены шейхом Аль-Мутави и министром нефтяной промышленности Кувейта Мохаммедом Ар-Рукба. И только вмешательство в конкуренцию и спор за право тушения кувейтских пожаров президента США Джоржа Буша-старшего [18] (рис. 12) решило этот спор не в нашу пользу, несмотря на то, что нам уже были выделены наиболее сложные фонтаны — распыленные, комбинированные и фонтаны с "грифонами" в пустыне Аль-Ах-мади, к тушению которых американцы дольше всего не приступали (рис. 13 и 14).

Рис. 14. Панорама нефтяных фонтанов (с большим содержанием парафина) (Кувейт)

О коэффициенте эффективности использования воды при тушении пожаров

Статистические данные опыта тушения пожаров в мире показывают, что несмотря на обилие и разнообразие видов и типов огнетушащих средств (а их многие десятки) более 90 % пожаров во всем мире тушатся с использованием в качестве огнету-шащего средства воды (или композиций на водной основе).

Объяснению этого факта есть более десятка причин [6, 7, 9, 19]. Основные из них — высокая огне-тушащая способность воды, практическая доступность, универсальность области применения, удобство применения и пр. Но при всем при том специалистами по разработке новых огнетушащих средств и по совершенствованию способов пожаротушения совершенно недостаточно внимания уделяется ее ничтожно малой эффективности (в смысле коэффициента ее полезного использования в процессе тушения). Даже в такой оригинальной и, казалось бы, совершенной технике для тушения факельного пламени на газовых и газонефтяных фонтанах, как АГВТ-100, коэффициент полезного действия воды едва достигает 2-3 % от количества воды, подаваемой в процессе тушения. Вместо требуемых 1-2 с подачи воды в факел пламени, которые физически необходимы для прекращения процесса горения (если бы воду в тонкораспыленном виде удалось подать соосно газовоздушному факелу, как это удалось на установке порошкового тушения ППП-200 с загнутым вверх стволом (см. рис. 10)), ттуш = Яфпл /ув = = (100-150)/(50-100) = 1-3 с (где Яф пл —наибольшая высота факела пламени газового фонтана, редко превышающая 100-150 м; ув — скорость увлечения тонкодисперсной воды газовым фонтаном, лежащая в среднем в пределах 100-150 м/с у устья и порядка 50-30 м/с на вершине факела пламени). Таким образом, средняя скорость ее движения должна лежать в среднем в интервале 50-100 м/с. Тем не менее в процессе тушения реального пожара из-за нерациональной (взаимно перпендикулярной) схемы подачи газоводяной струи от АГВТ-100 в газовоздушную струю факела пламени процесс тушения с тем же требуемым расходом воды затягивался на 10-15 мин, а то и более (это порядка 500-1000 с), т. е. длился в 200-300 раз дольше, чем это физически необходимо.

Примерно так же нерационально обстоят дела и с тушением водой пожаров твердых горючих материалов (ТГМ). И здесь вода (или ее композиции) является вообще основным огнетушащим средством для тушения пожаров во всем мире.

Но вернемся к механизму огнетушащего действия воды. При тушении пожаров ТГМ ее охлажда-

ющий механизм, безусловно, является доминирующим [1,2, 4-6]. Но и в этом случае, как и при применении пен, очень важно четко выяснить, что именно следует охлаждать. К сожалению, весьма крупные специалисты и безусловные авторитеты в мире пожаротушения пытаются анализировать совокупное охлаждающее действие воды в зоне горения; необоснованно анализируют охлаждающее взаимодействие воды с факелами пламени ТГМ; привлекают к расчету механизма тушения пламени критерий Дамкеллера, связывающий время и механизм охлаждения зоны горения с механизмом и временем самих химических реакций горения, и пр. Все эти излишние премудрости, осложняя существо и физическое представление о механизме тушения ТГМ водой, дают мало обоснованные и практически (даже экспериментально) очень несопоставимые результаты с теоретическими расчетами и инженерными, аналитическими выкладками. В данном случае гораздо более практичным (и физически более обоснованным) оказывается немудреный слоган пожарных практиков: "как горит — так и туши". Введенный нами в практику 40-50 лет назад, он стал расхожей схемой объяснения механизмов огнетушащего действия многих средств пожаротушения.

Действительно, грубая схема описания физики пламенного горения практически всех ТГМ (а их сотни, тысячи видов) состоит в том, что в процессе предварительного подогрева из ТГМ выходят летучие продукты их пиролиза, которые в процессе конвективного массообмена, смешиваясь с кислородом воздуха, образуют горючую газовоздушную или паровоздушную смесь [9], которая тут же воспламеняется от внешнего, постороннего источника разогрева ТГМ. Условно эту температуру для ТГМ можно было бы по аналогии с ЛВЖ-ГЖ назвать температурой вспышки или воспламенения. И происходит это практически для всех ТГМ (за очень редким исключением), в очень узком диапазоне температур — Тнач пир = 200-300 °С. А уже дальше, за счет выделения тепла в процессе горения этой смеси, поддерживается непрерывность процесса пиролиза и горения ТГМ до полного его выгорания, в результате которого образуется твердый углеродистый остаток (для большинства ТГМ). Под действием высокой температуры на поверхности ТГМ в процессе его выгорания (Тпов ТГМ = 700-800 °С) и далее в диффузионном режиме (в основном беспламенно, т. е. в режиме тления) выгорает и этот углеродистый остаток. После этого от всей массы ТГМ нередко остается только несгораемый зольный остаток минеральных составляющих ТГМ—1-2 % масс. Правда, в реальных условиях нередко остается и часть угольных остатков из-за плохих условий теплообмена между ними.

Таким образом, для прекращения пламенного горения и тления необходимо охлаждать не пламя над поверхностью ТГМ, даже не зону горения в целом, что само по себе, безусловно, полезно в деле тушения пожара, а твердую поверхность пиролизующих-ся ТГМ. Причем охлаждать до вполне определенной температуры — до температуры ниже температуры начала пиролиза (Тнач = 200 °С), а еще лучше — до ее начальной температуры (Гнач.ТГМ = = 20-30 °С). Тогда полностью прекратятся все возможные виды и режимы горения (т. е. и гомогенное — пламенное диффузионное горение, и гетерогенное — беспламенное диффузионное горение, тление), и пожар прекратится. Но при условии, что это будет реализовано повсеместно, на всей площади пожара, и одновременно, чтобы не происходило загорания новых участков ТГМ от недотушенных, тлеющих очагов пожара.

С небольшими допущениями, но с вполне удовлетворительной для технических и практических целей точностью общее суммарное количество тепла, запасенное в твердом горючем материале (древесине) площадью 1 м2, плюс количество лучистой, тепловой энергии, падающей от факела пламени за время тушения пламени (от всей зоны горения), по наШим расчетам составляет: бзап.ТГМ = ^.треб.™ т е

количество теплоты, которое требуется в процессе тушения отвести от 1 м2 плоской поверхности горящей древесины, примерно равно 1200-1300 кДж/м2. А удельное количество тепла, которое способна отнять вода в количестве 1 л (1 кг) с плоской горизонтальной поверхности, нагретой до температуры более 100 °С (а ТШт.тгм ^ 200 °С), составляет: ^.отв =

= бв.нагр + бв.исп,гдебв.нагр —теплотанагреванияво"

ды от Т0 ~ 20 °С до температуры кипения Ткип = 100 °С;

бв.нагр = «вСв(Ткип - Т0) = 1 ' 4,18 ' 80 = 335 кДж/л;

бв исп — теплота испарения воды 1 л воды; бв исп = = твгв = 1 ■ 2253 кДж/л. Тогда требуемый удельный теплоотъем воды бвудотв = 2588 кДж/л. Отсюда требуемый удельный расход воды на прекращение горения древесины (или любого другого ТГМ) на площади 1 мпримерноравен: ув.уд = ботв.ТГМ.треб/бв.уд.отв =

= 1300/2588 = 0,5 л/м2; т. е. всего 0,5 л воды надо равномерно и одновременно подать на горизонтальную поверхность горящей древесины площадью 1 м2, чтобы полностью прекратить все виды и режимы горения ТГМ (и гомогенное — пламенное горение, и гетерогенное — беспламенное горение, тление). Правда, для более надежного охлаждения древесины до ее начальной температуры Т0 = 20 °С потребуется V = 0,7 л/м2, а на "проливку" древесины до ее полного увлажнения, до насыщения древесины водой, потребуется еще Увпром = 0,8 л/м2. Итого

(в сумме) Ув.уд.туш = Ув.уд + Ув.пром = 0,7 + 0,8 = 1,5 л/м2.

Если учесть, что для реальных пожаров ТГМ суще-

ствует понятие коэффициента поверхности горения

Кпов = ^гор/^пож (где ^гор — физическая суммарная площадь поверхности горения ТГМ; ^пож — площадь проекции зоны горения (объема факела пламени) на горизонтальную (реже вертикальную) плоскость) и что по статистике пожаров на большинстве обычных (внутренних) пожаров ТГМ Кпов = (3+0,5), причем требуемый удельный расход воды на тушение пожара на площади в 1 м2 приблизительно в 3 раза

^тш^ Т. е. Ув.уд.пож = Ув.уд.тушКпов = 1,5 ■ (3±0,5) =

= 5 л/м2, то на тушение пожара на площади горения ^пож = 1 м2 потребуется удельный расход воды всего порядка 5 л.

Правда, в условиях тушения реального пожара (а не в лабораторных условиях) большую роль играют потери воды в процессе тушения. На малых пожарах (приблизительно до ^пож = 5-10 м2), когда потери в процессе тушения сравнительно малы, удельный расход воды возрастает в 2-3 раза. Многочисленные исследования [9] показали, что даже в самых успешных, близких к идеальным вариантах тушения реальных пожаров ТГМ удельный расход воды ввиду резкого увеличения потерь в процессе тушения возрастает пропорционально площади тушения пожара: Ув.уд.тр = 5 + 0,5^пож, т. е. удельный расход воды на тушение внутренних пожаров ТГМ превышает в десятки и даже сотни раз лабораторные и даже полигонные значения требуемых удельных расходов воды на тушение реальных пожаров (рис. 15).

Однако проблема состоит даже не в том, что с учетом научно обоснованных потерь воды в процессе тушения реальных пожаров ее требуемый удельный расход возрастает до 50-100 л/м2 [19], т. е. в 10-20 раз и более, чем это требуется. Проблема современных методов тушения пожаров ТГМ (особенно внутренних пожаров) состоит в том, что практически реализуемые расходы воды в десятки и даже сотни раз превосходят расчетные значения [19]. На некоторых сложных (но ординарных!) пожарах удельный расход воды на единицу площади пожара достигает Увуд.ф = 500-1000 л/м2! Если бы вся вода сохранялась в помещении, куда ее подают на тушение пожара, толщина водяного слоя составила бы Нв = 0,5-1,0 м! Это нередко служит "убедительным" аргументом в устах практических работников пожарной охраны: "Где вы видели метровый слой воды после тушения пожара?" Да, действительно, нигде не видели, потому что десятки (а порой и сотни!) тонн воды (т. е. почти вся подаваемая на тушение пожара вода) за время тушения пожара в течение 2-3 ч (и более) стекают на нижние этажи (особенно в высотных зданиях и зданиях повышенной этажности), заливая десятки квартир на 5-6 этажей ниже горящего помещения. И нередко ущерб от за-

ю2

Площадь пожара ,РП.

м2

Данные по г. Киеву: ■ жилые дома и общественные

здания ( 50 пожаров) □ реальные пожары внутри жилых

зданий (82 пожара) о торговые, складские предприятия и прочие объекты (28 пожаров)

• промышленные предприятия (11 пожаров)

Данные по СРВ:

• частные жилые дома (126 пожаров)

• общественные здания (78 пожаров) о промышленные предприятия

(54 пожара)

торговые, складские предприятия и прочие объекты (44 пожара)

Данные по Латвии: ж пожары на складах (80 пожаров) а пожары в магазинах (99 пожаров)

Экспериментальные данные

©0#<8>АИ

Рис. 15. Зависимость минимального удельного расхода воды на 1 м2 площади пожара (а при пожарах -Рпож > 500+1000 м2 расход воды на 1 м2 площади тушения) от площади пожара (или площади тушения) по результатам обработки данных более чем по 10000 реальных и экспериментальных пожаров в разных странах мира (Щ — тушение реальных пожаров в зданиях по специальной программе (с проливом минимума воды), США)

лива этих этажей, помещений, оборудования или 15-20 квартир больше, чем ущерб от пожара в горящем помещении (и даже в 2-3 горящих помещениях). Хотя были в истории пожарной охраны случаи, когда при тушении пожаров в зданиях в зимнее время пролитая вода стояла замерзшим льдом до уровня подоконника и выше (0,8 м). Например, после тушения пожара в библиотечном помещении Сельхозакадемии им. Тимирязева в Москве на 5-м этаже, где 31 декабря возник пожар, на 1-м этаже, в токарном цехе, станки стояли вмерзшими в лед "по суппорт!" (80 см, чуть выше подоконника). А остальная вода вылилась через лопнувшие стекла окон первого этажа, образовав огромный ледяной каток перед зданием горевшего корпуса Сельхозакадемии. Или случай с пожаром на просп. Маршала Жукова, 31 и многие другие. И эти случаи не единичные. По расчетам коэффициент полезного использования воды, поданной на тушение таких пожаров, составляет всего 1-2 % (редко 3 %). Остальные 97-98 % воды проливаются зря, нанося огромный дополнительный материальный ущерб.

К сожалению, примерно такие же показатели эффективности использования воды на тушение пожаров ТГМ имеют место почти во всех технически развитых странах мира. В этом плане очень интересен случай тушения пожара на лесоскладе в г. Блэквуде (США, штат Техас). В этом городе на складе пиломатериалов из пожарного водоема с за-

пасом воды по расчету на 45 мин тушения пожара фактически тушили пожар более 3 ч, а воду брали все из того же водоема!!! На курьез этой ситуации обратил внимание только мэр города, прибывший на пожар. Он решил, что пожарные в своих требованиях по нормам закладывают очень большие (т. е. очень дорогие!) резервные водоемы. А РТП, разгоряченный "в пылу" атаки на штабель горящей товарной древесины, долгое время не мог понять "жадности" мэра и его возмущения тем, как можно тушить более 3 ч пожар из водоема с запасом воды на 45 мин тушения. На самом деле все очень просто: 98-97 % воды, подаваемой на тушение штабеля древесины, стекали обратно в пожарный водоем, а оттуда снова подавались на пожар в течение 3 ч. Так осуществлялся круговорот воды при тушении пожара штабеля ТГМ в г. Блэквуде в середине 70-х годов ХХ века.

По вопросу повышения эффективности использования воды на тушение пожаров ТГМ велось огромное количество исследований и в нашей стране, и за рубежом. Существует порядка десятка приемов, методов, способов, добавок и прочих ухищрений, направленных на сокращение потерь воды при тушении пожаров ТГМ (особенно на внутренних пожарах, при тушении лесоскладов, лесных, степных и торфяных пожаров). Но все они позволяют повысить огнетушащую эффективность воды при тушении ТГМ не более чем в 1,5-2 раза (т. е. до-

вести ее КПД до 3-4(5) %). И все равно 95-96 % воды, а то и больше проливается "впустую", нанося при этом огромный дополнительный ущерб. И в этом плане ученые, разработчики пожарной техники и другие специалисты в большом долгу перед практическими работниками пожарной охраны, поскольку такой низкий КПД воды значительно затрудняет процесс тушения, увеличивает фактическое время тушения, трудозатраты и опасность процесса тушения пожаров.

О механизме огнетушащего действия

и применения в целях пожаротушения химически активных ингибиторов

Наиболее эффективными огнетушащими средствами, появившимися в Европе (Франция, Германия) для тушения пожаров на самолетах в 30-40-х годах прошлого столетия, являются галоидсодер-жащие углеводороды. Галоиды — элементы VII группы таблицы Менделеева (фтор F, хлор Cl, бром Бг, иод I), обладающие по отношению к большинству углеводородов большей химической активностью, чем кислород. Поэтому они интенсивнее реагируют с углеводородами при высокой температуре, обрывая реакции их окисления кислородом воздуха и тем самым прекращая процесс горения углеводородов в атмосфере воздуха, т. е. отлично гасят пожар.

Впервые в авиации для тушения пожаров на двигателях в полете был применен четыреххлористый углерод CCl4, бромистый этил С2Н5Вг, затем бромистый метилен СН2Бг2 и др. Попадая в зону химических реакций горения, эти вещества разлагались, выделяя свободный радикал галоида. Тот, в свою очередь, активно взаимодействовал с радикалом или атомом водорода Н или Н2 — самого активного продолжателя химической реакции горения в кислороде воздуха и тем самым обрывал цепную химическую реакцию горения (образуя "инертные" соединения HCl, HBr, HI и др.). Но галоидуглево-дороды обладали рядом недостатков: они были токсичны, коррозионно-активны, не все горючие смеси одинаково хорошо гасили (например, С2Н5Бг плохо гасил "бедные" смеси углеводородов, давая горючий "осколок" молекулы C2H5, который сам успешно горел в кислороде воздуха). Но их огнету-шащая эффективность в целом была так высока, что вскоре специалисты подобрали бромфторсодер-жащие углеводороды типа тетрафтордибромэтана C2Br2F4, трифторбромметана CF3Br и др., которые отлично тушили пламя и практически были лишены других технических недостатков. Их огнетуша-щая эффективность была в 4-5 раз выше эффективности диоксида углерода (см. рис. 1, кривые 1 и 2), да и все другие физические и химические свойства делали их практически незаменимыми в качестве

огнетушащих средств. Их описанию посвящена масса специальной литературы [7, 8,13]. Особенно незаменимы эти огнетушащие средства на спецобъектах: на самолетах, вертолетах, подводных лодках, ракетных комплексах, вычислительных центрах и т. п., так как они самые быстродействующие (ттуш = 1-2 с), в связи с чем их требуется минимальное количество (см. рис. 1), и обладают отличными конструктивными и физико-химическими свойствами. Но вскоре появилось непредвиденное препятствие к их применению для пожаротушения и даже взрывоподавления — запрет по экологическим соображениям. В качестве аргумента был выдвинут тезис о том, что применение "хладонов" ("фреонов" в зарубежной транскрипции) разрушающе действует на озоновый слой атмосферы, а это, якобы, грозит усилением жесткого ультрафиолетового облучения Земли (солнечной радиации) и усилением парникового эффекта слоя атмосферы. При этом специалисты-экологи не учли, что такие же хладоны (в больших в сотни раз количествах) используются в хла-дотехнике, даже по схеме разомкнутых циклов, т. е. с прямым выбросом отработанного хладона прямо в атмосферу. А также то, что многие из этих газов используются в бытовых технических устройствах в качестве пропилентов (рабочего тела для вытеснения и распыления содержимого технических и парфюмерных баллончиков). Эти изделия выпускаются сотнями миллионов штук ежемесячно и употребляются постоянно и повсеместно. А в пожарных системах фреоны хранятся в замкнутых, всегда герметичных сосудах и выбрасываются только при чрезвычайных обстоятельствах: при сложных пожарах на спецобъектах и иногда для подавления взрывов. Поэтому их расход на пожарные нужды в сотни и даже в тысячи раз меньше, чем в других областях применения. Но международные комиссии "под одну гребенку" состригли и право на применение фреонов для нужд и целей пожаротушения и взрывоподавления даже на спецобъектах, а равнозначной их замены, альтернативы пока не найдено. Поэтому научные исследования и практические разработки в этом направлении должны вестись особенно активно, тем более что фреоны особенно хорошо проявили себя при разработке комбинированных (композитных) составов и комбинированных способов тушения особо сложных пожаров.

Таким образом, совершенствование и уточнение наших знаний и представлений о механизме огнетушащего действия средств пожаротушения позволяет надеяться на успех научных исследований, практических разработок средств пожаротушения, новых приемов и способов борьбы с пожарами, которые продолжают оставаться непреодолимой трагедией XXI века.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Закон 93-498. 93-й Конгресс. 1769. Вашингтон, 29 октября 1974 г.

2. Абдурагимов И. М., ОднолькоА.А. Опасности лесных пожаров // Наукаижизнь. —1993.—№2.

3. Абдурагимов И. М. Новая концепция борьбы с лесными пожарами // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. — 1991. — Вып. 2. — С. 25-39.

4. Абдурагимов И. М. Критерий тушения пожаров охлаждающими огнетушащими средствами // Журнал ВХО им Д. И. Менделеева. — 1982. — XXVII. — C 11-17.

5. Абдурагимов И. М. Пока что тушим, как умеем // Лесная газета. — 1992. — 26 сентября. — № 112 (8633).

6. Абдурагимов И. М. Новые эффективные составы и способы тушения пожаров // Журнал ВХО им Д. И. Менделеева. — 1976. — XXI. — Т. 4. — С. 18.

7. Баратов А. Н., Иванов В. Н. Пожаротушение. —М. : Химия, 1979.

8. Шрайбер Г., Порет П. Огнетушащие средства. — М. : Стройиздат, 1975.

9. Абдурагимов И. М., Макаров В. Е., Говоров В. Ю. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. — М. : ВИПТШ МВД СССР, 1980.

10. Хитрин Л. Н. Физика горения и взрыва. — М. : Изд-во МГУ, 1657.

11. Hotman W. // Chem. Ind. Techn. — 1971. — B143.S556.

12. Dewitte M. et al. // Comba. Flame. — 1967. — № 8. — Р. 257.

13. Баратов А. Н.и др. Горючесть веществ и химические средства пожаротушения. — Вып. 2. — М.: ВНИИПО, 1974. — С. 4.

14. Савельев П. С. Пожары-катастрофы. —М. : Стройиздат, 1994.

15. Куцин П. В., Семенов А. П., Абдурагимов И. М. и др. Мгновенная ликвидация горящего газового фонтана // Газовая промышленность. — 1982. — № 5.

16. Абдурагимов И. М., Куцин П. В., Налетов В. С. и др. Тушение пожаров горючих газов и жидкостей // Газовая промышленность. — 1987. — Вып. 6.

17. Абдурагимов И. М. Сборник статей по физике и химии горения и взрыва. — М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012.

18. Помощь Кувейту // AL-ANBA (Кувейт). — 1991. — 6 апреля.

19. Абдурагимов И. М. О нормативном времени тушения ординарных внутренних пожаров ТГМ // Пожарное дело. — 2007. — № 8.

Материал поетупил в редакцию 24 ноября 2011 г.

Электронный адрее автора: [email protected].

Из пожарно-технического энциклопедического словаря

ГОРЮЧАЯ СРЕДА — среда, состоящая из горючего и окислителя, способная самостоятельно гореть после инициирования зажигания. Процесс сгорания горючей среды происходиттолько при определенных соотношениях горючего вещества (материала) и окислителя, определяющих возможность образования горючей среды. Предотвращение такого образования — один из способов предотвращения пожара. Предотвращение образования горючей среды обеспечивается: максимально возможным применением негорючих веществ и материалов; максимально возможным по условиям технологии и строительства ограничением массы и (или) объема горючих веществ, материалов и наиболее безопасным способом их размещения; изоляцией горючей среды (применением изолированных отсеков, камер, кабин и т. п.); поддержанием безопасной концентрации горючего вещества или окислителя в соответствии с нормами, правилами и другими нормативно-техническими документами и правилами безопасности; достаточной концентрацией флегматизатора в воздухе защищаемого объема (его составной части); поддержанием температуры и давления среды, при которых распространение пламени исключается; максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов, связанных с обращением горючих веществ; установкой пожароопасного оборудования по возможности в изолированных помещениях или на открытых площадках; применением устройств защиты производственного оборудования с горючими веществами от повреждений и аварий; установкой отключающих, отсекающих и других устройств.