12УДК 614.841+630.432
ОГНЕТУШАЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЖИДКОСТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ КЛАССА А РАСПЫЛИТЕЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
ПОЖАРОТУШЕНИЯ
Богданова В.В.*, д.х.н., ст. научный сотрудник, Лахвич В,В., Врублевский A.B., к.х.н., доцент, Дмитриченко A.C., к.т.н., доцент ^Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»
Проведены сопоставительные исследования огнетушащей эффективности жидкостных химических составов (ЖХС) при тушении лабораторных и стандартных очагов пожара класса А. Установлена идентичность рядов эффективности ЖХС по данным лабораторных и полигонных испытаний, что позволяет интенсифицировать и удешевить процесс разработки и испытаний новых эффективных средств тушения.
(Поступила в редакцию 17 декабря 2007 г.)
Создание переносных установок пожаротушения позволило более эффективно проводить тушение пожаров на начальной стадии их развития. Это достигается в основном за счет быстрой доставки огнетушащего средства к очагу горения [1]. Но ограниченный запас огнетушащего средства, которым в основном является вода, не позволяет в некоторых случаях полностью ликвидировать загорание без дополнительного применения классических средств тушения. Кроме того, в процессе эксплуатации переносных установок пожаротушения, наряду с высоким эффектом ликвидации пламенного горения, выявился их основной недостаток - повторное воспламенение нагретых до высоких температур твердых тлеющих материалов. Наличие тления, переходящего в пламенное горение, может быть обусловлено недостаточным охлаждающим и изолирующим действием применяемых огнетушащих средств. Повторное воспламенение очагов горения создает дополнительную опасность пожарному при проведении аварийно-спасательных работ на пожаре. В соответствии с этим возникает необходимость увеличения эффективности использования переносных установок пожаротушения, которую можно осуществить в результате использования ЖХС.
С целью устранения тления и повторного воспламенения твердых горючих материалов после применения переносных распылительных устройств пожаротушения в данной работе проведено исследование эффективности применения в качестве огнетушащего средства (ЖХС), представляющих собой водные дисперсии аммонийных металлофосфатов. Ранее нами показано [2-4], что эти дисперсии проявляют высокую эффективность при локализации и тушении лесных и торфяных пожаров, которые по классификации, представленной в [5], относятся к пожарам класса А.
Испытание переносных устройств пожаротушения проводят по НПБ 1-2005 [6], однако проведение систематических исследований в этом случае проблематично вследствие больших размеров стандартных очагов пожара и необходимости проведения испытаний в полигонных условиях. Из литературных данных и нормативной документации не удалось обнаружить сведений о сопоставимости данных по эффективности средств пожаротушения для стандартных очагов и очагов, имеющих меньшие размеры, чем очаг ранга 0,1 А. С учетом изложенного и специфики разработки новых более эффективных и экономичных составов для тушения твердых горючих материалов, заключающейся не только в ликвидации пламенного горения, но и в недопущении тления и повторного их воспламенения, назрела необходимость создания лабораторной методики определения эффективности огнетушащих средств при тушении пожаров класса А.
С целью интенсификации и удешевления процесса разработки и испытания новых эффективных средств тушения тлеющих материалов исследована возможность использова-
ния лабораторных очагов пожара класса А, моделирующих проведение испытаний на стандартных очагах.
Известно [7], что основными факторами, определяющими параметры пожара, являются вид пожарной нагрузки Рп и коэффициент поверхности горения Кп. В соответствии с этим на первом этапе исследования проведены расчеты зависимости Рп и Кп для стандартных и пропорционально уменьшенных очагов.
Для исследований использовали геометрически подобные очаги, в которых длину, ширину и высоту брусков уменьшали в два раза по сравнению со стандартными. Ранги лабораторных очагов обозначены как ЛОДА; Л0,ЗА; Л0,5А; Л0,7А; Л1А; Л2А; ЛЗА; Л4А; Л6А, которые соответствуют рангам стандартных очагов ОДА; О,ЗА; 0,5А; 0,7А; 1А; 2А; ЗА; 4А; 6А.
Пожарную нагрузку рассчитывали по формуле:
Р„=М0/5„, (1)
где М0 = V р п - масса штабеля, кг;
V - объем одного бруска, м ;
о
р = 350-430 кг/м плотность древесины [6];
п - количество брусков в штабеле;
= Ь2 - площадь пожара (проекция зоны горения на горизонтальную плоскость), м2;
Ь - длина брусков, м.
На рисунке 1 представлены расчетные зависимости Рп от рангов стандартных и лабораторных очагов. При схожей зависимости Рп от рангов стандартных и лабораторных очагов во втором случае наблюдается снижение численных значений пожарной нагрузки: в лабораторных очагах она в 2 раза меньше по сравнению со стандартными (рисунок 1), что соответствует выбранному масштабированию геометрических размеров брусков в лабораторных и стандартных очагах.
Рисунок 1 - Зависимость пожарной нагрузки Рп от рангов стандартных (1) и лабораторных (2)
очагов из древесины
Коэффициент поверхности горения для стандартных и лабораторных очагов определяли по формуле:
(2)
где РГ - площадь свободной поверхности модельного очага, м2; £„ - площадь пожара, м2.
Расчетные данные зависимости Кп от рангов стандартных и лабораторных очагов представлены на рисунке 2.
Как видно из рисунка 2, зависимости Кп от рангов стандартных и лабораторных очагов идентичны. В целом из данных о зависимостях Рп и Кп от рангов стандартных и лабораторных очагов следует, что горение древесины имеет сходный характер в рассматриваемых случаях.
Исходя из того что древесина горит в диффузионном режиме и массовая скорость выгорания зависит от толщины образца, для определения времени начала тушения проведены исследования зависимости потери массы от времени горения лабораторного очага ЛОДА. Для этого очаг ЛОДА устанавливали на весы и от начала возгорания фиксировали потерю массы очага. Одновременно проводили измерения температуры на поверхности горящих брусков, расположенных внутри очага.
Рисунок 2 - Зависимость изменения коэффициента поверхности Кп от рангов стандартных (—О-) и лабораторных ( ) очагов из древесины
Из рисунка 3 видно, что наиболее интенсивная потеря массы достигается через 4,5 мин горения.
При этом же времени зарегистрирована и максимальная температура (700-720 °С) на поверхности горящей древесины (рисунок 4), в результате чего тушение лабораторных очагов начинали спустя 4,5 мин после поджигания очага. Существенно, что, как и в случае с расчетными данными по изменению пожарной нагрузки от рангов стандартных и лабораторных очагов, для времени начала тушения этих же очагов обнаружен одинаковый эффект масштабирования: время свободного горения лабораторных очагов в два раза меньше по сравнению с требуемым временем для стандартных очагов.
1
ЛГГ\7 г
0.9 0.8 0 7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0 1 о
время
Рисунок 3 - Зависимость потери массы лабораторным очагом ЛОДА от времени горения
800
t,DC
ТОО ¿00 500 •СО 300 200 100 О
время
Рисунок 4 - Изменение температуры от времени при горении лабораторного очага
Отсюда можно предположить, что проведение лабораторных исследований по определению эффективности ЖХС в зависимости от их природы и концентрации позволит провести отбор наиболее перспективных и экономичных составов, эффективность которых затем будет проверена при тушении стандартных очагов.
Лабораторные испытания проводили в специально предназначенном для этого помещении, обеспечивающем безопасные условия работы оператора и имеющем хорошее освещение и вентиляцию.
На рисунке 5 приведена схема лабораторной установки для исследования эффективности огнетушащих средств при тушении пожаров класса А. Размер брусков деревянного штабеля составлял 0,02 х 0,02 х 0,1 мм, количество брусков в слое - 3 шт., количество слоев - 6.
Испытания проводили в следующей последовательности. Под штабель, размещенный на металлической подставке высотой 0,04 м, помещали противень размерами ОД X 0,1 х 0,01 м. Для компенсации неровности дна противня в него наливали 0,04 дм3 воды. Для разжигания штабеля в противень наливали бензин А-80 в количестве 0,015 дм3. Через 1 мин горения бензина поддон убирали из-под штабеля. К тушению лабораторного
очага приступали через 4,5 мин от начала проведения эксперимента. Во время тушения струю огнетушащих веществ направляли вверх и вниз вдоль лицевой стороны штабеля. В процессе тушения фиксировали: количество израсходованного огнетушащего средства (ОС) на прекращение пламенного горения; количество израсходованного ОС на тушение без повторного воспламенения; время до начала повторного воспламенения. Очаг считали потушенным, если повторное воспламенение не происходило в течение 10 мин. Испытание каждого огнетушащего средства проводили не менее 7-8 раз.
1 - лабораторный очаг; 2 - центробежная форсунка; 3,5,7- запорные краны; 6 - мерная емкость для огнетушащих средств; 8 - баллон-ресивер; 9 - компрессор
Рисунок 5 - Схема лабораторной установки по определению огнетушащей эффективности ЖХС
В качестве огнетушащих средств использовали растворы 15%-ной концентрации известных составов тофасил и метафосил [8], а также составы серии АН металлофосфатной природы, дополнительно содержащие вспенивающие, пленкообразующие и загущающие до-бавкц. Для сравнения при тушении лабораторных очагов использовали воду и воду с добавлением 1% ПАВ для улучшения смачивающей способности горючего материала. В таблице 1 приведены данные по огнетушащей эффективности жидкостных химических составов, полученные при тушении лабораторных очагов.
Таблица 1 - Огнетушащая эффективность жидкостных химических составов по данным лабораторных испытаний
№ состава Огнетушащий состав Объем ОС, израсходованного на прекращение пламенного горения, Ух 10~3,дм3 Объем ОС, израсходованного на тушение без повторного воспламенения, Кх 1(Г3, дм3
1 Вода 34,1 54
2 Вода + 1% ПО 28 44
3 АН-60 31,4 31,4
4 АН-60-2 32 32
5 АН-60-5 28,3 28,3
6 АН-60-Са, М§ 31,2 31,2
7 АН-Ф 25,2 25,2
8 Тофасил 26,7 26,7
9 Метафосил 28,3 28,3
10 АН-60-К 29,6 29,6
Исходя из полученных данных, количество воды на тушение лабораторного очага без повторного воспламенения в 1,6 раза больше по сравнению с ее количеством, необходимым на прекращение пламенного горения. Тогда как все исследованные жидкостные химические составы наряду с прекращением пламенного горения при тех же объемах гарантируют отсутствие тления и повторного воспламенения, то их расходы на тушение в 1,7-2,1 раза меньше по сравнению с водой. Жидкостные химические составы по эффективности тушения лабораторного очага класса А располагаются в ряд:
АН-Ф > тофасил > метафосил АН-60-5 > АН-60-К > АН-60-СаМ^ АН-60 > АН-60-2 > Вода + 1% ПО > вода
Для проведения полигонных испытаний отобраны два наиболее эффективных состава (АН-Ф, тофасил) и для сравнения взят состав АН-60-К, имеющий более низкую эффективность. Данные по эффективности тушения стандартных очагов ранга 2А и ЗА приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Огнетушащая эффективность жидкостных химических составов по данным полигонных испытаний (влажность древесины (сосна) 16%)
№ состава Огнетушащий химический состав Ранг стандартного очага Израсходовано на тушение, дм3 Время повторного воспламенения
1 Вода 2А 10 8 мин
10 АН-60-К 2А 5,9 нет
8 Тофасил 2А 5,5 нет
7 АН-Ф ЗА 5,7 нет
8 Тофасил ЗА 6,2 нет
По огнетушащей эффективности стандартных очагов огнетушащие составы располагаются в ряд:
АН-Ф > Тофасил > АН-60-К » вода
Из сопоставления эффективности исследуемых составов при тушении лабораторных и стандартных очагов видно, что имеется полное соответствие рядов при тушении одними и теми же составами больших и уменьшенных очагов. Этот факт свидетельствует о принципиальной возможности получения предварительной информации об огнетушащей эффективности разрабатываемых составов по данным лабораторных испытаний. Полученные результаты позволяют интенсифицировать разработку новых и модифицирование известных составов для тушения лесных пожаров.
Таким образом, разработана и апробирована лабораторная методика определения огнетушащей эффективности жидкостных составов при тушении пожаров класса А. Установлено, что имеется полное соответствие результатов по эффективности исследуемых составов при тушении лабораторных и стандартных очагов, что позволяет снизить временные и экономические затраты на создание огнетушащих составов с оптимальными свойствами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Захматов, В.Д. Новые методы и техника для тушения пожаров в высотных зданиях / В.Д. Зах-матов, A.B. Пятова, С.А, Баков // Безопасность жизнедеятельности. - 2003. - № 9. - С. 28-32.
2. Богданова, В.В. Огнегасящий эффект замедлителей горения в синтетических полимерах и природных горючих материалах / В. В. Богданова /7 Химические проблемы создания новых материалов и технологий: сб. ст. / под ред. O.A. Ивашкевича. - Минск: Белгосуниверситет, 2003. — Вып. 2. — С. 344-375.
3. Состав для профилактики, локализации лесных пожаров и/или борьбы с ними: пат. 2149 Респ. Беларусь, МПК А 62 Д 1/00, С 09 К 21/02 / Л.В. Кобец [и др.]; заявитель НИИ ПФП БГУ, Гом. хим. з-д. - № 950285; заявл. 08.06.95; опубл. 30.06.98 // Афщыйны бюл. / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь. - 1998. - № 10. - С. 5.
4. Огнетушащий химический состав для борьбы с торфяными пожарами: пат. 6460 Респ. Беларусь, МПК С 09 К 21/02 / В.В. Богданова, Л.В. Кобец, В.В. Усеня, Г.Ф. Ласута; заявитель НИИ ФХП БГУ. - № 20001029; заявл. 29.04.00; опубл. 16.03.04 // Афщыйны бюл. / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь. - 2004. - № 5. - С. 9.
5. Баратов, А.Н. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения: в 2 кн. / А.Н. Баратов [и др.]. - М.: Химия, 1990. - 496 с.
6. Пожарная техника. Огнетушители переносные. Общие технические требования и методы испытаний: НПБ-1.2005. - Введ. 01.07.05. - Минск: Изд-во науч.-исслед. ин-та пожарн. безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций, 2005. - 75 с.
7. Абдурагимов, И.М. Физико-химические основы развития и тушения пожаров / И.М. Абдураги-мов, В.Ю. Говоров, В.Е. Макаров. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980. - 255 с.
8. Тищенко, В.Г. Исследование эффективности применения огнезащитного химического состава «Метафосил» комплексного действия для борьбы с лесными пожарами / В.Г. Тищенко [и др.] // Науч. обеспечение пожарн. безопасности. - 2000. - Вып. № 9. - С. 4-9.
