Научная статья на тему 'Системный подход к созданию противопожарной защиты объекта с использованием водных огнезащитных и огнетушащих веществ'

Системный подход к созданию противопожарной защиты объекта с использованием водных огнезащитных и огнетушащих веществ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
90
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД / СИСТЕМА ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА / A SYSTEMATIC APPROACH / FIRE SAFETY SYSTEM OF OBJECT

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Жартовский С. В.

На основе системного подхода и предложенной структурно-логической схемы общей методики выполнения исследований построена подсистема пассивной и активной противопожарной защиты объекта с использованием водных огнезащитных и огнетушащих веществ. Показано, что с ее внедрением в систему противопожарной защиты объекта уровень пожарной опасности объекта может быть снижен в 14 раз.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A SYSTEMATIC APPROACH TO FIRE PROTECTION OF OBJECTS USING WATER FIRE RETARDANT AND FIRE EXTINGUISHING MEANS

A system approach is seen as a methodology of research to solve complex problems. Fire safety system of object (FSSO) is a complex system. A system approach was applied to the construction of its subsystem — fire protection facility system of object (FPFSO). To facilitate consideration of FPFSO the technical terms are used: passive and active FPFO. Passive FPFO determines using the methods of protection that are made in advance and do not require additional mobilization during fire fighting. Active FPFO determines using methods suitable at any time to be mobilized to fight fire. Passive and active FPFO are achieved through technical means and activities. The proposed subsystem of FPFSO is based on the application of material, which has a number of properties that can be implemented as a fire retardant and fire extinguishing factors. Thus the new subsystem has an universal material for fire safety — water. Water with different target added can form new water fire retardant means (WFRM) and new water fire extinguishing means (WFEM). The aim of this work is to create a subsystem of passive and active fire protection of object using WFRM and WFEM. To fulfill this goal the structural logic common methodology of research performing is proposed. The basis of this structure is a theoretical study of the establishment and the use of WFRM and WFEM. A special role in the development of this subsystem is assigned for modeling. Phenomenological model of passive FPFO revealing the retardant impregnation process is grounded. The physico-chemical model of fire retardant salt migration on wood surface is discussed. The necessity of technical counter of this process by creating a special barrier in the capillary-porous structure of the wood is discussed too. It is theoretically justified the use of WFEM for active FPFO through physical and phenomenological modeling of the interaction of WFEM with flame in a microvolume of fire area. At the same time it is also justified the importance of fine spray of WFEM and technical difficulties feeding WFEM mist directly into the zone of flaming. It is proposed the idea to overcome these difficulties, based on the application of WFEM synthesized with improved (compared to water) properties of low surface tension, with the content of salt inhibitors flaming, with gel-forming properties. Using a systematic approach and implementing structural logic common methodology of research performing it is built a subsystem of passive and active fire protection of object using WFRM and WFEM. Since its introduction in FPFSO the level of fire danger of object can be reduced by 14 times.

Текст научной работы на тему «Системный подход к созданию противопожарной защиты объекта с использованием водных огнезащитных и огнетушащих веществ»

С. В. ЖАРТОВСКИЙ, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник Украинского научно-исследовательского института гражданской защиты (Украина, 01011, г. Киев, ул. Рыбальская, 18, e-mail: zhart20@ukr.net)

УДК 614.849

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОДНЫХ ОГНЕЗАЩИТНЫХ И ОГНЕТУШАЩИХ ВЕЩЕСТВ

На основе системного подхода и предложенной структурно-логической схемы общей методики выполнения исследований построена подсистема пассивной и активной противопожарной защиты объекта с использованием водных огнезащитных и огнетушащих веществ. Показано, что с ее внедрением в систему противопожарной защиты объекта уровень пожарной опасности объекта может быть снижен в 14 раз.

Ключевые слова: системный подход; система противопожарной защиты объекта.

Системный подход чаще всего рассматривается как методология исследований для решения сложных задач. В общей теории систем этот подход определяется как объединение общих методологических принципов получения знаний о системных объектах. Система обеспечения пожарной безопасности объекта (СОПБО) является сложной системой. В данной работе системный подход применен для построения ее подсистемы — системы противопожарной защиты объекта (СППЗО).

Необходимо констатировать, что уровень пожарной безопасности объектов на Украине и в России находится пока еще на неудовлетворительном уровне [1]. Противопожарная защита объекта (ППЗО), как определено в [2], должна достигаться применением одного из восьми способов или их комбинацией. Анализируя эти способы, трудно представить работоспособность такой системы, поскольку почти каждый из них может реализовываться отдельной системой. В этих системах действует множество разноплановых факторов, которые приводят к разным по природе процессам. Именно поэтому к СППЗО в целом трудно применить системный подход.

Для упрощения рассмотрения СППЗО полезно применить два технических понятия (термина): пассивная ППЗО и активная ППЗО. Пассивная ППЗО определяется применением способов защиты, которые выполнены заблаговременно и не требуют дополнительной мобилизации во время тушения пожара. Активная ППЗО определяется применением способов, которые в любое время могут быть мобилизованы для тушения пожара. Пассивная и активная ППЗО достигаются применением определен© Мартовский С. В., 2013

ных технических средств и проведением соответствующих мероприятий. Из приведенных в [2] способов защиты к пассивной ППЗО следует отнести применение: автоматических установок пожарной сигнализации, оповещения и пожаротушения; основных строительных конструкций и материалов, в том числе используемых для облицовок конструкций, с нормированными показателями пожарной опасности; пропиток конструкций объектов антипире-нами с нанесением на их поверхности огнезащитных красок (составов); устройств, обеспечивающих ограничение распространения пожара; средств противопожарной защиты. К активной ППЗО относится: применение средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники; применение средств коллективной защиты людей от опасных факторов пожара; организация с помощью технических средств своевременного оповещения и эвакуации людей.

Опираясь на предложенную систематизацию, можно выделить один способ из пассивной ППЗО и один способ из активной ППЗО для их объединения и, используя системный подход, создать новое системное образование (подсистему). Такая подсистема базируется на применении вещества, имеющего ряд свойств, которые могут быть реализованы как огнезащитные и огнетушащие факторы. Объединяющим началом новой подсистемы может стать универсальное вещество для пожарной безопасности — вода. Вода с различными целевыми добавками может давать новые водные огнезащитные вещества (ВОЗВ) и новые водные огнетушащие вещества (ВОВ).

Целью данной работы является создание подсистемы пассивной и активной противопожарной за-

щиты объекта с использованием ВОЗВ и ВОВ. Методологией работы является системный подход.

Анализируя статистические данные по пожарам на Украине с позиций противопожарной защиты объекта, можно выделить три группы пожаров. К первой группе относятся пожары на объектах, на которых не реализована пассивная ППЗО (т. е. отсутствует огнезащита деревянных конструкций). Возгорания на таких пожарах, как правило, начинались на чердаках в подкровельном пространстве и быстро развивались. Обычно пожарные подразделения приступали к тушению пожаров на 10-15-й минуте с начала пожара, т. е. на стадии развитого пожара. Чаще всего для тушения пожара применялись компактные водяные струи. Как следствие, наблюдались значительные убытки как от самого пожара, так и от воздействия воды.

Вторая группа объединяет пожары на тех объектах, на которых огнезащитная обработка деревянных конструкций по разным причинам оказалась неэффективной. До 1999 г. на Украине чаще всего применялся широко распространенный на постсоветском пространстве огнебиозащитный состав МС, отдельные компоненты которого (аммонийные соли фосфорной кислоты и фторид натрия) проявляют антагонизм при ингибировании цепных реакций пламенного горения [3]. С учетом процессов высаливания срок огнезащиты был невысоким — немногим более года. Ввиду низкой эффективности пассивная ППЗО не выполняла своих функций, поэтому последствия ликвидации пожаров были такими же, как и в первой группе.

В третью группу входят пожары на объектах, на которых огнезащита деревянных конструкций реализована обработкой их эффективными пропиточными составами. С конца 90-х годов прошлого века появились новые огнебиозащитные пропиточные составы, более эффективные, чем МС. На Украине более 10 лет успешно применяются составы ДСА-1 и ДСА-2, обеспечивающие необходимый уровень пассивной ППЗО. Например, в 2003 г. на строящемся объекте (пятизвездочный отель "Донбасс-Палас") возник пожар. В результате нарушений правил пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ произошло загорание битумо-подобного покрытия кровли. Несмотря на благоприятные условия для развития пожара (сильный ветер, многослойная с пустотами конструкция кровли, наличие тяги со стороны нижерасположенного незастекленного этажа), пожар не получил сильного развития, так как деревянные конструкции кровли в соответствии с предписанием органов Госпожнад-зора были обработаны сертифицированным огнезащитным составом ДСА-1. На этом пожаре в результате "срабатывания" ППЗО деревянные конструк-

ции были исключены из пожарной нагрузки, горение битума и рубероида было потушено компактными водяными струями. В результате материальные убытки от этого пожара оказались незначительными.

В приведенном примере значительную часть пожарной нагрузки составляли материалы класса А2, поэтому и произошел обширный пожар. Однако нередки случаи, когда в пожарной нагрузке объекта бульшую часть составляют огнезащищенные деревянные конструкции, а меньшую — другие горючие материалы. При загорании последних пожар может и не возникнуть в силу того, что огнезащи-щенная древесина не загорается. Ликвидация таких загораний ограничивается применением первичных средств пожаротушения. Как отмечено в [4], необходимо восстановить нормативное понятие "загорание". Без учета этого вида пожара не представляется возможным оценить уровень эффективности ППЗО.

Статистические данные убеждают в том, что при создании новой подсистемы СППЗО определяющим следует считать разработку пассивной ППЗО с использованием ВОЗВ. Но не следует забывать, что потребуются эффективные ВОВ и для активной ППЗО для создания, в конечном счете, полноценной подсистемы СППЗО.

Для выполнения поставленной цели была предложена структурно-логическая схема общей методики выполнения исследований (см. рисунок). Базисом в этой структуре являются теоретические обоснования создания и применения ВОЗВ и ВОВ для построения подсистемы пассивной и активной ППЗО.

Как видно из предложенной схемы (см. рисунок), особая роль в процессе разработки указанной подсистемы отведена моделированию. Обоснована феноменологическая модель пассивной ППЗО, раскрывающая процессы пропитки древесины анти-пиренами. Рассмотрена физико-химическая модель процесса высаливания водорастворимых антипи-ренов на поверхности огнезащищенной древесины. Показана необходимость технического противодействия этому процессу путем создания специального барьера в капиллярно-пористой структуре древесины.

Теоретически обосновано использование ВОВ для активной ППЗО путем физического и феноменологического моделирования процессов взаимодействия ВОВ с пламенем в микрообъеме зоны горения. При этом показана важность тонкого распыления ВОВ и технические трудности подачи тонкораспыленных веществ непосредственно в зону пламенного горения. Предложена научно-техническая идея по преодолению в некоторой мере этих трудностей, основанная на применении синтезированных ВОВ с улучшенными (в сравнении с во-

СОПБО по ГОСТ 12.1.004-91*: "Пожарная безопасность объекта должна обеспечиваться системами предотвращения пожара и противопожарной защиты, в том числе организационно-техническими мероприятиями"

Система предотвращения пожара на объекте

Перевод горючих материалов (древесины, тканей, ковролина, бумаги, камыша) в группу трудногорючих или трудновоспламеняемых материалов

Система противопожарной защиты объекта

Определение эффективности ППЗО с использованием ВОЗВ и ВОВ (метод Гретенера)

Организационно-технические мероприятия по обеспечению пожарной безопасности объекта

t ~

Вид (тип)

пожарной

нагрузки

из материалов

класса А

(древесина,

ткани, бумага,

ковролин,

камыш и др.);

пожарные

характеристики

материалов;

максимальная

пожарная

нагрузка

материалов

Применение высокоэффективных экологически безопасных ВОВ в современной пожарной технике

Создание подсистем пассивной и активной ППЗО с применением ВОЗВ и ВОВ

Разработка нормативно-технической документации на производство ВОЗВ и ВОВ. Сертификация продукции. Разработка рекомендаций по использованию ВОЗВ и ВОВ

Феноменологическое моделирование:

Модель пассивной ППЗО с использованием ВОЗВ, обеспечивающих огнезащитные факторы:

• охлаждение;

• изолирование;

• ингибирование;

• флегматизацию

Модель активной ППЗО с использованием ВОВ, обеспечивающих огнетушащие факторы:

• охлаждение;

• изолирование;

• ингибирование;

• флегматизацию

Использование известных веществ и направленный синтез химических веществ с наперед заданными свойствами для создания ВОЗВ и ВОВ, разработка их рецептур, исследование физико-химических и эксплуатационных характеристик

Вид (тип)

пожарной

нагрузки из

материалов

классов А, В, С;

параметры

горючести

материалов;

максимальная

пожарная

нагрузка

материалов

_1_

Теоретическое обоснование применения ВОЗВ и ВОВ для создания подсистем (активной и пассивной) ППЗО

Структурно-логическая схема общей методики выполнения исследований

дой) характеристиками: пониженным поверхностным натяжением, содержанием солевых ингибиторов пламенного горения, гелеобразующими свойствами.

Проведено моделирование глубинных процессов прекращения горения квантово-химическими расчетами ион-молекулярных и ион-радикальных ком-

плексов продуктов термического разложения ВОВ при взаимодействии с активными центрами цепных реакций горения органических веществ. При этом установлена различная избирательность фосфор-и азотсодержащих соединений (ингибиторов) к водород- и кислородсодержащим активным центрам

цепных реакций горения органических веществ. Данное наблюдение объясняет явление синергизма при ингибировании пламенного горения посредством применения ВОВ, содержащих в своей структуре одновременно и фосфор-, и азотсодержащие соединения. Этот факт необходимо учитывать при синтезе ВОВ для повышения эффективности активной ППЗО.

Идея использования известных огнебиозащит-ных составов [5] при разработке ВОЗВ для пассивной ППЗО не привела к желаемому результату по нескольким причинам. Во-первых, почти все составы, за исключением ББ и БС-13, содержали высокотоксичные компоненты. Во-вторых, все они подвержены процессу высаливания. В-третьих, при разработке смесевых составов не учитывались ингиби-рующие свойства отдельных компонентов, которые могут вести себя как антагонисты при совместном действии.

С учетом вышеприведенных теоретических исследований был разработан новый подход к созданию ВОЗВ для построения пассивной ППЗО, позволяющий решать важные задачи огнебиозащиты древесины [6]. Лабораторными и полигонными испытаниями подтверждена применимость разработанных ВОЗВ [6]. Их основные достоинства изложены ниже при рассмотрении феноменологической модели пассивной ППЗО.

Разработанные ВОЗВ не смогли решить задачу огнебиозащиты изделий из ткани, бумаги, ковроли-на, камыша и других материалов. Понадобился направленный синтез химического вещества с наперед заданными свойствами, которые определяются особенностями поверхностей (гидрофобность/ гидрофильность, шероховатость, адгезия по отношению к различным веществам и т. п.), эксплуатации и горения указанных материалов. В результате было синтезировано новое комплексное химическое вещество на основе природных гуанидиновых оснований и смеси азот- и фосфорсодержащих соединений. Полученное вещество отвечает требованиям, предъявляемым как к ВОЗВ (ВОЗВ ФСГ-1), так и к ВОВ (ВОВ ФСГ-2) для указанных материалов. Действительно, лабораторными и полигонными испытаниями подтверждена эффективность ВОВ ФСГ-2 для активной ППЗО [7]. Детальнее его достоинства изложены при рассмотрении феноменологической модели активной ППЗО.

Феноменологическое моделирование осуществлялось с учетом свойств и характеристик пожарной нагрузки объекта как элемента подсистемы. В модели пассивной ППЗО учитывался вид (тип) пожарной нагрузки из материалов класса А (древесина, ткани, бумага, ковролин, камыш и др.) и их пожароопасные характеристики. Учитывая, что из перечисленных материалов основу пожарной нагрузки

объекта составляет древесина, в первую очередь рассмотрена феноменологическая модель процесса огнезащиты древесины с использованием ВОЗВ ДСА-1, ДСА-2 [6].

Рассмотрим процессы, которые происходят при эксплуатации огнебиозащищенной древесины. ВОЗВ ДСА-1 и ДСА-2 состоят из двух частей: водного раствора антипирена и водного раствора антисептика. Древесину вначале пропитывают водным раствором антипирена. После сушки в капиллярах и порах древесины остаются кристаллогидраты антипире-на. Далее огнезащищенную древесину обрабатывают водным раствором полимерного антисептика. После сушки в капиллярах и порах поверхностного слоя древесины образуется тонкий слой полимерной пленки антисептика. Такая древесина получает огнебиозащиту.

Указанные огнебиозащитные составы существенно отличаются от традиционных солевых огне-биозащитных составов. Для примера рассмотрим огнебиозащитный состав МС, который также состоит из антипирена и антисептика. В качестве ан-типиренав нем использованы фосфор- и азотсодержащие соединения, а в качестве антисептика — фтористый натрий. После пропитки и последующей сушки древесины в ее капиллярах и порах остаются кристаллы (кристаллогидраты) антипирена и антисептика. В дальнейшем при положительных температурах протекают следующие процессы. При повышенной влажности воздуха молекулы воды адсорбируются капиллярами и порами поверхностного слоя древесины. С увеличением количества воды происходит растворение кристаллов солей антипирена и антисептика, а капиллярные силы выносят растворы на поверхность древесины. При снижении влажности окружающего воздуха растворы теряют испаряющуюся воду. В результате на поверхности древесины образуется слой из кристаллов солей. Иными словами, указанные физико-химические процессы приводят к высаливанию антипире-на и антисептика на поверхности древесины. Со временем за счет гравитационных сил соли осыпаются, поэтому эффективность огнезащиты составом МС неуклонно снижается и через определенное время достигает неудовлетворительного уровня.

Совершенно другой механизм сохранения огне-биозащитных свойств имеет древесина, обработанная составами ДСА-1 (ДСА-2). При положительной температуре и повышенной влажности воздуха молекулы воды адсорбируются на поверхности древесины, но капиллярные силы пористого материала (древесины) не могут проявить себя, так как им препятствует барьер в виде полимерной пленки. В дальнейшем при понижении влажности происходит десорбция молекул воды в атмосферу. Процесс высаливания визуально не наблюдается более 10 лет.

Полимерная пленка одновременно служит барьером для диффузии молекул кислорода в капилляры и поры при термическом воздействии на огнебиоза-щищеную древесину. В табл. 1 приведены результаты газохроматографического анализа продуктов термической деструкции образцов сосновой древесины.

Как видно из табл. 1, смеси продуктов термической деструкции древесины сильно отличаются, особенно по кислородсодержащим компонентам. В продуктах деструкции древесины, обработанной составом ДСА-2, отсутствует молекулярный кислород, а содержание СО на 40 % меньше, чем в продуктах деструкции древесины, обработанной составом МС. Приведенные данные подтверждают тот факт, что процесс термической деструкции древесины, обработанной огнебиозащитным составом ДСА-2, протекает с большим дефицитом молекул кислорода.

Специально проведенными физико-химическими исследованиями (термическим анализом, спектральным оптическим анализом, газовой хроматографией и др.) было установлено, что состав ДСА-2 проявляет охлаждающий и ингибирующий эффекты. Показано, что максимальный синергетический эффект огнетушащего действия достигается при соотношении атомов фосфора и азота в составе анти-пирена2 : 1. Продукты термической деструкции расплава антипирена флегматизируют газовые продукты термической деструкции древесины.

Закономерности, выявленные во время теоретических и экспериментальных исследований, позволяют построить феноменологическую модель огнезащиты древесины с применением ВОЗВ ДСА-1 (ДСА-2). В процессе обработки древесины этими составами образуется защитный слой, который морфологически состоит из двух частей. Нижняя, большая его часть (капилляры и поры) в зависимости от влажности окружающей среды заполнена кристаллами или кристаллогидратами смеси солей анти-пиренов. Верхняя часть представляет собой полимерную пленку, накрывающую капилляры и поры. Полимерная пленка выполняет роль регулятора влажности, служит барьером для высаливания антипи-ренов на поверхности древесины, а также способствует повышению их концентрации в поверхностном слое древесины и служит барьером для проникновения дополнительного количества кислорода в этот слой на начальной стадии теплового воздействия на огнезащищенную древесину. Пиролиз древесины начинается при пониженном содержании кислорода в капиллярах и порах.

При температуре выше 175 °С, с одной стороны, начинаются цепные реакции окисления метана, этана и других органических молекул, а с другой — термическое разложение антипиренов. Между актив-

Таблица 1. Качественный и количественный состав газоподобных продуктов термической деструкции сосновой древесины, не обработанной и обработанной различными составами

Вещество Содержание веществ, %, в летучих продуктах деструкции древесины

необработанной обработанной

составом МС только ан-типиреном из состава ДСА-2 антипиреном и антисептиком из состава ДСА-2

CO 39,08 18 15,8 11,8

CO2 51,93 2,1 Не выявлено Не выявлено

CH4 6,05 1,2 0,54 То же

C2H4 + C2H 0,45 Не выявлено Не выявлено

C3H8 0,19 То же То же

C3H6 0,32 " "

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

H2 0,73 0,56 0,44 0,9

O2 0,26 0,13 Не вы-влено Не выявлено

N2 0,99 78,01 83,22 88,11

ными центрами цепных реакции и продуктами термического разложения образуются ион-радикальные (ион-молекулярные) комплексы, приводящие к гомогенному или гетерогенному ингибированию, флегматизации газообразных веществ в элементарном объеме капилляров и пор.

В температурном диапазоне 190-250 °С происходит ускоренная деструкция древесины, что приводит к образованию модифицированного антипи-ренами слоя кокса. Этот слоИ выполняет функцию термического барьера, препятствующего прогреванию глубинных слоев древесины, не насыщенных антипиренами. Необходимо отметить, что на поверхности модифицированного кокса не образуется жар, т. е. отсутствует конденсированное горение кокса, что для обычнои (незащищеннои) древесины является причиноИ ее повторного возгорания. При выходе на поверхность газовые продукты деструкции характеризуются достаточной флегматизациеИ, пламенное горение не наблюдается.

Наибольшая интенсивность деструкции древесины происходит в диапазоне температур 230-350 °С. На поверхности модифицированного кокса появляются трещины, глубина которых с повышением температуры увеличивается, достигая слоев незащищенной древесины. По трещинам усиливается теплопередача к внутренним слоям древесины, что ускоряет процесс ее деструкции. Концентрация горючих газов повышается, и газовая среда над слоем кокса постепенно переходит из области нижнего концент-

рационного предела в область горения. При температуре 400 °С полимерная пленка антисептика превращается в кокс.

В случаях, когда источником зажигания является пламя, при 410 °С содержание горючих газов достигает концентрационного предела горения, при котором наблюдается устойчивое горение. Иными словами, данное значение температуры является температурой воспламенения древесины, обработанной огнезащитным составом ДСА-2. Следует отметить, что при этом на поверхности модифицированного кокса не образуется жар, который мог бы обеспечить равновесную фазу горения. При отстранении пламени горение газов прекращается. Для образования жара на поверхности кокса необходимо определенное время воздействия источника зажигания в виде пламени или увеличение температуры кокса выше температуры самовоспламенения огнезащи-щенной древесины, т. е. до 490-560 °С. Как отмечалось в [6], время воспламенения древесины, защищенной ДСА-2, значительно превышает 12 мин (нормативное время прибытия подразделений пожарной охраны для сельской местности).

Феноменологическая модель огнезащиты древесины, тканей, бумаги, ковролина с использованием ВОЗВ ФСГ-1 (ФСГ-2) незначительно отличается от рассмотренной выше. В этом случае процесс высаливания также отсутствует. Барьером, препятствующим проникновению молекулярного кислорода к огнезащищенным материалам на начальной стадии пожара, является гидрогель, который при дальнейшем термическом воздействии превращается в пленку полимерного комплексного химического вещества.

Теоретические и экспериментальные исследования применимости ВОВ ФСГ-2 для активной противопожарной защиты объекта с пожарной нагрузкой из материалов классов А и В [7] позволяют построить феноменологическую модель этого процесса. Рассмотрим более сложную модель тушения пожара класса А, в которой происходит как пламенное, так и конденсированное горение. Данное ВОВ имеет специфические реологические свойства, которые позволяют при использовании обычных противопожарных устройств (огнетушителей, распылителей) получать распыленную струю с меньшим размером капель по сравнению с обычной водой. Когда капли попадают в факел пламени, происходит тепломассообмен между ВОВ и пламенем, при этом выпаривание воды приводит к охлаждению объема пламени, определяемого размером капли. В процессе дальнейшего выпаривания воды капли ВОВ постепенно преобразуются в частички геля, а затем — в частички расплава полимера. В микрообъеме пламени будет происходить охлаждение за счет термических пре-

образований полимерного вещества. Рассматриваемое вещество является довольно термостабильным, что объясняется большим количеством эндотермических эффектов, которые наблюдаются в диапазонах температур 60-70; 100-140; 145-200; 220-250 и 310-380 °С. Термическое разложение макромолекул начинается по достижении 300 °С. При температуре свыше 380 °С твердое вещество термически разлагается. Продукты разложения взаимодействуют с активными центрами цепных реакций пламенного горения и образуют ион-молекулярные (ион-радикальные) комплексы, что приводит к гомогенному или гетерогенному ингибированию цепных реакций.

Более крупные капли, которые превратились в гидрогель, но не успели высохнуть до твердых частиц, достигают поверхности разогретой древесины. Вначале образуется пленка из гидрогеля, которая впоследствии превращается в расплав полимера. За счет проявления эндотермических эффектов происходит охлаждение поверхности древесины. Сама пленка плавится с выделением инертных газов (N2, C2 и др.), флегматизирующих зону окислительных реакций. Пленка также образует барьер, препятствующий доступу молекул кислорода в капилляры и поры, где происходит термическая деструкция молекул древесины (см. табл. 1). Следует отметить высокую адгезию гидрогеля ВОВ ФСГ-2 к поверхности древесины и его способность удерживаться на вертикально расположенных поверхностях деревянных конструкций.

Реализация рассмотренной феноменологической модели ВОВ приводит к повышению огнетушащей способности воды в 4,55 раза при одних и тех же условиях подачи ВОВ на тушение очагов пожара класса А [7].

ВОЗВ и ВОВ относятся к продуктам, подлежащим обязательной сертификации на Украине, поэтому для их производства разработана соответствующая нормативно-техническая документация. Помимо этого, регулярно проводятся сертификационные испытания продукции; разработаны инструкции и регламенты по использованию ВОЗВ и ВОВ. Проведенные исследования по применению ВОЗВ для пассивной ППЗО [6] и применению ВОВ для активной ППЗО [7] позволяют объединить их в единую подсистему СППЗО. На объектах (здания, сооружения, помещения, технологические установки, изделия, их элементы и т. п.) [2] при наличии пожарной нагрузки в виде деревянных конструкций, изделий из ткани, тканых покрытий, бумаги, камыша целесообразно реализовать пассивную ППЗО с использованием ВОЗВ ДСА-1, ДСА-2, ФСГ-1. Качественная обработка материалов пожарной нагрузки переводит их в группу трудногорючих или трудновоспламеняемых, а при горении других ма-

териалов и веществ пожарная огнезащищенная нагрузка будет устоИчива к возгоранию на весь период на начальноИ стадии развития пожара (более 12 мин) [6]. Это время позволит мобилизовать средства активноИ ППЗО — первичные средства пожаротушения (огнетушители), установки пожаротушения, системы пожаротушения, в которых используется ВОВ ФСГ-2 (см. рисунок).

Эффективность предложенноИ подсистемы СППЗО оценивалась расчетом уровня пожарноИ опасности подкупольного пространства церкви по методу Гретенера [8]. Расчет проводили по четырем вариантам. В первом варианте рассчитывался уровень пожароопасности У без применения СППЗО. В результате был получен неудовлетворительный уровень пожарноИ опасности (У =2,8^1). Во втором варианте расчет проводился с учетом применения только пассивноИ ППЗО и также был получен неудовлетворительныИ уровень пожарноИ опасно-

сти (У = 1,5^1). В третьем варианте расчет выполнялся с учетом применения только активноИ ППЗО. В этом случае был получен удовлетворительныИ уровень пожарноИ опасности (У = 0,4^1). Но наи-лучшиИ результат был достигнут в случае комплексного использования средств пассивноИ и активноИ ППЗО: расчетныИ уровень пожарноИ опасности составил 0,2.

Таким образом, на основе системного подхода и структурно-логическоИ схемы общеИ методики выполнения исследованиИ была построена подсистема пассивноИ и активноИ противопожарноИ защиты объекта с использованием ВОЗВ и ВОВ. С ее внедрением в СППЗО уровень пожарноИ опасности объекта может быть снижен в 14 раз. Данная подсистема внесет существенный вклад как в совершенствование системы предупреждения пожара на объекте, так и в совершенствование системы пожарноИ безопасности объекта в целом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Брушлинский Н. Н., Соколов С. В. О статистике пожаров и о пожарных рисках // Пожаровзрыво-безопасность. — 2011. — Т. 20, № 4. — С. 40-48.

2. ГОСТ 12.1.004-91*. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. —Введ. 01.07.92 г. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 2002. — 91 c.

3. АпановичВ. Н., Антонов А. В., ЖартовскийВ. М. Подавление углеводородных пламен бинарными порошковыми смесями // Средства порошкового пожаротушения: сб. науч. тр. — М. : ВНИИПО, 1989. — С. 13-19.

4. Брушлинский Н. Н., Соколов С. В. О нормировании времени прибытия пожарных подразделений к месту пожара // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 9. — С. 42-48.

5. ГОСТ 28815-96. Межгосударственный стандарт. Растворы водные защитных средств для древесины. Технические условия.—Введ. 01.01.97 г.—М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. — 91 с.

6. ЖартовскийВ. М., НижникВ. В., Жартовский С. В., Добростан А. В. Пассивная противопожарная защита деревянных конструкций куполов церквей с применением пропиточных составов // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 3. — С. 31-37.

7. Жартовский С. В., Нижник В. В., Уханский Р. В. Активная противопожарная защита деревянных конструкций куполов церквей с применением водных огнетушащих веществ // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 4. — С. 65-71.

8. Осипова М. Н. Методическое пособие по оценке пожароопасности помещений различного назначения методом Гретенера. — М. : НОУ "Такир", 1998. — 68 с.

Материал поступил в редакцию 3 апреля 2013 г.

= English

A SYSTEMATIC APPROACH TO FIRE PROTECTION OF OBJECTS USING WATER FIRE RETARDANT AND FIRE EXTINGUISHING MEANS

ZHARTOVSKIY S. V., Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher, Ukrainian Scientific-Research Institute of Civil Protection, Ministry of Emergencies of Ukra ine (Rybalskaya St., 18, Kiev, 01011, Ukraine; e-mail address: zhart20@ukr.net)

ABSTRACT

A system approach is seen as a methodology of research to solve complex problems. Fire safety system of object (FSSO) is a complex system. A system approach was applied to the construction of its subsystem — fire protection facility system of object (FPFSO).

^_

To facilitate consideration of FPFSO the technical terms are used: passive and active FPFO. Passive FPFO determines using the methods of protection that are made in advance and do not require additional mobilization during fire fighting. Active FPFO determines using methods suitable at any time to be mobilized to fight fire. Passive and active FPFO are achieved through technical means and activities.

The proposed subsystem of FPFSO is based on the application of material, which has a number of properties that can be implemented as a fire retardant and fire extinguishing factors. Thus the new subsystem has an universal material for fire safety — water. Water with different target added can form new water fire retardant means (WFRM) and new water fire extinguishing means (WFEM).

The aim of this work is to create a subsystem of passive and active fire protection of object using WFRM and WFEM. To fulfill this goal the structural logic common methodology of research performing is proposed. The basis of this structure is a theoretical study of the establishment and the use of WFRM and WFEM.

A special role in the development of this subsystem is assigned for modeling. Phenomenological model of passive FPFO revealing the retardant impregnation process is grounded. The physico-chemical model of fire retardant salt migration on wood surface is discussed. The necessity of technical counter of this process by creating a special barrier in the capillary-porous structure of the wood is discussed too.

It is theoretically justified the use of WFEM for active FPFO through physical and phenomenological modeling of the interaction of WFEM with flame in a microvolume of fire area. At the same time it is also justified the importance of fine spray of WFEM and technical difficulties feeding WFEM mist directly into the zone of flaming. It is proposed the idea to overcome these difficulties, based on the application of WFEM synthesized with improved (compared to water) properties of low surface tension, with the content of salt inhibitors flaming, with gel-forming properties.

Using a systematic approach and implementing structural logic common methodology of research performing it is built a subsystem of passive and active fire protection of object using WFRM and WFEM. Since its introduction in FPFSO the level of fire danger of object can be reduced by 14 times.

Keywords: a systematic approach; fire safety system of object.

REFERENCES

1. BrushlinskiyN. N., Sokolov S. V. Ostatistikepozharoviopozharnykhriskakh [About fire statistics and fire risks]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 4, pp. 40-48.

2. State Standard 12.1.004-91*. Occupational safety standards system. Fire safety. General requirements. Moscow, IPK Izdatelstvo standartov, 2002. 91 p. (in Russian).

3. Apanovich V. N., Antonov A. V., Zhartovskiy V. M. Podavleniye uglevodorodnykhplamenbinarnymi poroshkovymi smesyami [Suppression of hydrocarbon flames by binary powder mixtures]. Sredstva poroshkovogo pozharotusheniya: sborniknauchnykh trudov [Means of powder fire extinguishing. Collection of scientific papers]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection Publ., 1989, pp. 13-19.

4. Brushlinskiy N. N., Sokolov S. V. O normirovanii vremeni pribytiyapozharnykh podrazdeleniy k mestu pozhara [About regulations of response time of fire services]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 9, pp. 42-48.

5. International Standard 28815-96. Aqueous solutions of wood protective means. Specifications. Moscow, IPK Izdatelstvo standartov, 2002. 91 p. (in Russian).

6. Zhartovskiy V. M., Nizhnik V. V., Zhartovskiy S. V., Dobrostan A. V. Passivnaya protivopozharnaya zashchita derevyannykh konstruktsiy kupolov tserkvey s primeneniyem propitochnykh sostavov [Passive fire protection of wooden constructions of churches domes with application of impregnating compounds]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2013, vol. 22, no. 3, pp. 31-37.

7. Zhartovskiy S. V., Nizhnik V. V., Ukhanskiy R. V. Aktivnaya protivopozharnaya zashchita derevyannykh konstruktsiy kupolov tserkvey s primeneniyem vodnykh ognetushashchikh veshchestv [Active fire protection of wooden constructions of churches domes with application of water fire extinguishing substances]. Pozharovzryvobezopasnost—Fire and Explosion Safety, 2013, vol. 22, no. 4, pp. 65-71.

8. Osipova M. N. Metodicheskoyeposobiyepo otsenkepozharoopasnostipomeshcheniy razlichnogo na-znacheniya metodom Gretenera [Toolkit for fire hazard assessing of different rooms by Gretener method]. Moscow, Takir Publ., 1998. 68 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.