Порошковые огнетушащие средства

В настоящее время для тушения пожаров широкое применение находят порошковые огнетушащап составы (ПОС). По своему назначению они условно делятся на составы общего и специального назначения.

Порошковые составы общего назначения - для тушения пожаров класса АВСЕ. Согласно зарубежной классификации, это соответствует пожарам: А - твердых горючих веществ и материалов, В - горючих жидкостей, С - горючих газов, Е - электроустановок, находящихся под напряжением. Порошковые составы специального назначения применяются для тушения пожаров класса D и других - пожаров, связанных с горением легких и щелочных металлов и их оплавов (т.е. там, где неприменима вода и все виды огнетушащих составов на водной основе). В ряде случаев порошковые составы являются единственным видом огнетушащих средств, пригодных для тушения тех или иных характерных специфических пожаров.

Виды порошковых огнетушаших средств и их состав. Порошковые огнетушащие средства представляют собой тонкодисперсные порошки негорючих твердых веществ, основной составной частью которых являются соли и окислы, например, углекислая и двууглекислая сода, квасцы, поташ, окись кремния, и другие. Дисперсность их достигает 15-20 мкм. В нашей стране наибольшее распространение получили порошковые составы на основе бикарбоната натрия и фосфата аммония. Это, например, составы типа ПСБ на основе бикарбоната натрия, которые успешно применяются для тушения горючих газов, жидкостей, аппаратуры и электроустановок, находящихся под напряжением. Состав типа П-1 и ПФ на основе фосфатно-аммонийных солей применяется при тушении углеродистых твердых горючих материалов. В иностранной литературе принята другая система индексации порошков. Они либо имеют собственные «фирменные» названия типа «Monnex», «Favorit», «Granito» и др. Либо условно называются по классам пожаров, для тушения которых они рекомендуются. Например, ВСЕ (порошок на основе бикарбоната натрия); ABCDE (порошок на основе фосфатов аммония); соответственно первый - для тушения пожаров класса В, С и Е, а второй - для тушения пожаров класса A, B, C, D и Е. Для тушения пожаров, связанных с горением металлов, применяют так называемый М-порошок (различных составов).

Порошки типа ПСБ (и ВСЕ) применяются наиболее широко, имеют наибольшую огнетушащую эффективность и содержат в своей основе: до 95-96% бикарбоната натрия NaHCО₃; l-3% стеаратов металлов для улучшения гидрофобных свойств и 1-3% других добавок, повышающих их «текучесть», снижающих склонность к слёживанию и комкованию и т.д. Исследования огнетушащей эффективности различных ПОС позволяют составить определенные представления о механизмах их действия. Установлено, что огнетушащая эффективность порошковых огнетушащих средств возрастает с ростом их дисперсности, практически для всех ПОС (табл. 19).

Число молекул Н₂ в стехиометрической смеси 2Н₂+О₂ в 1 см³ в зоне горения составляет n=1, 7 • 10¹⁸ 1/см³, а количество химически активных радикалов в зоне такого пламени при температуре Т=2000 К составляет ;

=1, 7 • 10^-5, тогда n_акт = 5 • 10¹⁶ • 1, 7 • 10^-5=8, 5х*10¹¹.

Таблица 19 Огнетушащая эффективность порошковых огнетушащих средств в зависимости от их дисперсности

Размер частицы, см	Число частиц в единице массы, шт.	Суммарная поверхность частиц, см2
1	1	6
0, 1	1000	60
0, 01	106	600
0, 001	109	6000
0, 0001	1012	60000

 

При тушении порошком количество эффективных соударений молекул и радикалов в зоне химической реакции горения будет значительно меньше, так как число нейтральных частиц порошка, образованных из 1 см³, соизмеримо с числом активных радикалов, оно составляет n_нг = 10¹¹-10¹². Как видно, количество инертных частиц, полученных из 1 см³ вещества, действующих по механизму разбавления горючей смеси, препятствующему соударению активных молекул горючего с окислителем, достаточно велико и вполне соизмеримо с количеством возбужденных частиц в зоне реакции.

Значит, прежде всего ПОС действует по механизму простого физического разбавления реагентов в зоне химических реакций. Эти частицы малы по массе, а суммарная теплоемкость их и тепловоспринимающая поверхность очень велики. Поэтому прогреваются они быстро и отнимают большое количество тепла от зоны химических реакций.

Рассмотрим более подробно действие этого механизма. При прохождении через фронт пламени частицы порошка отнимают часть тепла от него, передаваемого им свежей газовоздушной смесью. В этом случае тепловой баланс относительно фронта пламени равен (137):                          .        (137)

где Q_конв - плотность потока конвективного переноса тепла массой газа;

Q_ХИМ - плотность потока тепла химической реакции;

Q_погл - плотность потока тепла, поглощаемого твердыми частицами.

Плотность потока конвективного тепла, переносимого газом через фронт пламени, определяется равенством (138):

      (138)

где u_конв*r_г - массовая скорость переноса тепла газом;

С_р — средняя теплоемкость газа.

Плотность потока тепла химической реакции буде равна (139):

            (139)

где u_н - нормальная скорость распространения пламени в чистой горючей смеси.

Плотность потока тепла, отбираемого от фронта пламени частицами порошка, может быть определена по формуле (140):

,           (140)

где С_п - концентрация частиц порошка в горючей смеси.

Тепло, воспринимаемое частицами порошка, определяется по уравнению (141):

           (141)

где n_г - количество частиц порошка в горючей смеси; d_ср - средний диаметр частицы, которая предполагается сферической; a_п - коэффициент теплопередачи от газа к частице порошка.

Считая, что при тушении пожара порошок равномерно распределяется в зоне горения и что через единицу поверхности горения в равные промежутки времени проходит одинаковое количество порошка, можно определить количество частиц порошка, находящихся в данный момент на единичной поверхности фронта пламени по формуле (142):                                         ,             (142)

где r_п - плотность порошка.

Для тел очень малого размера коэффициент теплопередачи от гаэа к твердой частице можно рассчитать по формуле (143) и принять равным:

,         (143)

где l_Г - средняя теплопроводность газа.

После преобразования получим зависимость (144) нормальной скорости пламени от концентрации порошка:

         (144)

Экспериментально установлено, что на снижение нормальной скорости распространения пламени большое влияние оказывает размер частиц, чем меньше средний диаметр частиц, тем эффективность тушения возрастает. Так, при концентрации нейтральных твердых частиц в пропано-воздушной смеси, равной 30 г/м^З при размере частиц d_сp = 8, 3 мк, нормальная скорость пламени меньше, чем в чистой смеси, на 7%, при размере dcр= 5, 4 мк меньше на 15%, а при размере частиц d_сp = 1, 6 мк она составляла 60% от нормальной скорости чистой пропано-воздушной смеси. При концентрации 65 г/м³ частиц с d_сp= 1, 6 мк наблюдалось тушение пропано-воздушеного пламени. Более крупными частицами в диапазоне концентраций О - 100 г/м³ тушения пропано-воздушного пламени не наблюдалось.

Исследованиями также установлено влияние физико-химических свойств горючей смеси на степень снижения нормальной скорости пламени инертными твердыми частицами. Одна и та же концентрация инертного порошка по-разному действует на водородо- и пропано-воздушные горючие смеси. При одной и той же концентрации инертный порошок снижает нормальную скорость распространения пламени в пропано-воэдушной смеси в 1, 5 раза больше, чем в водородо-воздушной смеси. При изменении концентрации инертного порошка в водородо-воздушной смеси в диапазоне концентраций 0-100 г/м³ тушения пламени не наблюдалось.

Кроме того, эти частицы, попадая в зону химических реакций и отнимая тепло от фронта пламени, действуют по механизму «холодной» стенки.

Для высокодисперсных порошков при объемном тушении расстояния между отдельными частицами в зоне горения очень малы и образованные между ними каналы имеют размер значительно меньше критического, т.е. при введении порошка в объем проявляется эффект холодной стенки. Число частиц порошка в кубе со стороной a_в равно (145):                                                 .                  (145)

Масса частицы порошка равна (146):

,       (146)

d_ср - характеристический размер частицы порошка.

Масса воздуха в выбранном объеме будет равна (147):

            (147)

(объемом частиц порошка пренебрегаем).

Для объемного тушения порошками огнетушащие концентрации составляют 50-200 г/м. Тогда G_П/G_В=0, 05+0, 2;

;

, отсюда х=(13÷ 20)d_ср.

Если d_cр = 20 мк, то х~ 0, 26÷ 0, 4 мм, что значительно меньше критического диаметра, так как для большинства углеводородных смесей критический диаметр имеет величину 2÷ 3 мм.

Если поверхность твердых частиц не нейтральна, а химически активна по отношению к радикалам зоны химических реакций, то они еще более эффективны и действуют как газообразные ХАИ. Например,

МОН + Н → Н₂О+М;

МОН + ОН → Н₂О + МО,

где М - это К, Na и др., т.е. А + П → АП;

АП + А → АА+П,

где А - активная частица (радикал);

П - твердая поверхность частиц.

Эффективность таких ингибиторов тем выше, чем легче они отдают электрон радикалам. Так происходит дезактивация активных центров.

Таким образом, существенен и механизм гетерогенной рекомбинации активных центров химической реакции на поверхности твердых частиц порошковых огнетушащих составов. Если частицы ПОС, находясь в зоне химической реакции, разлагаются, сублимируют, выделяя газовые компоненты, то очевидно, что и этот эндотермический процесс ведёт к дополнительному отводу тепла от зоны химических реакций и к разбавлению ее парами и газами, а если ещё испарившиеся продукты являются ХАИ, как в случае составов типа СЦ, когда силикагель пропитывается жидким фреоном F 114В2 (С₂F₄Br₂), то к этому добавляется еше и механизм химического ингибирующего воздействия продуктов разложения ПОС. Если же частицы порошка не полностью разложились и испарились в зоне химической реакции, то, оседая вниз, они покрывают поверхность горючих материалов (если тушат ТГМ) и оказывают экранирующее и изолирующее воздействие на горючие материалы, препятствуя доступу воздуха в зону пиролиза горючих материалов и выходу горючих продуктов разложения.

Как видно, механизмы прекращения горения ПОС многообразны, а доминирующий механизм зависит от вида горючего, режима горения, вида применяемого ПОС и даже от способов подачи его в зону горения.

Для тушения пламени газового фонтана наиболее целесообразно применение ПОС с объемными механизмами прекращения горения: разбавление, химическое ингибирование, гетерогенная рекомбинация активных центров химических реакций и т.д.

А это, в свою очередь, определеляет и способ, и зону их наиболее эффективной подачи: рассредоточение, обьемно, «снизу вверх», преимущественно в факел пламени.

При тушении щелочных металлов, когда основным является механизм «изоляции», 'экранирования' и хоть и слабого, но охлаждающего действия порошковой массы на поверхности ТГМ, подача ПОС должна осуществляться таким образом, чтобы образовался более толстый слой порошка на поверхности ТГМ (т.е. «сверху вниз» или «сбоку», «компактно», «сосредоточенно» и т.д.), чтобы аэродинамические силы факела пламени и газовые потоки вокруг зоны горения унесли как можно меньше порошка.

 

Табл. 20 Область применения порошковых огнетушащих средств общего назначения.

 

Тип	Основные физические параметры	Примерный состав	Область применения
ПСБ-1, 2, 3 и др.	dxap = 70 мкм Sуд=2, 5÷ 3 103 см2/г γ пос=0, 9÷ 1, 2 г/см3	Бикарбонат натрия, 10%, талька, 1-2% АМ-1-300 (кремний органическая добавка)	Предназначены для тушения горючих веществ и материалов во всех трех агрегатных состояниях (горючие газы, ЛВЖ-ГЖ, твердые горячие материалы) и электроустановки под напряжением до 1000 В.
ПФ-1, 2 и др.	dxap =70÷ 100 мкм Sуд=1, 5÷ 2 103 см2/г γ пос=0, 7÷ 1 г/см3	Фосфорно-аммонийные соли, 5% талька 1-2% АМ-1-300	Все те же виды пожаров, плюс пожары твердых горючих материалов, склонных к тлению (углеродистых материалов)
П-1, 2 и др.	dxap = 80÷ 100 мкм Sуд= 1, 3 103 см2/г γ пос=0, 8÷ 1 г/см3	Фосфорно-аммонийные соли с добавками АМ-1-300	Область применения та же, что у составов типа ПФ

 

Таблица 21 область применения порошковых огнетушащих средств специального назначения.

 

Тип	Основные физические параметры	Примерный состав	Область применения	Примечание
ПС-1, 2 и др.	dxap = 100÷ l50 мкм   ρ пос= 0, 5÷ 0, 8 г/см3	Углекислый натрий, 2, 5% стеарата металла, 1% графита	Предназначены для тушения щелочных и щелочноземельных металлов, пирофорных материалов
СИ-1, 2 и др.	dxap=0, 2÷ 2, 0 мм   ρ пос= 0, 8÷ 0, 95 г/см3	Силикагель (марки МСК, ШСК или КСК) -50% (масс), фреон 114В2 - 50% (масс.)	Предназначены для тушения пожаров, связанных с горением алюмо-органических соединений, пирофорных материалов и т.д.	Механизм тушения как объемного действия, за счет выделения газообразных ХАИ, так и поверхностно изолирующего действия твердой массы остатков силикагеля

Таблица 22
 Тушение горючих жидкостей порошком ПСБ

 

Горючая жидкость	Площадь пожара, м2	Интенсивность подачи, кг/(м2с)	Тип оборудования	Время
				горения, мин	тушения, с
Толуол	100	0, 2	Лафетный ствол	0, 5	66
Диэтиповый эфир	6	0, 5	ОП-100	0, 5	4
Дихлорэтан	6	0, 14	ОП-10	3, 0	5
Бензин	3, 5 40	0, 3 0, 5	ОП-10 Лафетный ствол	0, 5	8
Спирт этиловый	58	0, 25	Стационарная установка	10	17
Топливо	100	0, 025	Лафетный ствол	3	40

 

Таблица 23
 Тушение натрия, перегретого до 500°С порошком ПС-1

 

Площадь горения, м2	Количество металла, кг	Высота слоя металла, мм	Количествопорошка
			кг/м2	кг/кг
5	100	22	34	1, 7
5	175	35	35	1, 0

 

Табл. 24 Тушение горючих жидкостей порошком СИ-2

 

Горючая жидкость	Площадь пожара, м2	Интенсивность подачи, кг/(м2 • с)	Тип оборудования	Время тушение, с
Толуол	8	0, 81	Опытный огнетушитель	12
Диэтиловыйэфир	2	0, 36	СИ-100	19

 

Табл. 25 Тушение фонтана природного газа порошком ПСБ

 

Дебет, м3/сутки	Тип оборудования	Расход порошка, кг/с	Время тушения, с
2 • 10-6	Лафетный ствол	20	13
0, 68 • 10-6	Два ручных ствола	2, 5	60
19 * 103	ОП-10	0, 5	3÷ 7

 

Достоинствами ПОС является их универсальность и высокая огнетушащая эффективность. Им свойствен и целый ряд недостатков. Большинство ПОС гидрофильны, склонны к отсыреванию, увлажнению, слёживанию и комкованию. Порошковые составы сложно подавать в зону горения: их трудно «забирать» из объема, где они находятся, дпя подачи в нагнетающее устройство; им трудно сообщить большой запас механической энергии (они «не работают» в насосах, в системах нагнетания); их трудно транспортировать по трубопроводам и подавать в «свободном полете» в зону горения. Поэтому дпя «забора», «транспортировки», и «подачи» ПОС в зону горения применяют преимущественно пневмотранспорт. Максимальная дальность попета струи воздушно-порошковой смеси в этом случае редко превышает 10-15 м для ручных стволов и 20-25 м для лафетных, а длина подающих шлангов не превышает 50—60 м. Для гидрофобизации ПОСов применяют различные способы обработки их, вводят добавки, которые препятствуют слёживанию и повышают скольжение частиц, т.е. придают порошковым составам свойства «текучести». К их числу относятся стеараты металлов (стеарат алюминия, стеарат железа или магния), стеариновая кислота, графит. Для обработки порошковых составов применяют силиконовые жидкости, добавляют тальк, флюсы и т.п.

В табл. 20 приведена область применения порошковых огнетушащих средств общего назначения. Они непригодны для тушения металлов, металпоорганических жидкостей, щелочных металлов, пирофорных веществ и их сплавов.

В табл. 21 приведена область применения порошковых огнетушащих средств специального назначения.

Расход ПОС и интенсивность их подачи при тушении пожаров определяется экспериментально. Расчет интенсивности подачи ПОС ведется в основном на единицу площади пожара. Данные по тушению различных горючих материалов порошковыми огнетушащими средствами приведены в табл. 22, 23, 24, 25.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: