Физико-химические свойства и механизмы прекращения горения порошковыми огнетушащими составами

В последние годы в практике тушения пожаров все более широкое применение находят порошковые огнетушащие составы (ПОС). Это обусловлено тем, что порошковые составы могут применяться для тушения практически всех видов пожаров в различных отраслях промышленности и на транспорте.

ПОС чаще всего представляют собой тонкодисперсные порошки негорючих твердых веществ, основной составной частью которых являются аммонийные соли и соли металлов. Для повышения огнетушащей способности и улучшения эксплуатационных свойств в их состав вводят стеараты металлов, стеариновую кислоту, тальк, флюсы, аэросил, нефелиновый концентрат, триалкилфосфаты, силиконовые смолы, асбест, графит и т.д.

По своему назначению порошковые огнетушащие составы условно делятся на составы общего назначения и составы специального назначения (табл. 2.1, 2.2).

Порошковые составы общего назначения рекомендуется использовать для тушения пожаров классов А, В, С, Е.

Порошковые составы специального назначения рекомендуются для тушения пожаров класса Д и других, связанных с горением легких и щелочных металлов и их сплавов.

Таблица 2.1

Порошковые огнетушащие составы общего назначения

Марка порошка	Область применения	Примерный состав	Насыпная плотность, кг/м^3	Нормы расхода, кг/м^2
ПСБ (ПСБ-1, ПСБ-2 и т.д.)	для тушения газов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, растворителей, электроустановок	гидрокарбонат натрия; карбонат кальция; тальк; аэросил (кремнийорганическая добавка)	900 - 1200	2,5
ПФ (ПФ-1, ПФ-2 и др.)	для тушения ЛВЖ, масел, растворителей, тлеющих материалов	гидрофосфат аммония; стеараты железа, магния; поливинилхлоридная смола	800 - 900	2,5
П (П-1, П-2 и др.)	для тушения газов, ЛВЖ, растворителей, нефтепродуктов, тлеющих материалов, электроустановок	фосфорноаммонийные соли; добавки (аэросил)	800 - 1000	2,5

Таблица 2.2

Порошковые огнетушащие составы специального назначения

Марка порошка	Область применения	Примерный состав	Насыпная плотность, кг/м^3	Нормы расхода, кг/м^2
ПС (ПС-1, ПС-2 и др.)	для тушения щелочных металлов, сплавов, магния	карбонат натрия; графит; стеараты магния, цинка, кальция	5 - 1100	20 - 40
СИ (СИ-1, СИ-2 и др.)	для тушения пирофорных соединений (гидридов металлов, элементоорганических соединений и т.д.)	силикагель; хладон 114В2		20 - 30

Достоинствами порошковых огнетушащих составов являются их универсальность, высокая огнетушащая эффективность, возможность применения при отрицательных температурах, отсутствие токсичности, относительная долговечность, способность тушения электрооборудования, находящегося под напряжением до 1000 В.

Основной недостаток ПОС заключается в их гидрофильности, склонности к увлажнению, слеживанию и комкованию.

В странах СНГ наиболее широкое применение получили порошковые составы на основе бикарбоната натрия и фосфатов аммония.

Огнетушащая эффективность солей возрастает в следующем порядке:

NaHCO₃<NaF<Na₂C₂O₄<Na₂CO₃ <K₂CO₃<KCl<K₂Cr₂O₇<NaCl<K₂C₂O₄×H₂O.

Видно, что наиболее эффективными ингибиторами горения являются оксалат калия и хлориды щелочных металлов. Особенно высокой эффективностью обладает оксалат, что обусловлено его способностью к растрескиванию и увеличению тем самым суммарной площади поверхности в единице объема. Кроме того, при сильном нагревании происходит частичное его испарение, что сопровождается гомогенным ингибированием процессов, имеющих место в пламени.

Наиболее перспективными для создания новых эффективных ПОС представляются хлориды вследствие их низкой токсичности и широкой распространенности.

В целом, можно отметить, что эффективность солей повышается с увеличением атомного веса их катиона. Анион соли здесь также вносит свой вклад. Чем легче протекает процесс разложения соли, тем, как правило, выше ее огнетушащая эффективность. Поэтому наибольшее распространение получили соли угольной, щавелевой, фосфорной и винной кислот.

Механизм огнетушащего действия ПОС до конца не изучен. Их относят к изолирующим огнетушащим средствам. Но это не в полной мере отражает процессы, происходящие в пламени при использовании порошковых составов. Здесь необходимо учитывать следующие составляющие сложного механизма тушения:

1 - простое физическое разбавление реагентов в зоне химических реакций. На это указывает эффект повышения эффективности тушения ПОС общего назначения при увеличении их дисперсности;

2 - охлаждение зоны реакций вследствие поглощения тепла частицами малой массы с большой суммарной теплоемкостью и тепловоспринимающей поверхностью;

3 - эффект "холодной стенки", достигаемый при прохождении пламени через узкие каналы, как бы создаваемые порошковым облаком;

4 - гетерогенное ингибирование, если поверхность твердых частиц химически активна по отношению к радикалам зоны химических реакций в пламени;

5 - охлаждение зоны реакций вследствие протекания эндотермического процесса разложения солей;

6 - разбавление реагирующих компонентов выделяющимися при разложении солей газами и парами;

7 - гомогенное ингибирование, если испарившиеся при введении в зону горения порошков продукты являются химически активными ингибиторами;

8 - экранирующее действие неразложившихся в зоне реакций и покрывающих горючие материалы твердых частиц;

9 - изолирующее действие оседающих частиц, препятствующее доступу воздуха в зону пиролиза горючих материалов и выходу горючих компонентов в зону горения;

10 - образование на поверхности горящего материала полимерной пленки полифосфатов и, соответственно, ее экранирующее и изолирующее действие (в случае использования ПОС на основе фосфатов аммония).