Физико-химические свойства и механизмы прекращения горения аэрозолями

До недавнего времени наиболее распространенными огнетушащими веществами, используемыми для объемного пожаротушения, были хладоны. Однако из-за разрушающего воздействия на озоновый слой их производство прекращено, а использование - значительно сокращено.

Поиск альтернативных хладонам огнетушащих средств привел к созданию эффективных и экологически безопасных аэрозолеобразующих составов. Тенденции развития техники пожаротушения показывают, что установкам аэрозольного пожаротушения принадлежит большое будущее.

Аэрозолеобразующие огнетушащие составы представляют собой специальные твердотопливные или пиротехнические композиции, способные к самостоятельному горению без доступа воздуха с образованием инертных газов, высокодисперсных солей и окислов щелочных металлов.

2.6.1. Механизм огнетушащего действия аэрозолеобразующих огнетушащих составов

Аналогом создания аэрозолеобразующих составов стали хорошо известные порошковые средства, механизм воздействия которых на пламя известен и сводится к обрыву цепной реакции горения на частицах порошка. Из теории цепных реакций известно, что ответственные за продолжение реакции горения активные центры - ионы и радикалы - легко гибнут на механических частицах, инертных в смысле продолжения цепной реакции.

Химический состав аэрозолей и огнетушащих порошков практически аналогичен. Но дисперсность частиц аэрозоля на несколько порядков выше. Этим в значительной степени и обусловлена более высокая огнетушащая эффективность аэрозолеобразующих огнетушащих составов (АОС) по сравнению с порошковыми составами. Так, при выбросе всего лишь 3 кг аэрозоля в защищаемом объеме можно получить примерно такое же количество частиц, что и при распылении 30 кг порошка.

Кроме того, применение АОС сопровождается некоторым снижением концентрации кислорода в защищаемом помещении. Последнее также вносит определенный вклад в процесс пожаротушения. Происходит расходование кислорода на догорание газоаэрозольной смеси, выходящей из генератора, и разбавление атмосферы газообразными продуктами, образующимися при работе генератора огнезащитного аэрозоля (ГОА). К тому же свежеобразовавшаяся поверхность частиц, входящих в состав аэрозоля, по-видимому, имеет более высокую активность по сравнению с поверхностью частиц огнетушащих порошковых составов.

Аэрозольная технология имеет право считаться совершенно новой прежде всего по двум следующим соображениям:

- невозможно обеспечить длительное хранение и надежную доставку в зону пожара порошка столь высокой дисперсности;

- огнетушащее вещество генерируется непосредственно в процессе тушения пожара.

2.6.2. Принцип работы генератора огнезащитного аэрозоля (ГОА)

В общем случае генератор содержит корпус с зарядом аэрозоля, устройство воспламенения заряда и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие.

Принцип работы генератора весьма прост. При пожаре срабатывает (от пожарного извещателя, огнепроводного шнура, ручного замыкания электрической цепи воспламенителя кнопкой) инициирующая система и воспламеняет состав, продукты сгорания которого представляют собой аэрозоль, содержащий до 70-80 % активированной ингибирующей добавки. Составы зарядов и конструкции генераторов каждого из разработчиков существенно отличаются друг от друга, однако принцип во всех случаях одинаков: при горении аэрозолеобразующих составов инициируется интенсивная химическая окислительно-восстановительная реакция, при которой образуется и выбрасывается в защищаемый объем смесь газов (азот, углекислый газ, водяной пар и другие) и поток твердых частиц окислов и солей металлов. Твердые частицы так малы (0,5-4,0 мкм), что способны находиться в воздухе во взвешенном состоянии длительное время (при определенных условиях до 1 часа).

В зависимости от технологии изготовления заряда АОС различаются видом горючего-связующего. Этим обусловливаются существенные различия в химическом и дисперсном составе твердой фазы аэрозоля. Аэрозолеобразующие составы используются в виде цилиндрических брикетов (шашек), представляющих собой огнетушащий заряд требуемой массы.

Конструкция генератора аэрозоля, т.е. устройства, куда помещается заряд, должна обеспечивать его защиту от повреждений при транспортировке и хранении, своевременное и правильное инициирование реакции аэрозолеобразования, а также подачу аэрозоля в защищаемый объем.

Вместе с тем при работе генератора имеет место образование высокотемпературных зон за счет продуктов горения, нагретых до высокой температуры. Образование факела пламени при работе ГОА обусловлено тем, что аэрозолеобразующие огнетушащие составы, как правило, являются композициями с отрицательным кислородным балансом, т.е. их химический состав не обеспечивает полного окисления горючего-связующего.

Для воспламенения заряда обычно используются механические, термомеханические, термохимические и электрические узлы запуска. Многие генераторы имеют устройства для запуска от нескольких разнотипных сигналов. Наиболее часто встречаются генераторы, имеющие устройства для пуска от электрического и (или) теплового сигналов. В качестве первичных средств пожаротушения используются генераторы с ручным пуском.

Тепловой пуск ГОА в настоящее время обычно осуществляется от огнепроводного шнура (термошнура). Термошнур представляет собой специальную пороховую композицию, изготовленную с заданными формой и размерами. Огнепроводной шнур размещают в местах наиболее вероятного возникновения загорания в защищаемом помещении. При возникновении пожара он самовоспламеняется. Огневой импульс распространяется по шнуру и приводит в действие генератор. Возможно также воспламенение огнепроводного шнура от специальных пиромеханических устройств, срабатывающих при достижении в контролируемой зоне защищаемого помещения заданной, как правило, более низкой, чем температура самовоспламенения огнепроводного шнура, температуры. При таком способе пуск генератора не требует постоянного источника энергии. Функционирование таких установок осуществляется в автономном режиме. Генераторы, имеющие пуск только от термошнура, не могут быть отнесены к автоматическим установкам пожаротушения. Такие установки могут быть отнесены к автоматическим огнетушителям после соответствующих исследований и испытаний.

Область применения генератора огнезащитного аэрозоля (ГОА)

Генераторы огнезащитного аэпрозоля эффективны при тушении горючих жидкостей, газов, электрооборудования под напряжением, кабелей, транспортных средств (автомобилей, локомотивов, кораблей и т.п.), гаражей и т.д.

К преимуществам аэрозолеобразующего состава (АОС) можно отнести следующие их свойства:

1. более высокая эффективность по сравнению с хладонами;

2. инертность ингибирующего аэрозоля по отношению к озоновому слою атмосферы;

3. сравнительно низкая токсичность;

4. отсутствие коррозионной активности по отношению к металлам всех типов;

5. диэлектрические свойства;

6. практически отсутствие воздействия на книги, предметы искусства, пищевые продукты и т.д. Твердые частицы не оказывают вредного действия на одежду и кожные покровы человека, не вызывают порчу имущества, легко удаляются из помещения (с помощью воды или пылесоса, например).

Аэрозоль раздражает слизистые оболочки органов дыхания и глаз, но этого можно избежать с помощью простейших защитных приспособлений.

ГОА устанавливаются:

- в производственных, административных и жилых зданиях;

- в складских помещениях, хранилищах, гаражах, цехах, офисах, лабораториях научных и учебных заведений, на объектах энергетики;

- на железнодорожном и автотранспорте, на морских и речных судах.

Основными характеристиками генератора, определяющими их потребительские и эксплуатационные свойства, являются:

- масса заряда АОС в генераторе;

- масса снаряженного генератора;

- время подачи огнетушащего аэрозоля;

- огнетушащая способность аэрозоля, получаемого при работе генератора;

- температура аэрозольной смеси на срезе выходного отверстия (отверстий) генератора.

Система аэрозольного пожаротушения позволяет отказаться от применения дорогих и дефицитных насосов, труб, арматуры, баллонов. Этого в несколько раз сокращает капитальные вложения на их создание и практически исключает эксплуатационные затраты. К тому же она не требует перезарядки.

Сравнительный анализ показывает, что автоматическая система аэрозольного пожаротушения дешевле порошковой и пенной систем в 5 раз, а газового тушения - в 50 раз.