Параметры тушения горючих веществ и материалов

Согласно тепловой теории потухания, прекращение пламенного горения наступает в результате понижения температуры пламени до некоторого критического значения, называемого температурой потухания Т_пот. При тушении пожаров, как правило, это достигается применением различных огнетушащих веществ.

При этом одни огнетушащие вещества воздействуют главным образом на процессы, протекающие непосредственно в объеме зоны горения, и практически не затрагивают поверхность конденсированного горючего. Это вещества, применяемые в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии: нейтральные газы, химически активные ингибиторы, аэрозоли и т. д. Другие оказывают косвенное воздействие на процессы, протекающие в газовой фазе. С их помощью уменьшают выход горючих газов путем охлаждения поверхности горючего или ее изолирования от зоны горения (пены, порошки).

Кроме того, некоторые огнетушащие вещества способны работать одновременно в газовой фазе и на поверхности горючего. Например, распыленная вода в зависимости от размера капель может: полностью испаряться в пламени, оказывая объемное действие только на зону горения; частично испаряться в пламени, оказывая и объемное, и поверхностное действие; практически не взаимодействовать с пламенем, оказывая чисто поверхностное действие.

На практике применяются два основных способа подачи огнетушащих веществ: в объем зоны горения («тушение по объему») и на поверхность горючего («тушение по поверхности»).

При объемном тушении огнетушащее вещество может подаваться ло- кально, т. е. непосредственно в зону горения - над локальным очагом пожара, в факел газового фонтана или в объем помещения - тушение методом затопления. В обоих случаях горение прекращается, когда концентрация подаваемого вещества становится равной огнетушащей и температура пламени снижается до температуры потухания.

При тушении по поверхности температура пламени достигает температуры потухания и горение прекращается, когда массовая скорость выго - рания падает ниже предельного значения, при котором концентрация го - рючих газов или паров над поверхностью становится меньше нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР).

В целом процесс тушения для всех видов горючих веществ и материалов характеризуется следующими параметрами:

Время тушения т_т, с, мин, - время от начала подачи огнетушащего вещества до момента прекращения горения.

Интенсивность подачи J, л/(м с) - количество огнетушащего вещества, подаваемое на 1 м² площади пожара в секунду.

Удельный расход ц_уд - количество огнетушащего вещества, л, кг, израсходованное за время тушения в расчете либо на 1 м² площади пожара, либо на 1 м³ объема помещения, либо на 1 м³ фонтанирующего газа.

Время тушения и затраты огнетушащего вещества зависят от интенсивности подачи. Характерные графики зависимости времени тушения и удельного расхода от интенсивности подачи показаны на рис. 4.1. График 1 на данном рисунке называется «кривая тушения».

 

Рис. 4.1. Зависимость времени тушения 1 и удельного расхода 2 от интенсивности подачи огнетушащего вещества

Время тушения зависит от соотношения фактической и критической интенсивности подачи. Если фактическая интенсивность подачи огнетушащего вещества оказывается равной критической, тушение не достигается, т_т ^ ¥. При тушении пенами критической является интенсивность подачи, равная интенсивности разрушения пены; при тушении газовыми со - ставами и аэрозолями - интенсивность утечки огнетушащего вещества из заполняемого объёма помещения; при тушении водой по поверхности - интенсивность подачи, компенсирующая лучистый тепловой поток к горящей поверхности от собственного пламени и внешних источников излучения.

Интенсивность подачи, при которой удельный расход огнетушащего вещества минимален, считается оптимальной /_опт.

Эффективность применяемого огнетушащего вещества и способа подачи можно оценить с помощью показателя эффективности тушения П_эт и коэффициента использования К_и.

Выбор огнетушащих веществ и способов их подачи зависит от того, какие условия необходимы и достаточны для прекращения горения данно - го вида горючего вещества в данных условиях пожара.

Прекращение горения газов (газовых фонтанов)

Для прекращения горения газов необходимо и достаточно отобрать непосредственно от зоны горения такое количество теплоты, чтобы температура факела понизилась до температуры потухания. Охлаждать исходное горючее или окислитель в данном случае бесполезно, так как газы воспламеняются и горят при любой реально достижимой температуре. При этом механизмы отбора тепла в объеме пламени зависят от применяемого огнетушащего вещества.

Удельное количество тепла, которое требуется отвести от зоны горения для снижения температуры пламени до температуры потухания Q ^F, кДж/м³, находится по следующим формулам:

 

33

где Fnw - удельный объем i -го продукта горения, м /м; Н_гг- и Н_потг- - энтальпия i -го продукта горения при температурах горения и потухания соответственно, кДж/м; Q_K - низшая теплота сгорания, кДж/м; Q_Hr ^пот - суммарное удельное теплосодержание продуктов горения стехиометрической смеси при температуре потухания, кДж/м³.

За температуру потухания принимается адиабатическая температура горения предельно обедненной газовой смеси - смеси на НКПР. Методика расчета температуры горения изложена в учебных пособиях [1, 2].

Температура горения смеси газов на НКПР находится с учетом избытка воздуха AV_B, м³/м³, в ее составе, который находится по известной формуле

где У_в° - теоретический объем воздуха, м³/м³; а_н - коэффициент избытка воздуха на нижнем концентрационном пределе.

Здесь

и                                                                и                                                               Л/

где ф_н - нижний концентрационный предел распространения пламени, % (°^б.).

Температуру потухания можно оценить также по эффективной энергии активации реакции горения:

где Т° - адиабатическая температура горения, К; R - универсальная газо- вая постоянная, 8,31кДж/(моль-К); Е - эффективная энергия активации реакции горения данного вещества.

Подавать огнетушащие вещества в зону горения можно различными техническими средствами как извне, так и вместе с потоком горючего или окислителя. Например, на тушение газового фонтана воду можно подавать извне лафетными стволами, автомобилями газоводяного тушения, а также закачкой внутрь фонтанирующей скважины. Наиболее эффективным способом тушения пламени газового фонтана является импульсная (залповая) подача огнетушащего порошка в объем зоны горения.