Способы и средства тушения пожаров

 

Пожаротушение – комплекс мероприятий, направленных на ликвидацию возникшего пожара. Поскольку для возникновения и развития процесса горения, обусловливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего вещества, окислителя и непрерывного потока тепла от очага пожара к горючему материалу, то для прекращения горения достаточно исключить какой-либо из этих элементов.

Способы прекращения горения наглядно иллюстрируются анализом уравнения

E

W = A [Г]^a [O]^в (- –––)exp,

RT

 

где W – скорость реакции; [Г], [O] – концентрация горючего и окислителя;
A – предэкспонента; a, в – стехиометрические коэффициенты, с которыми участвуют в реакции компоненты горючей смеси; E – Энергия активации, требуемая для такого ослабления молекулярных связей, чтобы началась реакция; T – температура; R – газовая постоянная.

 

Подавление горения прежде всего связано с уменьшением скорости реакции, а этого можно добиться уменьшением величины каждого из сомножителей, входящего в это уравнение.

Таким образом, прекращения горения можно добиться снижением содержания горючего компонента, уменьшением концентрации окислителя, увеличением энергии активации реакции и, наконец, снижением температуры процесса (Т). В соответствии с изложенным существуют следующие способы пожаротушения:

- охлаждение очага горения или горящего материала ниже определенных температур;

- изоляция очага горения от воздуха или снижение концент-рации кислорода в воздухе путем разбавления негорючими газами;

- торможение (ингибирование) скорости реакции окисления;

- механический срыв пламени сильной струей газа или воды;

- создание условий огнепреграждения, при которых пламя распространяется через узкие каналы.

Для достижения этих эффектов применяют различные огнетушащие вещества и составы (называемые в дальнейшем средствами тушения). В настоящее время в качестве средств тушения используют:

- воду, которая может подаваться в очаг пожара сплошными или распыленными струями;

- пены (воздушно-механическая различной кратности и химическая), представляющие собой коллоидные системы, состоящие из пузырьков воздуха (в случае воздушно-механической пены) или диоксида углерода (в случае химической пены), окруженных пленками воды;

- инертные газовые разбавители (диоксид углерода, азот, аргон, водяной пар, дымовые газы);

- гомогенные ингибиторы – низкокипящие галогеноуглеводороды (хладоны);

- гетерогенные ингибиторы – огнетушащие порошки;

- комбинированные составы.

Вода является наиболее широко применяемым средством тушения. Она обладает значительной теплоемкостью и весьма высокой теплотой испарения (~2,22 кДж/г), благодаря чему она оказывает сильное охлаждающее действие на очаг пожара. К наиболее существенным недостаткам воды относятся ее недостаточная смачивающая (и, следовательно, проникающая) способность при тушении волокнистых материалов (древесина, хлопок и др.) и высокая подвижность, ведущая к большим потерям воды и порче окружающих предметов. Для преодоления этих недостатков к воде добавляют вещества поверхностноактивные (смачиватели) и повышающие вязкость (натрийкарбоксиметилцеллюлоза).

Следует иметь в виду, что воду нельзя применять для тушения металлов и их гидридов и карбидов, металлоорганических соединений и некоторых других веществ.

Важной характеристикой пены является, кратность, определяемая отношением объема пены к объему ее жидкой фазы. По кратности пены подразделяют на низкократную (до 30), среднекратную (30...200) и высокократную (свыше 200). Воздушно-механическую пену получают с помощью пеногенерирующей аппаратуры и специальных добавок – пенообразователей (ПО), обеспечивающих снижение поверхностного натяжения на границе вода-воздух и облегчения образования коллоидной системы. В качестве ПО используют соли органических сульфокислот, фторированных соединений и др. В частности, известны ПО-1Д, ПО-ЗАИ, ПО-6К - для тушения нефтепродуктов, твердых материалов, а также ПО-1С, ПО «Форэтол» – для тушения полярных легковоспламеняемых жидкостей (спиртов, эфиров, ацетона и др.).

Химическая пена образуется при взаимодействии растворов кислот и щелочей в присутствии ПО. В настоящее время химическую пену используют лишь в некоторых огнетушителях.

Инертные разбавители применяют для объемного тушения и флегматизации, т.е. для создания неподдерживающей горение среды с содержанием кислорода менее минимального взрывоопасного содержания кислорода. Наиболее широкое использование из подобных средств находит диоксид углерода, огнетушащая концентрация которого для большинства обычных горючих веществ составляет от 20 до 40% по объему.

Хладоны, представляющие собой предельные галогеноугле-водороды с числом атомов углерода от 1 до 3, в которых частично или полностью атомы водорода замещены атомами фтора, брома и хлора, обладают более высокой огнетушащей способностью, чем инертные разбавители, так как способны обрывать цепную реак-цию окисления.

Для тушения пожаров применяют хладоны 13В1 (CF₃Br), 12В1 (CF₂ClBr) и 114В2 (С₂F₄Вr₂), огнетушащая концентрация которых составляет всего около 2% по объему. Их используют для объемного тушения и флегматизации при противопожарной за-щите особо важных и пожароопасных объектов.

К сожалению, в последнее время выяснилось, что хладоны являются экологически вредными веществами, разрушающими озоновый слой Земли. Причем, именно наиболее эффективные при пожаротушении бромсодержащие хладоны оказались наиболее вредными. Содержащие только фтор хладоны не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Из-за экологической вредности бромхлорсодержащие хладоны согласно решениям Международных форумов должны быть изъяты из употребления. Предпринятые во многих странах поиски альтернативы хладонам привели к созданию ряда так называемых «чистых» средств объемного тушения. Наиболее приемлемыми из них оказались полностью фторированные углеводороды C₄F₁₀ (перфторбутан) и C₄F₈ (перфторциклобутан). По огнетушащей способности они более чем в 2 раза уступают бромхладонам и поэтому не могут в полной мере удовлетворить потребности практики. Значительно более эффективной и удобной альтернативой является аэрозольный огнетушащий состав.

Огнетушащие порошки представляют собой мелкоизмельченные минеральные соли (карбонаты и бикарбонаты натрия и калия, фосфорно-аммонийные соли, хлориды натрия и калия и др.) с различными добавками, препятствующими слеживанию и комкованию. К достоинствам порошков относятся их высокая огнетушащая способность и универсальность (возможность тушения различных материалов, в том числе таких, которые нельзя тушить водой, пенами, хладонами). Механизм огнетушащего действия порошков заключается в ингибировании процесса горения из-за гибели активных центров пламени на поверхности твердых частиц или в результате их взаимодействия с газообразными продуктами разложения порошков.

В последнее время все более широкое применение находит принципиально новое средство объемного тушения – аэрозольный огнетушащий состав (АОС), получаемый сжиганием твердотопливной композиции (ТТК) окислителя и восстановителя горючего. В качестве окислителя обычно используются неорганические соединения щелочных металлов (преимущественно нитрат (KNO₃) и перхлорат (КСl₄) калия) в качестве горючего-восстановителя – органические смолы (например такие, как эпоксидная). Эти ТТК могут гореть без доступа воздуха. Образуемый в качестве продукта сгорания аэрозоль состоит из газовой фазы – преимущественно диоксида углерода – и взвешенной конденсированной фазы в виде тончайшего порошка, аналогичного огнетушащим порошкам на основе хлорида и карбоната калия и отличающегося от обычных порошков значительно большей дисперсностью (размер частиц обычных порошков около 5·10^{-5 м, а твердых частиц в АОС – около 10-6 м, т.е. различие примерно в 50 раз). Заранее изготавливать, а главное, хранить порошок с размером частиц 10-6 м из-за склонности к слеживанию практически невозможно. Получаемый в момент пожара АОС благодаря большой дисперсности отличается исключительно высокой огнетушащей способностью, в 5-8 раз превышающей огнетушащую способность наиболее эффективных средств пожаротушения – огнетушащих порошков и хладонов, и более чем на порядок все другие средства (СО}₂, N₂, C₄F₁₀ и др.). АОС оказался наилучшей альтернативой экологически вредным хладонам. Помимо высокой эффективности АОС характеризуются низкой токсичностью, отсутствием экологической вредности и коррозионной активности, легкостью использования в системах автоматики, отсутствием необходимости в сосудах под давлением и в системах распределительных трубопроводов. Благодаря этим качествам применение АОС оказалось значительно более экономичным, чем все другие способы пожаротушения.

Свойства АОС в сравнении с другими средствами объемного тушения даны в табл. 14.1.

Таблица 14.1

Свойства аэрозольных огнетушащих составов

 

Показатель	АОС	Хладон 13В1	С02	Порошки	С4F10
Огнетушащая концентрация (ОК), кг/м^3	0,05	0,3	0,7	0,25	0,7
Токсичность (класс вредности) по ГОСТ ССБТ
Озоноразрушающее действие	нет	сильное	нет	нет	нет
Стоимость защиты, руб./м^3

 

К достоинствам АОС по сравнению со всеми другими средствами объемного тушения относится также возможность тушения пожаров подкласса А1 (тлеющие материалы). Эта возможность обеспечивается при времени разгорания очага пожара не более 3 мин. При более длительном времени очаг уходит вглубь материала так далеко, что его не достигают даже мельчайшие частицы АОС.

Наряду с достоинствами АОС обладает и недостатками, связанными с высокой температурой АОС (1500⁰ К) и с наличием открытого форса пламени. Первый недостаток обуславливает снижение огнетушащей способности из-за того, что горячий аэрозоль конвективно всплывает под потолок и только по мере охлаждения достигает очагов пожара на нижней отметке помещения. Исследования показали, что в помещении высотой 3 м время тушения нижних очагов составило около 3 мин. За это время заметное количество аэрозоля теряется через неплотности. При большей высоте помещения время достижения нижних очагов будет еще больше. Второй недостаток не позволяет использовать АОС в помещениях категорий А и Б и, кроме того, при ложном срабатывании форс пламени может вообще оказаться причиной пожара. Для устранения недостатков созданы специальные генераторы типа «Габар», с помощью которых температура АОС снижается до 140-200°С и ликвидируется открытый форс пламени. Испытания генераторов показали, что они успешно тушат пожары классов A, B, С и Е с удельным расходом около 0,045 кг/м³ – 0,1 кг/м³ (в зависимости от степени герметичности защищаемого объекта), а также являются взрывобезопасными и решением Госгортехнадзора РФ допущены к защите взрывопожароопасных объектов химической, нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей отраслей промышленности.

В зависимости от физико-химических свойств горючих материалов и возможности их тушения различными средствами пожары квалифицируют (табл. 114.2).

Таблица 14.2

Классификация пожаров

 

Класс пожара	Характеристика горючей среды или горящего объекта	Рекомендуемые средства тушения
А	Обычные твердые материалы (дерево, уголь, бумага, резина, текстиль и др.)	Все виды средств (прежде всего вода)
В	ЛВЖ, ГЖ, плавящиеся при нагреве материалы (стеарин, каучук и др.)	Распыленная вода, пена, порошки, АОС
С	Горючие (в том числе сжиженные) газы	Газовые составы, порошки, вода (для охлаждения оборудования), АОС
Д	Металлы и их сплавы, метал-лосодержащие соединения	Специальные порошки
Е	Электроустановки под напряжением	АОС, порошки, диоксид углерода

 

Средства пожаротушения, как правило, маркируются с учетом классов пожаров, для тушения которых они предназначены. Например, порошки на основе фосфорно-аммонийных солей (ПФ, П 2АП) обозначают буквами АВСЕ, порошки на основе бикорбонатов (ПСБ) – ВСЕ.

Поскольку основным средством тушения является вода, важное значение имеют проектирование и сооружение систем водоснабжения.

 

Водоснабжение

 

Системой водоснабжения называют комплекс инженерно-технических сооружений, предназначенных для забора воды из природных источников, подъема ее на высоту, очистки (в случае необходимости), хранения запасов воды и подачи ее к местам потребления.

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные нужды населения; производственные, снабжающие водой технологические процессы производства; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров. Часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-пожарные, производственно-пожарные.

Противопожарное водоснабжение заключается в обеспечении защищаемых регионов, объектов, промышленных предприятий необходимыми расходами воды под требуемым напором в течение нормативного времени тушения пожара при обеспечении достаточной надежности работы всего комплекса водопроводных сооружений.

Противопожарные водопроводы (отдельные или объединенные) бывают низкого и высокого давления. В водопроводах низкого давления минимальный свободный напор воды на уровне земли должен составлять 10 м (100 КПа), а требуемый для пожаротушения напор воды создается передвижными пожарными насосами, устанавливаемыми на гидранты. В водопроводах высокого давления вода к месту пожара подается непосредственно от гидрантов по пожарным рукавам. Последние устраивают очень редко, поскольку требуют дополнительных затрат на устройство специальной насосной системы и применение повышенной прочности трубопроводов. Системы высокого давления предусматриваются на промышленных предприятиях, удаленных от пожарных депо на расстоянии более 50 км, а также в населенных пунктах с числом жителей до 50 тыс. человек.

Кроме того, противопожарное водоснабжение подразделяют на системы наружного (снаружи зданий) и внутреннего (внутри зданий) пожаротушения.

Противопожарный водопровод (наружный и внутренний) является одним из наиболее важных элементов системы противопожарного водоснабжения. Проектирование противопожарного водопровода производят в соответствии со СНиП «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» и СНиП «Внутренний водопровод и канализация зданий». Для отбора воды из наружного водопровода на нем устанавливают на расстоянии 100-150 м пожарные гидранты. На
рис 14.1 показано устройство гидранта. Гидрант состоит из чугунного корпуса, затвора с клапаном, шпинделя, соединительной муфты, штанги и ниппеля, закрываемого крышкой.

 

Рис. 14.1. Устройство гидранта и пожарной колонки: 1 – корпус; 2 – затвор; 3 – клапан; 4 – шпиндель; 5 – муфта; 6 – штанга; 7 – ниппель для подключения пожарной колонки; 8 – крышка

При отборе воды с помощью гидранта открывают его крышку и навертывают на ниппель пожарную колонку. При вращении рукоятки колонки вращается штанга и жестко связанный с ней с помощью муфты шпиндель, имеющий трапецеидальную резьбу. При этом затвор опускается вниз, а вода через открывшийся затвор заполняет корпус гидранта и далее через патрубки пожарной колонки направляется к потребителю. Внизу гидранта имеется отверстие до спуска воды после работы во избежание замерзания. Гидранты устанавливают на расстоянии не более 2,5 м от края проезжей части дороги и не ближе 5 м от стен зданий с таким расчетом, чтобы обеспечивался удобный подъезд к ним пожарных автомобилей. Допускается располагать гидранты на проезжей части.

Как правило, сеть противопожарного водопровода делают кольцевой, обеспечивающей две линии подачи воды и тем самым высокую надежность водообеспечения. Причем для каждой кольцевой сети делаются два ввода (места присоединения к предыдущей сети). Тупиковые сети, т.е. разветвленная сеть, в которой от каждого узла сети до точки подачи воды имеется только один путь, допускается применять в следующих случаях:

- на производственные нужды, когда по условиям технологии допускаются перерывы в водоснабжении на время ликвидации аварии;

- на хозяйственно-питьевые нужды при диаметре труб не более 100 мм;

- на хозяйственно-противопожарные нужды при длине линии не более 200 м, а также в населенных пунктах с числом жителей до 5 тыс. человек и расходом на наружное пожаротушение до 10 л/с при условии устройства противопожарных резервуаров или водоемов.

Диаметр труб сетей определяют расчетом с учетом потребного расхода воды и гидравлических сопротивлений всех участков сетей. Причем минимальный диаметр труб объединенного водопровода в населенных пунктах и на промышленных объектах должен быть не менее 100 мм, а в сельской местности – не менее 75 мм.

Внутренние противопожарные водопроводы устраивают по схемам: 1) без повысительных установок, когда напор воды из наружного водопровода превышает требуемый напор воды; 2) с противопожарными насосами-повысителями, которые включаются только при пожаре и обеспечивают требуемый напор воды; 3) с водонапорным баком или пневмобаком и насосами в тех случаях, когда гарантированный напор меньше требуемого для хозяйственных приборов и пожарных кранов, с обеспечением неприкосновенно противопожарного запаса на первые 10 мин. тушения пожара; 4) с запасным резервуаром, когда в отдельные часы суток ощущается недостаток воды или гарантированный напор меньше 5 м.

Внутренние противопожарные водопроводы включают следующие элементы: ввод в здание, водомерный узел для учета расходуемой воды, магистральные и распределительные трубопроводы, водоразборную арматуру и пожарные краны, насосные станции с пневматическими или открытыми водонапорными баками. При числе пожарных кранов в здании не более 12 допускается применять тупиковую систему с одним вводом, а при числе кранов более 12 – только кольцевую (или с закольцованными вводами) не менее, чем с двумя вводами. Пожарные краны устанавливают на высоте 1,35 м над полом помещения и размещают в шкафчиках, которые должны быть снабжены пожарным рукавом одинакового с краном диаметра и длиной от 10 до 20 м, а также пожарным стволом. В жилых зданиях пожарные краны устанавливают обычно на лестничных площадках. Диаметр крана при расходе одной пожарной струи 4 л/с должен быть 50 мм, а при большем расходе – 65 мм.

В зданиях повышенной этажности (выше 9 этажей) водопроводная сеть оборудуется спаренными пожарными кранами.

Важнейшим элементом расчета противопожарных водопроводов является определение потребного для пожаротушения расхода воды. Общий расчетный расход воды складывается из расходов на наружное пожаротушение от гидрантов, внутреннее – от пожарных кранов, а также от стационарных установок пожаротушения. Этот расход при объединенном водопроводе должен быть обеспечен при наибольшем расходе воды на другие нужды населенного пункта или промышленного объекта (исключая поливку территории, прием душа, мытье полов, мойку оборудования).

При нормировании расхода воды на наружное пожаротушение исходят из возможного числа одновременных пожаров в населенном пункте, возникающих в течение 3-смежных часов, в зависимости от численности жителей и этажности зданий. Например, для пункта с населением до 50 тыс. человек число одновременных пожаров принимается равным двум, и при числе этажей до двух норма расхода воды на наружное пожаротушение составляет 20 л/с. Для промышленных объектов число одновременных пожаров принимается равным одному при площади территории предприятия до 150 га и двум – при площади более 150 га. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение через гидранты на один пожар на промышленном предприятии принимается в зависимости от категории взрывопожароопасности, степени огнестойкости, объема и конструктивных особенностей зданий. Например, для зданий I и II степеней огнестойкости категорий А, Б и В, объем до 20 тыс. м³, нормативный расход воды составляет 20 л/с. Запас воды на пожаротушение должен обеспечивать нормативный расход воды в течение 3 ч и лишь для зданий I и II степеней огнестойкости категорий Г и Д - в течение 2 ч.

В отдельных случаях допускается безводопроводное противопожарное водоснабжение при наличии на расстояниях до 500 м естественных (реки, озера) или искусственных (пруды, резервуары, водохранилища) водоисточников. Забор воды на пожаротушение может осуществляться мотопомпами, автонасосами или стационарными насосами с последующей подачей воды по рукавам. Такое водоснабжение допускается для производственных зданий категорий В, Г и Д при расходе воды на наружное тушение до 10 л/с, а также для населенных пунктов с числом жителей до 5 тыс. человек. Причем вместимость водоемов должна обеспечивать запас воды на тушение в течение 3 ч.

Устройство противопожарного водоснабжения на стройках должно предусматриваться к началу основных строительных работ. Противопожарное водоснабжение на новостройках должно обеспечиваться с помощью гидрантов на водопроводной сети или из оборудованных для подъезда пожарных автомобилей водоемов.

Внутренний водопровод и автоматические системы пожаротушения, предусмотренные строительными нормами и правилами, необходимо монтировать одновременно с возведением объекта. Необходимость устройства внутреннего водопровода в зданиях и помещениях определяется их назначением, этажностью, высотой, объемом. В частности в жилых зданиях устройство внутреннего противопожарного водопровода должно предусматриваться при числе этажей 12 и выше, в общежитиях - свыше 10 этажей и т. д.

В качестве первичных средств пожаротушения используют различные огнетушители, которые могут быть ручными, передвижными (установленными на колеса и перемещаемые вручную), стационарными (оборудованными гибкими шлангами и ручными стволами). Огнетушители маркируют знаками, обозначающими состав заряда огнетушителя и его емкость (например, 10-литровый порошковый огнетушитель – ОП-10). В настоящее время выпускают следующие огнетушители:

- порошковые с зарядами ПСБ-3, П-2АП, «Пирант А», ПФ: ручные ОП-1 «Момент 2», ОП-2Б, ОП-5, ОП-8Б, ОП-10А, ОП-10 «Прогресс», ОП-10 (закачной), ОП-50 (закачной); передвижные ОП-50; стационарные ОП-250;

- пенные: ручные ОХП-10 (химпенные), ОХВП-10 (химпенные и с зарядом воздушно-механической пены), ОВП-10 (воздушно-механическая пена), ОВП-5; передвижные ОВП-10; стационарные ОВП-250;

- углекислотные с зарядом диоксида углерода: ручные ОУ-2, ОУ-5; передвижные ОУ-25, ОУ-80, ОУ-400.