Теоретическая часть

Пена, как огнетушащее средство широко используется при тушении пожаров на объектах химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также используется для тушения твёрдых и жидких веществ, не вступающих во взаимодействие с водой. По своей структуре пена представляет собой дисперсную двухфазную систему, состоящую из пузырьков газа, окружённых плёнками жидкости [5].

К основным свойствам пен, определяющим их огнетушащую способность, относятся: кратность, объемный вес, стойкость, дисперсность, вязкость, охлаждающая и изолиру­ющая способности.

Кратность пены - отношение объема пены к объему раст­вора, из которого получена пена. По кратности пены подраз­деляются на низкократные (К <10), среднекратные (10<К<200) и высокократные (К>200). Кратность пены зависитотсостава пенообразующих веществ и процентного их содержа­ния в растворе, а для воздушно-механической пены - от конструкции пенообразующих аппаратов (стволов, генерато­ров), а такие давления раствора на спрысках этих аппара­тов.

На кратность пены большое влияние оказывает температура участвующего в пенообразовании воздуха. При темпера­туре воздуха 200°С кратность воздушно-механической пены снижается на 80%. Плотность химической пены g составляет 150 – 250 кгм³, а воздушно-механической пены 1,0 - 1100 кгм³. На­большую плотность имеет пена в составе пенообразующего раствора, у которой имеются утяжелители.

Стойкость пены - способность противостоять разрушаю­щим действиям тепла и различных сил. Измеряется временем, в течение которого из пены выделяется 50% жидкости, взятой для пенообразования..

Стойкость пены зависит от кратности, дисперсности, держания ПАВ в растворе, а также температуры и состояния окружающей среды, вида горящего вещества и других факторов. Стойкость есть обратная величина интенсивности разрушения пены.

Дисперсность пены- свойство, характеризующее степень измельченности пузырьков. Показателем дисперсности пены является усредненный размер пузырьков одного литра пены. Высокодисперсными пенами могут считаться те, у которых средний диаметр пузырьков менее 3 мм. С увеличением крат­ности при постоянной толщине стенок пузырьков дис­персность уменьшается. Она зависит от состава пенообразующего раствора, механизма и параметров смешения его с воз­духом. Дисперсность изменяется в зависимости от слияния пузырьков. Диаметр пузырьков в совокупности с кратностью и толщиной стенок жидкостной оболочки пузырьков представляет струк­туру пены.

Пены одной и той же кратности могут иметь разную стру­ктуру, т.е. диаметр пузырьков и толщину их стенок, но отно­шение этих величин всегда одинаково. Вязкость пены - способность противостоять перемеще­нию слоев ее относительно друг друга. Вязкость пены опре­деляет способность ее к растеканию или накапливанию: соп­ротивление при движении пены по рукавам и каналам, проти­водействие газовым потокам и т.д. Вязкость пены зависит от состава пенообразующего раствора, температуры его дисперс­ности и кратности. С увеличением кратности вязкость воздушно-механической низкократной пены увеличивается.

Увеличение вязкости за счет увеличения кратности примерно до 100 увеличивает стойкость пены. Дальнейшее увеличение кратности снижает стойкость пены.

Охлаждающие свойства пены - способность воспринимать тепло от нагретых газов, жидких и твердых поверхностей. Оцениваются эти свойства интенсивностью снижения темпера­туры охлаждаемой массы вещества. Охлаждаю­щее действие пены определяется теплоемкостью и теплотой парообразования воды и проявляется только в процессе раз­рушения пены.

Пены обладают очень низкой теплопроводностью 2,3-3,5 ×10^-5 Джм²сК. Поэтому наибольшим охлаждающим действием обладают менее стойкие и низкократные пены, так как при их разрушении выделяется большое количество раствора.

Изолирующее свойство пены - способность препятствовать испарению горючего вещества и проникновению через ее слой паров, газов и различных излучений. Пены не тепло- и не звукопроводны, слабо проницаемы для широкого спектра электромагнитных колебаний (от радиоволн до рентгеновских лучей). В изолирующей способности пены комплексно проявля­ются действия ее свойств: стойкость, вязкость, дисперсность.

Степень проявления и влияния свойств пен зависит от условий. Например, если пена используется в качестве сред­ства защиты от лучистого теплового потока, то наибольшее значение имеют стойкость и электромагнитнаяпроницаемость.Изолирующее действие пены при атом оценивается количеством энергии, проходящей через слой равный 1 см за 1 с на 1 м² поверхности.

При использовании пены в качестве средства тушения по поверхности большое значение приобретает ее свойство препятствовать испарению вещества и прорыву паров этого вещества через пену в зону горения. В этих условиях срав­нительная оценка изолирующих свойств производится согласно отношению толщины минимального огнетушащего слоя пены ко времени образования над ним горючей концентрация паров с воздухом. Низкократная и среднекратная воздушно-механичес­кая пены на жидкостях обладают изолирующей способностью в пределах 1,5 - 2,5 мин при толщине изолирующего слоя от 0,1 до 1 м.

Огнетушащая способность пен - проявление изолирующих и охлаждающих свойств, обеспечивающих прекращение го­рения вещества. Сравнительную оценку огнетушащих способ­ностей пен производят по количеству пенообразующего раство­ра, минимально необходимого для прекращения горения на квадратном метре площади горения. Огнетушащая способность зависит от оптимальности сочетания свойств пены для данно­го горящего вещества и окружающих ее условий. Поэтому для достижения наибольшего огнетушащего действия необходимо использование пен, у которых максимально проявляются изолирующие и охлаждающие свойства. В этой связи следует создавать условия, при которых огнетушащая способность пены была бы максимальной. К мерам по созданию условий для достижения максимальной огнетушащей способности относятся мероприятия по разбавлению горящих жидкостей, сни­жению температуры горючих веществ, окружающей среды и т.д.

В процессе тушения пена разрушается. Обычно рассматривают следующие виды разрушения пен: термическое - под действием тепловых потоков от факела пламени и нагретой жидкости; контактное - в результате проникновения жидкости в структуру пены и гидростатическое (синерезис). При термическом разрушении происходит разрыв стенок пузырьков из-за расширения, заключённого в них нагретого газа. Причинами контактного разрушения являются взаимная растворимость компонентов пенообразующего раствора и горючей жидкости, а также втягивание жидкости в каналы Плато - Гиббса за счёт пониженного давления в них. Гидростатическое разрушение происходит за счёт истечения раствора из пенной структуры под действием силы тяжести.

Стойкость пены в условиях пожара зависит от вида пенообразователя и параметров пены.

По способу образования пены подразделяют на химические и воздушно - механические. Химическая пена образуется при взаимодействии растворов кислот и щелочей в присутствии пенообразующего вещества и представляет собой концентрированную эмульсию диоксида углерода в водном растворе минеральных солей.

Воздушно-механическую пену получают при одновременной подаче на металлическую сетку 2 - 6%-го водного раствора пенообразователя и инжектируемого потоком этого раствора воздуха.

По природе основного поверхностно - активного вещества пенообразователи делятся на протеиновые (белковые), синтетические углеводородные и фторсодержащие. Протеиновые пенообразователи в своей основе содержат природный белок. Пены на их основе имеют высокую термическую устойчивость. Пена из протеиновых составов не боится горячих металлических поверхностей (например, стенок резервуаров). Существенным недостатком белковых соединений является неспособность обеспечить получение высокократных пен, что сужает диапазон их применения.

Синтетические углеводородные пенообразователи обладают высокой пенообразующей способностью и обеспечивают получение среднекратных и высокократных пен. Такие пенообразователи применяются в основном для тушения пожаров пеной в помещениях, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. В результате разрушения пены выделяется раствор пенообразователя в виде капель, называемый отсеком. Отсек охлаждает поверхность горючей жидкости, что снижает скорость химической реакции в зоне горения, и как следствие уменьшает температуру пламени. Но в целом разрушение пены на основе углеводородного пенообразователя является отрицательным фактором, так как замедляет создание изолирующего слоя пены. Кроме того, при тушении высококипящих жидкостей, образующих гомотермический слой, капли отсека могут вызвать вскипание и выброс. Углеводородные пенообразователи не пригодны для тушения водорастворимых, полярных жидкостей, так как интенсивность разрушения пен в этих случаях намного больше реально достижимой интенсивности подачи.

При тушении пенами на основе фторированных пенообразователей из отсека на поверхности горючей жидкости образуется плёнка раствора. Она хорошо растекается по поверхности и защищает пену от разрушающего действия жидкости. Образующаяся плёнка водного раствора при контакте с нагретой жидкостью частично разрушается за счёт испарения, выпадения капель воды и углеродной части на дно резервуара. Тем самым она охлаждает поверхностный слой жидкости и уменьшает интенсивность разрушения пены.

Из одного и того же пенообразователя можно получить пену, обладающую различной огнетушащей эффективностью. Это зависит главным образом от её параметров, таких как кратность, дисперсность, вязкость и др.

Кратностью пены К_п называется отношение объёма пены V_п к объёму раствора пенообразователя, из которого она образована V_раст. _ПО

К_п= V_п V_раст. _ПО

Подразделяют воздушно-механическую пену на низкократную (кратность до 30), среднекратную (кратность 30 - 200), высокократную (кратность выше 200). Пены низкой кратности из углеводородных пенообразователей рекомендуются в основном для тушения высококипящих горючих жидкостей, так как их изолирующая способность невелика, а в механизме прекращения горения большую роль играет охлаждение. Пены низкой кратности из фторированных пенообразователей применяются для тушения пожаров жидкостей в резервуарах, оборудованных установками подачи пены через слой горючего. Пенами средней кратности, обладающими меньшими термической стойкостью и текучестью, но более высокими изолирующими способностями, можно осуществлять тушение легковоспламеняющихся горючих жидкостей (ЛВЖ) с низкой температурой кипения. Для объёмного тушения в подвалах, кабельных каналах и т. п., как правило, используется пена высокой кратности.

Дисперсность пены D_п обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков d_ср:

D_п=1/ d_ср

Дисперсности пены во многом зависит от условий её получения, в том числе и от характеристики аппаратуры. Пены с высокодисперсной структурой обладают лучшей изолирующей способностью и большой стойкостью.

Вязкость характеризует способность пены к растеканию, и оценивается коэффициентом динамической вязкости. Вязкость пены зависит от таких факторов и параметров как от вида пенообразователя, кратности, дисперсности. С повышением вязкости пены стойкость её возрастает, но ухудшается растекаемость по горящей поверхности. При необходимости изолировать зону горения от горя­щей поверхности пену подают слоем на границу их раздела. Такое тушение называют "поверхностным" или тушением по поверхности. При заполнении пеной большей части или всего объема зоны горения тушение называется объемным.

Низкократными пенами тушат в основном по поверхности. Для тушения жидкостей используют пены кратностью до 70, объемная масса которых в 5-50 раз меньше объемной массы этих жидкостей. Такие пены хорошо удерживаются и растека­ются до поверхности, эффективно противостоят прорыву через них горючих паров, обладают значительным охлаждающим дей­ствием. Для тушения крупных пожаров на складах древесины ис­пользуют тяжелые низкократные пены, так как они позволяют получать струй значительной длины, хорошо проникают в не­плотности и удерживаются на поверхности, обладая высокими теплоизолирующим и охлаждающим действиями. Защитное действие проявляется даже после разрушения тяжелой пены и испарения воды, так как на поверхности остается слой утя­желителя, который предохраняет поверхность древесины от возгорания.

Высокократную пену применяют главным образом для объемного тушения, вытеснения дыма, изоляции отдельных объектов от действия тепла и газовых потоков.

Химическая пена применяется редкои, главным образом, для тушения низкокипящих жидкостей. Использование пены ограничивается в связи о громоздкостью пеннойаппаратуры,сложностью транспортировкии хранения пенопорошка,высокой стоимостью и сложностью организации тушенияпожаров. Пены являются достаточно универсальным средством поэтому используются для тушения жидких и твердых веществ. Исключение составляют вещества, взаимодействующие сводой.

Воздушно-механическая (ВМ) пена может применятьсяв сочетании о огнетушащими порошковыми составами (ОПС) не­растворимыми в воде (типа ПСБ). ОПС обладают высокойэф­фективностью при ликвидации пламенного горения, но почти не охлаждают горящую поверхность. Пена же компенсирует этот недостаток и дополнительно изолирует поверхность. Эффек­тивно применение пены ВМ в сочетании с водой при одновре­менном горении жидкостей иди плавящихся веществ и твердых материалов, рассредоточенных по объему зоны горения. К такому сочетанию прибегают в тех случаях, когда невозмож­но использовать объемное тушение. При осуществлении его избегают действия водяных струй на пену, так как пенаподдействием их сильно разрушается.

Пена электропроводнаи коррозирует металлы (реакция рН среды - до 9). Наиболее электропроводна и активна химическая пена, поэтому применение ее для тушения пожа­ров электроустановок, радиоустановок, электронной техни­ки, двигателей и агрегатов транспортных средств не допус­кается.

Пена ВМ менее электропроводна, чем химическая,одна­коболее электропроводна, чем вода, входящая в составпе­ны.

Тушение пеной ВМ высоковольтных электроустановок производится после их обесточивания. Как исключение допускается объемное тушение передвижными средствами электро­установок при напряжении 10 кВ и условии заземления, за­крепления пеногенератора и заземления автонасоса.

Под эффективностью использования пены понимают сте­пень полезного использования подаваемого на тушение пено­образующего раствора.

Контрольные вопросы

1. Основные свойства пены.

2. Что из себя представляет пена? Какова её структура?

3. Назовите основные причины (виды) разрушения пены.

4. Как классифицируются основные пенообразователи?

5. Что такое кратность и дисперсность пены, и как они влияют на интенсивность её разрушения?

6. Какие факторы внешней среды влияют на интенсивность разрушения пены?

7. Показатель дисперсности пены.

8. Виды пены по кратности.

9. От чего зависит вязкость пены.

10. В чем заключается изолирующее свойство пены.

11. Особенности тушения низкократными пенами.

12. Особенности тушения химическими пенами.