Физико-химические свойства и механизмы прекращения горения нейтральными газами

Диоксид углерода (углекислый газ, СО₂) находит наиболее широкое использование из указанных нейтральных газов. CO₂ - негорючий бесцветный газ, имеющий слегка кисловатый запах. В газообразном состоянии его удельный вес составляет 1,529 кг/л, в жидком при 20 ^оС - 0,766 кг/л.

Температура кипения и сублимации при нормальном давлении равны минус 78,48 ^оС. CO₂ в газообразном состоянии тяжелее воздуха примерно в 1,5 раза. При температуре 0 ^оС давлении 36-40 атм легко переходит в жидкое состояние. При температуре минус 79 ^оС он представляет собой мелкую кристаллическую массу плотностью 1,512 кг/л. Такая же масса в виде хлопьев «снега» образуется в результате переохлаждения CO₂ при быстром испарении жидкого диоксида углерода (в обычных условиях).

При нормальных условиях один килограмм жидкого CO₂ эквивалентен 509 литрам газообразного вещества, 1 литр жидкого - 462 литрам газообразного.

Газообразный углекислый газ растворяется в воде, анилине, ацетоне, бензальдегиде, бензоле, серной и уксусной кислотах, низших спиртах, хлороформе и четыреххлористом углероде. Жидкий углекислый газ хорошо растворим в спирте и эфире, слабо - в воде.

CO₂ - химически инертное вещество. Он реагирует с сильными восстановителями при высоких температурах (Mg, K, H₂, C). При 2000 ^оС диоксид углерода диссоциирует на CO и O₂ в количестве 2 %.

Диоксид углерода не относится к коррозионноактивным соединениям. Его водные растворы представляют собой очень слабую кислоту. Чистые железо, цинк, известковый раствор, бетон подвергаются довольно сильному воздействию углекислоты. На медь и латунь это воздействие незначительно. Так как при проветривании углекислота быстро испаряется, она практически не оказывает коррозионного воздействия в процессе тушения пожаров.

При повышенных концентрациях в воздухе CO₂ вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и дыхательных путей. Возможно также поражение кожи, которое проявляется в виде ожога. Первые признаки отравления (учащенное дыхание) проявляются уже при наличии 2-4 % об. CO₂ в воздухе. При концентрациях 4-6 % об. появляются сильная головная боль, шум в ушах и сильное сердцебиение. Внезапное воздействие CO₂ в количестве 6-10 % об. может вызвать смертельный исход. Однако при медленном повышении концентрации организм привыкает к воздействию CO₂ и человек может пребывать в загазованной атмосфере в течение 1 ч. Тем не менее работоспособность при этом резко снижается. При содержании 20 % об. двуокиси углерода в воздухе наступает быстрая смерть.

В силу сказанного при применении углекислого газа в системах объемного тушения должно быть предусмотрено сигнализирующее устройство, предупреждающее об опасности. Промежуток времени между сигналом и пуском установки должен быть достаточным для эвакуации людей из помещения.

Диоксид углерода хранят в жидком состоянии в стальных баллонах, объемный коэффициент наполнения которых 0,70-0,75 кг/л (40-литровый баллон, например, заполняется на 26-28 литров). Это могут быть стационарные установки, ручные и возимые огнетушители. Подача углекислоты производится через раструбы-диффузоры или через перфорированный трубопровод.

В первом случае при дросселировании образуются хлопья «снега». При поверхностном тушении «снежным» диоксидом углерода его разбавляющее огнетушащее действие дополняется охлаждением очага горения.

Диоксид углерода применяется для тушения, когда использование воды или других средств может вызвать взрыв, интенсифицировать процесс горения или вызвать повреждение оборудования и материалов (телефонные станции, музеи, выставки, архивы, картинные галереи, книгохранилища, приборы под напряжением, аккумуляторные станции, сушильные печи, стенды для испытания двигателей, исследовательские лаборатории и т.д.). Кроме тушения пожаров в помещениях, пустотах конструкций, CO₂ применяют для защиты свободных объемов с целью предупреждения взрывов, в качестве нагнетающего газа для перекачки ЛВЖ.

При тушении пожаров большинства веществ огнетушащую концентрацию диоксида углерода принимают 30 % по объему или 0,637 кг/м³ для помещений с производством категорий А и Б. В случае локального тушения пожара норма расхода диоксида углерода увеличивается почти в 30 раз по сравнению с тушением методом затопления и составляет 22,5 кгм³.

Расход, в общем случае, зависит от горящей среды, стадии развития пожара, метода тушения и агрегатного состояния CO₂.

Для ряда горючих газов минимальные количества CO₂, определенные теоретически и полученные практически, указаны в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Теоретическая и практическая минимальная флегматизирующая

концентрация углекислого газа (в % об.), необходимая для тушения

некоторых горючих газов

Для других газов теоретическую флегматизирующую концентрацию CO₂ (j_огн ^min) рассчитывают по предельному содержанию кислорода, которое необходимо для горения, следующим образом:

j_огн ^min = (21 - [O₂])/21) × 100)

где [O₂] - предельное содержание кислорода (см. табл. 1.3).

Достоинства использования диоксида углерода:

- быстрое выветривание CO₂ из помещения (объема) после тушения пожара;

- относительно низкая стоимость.

Недостатки применения углекислого газа:

- низкая эффективность при тушении тлеющих пожаров (из-за плохого охлаждающего действия);

- неудобства хранения (толстостенные сосуды);

- пребывание персонала в закрытых помещениях, заполненных CO₂, опасно для жизни;

- при расширении CO₂ может возникнуть электростатический разряд, способный вызвать воспламенение.

Кроме того, не рекомендуется применять CO₂ для тушения пожаров в высокочувствительных установках, например, в установках слабого тока, телеизвещателях, радиостанциях, электронных установках. Не используют его для тушения щелочных и щелочноземельных металлов, алюминия, некоторых гидридов и карбидов металлов, металлоорганических соединений, водорода, раскаленного угля и т.д.

В случае, когда углекислый газ применять нельзя, используют азот или аргон.

Азот