Механизм прекращения горения

Охлаждающие огнетушащие ве­щества

Для охлаждения горящих материа­лов применяются жидкости, обладаю­щие большой теплоемкостью. Для большинства горючих материалов применяется вода.

Попадая в зону горения, на горя­щее вещество, вода отнимает от горя­щих материалов и продуктов горения

большое количество теплоты. При этом она частично испаряется и превращается в пар, увеличиваясь в объеме в 1700 раз (из 1 л воды при испарении образуется 1700 л пара), благодаря чему происходит разбавление реагирующих веществ, что само по себе способствует прек­ращению горения, а также вытесне­нию воздуха из зоны очага пожара. Вода обладает высокой термичес­кой стойкостью. Ее пары только при температуре свыше 1700 °С могут разлагаться на кислород и водород, усложняя тем самым обстановку в зо­не горения. Большинство же горю­чих материалов горит при температу­ре, не превышающей 1300—1350°С и тушение их водой не опасно. Однако металлические магний, цинк, алюми­ний, титан и его сплавы, термит и электрон при горении создают в зоне горения температуру, превышающую

термическую стойкость воды. Тушение их водяными струями недопустимо.

Вода имеет низкую теплопровод­ность, что способствует созданию на поверхности горящего материала на­дежной тепловой изоляции. Это свой­ство в сочетании с предыдущими по­зволяет использовать ее не только для тушения, но и для защиты материалов от воспламенения.

Малая вязкость и несжимаемость воды позволяют подавать ее по рука­вам на значительные расстояния и под большим давлением.

Вода способна растворять некото­рые пары, газы и поглощать аэро­золи. Значит, водой можно осаждать продукты горения на пожарах в зда­ниях. Для этих целей применяют распыленные и тонкораспыленные струи.

Некоторые горючие жидкости (жидкие спирты, альдегиды, органи-

ческие кислоты и др.) растворимы в воде, поэтому, смешиваясь с водой, они образуют негорючие или менее горючие растворы.

Наряду с этим у воды имеются и отрицательные свойства. Основной недостаток у воды как огнетуша-щего средства заключается в том, что из-за высокого поверхностного натяжения (72,8-10~³ Дж/м²) она плохо смачивает твердые материалы и особенно волокнистые вещества.

Для устранения этого недостатка к воде добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), или, как их еще называют, смачиватели. На прак­тике используют растворы ПАВ, по­верхностное натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды.

Применение растворов смачива­телей позволяет уменьшить расход воды при тушении пожаров на 35— 50 %; снизить время тушения на 20— 30 %, что обеспечивает тушение одним и тем же объемом огнетушащего ве­щества на большей площади. Реко­мендуемые концентрации смачивате­лей, %, в водных растворах для тушения пожаров приведены ниже.

Смачиватель Сульфанол

ДБ... 0,2 НП-3... 0,6

Сульфонат 0,4 Смачиватель

Сульфанол НБ.... 0,75

НП-1... 0.4 Сульфанол

Синтанол хлорный.. 1

Д-ЗС.. 0,5 Вторичные ал-

Первичные килсульфаты

алкилсульфа- (очищенные) 1,5

ты С—С.. 0,6 Пенообразо-

Рафинирован- ватель ПО. 1,5

ный алкил- Пенообразова-

крилсульфо- тельПО-1Д.5,0

нат (РАС). 2 Нейтрализо-

Эмульгатор ванный черный

ОП-4... 2 контакт

Вспомогатель- (НЧК).. 5
ное вещество'

ОП-6.. 4

ОП-20. 4

Вода имеет относительно большую плотность (при 4 °С—1 г/см³, при.100° С—0,958 г/см³), что ограничи­вает, а иногда и исключает ее применение для тушения нефтепродук­тов, имеющих меньшую плотность и

нерастворимых в воде. Она хорошо тушит сероуглерод, имеющий более высокую плотность, чем вода (1,264 г/см³).

Вода с абсолютным большинством горючих веществ не вступает в хими­ческую реакцию. Исключение состав­ляют щелочные и щелочно-земель-ные металлы, при взаимодействии которых с водой выделяется водород. Их тушить водой нельзя.

Выше отмечалось, что вода имеет малую вязкость. В силу этого значи­тельная часть ее утекает с места по­жара, не оказывая существенного влияния на процесс прекращения го­рения. Если увеличить вязкость воды до 2,5-10~³ м/с, то значительно сни­зится время тушения и коэффициент ее использования повысится более чем в 1,8 раза. Для этих целей применяют добавки из органических соединений, например, КМЦ (карбок-симетилцеллюлоза).

Огнетушащая эффективность воды зависит от способа подачи ее в очаг пожара (сплошной или распыленной струей). Механизм прекращения горе­ния и эффективность применения сплошных струй рассмотрим на приме­ре тушения древесины. На рис. 2.3 схематично показаны процесс горения-и эпюра распределения температур в древесине. Под воздействием тепла, выделяющегося в зоне реакции, на по­верхности материала образуется слой угля, температура которого около 600—700 °С, что значительно превы-

шает температуру начала пиролиза древесины, равную около 200 °С.

На рис. 2.4, а и б схематич­но показаны воздействия на горящую древесину сплошной (компактной) и распыленной водяных струй.

Поданная вода при этом:

охлаждает верхний наиболее на­гретый слой угля и зону реакции, пролетая через нее;

испаряясь, разбавляет и охлаж­дает газы и пары в зоне горения;

растекаясь по поверхности угля, изолирует древесину от действия лу­чистого тепла, препятствует выходу паров и газов (продуктов разложе­ния древесины) в зону горения.

Но к прекращению горения при­водит охлаждающее свойство воды как доминирующее. Изоляция и раз­бавление лишь способствуют прек­ращению горения.

Поданная вода на тушение горя­щей древесины быстро снижает темпе­ратуру в верхнем тонком слое угля, и горение на этом участке прекра­щается. Быстро — потому, что значи­тельна разность температуры у угля и воды; в тонком слое — из-за не­большой теплопроводности угля и кратковременного контакта его с во­дой. Вот почему при переносе струи воды в другое место верхний слой угля быстро высыхает, продолжается разложение древесины и горение воз­никает вновь.

Для охлаждения отдельных видов горючих материалов кроме воды применяется твердый диоксид углеро­да. Это мелкая кристаллическая мас­са с плотностью р = 1,53 кг/м³, которая при нагревании переходит в газ, минуя жидкое состояние. Это позволяет тушить ею материалы, пор­тящиеся от воздействия влаги. Кипит твердая углекислота (диоксид углеро­да) при температуре —78,5 °С, и теп­лота ее испарения равна 573,6 Дж/кг. Эта цифра значительно меньше, чем у воды, однако скорость охлаж­дения горящих веществ достаточно высока. Это объясняется большой разностью температур у углекислоты и на поверхности горящего материала.

Твердый диоксид углерода прекра­щает горение всех горючих веществ, за исключением металлического нат­рия и калия, магния и его сплавов. Он неэлектропроводен и не смачивает горючие вещества. Поэтому применя­ется для тушения электроустановок под напряжением, двигателей, а также при пожарах в архивах, музеях, библиотеках, на выставках и т. д. При тушении он подается на поверх­ность горящих веществ равномерным слоем.

Несмотря на то что плотность твер­дой углекислоты больше, чем воды, вследствие непрерывного перехода в газ и создания своеобразной газовой подушки, она не тонет в горящей

жидкости и находится на ее поверх­ности. Верхний слой горящего веще­ства при этом охлаждается, и коли­чество горючих паров и газов в зоне горения уменьшается. Возгонка (ки­пение) твердой углекислоты в газ и испарение горючего вещества проис­ходят на одной поверхности. Поэтому в зону горения поступает смесь горю­чих паров с диоксидом углерода, что приводит к снижению скорости реакции и температуры горения ниже температуры потухания, а значит и к ликвидации пожара.

Из вышесказанного следует вывод, что механизм прекращения горения твердым диоксидом углерода заклю­чается в охлаждении горящих мате­риалов и разбавлении их паровой фазы или продуктов разложения диок­сидом углерода одновременно. Однако в прекращении горения большее влия­ние оказывает процесс охлаждения. Действительно, горение не прекра­щается сразу после подачи слоя твер­дой углекислоты на поверхность горя­щего материала, т. е. когда объем образующегося диоксида углерода максимальный. Горение прекраща­ется именно после снижения темпе­ратуры горящего материала, сниже­ния скорости испарения и термичес­кого разложения.

Наиболее быстро твердая углекис­лота охлаждает жидкие горючие вещества, так как они своей теку­честью компенсируют недостаток ее удельной поверхности соприкоснове­ния. Значительно медленнее происхо­дит охлаждение (прекращение го­рения) горящих твердых веществ (древесины, резины и т. п.), и оно во­обще не наступает у волокнистых ве­ществ и материалов (хлопок, шерсть, торф).

Снизить температуру горящего слоя горючих веществ и тем самым прекратить горение можно пере­мешиванием самих горящих веществ.

Всем известен прием прекращения самонагревания сырого зерна на току перелопачиванием. Это не что иное, как прекращение горения за счет дробления очага пожара, увеличения

его поверхности теплообмена, т. е. за счет охлаждения.

Путем перемешивания можно пре­кратить горение и горючих жид­костей. Очевидно, что в процессе горения жидкости прогреваются в глубину. Первоначально толщина про­гретого слоя не превышает несколь­ких сантиметров, и нижние слои горючей жидкости в резервуаре имеют первоначальную температуру, т. е. температуру хранения. Если пере­мешать жидкость, то можно охладить верхний ее слой и тем самым снизить скорость горения (рис. 2.5). При оп­ределенных условиях степень охлаж­дения может оказаться такой, что температура верхнего слоя жидко­сти снизится ниже температуры вос­пламенения, и горение прекратится. Опытами и практикой доказано, что такое явление может наступить в случае, когда температура вспышки горючей жидкости не менее чем на 5 °С выше температуры хранения ее в данных условиях. Например, при температуре воздуха 30 °К можно прекратить горение перемешиванием жидкости в резервуаре с температу­рой вспышки 35 °С и более. Но при этом должно быть выполнено допол­нительное условие — интенсивное охлаждение стенок горящего резер­вуара.