1

2

ПЕНЫ КАК ОГНЕТУШАЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Назначение пен, область их применения.
Пена, как огнетушащее вещество 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.
Применение пены для тушения пожаров было предложено в 1904 го­ду русским инженером А. Г. Лораном. Им получена химическая пена на основе водного раствора сернокислого алюминия и бикарбоната натрия с добавками в качестве пенообразователя солодкового экстракта. А. Г. Ло­ран высказал идею получения воздушно - механической пены и примене­ния её для тушения пожаров, однако реализовалась эта идея значительно позже.
Что представляет собой пена.
По своей структуре пена представляет собой дисперсную двухфазную систему, состоящую из пузырьков газа, окружённых плёнками жидкости. Структура пены определяется отношением объёмов газовой и жидкой фаз в единице объёма пены и характеризует её свойства. Если объём газовой фазы превышает объём жидкости не более чем в 10-20 раз, ячейки пены, заполненные газом, имеют сферическую форму. В таких пенах газовые пу­зыри окружены оболочками жидкости относительно большой толщины. С увеличением отношения Vr/VK толщина плёнки жидкости, разделяющая газовые объёмы, уменьшается, а газовая полость утрачивает сферическую форму. Пены, у которых отношение V/V* составляет несколько десятков или даже сотен, имеют многогранную форму. Причём форма многогран­ников может быть различной - треугольные призмы, тетраэдры, непра­вильной формы параллелепипеды. В процессе старения пены шарообраз­ная форма ячеек переходит в многогранную.
Механизм прекращения горения.
При тушении цену подают на отдельные участки горящей поверхно­сти, и растекаясь по поверхности горючего, пена создаёт слой определён­ной толщины. Огнетушащая способность пены обусловлена, прежде всего, её изолирующим действием, т. е. способностью препятствовать прохожде­ние в зону пламени горючих паров. Изолирующее действие пены зависит от её физико-химических свойств и структуры, от толщины слоя, а также от природы горючего вещества и температуры на его поверхности. При тушении твёрдых материалов, существенное значение имеет охлаждающее действие.

Взаимодействие пены с ГЖ с момента её подачи на горящую поверх­ность и до образования сплошного слоя пены представляет собой комплекс явлений (рис 1):
Рис. 1 Схема прекращения горения жидкости воздушно механической пеной. 1 — участок свободного горения, 2- участок активного воздействия пены на про­цесс горения, 3- участок, на котором горение прекращено.

1. При интенсивности подачи пены, превышающей интенсивность её раз­рушения, на поверхности ГЖ образуется сразу локальный слой пены, ко­торый охлаждает ГЖ, выделяющимся из пены, отсеком. Охлаждение про­гретого слоя ГЖ отсеком пены приводит к тому, что уменьшается скорость испарения ГЖ, вследствие этого уменьшается концентрация паров горюче­го в зоне горения, скорость химической реакции и скорость тепловыделе­ния, и, как конечный результат, - температура горения.
2. Как только образуется локальный слой пены на поверхности ГЖ, он эк­ранирует часть ГЖ от лучистого потока пламени и охлаждает верхний прогретый слой. Уменьшается концентрация паров горючего в зоне горе­ния, снижается скорость окисления, и снижается температура горения.
3. При достижении на поверхности жидкости слоя пены определённой тол­щины, прекращается поступление выделяющихся паров ГЖ в зону горе­ния. Следовательно, пена изолирует горючую жидкость от зоны горения, и горение прекращается.

Виды разрушения пен.
Результат тушения достигается постепенно. В процессе тушения пена разрушается. Обычно рассматривают следующие виды разрушения пен: термическое — под действием тепловых потоков от факела пламени и на-

3

4

у

гретой 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
Параметры пен.
Из одного и того же пенообразователя можно получить пену, обладающую различной огнетушащей эффективностью. Это зависит главным образом от её параметров, таких как кратность, дисперсность, стойкость, вязкость и др.
Кратностью пены К„ называется отношение объёма пены V„ к объёму раствора пенообразователя, из которого она образована Vpacm По
*„ = ^~; v
' раст.ПО
Так пена низкой кратности несёт в себе больше жидкости, обладает большими термической стойкостью и текучестью, чем пена средней и вы­сокой кратности.
Дисперсность пены Д, обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков dcp:
D=±-
Чем выше дисперсность, тем выше стойкость пены и огнетушащая эффективность. С повышением дисперсности пены её кратность уменьша­ется. Степень дисперсности пены во многом зависит от условий её получе­ния, в том числе и от характеристики аппаратуры.
Стойкость пены S- характеризуется её сопротивляемостью процессу разрушения и оценивается продолжительностью выделения из пены 50% жидкой среды, называемой отсеком.
Экспериментально установлено, что стойкость пены зависит в основ­ном от температуры окружающей среды, дисперсности и толщины стенок пузырьков, т.е.
S = f(j-;Dn;dcp)
окр

Пены с большей кратностью менее стойки. С повышением вязкости пены стойкость её возрастает, но ухудшается растекаемость по горящей поверхности.
Классификация пенообразователей по составу и назначению.
Пенообразователи и пены различаются: по назначению, по структуре, по химической природе поверхностно - активного вещества (ПАВ), по способу образования и по кратности.
По назначению пенообразователи различают: общего назначения, це­левого назначения. Пенообразователи общего назначения предназначены для широкого использования при тушении, как правило, неполярных жид­костей и твёрдых материалов. К ним относится пенообразователь ПО - 6К Пенообразователи целевого назначения отличаются определённой направ­ленностью состава. Например, образующие очень устойчивую пену, дли­тельно не разрушающуюся на открытом воздухе. Такие пены хорошо со­храняются на поверхности потушенного бензина и нефти, препятствуя по­вторному воспламенению горючего. К ним относятся пенообразователи «Сампо» (для тушения бензина, нефти), «Форэтол», «Универсалный» (для тушения метанола, этилового спирта) К пенообразователям целевого на­значения также относятся морозоустойчивые пенообразователи. Плёнко­образующие пенообразователи способны самопроизвольно формировать на поверхности углеводородов водную плёнку, которая предотвращает по­ступление паров горючей жидкости в зону горения.
По природе основного поверхностно — активного вещества пенообра­зователи делятся на протеиновые (белковые), синтетические углеводород­ные и фторсодержащие. Протеиновые пенообразователи в своей основе содержат природный белок. Благодаря сложной форме белковых молекул, полученные из таких пенообразователей пены имеют очень высокую гид­ростатическую и термическую устойчивость, что позволяет ей успешно противостоять повторному возгоранию. Пена из протеиновых составов не боится горячих металлических поверхностей (например, стенок резервуа­ров). Существенным недостатком белковых соединений является неспо­собность обеспечить получение средне - и 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 в помещениях и небольших пожаров в самых раз­личных местах. Тушение углеводородными пенообразователями сопрово­ждается контактным и гидростатическим разрушением пены с образовани­ем отсека. Отсек в виде капель воды охлаждает поверхность горючей жид­кости и разбавляет зону горения парами воды. Но в целом разрушение пе-

5

6

ны на основе углеводородного пенообразователя является отрицательным фактором, так как замедляет создание изолирующего слоя пены. Кроме то­го, при тушении высококипящих жидкостей, образующих гомотермиче-ский 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.
По способу образования пены подразделяют на химические, воздушно - механические, струйные. 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%-ного водного раствора пенообразователя и эжектируемого потоком этого раствора воздуха.
По кратности Подразделяют воздушно-механическую пену на низко­кратную (кратность до 30), среднекратную (кратность 30 - 200), высоко­кратную (кратность выше 200). Пены низкой кратности рекомендуется в основном для тушения высококипящих горючих жидкостей и для тушения пожаров жидкостей в резервуарах, оборудованных установками подачи пены через слой горючего, так как их изолирующая способность невелика, а в механизме прекращения горения большую роль играет охлаждение. 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.
Параметры тушения пенами.
Процесс тушения характеризуется следующими параметрами. Время тушения тт - время от момента подачи пены на поверхность жидкости, до

момента прекращения горения. Интенсивность подачи / — количество рас­твора пенообразователя, подаваемое на 1 м площади пожара в секунду.
V2

(л/м с)
Удельный расход дул - количество раствора пенообразователя, израсходо­ванного за время тушения на 1 м .
9уд = 4% (л/м2)
Время тушения зависит от соотношения интенсивностей подачи и разру­шение пены. Если они равны, то тушение не достигается, т. е. тт = °0. Такая интенсивность подачи называется критической /кр. Характерная зависи­мость времени тушения (кривая тушения) и удельного расхода от интен­сивности подачи показана на рис. 2.

T-ropt
Рис. 2 Зависимость времени тушения (тт) -1 и удельного расхода (ауп) -2 от интенсивности подачи раствора пенообразователя (/).
Интенсивность подачи, при которой удельный расход пенообразова­теля минимален, называется оптимальной /opt. Обычно /opt = (2-3) /кр в зави­симости от состава пенообразователя, вида горючей жидкости, параметров пены и др.

7

Эффективность применяемого пенообразователя, способа подачи пе­ны можно оценить с помощью показателя эффективности тушения Л*», Он равен:
1
п
Особенности тушения нефти и нефтепродуктов при подслойном способе подачи пены.
Тушение пожаров на складах нефти и нефтепродуктов имеет свои особенности:
1) при подаче пены через борт резервуара личный состав и техника находятся в обваловании, что очень опасно из-за возможности вскипания и выброса горючей жидкости;
резервуар с нефтью

обвалование

/У///////
Рис. 3. Схема резервуара с обвалованием.

ровки пены в слое горючего, растекание её по поверхности ГЖ, степень «загрязнения» пены горючим и т.п. Пенообразователи, изготовленные из углеводородных поверхностно-активных веществ (ПАВ) типа ПО-1 и ПО-6К (пенообразователи общего назначения) не могут быть использова­ны при данном способе пожаротушении, так как при погружении в ГЖ пе­ны адсорбируют нефтепродукт своей развитой поверхностью, полностью выгорают и разрушаются под действием факела пламени, т.е. утрачивают свою изолирующую способность.
Разработанные фторсодержащие ПАВ (ФПАВ) послужили основой для создания принципиально новых плёнкообразующих пенообразовате­лей для тушения нефтепродуктов. Они сочетают в себе традиционные ка­чества: изолирующую и охлаждающую способность, хорошую растекае-мость, простоту применения с принципиально новым свойством - способ­ностью образовывать тонкую плёнку на поверхности углеводородных жидкостей и не адсорбировать ГЖ на поверхности пены при её прохожде­нии через слой горючего.
Подача пены в слой горючего возможна только при использовании специальных пенообразователей, обладающих инертностью к нефтепро­дуктам. За рубежом эти пенообразователи объединены под термином «Лёгкая вода», у нас это фторсодержащие ПО «Универсал» и «Форэтол». Пена низкой кратности подаётся непосредственно в слой нефтепродукта через технологические трубопроводы или пенопроводы системы пожаро­тушения, находящиеся в нижней части резервуара (рис. 4), с помощью пе­редвижной пожарной техники или специальных установок.

1. в результате быстрой деформации верхних поясов резервуара вы­ходят из строя пенные камеры стационарной системы пожаротушения, вследствие чего для тушения пожара вынуждены привлекать передвижную пожарную технику. Автоматическая установка пожаротушения пеной средней кратности не обеспечивает тушение по следующим причинам: 50% случаев узлы ввода пены повреждаются взрывом, в 25% - огнем в об­валовании, и 25% - другие причины.
2. при обрушении кровли возникают закрытые зоны - «карманы», в которые практически не поступает пена. Накоплению пены препятствуют ветер, конвективные потоки, разрушение пены при прохождении через вы­сокотемпературную зону и при контакте с горючей жидкостью (ГЖ).

Более надёжным и безопасным при использовании передвижной тех­ники является подслойный способ тушения.
Подслойный способ тушения пожаров в резервуарах в нашей стране сдерживался, так как не были достаточно изучены вопросы транспортп-

Рис. 4. Схема врезки независимого пеноввода .для подачи пены под слой продукта
1- резервуар, 2- диффузор, 3- задвижки, 4- обратный клапан (хлопуша), 5- пеногенератор для получения пены низкой кратности.

9

10