V. ВОДО-ПЕННЫЕ, ПОРОШКОВЫЕ И ГАЗОВЫр СОСТАВЫ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ

5.1. Вода и водные огнетушащие растворы Основные свойства воды как средства тушения пожаров Высокая огнетушащая эффективность воды и большие масшта бы ее использования для тушения пожаров обусловлены комплексом особых физико-химических свойств воды и в первую очередь необычно высокой, в сравнении с другими жидкосгями, энергоемкостью испарения и нагревания паров воды. Так, на испарение одного килограмма воды и нагревание паров до температуры 1 ООО К необходимо затратить около 3100 кДж/кг ( 2300 кДж/кг-необходимо только на испарение воды), тогда как аналогичный процесс с ор1анически-ми жидкостями требует не более 300 кДж/кг, т. е. энергоемкость фазового превращения воды и нагревания ее паров в 10 раз выше, чем для любой другой жидкости. При этом теплопроводность воды и ее паров почти на порядок выше, чем для других жидкостей. В комплекс параметров, выделяющих воду, входят:

• негорючесть и термостойкость;

• текучесть, способность смачивать гидрофобные поверхности при наличии малых добавок поверхностно-активных веществ:

• простота подачи и транспортировки;

• способность смешивания с рядом горючих веществ (метанолом, этанолом и др.) и снижение их горючести;

• экономическая безвредность, отсутствие токсичности;

• доступность;

• дешевизна;

• простота используемого при тушении водой оборудования. Все перечисленные свойства и параметры делают воду незаменимым средством тушения большей части пожаров.

Ограничения в использовании воды касаются тушения установок, находящихся под напряжением, и при тушении продуктов, химически с ней взаимодействующих или гидролизующихся при воздействии юды.

Огнетушащая эффективность воды зависит от правильного выбора способа ее подачи в зону горения. Здесь понимается формирование оптимального контакта воды и горящего объекта.

извесгно, что наибольшей эффективностью при туше-аров древесины обладает распыленная вода. Но если горит „гины то к нему не подойти на близкое расстояние из-за трппового излучения и поэтому применить распыленную

МОШНОГО IciiJii j V. с

не удается, поскольку дальность полета такой струи небольшая, пается применить компактную навесную струю воды, которая мс-ее эффективна, но без нее не обойтись в рассмотренной ситуации.

Применение распыленной воды более эффективно, если размер капель менее 100 мкм, но в этом случае не удается распылением охватить большую поверхность горения. Эти два фактора являются взаимно исключающими и преодолеть их противоречие так, чтобы не снизить огнетушащую способность и повысить радиус действия распылителя, не удается. Поэтому, несмотря на очевидное преимущество тонкораспыленной воды, ее использование в пожаротушении офаничивается автоматическими установками и тушением резервуаров с горючими жидкостями, имеющими температуру вспышки выше температуры окружающей среды.

Итак, основными формами использования воды при тушении пожаров являются компактные струи и распыленная вода. Разновидностью этих форм является импульсная подача воды с помощью мощных установок, использующих горючие смеси для создания давления, которое выбрасывает большие объемы воды за малый промежуток времени. Кроме этого, известны случаи применения перегретой воды для тушения пожаров и в большей мере для снижения задымленности помещений в процессе их тушения.

Основным механизмом действия воды при тушении пламени на пожаре является охлаждение. В зависимости от степени дисперсности капель воды и типа пожара охлаждаться может либо преимущественно зона горения, либо горящий материал, либо и то и другое вместе.

Не менее важным фактором является разбавление горючей газовой смеси водяными парами, что ведет к ее флег.\штизации и прекращению горения.

"Jen, " этого, распьшенные капли воды поглощают лучистое to, адсорбируют горючий компонент и приводят к коагуляции о-шовых частиц.

ких тушения пламени капиллярно-пористых материалов, та-

2к торф, хлопок, тканные материалы, бумага, сухая древесина,

однозначно связан со смачивающим действием воды, и в этом гщ особое значение приобретают водные растворы поверхностно-а ных веществ - смачивателей.

Модификация огнетушащих водных растворов Для повышения степени использования воды на пожар-используют водные растворы различных химических соединений

Вода с добавками смачивателей становится более эффек ной при тушении гидрофобных горючих материалов, таких как i уголь, резина, хлопок, ткани и др.

Вода с добавками загустителей - полимерных органическ веществ, обладает повышенной адгезией к вертикальным поверх! стям, противостоит потокам воздуха (это полимеры; полиакрилад эфиры целлюлозы, соли полиакриловой кислоты).

Вода с добавками антитренов в процессе смачивания горя щей древесины меняет характер процесса разложения и снижает ск рость пиролиза древесины и ингибирует горение в газовой фазе.

Вода с добавками полиоксов обладает пониженным гидравлическим сопротивлением при движении по шероховатому трубо! воду, что позволяет повысить интенсивность ее подачи к месту по» ра без дополнительного повышения давления (добавки: полиоксн тилен, полиакриламид).

Вода с добавками, повышающими ее морозоустойчивость, позволяет надежно тушить пожары в зимнее время (добавки: фор-мамид, хлорид кальция, этилендиамин, этиленгликоль). Существу и другие, менее известные модификации добавок к воде, например эмульсии воды с фреонами, суспензии бентонитовой глины в воде, добавки, повышающие отражательную способность воды и др-В литературе имеюз ся ссылки на использование для тушения пожаров <,юмагниченной» воды и воды, обработанной ультразвуковым полем. Считается, что такая обработка влияет на смачиваемость водой поверхности горящего материала. Эти модификации воды распространения не получили из-за отсутствия существенного повышения огнетушащей эффективности.

5 7/ Законо.иерности смачивания горючих материагов водой 1однымираствора.ии смачивателей

" " Qta4ueaHue непористой твердой поверхности и несмешива-f ,ася с «Рчг/х жидкостей

Показателем смачивающего действия водного раствора являет-вепичина краевого угла смачивания раствором твердой поверхно-Чем меньше угол смачивания, тем больше площадь под каплей воды тем тоньше ее слой на твердой поверхности. Угол смачивания Ы измеряется в сторону смоченной поверхности (жидкой фазы). Силы, действующие по периметру смачивания капли, показаны на схеме (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Иллюстрация кар-V тины смачивания водой повер-

Щ V у хности различной природы

0j>9O

Если горючая поверхность сплошная, непористая, например резина или синтетические материалы, то при краевом угле смачивания, близком к нулю, капля жидкости будет растекаться до нешторого минимального, с предельной толщиной, слоя.

Величина краевого угла смачивания определяется природой повер- хности и составом водного раство-тж ра. Вода без добавок не смачивает поверхности «гидрофобных» материалов, таких как резина, хлопок, торф, уголь и др., но хорошо смачивает хлопчатобумажную ткань, бумагу, дерево.

При введении в водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАБ) они концентрируются на границе раздела «вода-твер-тело», при этом природа поверхностного слоя воды становится ност " поскольку молекулы ПАВ выстраиваются на поверх-частоксшом, образуя плотный мономолекулярный слой, в ко-

тором молекулы ориентированы гидрофобными конусами к -т

"К твердо

поверхности.

Величина краевого угла смачивания определяется природой верхности и составом водного раствора. В результате i акая жидко хорошо смочит «родственную» и ей lenepb твердую поверхнос Схема такого частокола предсгавлена на рис. 5.2.

Скорость растекания капли при условии, что 6 = 0, определяе ся величиной коэффициента растекания, который рассчитывается i формуле

где о, - поверхностное и межфазное натяжение твердого

НзСч

СНо Н2С(

Рис. 5.2. Схема дифиль ного строения молекулы .„

верхностно-активного вещ ства

Н2С( 0=СН9

Гидрофильная часть

Поскольку величины ™, как правило, неизв и не поддаются экспериментальному измерению, то величину f„ определяют по выс подъема мениска жидкости: Bcpi икальной пластинке, опущенной в жидкость.

Анализ процесса растекания капли, проведенный на базе уравнения Навье-Стокса, дает выражение, связывающее площадь и время в процессе растекания капли массой т. вязкостью rj и плотностью/9.

Для вязкого режима растекания (рис. 5.3), когда скорость определяется вязкостью раствора:

(5.2)

„ = 10 для круга. "" Величина/ как правило, не превышает 3 мН/м.

Слой 5 для растекания иинеонном режиме

Н Твердая поверхность

р Рис. 5.3. Схема растекания жидкости в инерционном режиме. краевой угол смачивания, h - средняя толщина водной пленки

----------- 0>s-

/раствор \ , ~7ТТ;

Щр

(5.3)

(5.4)

Следовательно, скорость растекания будет со временем понижаться. Величина U, составляет 0,1...0,8 cmVc.

В кинетическом режиме, который длится не более 1 с, для капли, имеющей в начальный момент радиус R, площадь определяется формулой

5 = я(/„7?,/р)"Ч. (5.5)

Причем в кинетическом режиме капля растекается слоем постоянной толщины, составляющей 5... 10 мкм, так, как показано выше. Величина скорости здесь составляет

f/* =7t{fRlp) = 2,0...20,0 сыУс При высокой интенсивности подачи распыленной воды, когда срхность плотно покрывается каплями, растекание следует пировать в инерционном режиме, а при малой интенсивности рхносгъ должна быть покрыта в результате доволыю длительно-