Какими свойствами обладает вода при пожаротушении
1) Вода обладает большой теплоемкостью (4187 Дж/кг · град) при нормальных условиях и высокой теплотой парообразования (2236 кДж/кг), поэтому, 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.
2) Вода обладает высокой термической стойкостью. Ее пары только при температуре свыше 1700 0С могут разлагаться на кислород и водород, усложняя тем самым обстановку в зоне горения. Большинство же горючих материалов горит при температуре, не превышающей 1300-1350 0С и тушение их водой не опасно.
3) 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.
4) Малая вязкость и несжимаемость воды позволяют подавать ее по рукавам на значительные расстояния под большим давлением.
5) 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.
6) Некоторые горючие жидкости (жидкие спирты, альдегиды, органические кислоты и др.) растворимы в воде, поэтому, смешиваясь с водой, они образуют негорючие или менее горючие растворы.
7) Вода с абсолютным большинством горючих веществ не вступает в химическую реакцию.
Отрицательные свойства воды как огнетушащего вещества:
1) Основной недостаток у воды как огнетушащего 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 называют, смачиватели. На практике используют растворы ПАВ, поверхностное натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды. Применение растворов смачивателей позволяет уменьшить расход воды на тушение пожара на 35-50 %, снизить время тушения на 20-30 %, что обеспечивает тушение одним и тем же объемом огнетушащего вещества на большей площади. Например, рекомендуемая концентрация смачивателя в водных растворах для тушения пожаров:
Ø Пенообразователь ПО — 1,5 %;
Ø Пенообразователь ПО-1Д — 5 %.
2) Вода имеет относительно большую плотность (при 4 0С — 1 г/см3, при 100 0С — 0,958 г/см3 ), что ограничивает, а иногда и исключает ее применение для тушения нефтепродуктов, имеющих меньшую плотность и нерастворимых в воде.
3) Малая вязкость воды способствует тому, что 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 снизиться время тушения и коэффициент ее использования повысится более чем в 1,8 раза. Для этих целей применяют добавки из органических соединений, например, КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза).
4) Металлические магний, цинк, алюминий, титан и его сплавы, термит и электрон при горении создают в зоне горения температуру, превышающую термическую стойкость воды, т.е. больше чем 1700 0С. Тушение их водяными струями недопустимо.
5) Вода электропроводна, поэтому ее нельзя применять для тушения электроустановок, находящихся под напряжением.
6) Вода реагирует с некоторыми веществами и материалами (пероксидами, карбидами, щелочными и щелочноземельными металлами и т.п.), которые поэтому нельзя тушить водой.
Вода является наиболее широко применяемым и эффективным средством тушения пожаров.
Таблица 1: Сравнение эффективности огнетушащих веществ (ОВ)
| Класс пожара | Горючие материалы | Вода | Пена | Порошок | СО2 | Хладон CF3Br | Другие хладоны | |
| ПСБ | ПФ | |||||||
| А | Твердые вещества, образующие уголь (бумага, древесина, текстиль, каменный уголь и др. | 4 | 4 | 1 | 3 | 1 | 2 | 1 |
| В | ГЖ и ЛВЖ (бензин, лаки, растворители), плавящиеся материалы (гидрон, парафин) | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 | 4 | 4 |
| С | Газы (пропан, метан, водород, ацетилен и др.) | 2 | 1 | 4 | 3 | 1 | 3 | 2 |
| D | Металлы (Al, Mg и тд.) | — | — | 1 | 1 | — | — | — |
| E | Электрооборудование (трансформаторы, распределительные щиты и др.) | 2 | — | 2 | 2 | 3 | 4 | 3 |
Примечание: «1» — подходит, но не рекомендуется; «2» — подходит удовлетворительно; «3» — подходит хорошо; «4» — подходит отлично; «-» — не подходит.
Как следует из таблицы 1, вода и пена являются наиболее эффективными средствами тушения пожаров классов А и В (класа В в основном тонко- или ультрараспыленной водой).
Основу огнетушащего эффекта воды составляет ее охлаждающая способность, которая обусловлена большой теплоемкостью и теплотой парообразования.
Обладая самой высокой теплопоглощающей способностью, вода является наиболее эффективным природным материалом для тушения пожаров. Капли воды, попадая в очаг горения, проходят две стадии теплопоглощения: при нагреве до 100°С и испарении при постоянной температуре 100 °С. На первую стадию 1 литр воды тратит 335кДж энергии, на вторую фазу — испарение и превращение в водяной пар — 2260кДж.
Вода при проникновении в высокотемпературную зону или при попадании на горящее вещество частично испаряется и превращается в пар. При испарении объем воды увеличивается почти в 1670 раз, благодаря чему воздух вытесняется водяным паром из очага пожара, и , как следствие, зона горения обедняется кислородом.
Вода обладает высокой термической стойкостью. ее пары только при температуре выше 1700°С могут разлагаться на водород и кислород. В связи с этим тушение водой большинства твердых материалов безопасно, так как температура горения их не превышает 1300 °С.
Вода способна растворять некоторые пары, газы и поглощать аэрозоли. Поэтому ею можно осаждать продукты горения при пожарах в зданиях. Для этих целей применяют тонкораспыленные и ультрараспыленные (водный туман) струи.
Хорошая подвижность воды обеспечивает легкость ее транспортировки по трубопроводам. Воду используют не только для тушение очагов пожара, но и для охлаждения объектов, находящихся вблизи очага горения. Тем самым предотвращая их разрушение, взрыв и загорание.
Механизм тушение пожаров водой:
- охлаждение поверхности и зоны реакции горящих веществ;
- разбавления (флегматизации) окружающей среды в зоне горения паром, образующимся при испарении;
- изоляции зоны горения от воздушной среды;
- деформации реакционного слоя и срыва пламени за счет механического воздействия на пламя струи воды.
При тушении водой горящих нефтепродуктов в резервуарах существенное значение имеют капли, подаваемые на очаг горения. Оптимальный диаметр капель воды составляет 0.1мм при тушении бензина; 0.3 мм- керосина и спирта; 0.5мм — трансформаторного масла и нефтепродуктов с температурой вспышки выше 60 °С.
Высокая эффективность тушения горючих веществ, имеющих высокую температуру горения и создающих большой напор пламени, достигается благодаря использованию смеси мелких и крупных водяных капель. В этом случае мелкие капли, испаряясь в зоне пламенного горения, снижают ее температуру, а крупные капли, не успев полностью испариться, достигают горящей поверхности, охлаждают ее и, если их кинетическая энергия к моменту достижения горящей поверхности достаточно высока, разрушают установившийся в процессе горения реакционный слой.
Таблица 2: Область применения воды для различных классов пожара
| Класс пожара | Подкласс | Горючие вещества и материалы (объекты) | Вода, разбрызгиваемая оросителями | Тонкорыспы-ленная вода | Распыленная вода со смачивателем |
| А | А1 | Твердые тлеющие вещества, смачиваемые водой (дерево и т.п.) | 3 | 3 | 3 |
| А2 | Твердые тлеющие вещества, не смачиваемые водой (хлопок, торф и т.п.) | 1 | 1 | 2 | |
| А3 | Твердые нетлеющие вещества (пластмассы и т.п.) | 2 | 3 | 3 | |
| А4 | Резинотехнические изделия | 2 | 2 | 3 | |
| А5 | Музеи, архивы, библиотеки и т.п. | 1 | 1 | 1 | |
| В | В1* | Предельные и непредельные углеводороды (гептан и т.п.) | — | 2 | 1 |
| В2* | Предельные и непредельные углеводороды (бензин и т.п.) | — | 2 | 1 | |
| В3* | Спирты водорастворимые (С1-С3) | — | 2 | 1 | |
| В4* | Спирты водонерастворимые (С4 и выше) | — | 2 | 1 | |
| В5** | Кислоты — ограниченно водорастворимые | 3 | 3 | 3 | |
| В6** | Эфиры простые и сложные (диэтиловый и т.п.) | 3 | 3 | 3 | |
| В7** | Альдегиды и кетоны (ацетон и т.п.) | 3 | 3 | 3 | |
| С, Д | С1,С2,С3 Д1,Д2,Д3,Д4 | — | — | — | |
| Е*** | Е1 | ЭВЦ | 1 | 1 | 1 |
| Е2 | Телефонные узлы | 2 | 2 | 2 | |
| Е3 | Электроцентрали | 1 | 1 | 1 | |
| Е4 | Трансформаторные подстанции | 2 | 2 | 2 | |
| Е5 | Электроника | 1 | 1 | 1 |
Примечание: «1» — подходит, но не рекомендуется; «2» — подходит удовлетворительно; «3» — подходит хорошо; «4» — подходит отлично; «-» — не подходит, «*» — для ЛВЖ и ГЖ с температурой вспышки до 90 °С; «**» — для ЛВЖ и ГЖ с температурой вспышки более 90 °С; «***» — электрооборудование под напряжением.
Воду нельзя применять для тушения следующих материалов:
- калия, натрия, лития, магния, титана, циркония, урана, плутония;
- алюминийорганических соединений (реагирует со взрывом);
- литийорганических соединений, азида свинца, карбидов, щелочных металлов, гидридов ряда металлов, магния, цинка, карбидов кальция, бария (разложение с выделением горючих газов);
- железа, фосфора, угля;
- гидросульфита натрия (происходит самовозгорание);
- серной кислоты, термитов, хлорида титана (сильный экзотермический эффект);
- битума, перекиси натрия, жиров, масел, петролатума (усиление горения в результате выброса, разбрызгивания, вскипания).
Нефтепродукты и многие другие органические жидкости при тушении водой всплывают на ее поверхность, вследствие чего площадь пожара может значительно увеличиться. Например: в случае возгорание нефтепродуктов, расположенных в резервуаре, не рекомендуется тушить водой. Нефтепродукты сплывают над водой. Вода, в результате нагрева, переходит в пар. Водяной пар порциями поднимается вверх, что вызывает разбрызгивание горящих нефтепродуктов из резервуара и затрудняет доступ пожарных к очагу пожара.
К недостаткам воды относится высокая температура замерзания. Для понижения температуры замерзания применяют специальные добавки (антифризы), некоторые спирты (гликоли), минеральные соли (K2CO3, MgCl2, CaCl2). Однако указанные соли повышают коррозионную способность воды, поэтому их практически не используют. Применение же гликолей существенно повышает стоимость огнетушащего вещества.
Пенообразователи, антифризы и другие добавки также повышают коррозионную способность и электропроводность воды. В качестве защиты от коррозии, можно на металлические детали и трубопроводы нанести специальные покрытия, либо добавить к воде ингибиторы коррозии.
Расширение области применения воды для тушения электротехнического оборудования под напряжением возможно при использовании ее в тонко- и ультрараспыленном состоянии.
Невысокая смачивающая способность и малая вязкость воды затрудняют тушение волокнистых, пылевидных и особенно тлеющих материалов. Тлению подвержены материалы с большой удельной поверхностью, в порах которых содержится воздух, необходимый для горения. Такие материалы могут гореть при сильно сниженном содержании кислорода в окружающей среде. Проникновение огнетущащих средств в поры тлеющих материалов, как правило, довольно затруднительно.
При введение смачивателя (сульфоната) расход воды на тушение снижается в четыре раза, а время тушения — в два раза.
В ряде случаев тушение водой становится весьма эффективным, если ее загустить с помощью, например, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы или альгината натрия. Повышение вязкости до 1-1,5 Н*с/м2 позволяет сокатить время тушение примерно в 5 раз. Наилучшими добавками в этом случае являются растворы альгината натрия и натрийкарбоксиметилцеллюлозы. Например, 0.05%-й раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы обеспечивает существенное сокращение расхода воды на пожаротушение. Если при определенных условиях тушения обычной водой ее расход составляет от 40 до 400 л/м2, топри использовании «Вязкой» воды — от 5 до 85л/м2. Средний ущерб от пожара (в том числе в результате воздействия воды на материалы) снижается при этом на 20%.
Наиболее часто используются следующие добавки, повышающие эффективность применения воды:
- водорастворимые полимеры для повышения адгезии к горящему объекты («Вязкая вода»);
- полиоксиэтилен для повышения пропускной способности трубопроводов («скользкая вода»);
- неорганические соли для повышения эффективности тушения;
- антифризы и соли для уменьшения температуры замерзания воды.
В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в области противопожарной защиты объектоа различного назначения является использование в качестве средства тушения пожаров тонко- и ультрараспыленной воды. В таком виде вода способна поглощать аэрозоли, осаждать продукты горения и тушить не только горящие твердые вещества, но и многие горючие жидкости.
При подаче воды в тонко- или ультрараспыленном состоянии достигается наибольший огнетушащий эффект. Особенно актуально применение тонко- и ультрараспыленной воды на объектах, где требуется высокая эффективность тушения, имеются ограничения по водоснабжению и актуальна минимизация ущерба от проливов воды.
С помощью тонко- и ультрараспыленной воды может быть обеспечена защита многих особо социально и промышленно значимых объектов. К их числу относятся: жилые помещения, гостиничные номера, офисы, образовательные учреждения, общежития, административные здания, банки, библиотеки, больницы, компьютерные центры, музеи и выставочные галереи, спорткомплексы промышленные объекты, т.е. такие объекты, на которых тушение пожаров необходимо осуществлять в начальной стадии достаточно быстро и с малым расходом воды.
Дополнительные преимущества использование распыленной воды по сравнению с компактной струей или разбрызгиваемым потоком:
- возможность тушения практически всех веществ и материалов за исключением веществ, реагирующих с водой с выделением тепловой энергии и горючих газов;
- высокая эффективность тушения, обусловленная повышенным охлаждающим эффектом и равномерным орошением водой очага пожара;
- минимальное потребление воды — незначительный расход позволяет избежать существенного ущерба от последствий пролива и обеспечить возможность использования при условии лимита воды;
- экранирование лучистого теплового излучения — использование для защиты обслуживающего персонала, принимающего участие в тушении пожара, личного состава подразделений пожарной охраны, несущих и ограждающих конструкций, а также рядом расположенных материальных ценностей;
- разбавление горючих паров и снижение концентрации кислорода в зоне горения в результате интенсивного образования водяного пара;
- снижение температуры в помещениях при пожаре в них;
- равномерное охлаждение чрезмерно разогретых металлических поверхностей несущих конструкций за счет высокой удельной поверхности капель — исключает их локальную деформацию, потерю устойчивости и разрушение;
- эффективное поглощение и удаление токсичных газов и дыма (дымоосаждение);
- низкая электрическая проводимость тонко- ультрараспыленной воды — обеспечивает возможность ее применения в качестве эффективного средства пожаротушения на электроустановках, находящихся под напряжением;
- экологическая чистота и токсикологическая безопасность в сочетании с защитой людей от воздействия опасных факторов пожара — позволяет персоналу спасать ценность во время работы автоматической установки пожаротушения.
Ультрараспыленная вода в зоне горения интенсивно испаряется. Защитный слой водяного пара может изолировать зону горения, препятствуя доступу кислорода. Когда концентрация кислорода в очаге горения снизится до 16-18%, огонь самозатухает.
Используемая литература: Л.М.Мешман, В.А.Былинкин, Р.Ю.Губин, Е.Ю.Романова. Автоматические водяные и пенные установки пожаротушения. Проектирование. г.Москва. — 2009г.
Применение различных средств пожаротушения будь это вода, пожарная пена, порошок или что-то другое всегда характеризируется такой величиной как количество необходимого огнетушащего вещества на определенную площадь пожара. Так, к примеру, при использование водяных стволов этот параметр будет зависеть от материала который горит и будет измеряться в л/с∙м2, то есть интенсивность подачи воды на пожаротушение должна поддерживается (в определенных рамках, параметрах от 0,06 до 0,4) в литрах за секунду на один метр квадратный для успешной локализации и ликвидации пожара. Так как более 95% всех пожаров ликвидируются с использованием водяных стволов (воды и водных растворов) возникает вопрос, есть ли возможность повысить эффективность использование воды во время пожаротушения.
Факторы влияющие на успех тушение пожара
Среди множества причин и факторов, которые могут влиять на скорость и качество ликвидации пожара можно выделить основные и второстепенные. Если к основным факторам можно отнести, в основном, вид огнетушащего вещества и время введение сил и средств на пожар то второстепенные факторы могут бить настолько разнообразными, что среди них будет невозможно определить какой же решающий (доминирующий) в той или иной ситуации. Второстепенные факторы могут быть следующие: количество личного состава прибывшего на пожар, тактика тушения пожара, физическая подготовка самих пожарных или экипировка, которая может сказаться на скорости подачи воды и многое другое.
Анализируя выше сказанное можно задаться вопросом, а как же можно измерить или оценить эффективность работы подразделения, а именно подачи воды с помощью ручных пожарных стволов на тушения пожара.
Что будет лучше непосредственная (в больших объемах) подача воды в очаг возгорание или что-то другое??
Метод не прямого тушения и что это такое
На сегодняшний день, достаточно широко, во всем мире в основу тушения пожара закладываются в первую очередь научные методы и подходы.
Таким образом, на сегодняшний день существует так называемый метод «Indirect attack» давайте для большего понимания назовем его метод непрямого тушения или подачи воды на пожаре.
Представленный выше метод подразумевает ряд факторов (представленных на рисунке)
Правильное выполнение которых повлияет на скорость ликвидации пожара, это осуществляется за счет:
- Поглощения теплоты – капли воды испаряются;
- Образование избытка инертного газа, который вытесняет кислород тем самим делает невозможным последующие горение.
Некоторые факторы могут показаться более важными, чем другие, тогда как иные действия непосредственно связаны друг с другом. К примеру, чтоб достичь правильный размер капель нам необходимо соблюдать правильный расход, давление и угол наклона пожарного ствола. Идеально же, конечно, когда все семь факторов соблюдаются.
Секрет эффективности тушения водой
А теперь, давайте разберемся, за счет чего распиленная вода будет эффективнее тушить пожар.
Вода подается в жидкой форме, таким образом, при попадании в среду с повышенной температурой она начинает нагреваться и в конечном итоге превращается в пар.
Таким образом, для того чтоб нагреть воду до 100 0С и началось ее испарение (этот параметр называется удельная теплоемкость воды) необходимо затратить 4,187 кДж/(кг∙К). После нагрева воды до температуры кипения из очага пожара также затрачивается энергия в количестве 2260 кДж/кг на испарение (скрытая теплота парообразования воды) до тех пор, пока вода полностью не испарится.
В процессе тушения очага возгорания два параметра, приведенных выше, уравниваются.
В итоге, перед очагом возгорания образовывается «прослойка» из капель воды, пара и нагретого дыма. Пар, который образовывается в процессе испарения воды, также имеет совою удельную теплоемкость, которая равна 2080 кДж/(кг∙К).
В процессе суммирование всей затраченной энергии можно получить следующие результаты:
| °C | мДж/кг |
| 10 | 3.05 |
| 15 | 3.03 |
| 20 | 3.01 |
| 25 | 2.99 |
| 30 | 2.97 |
С представленных результатов видно, что порядка 3 мДж/кг энергии с очага пожара необходимо затратить на 1 литр воды, что в свою очередь приводит к понижению температуры.
Второй особенностью такого процесса тушения является наличия пара. Как известно с 1 л воды, в зависимости от температуры, можно получить 2- 4 м3 пара, а пар это инертный газ. Наличия такого количества инертного газа приводит к резкому уменьшению уровня кислорода в помещении и как следствие к разрушению классического треугольника возникновения пожара (горения).
Влияние размера капель нельзя недооценивать! Если капли воды будут чрезмерно большие, они не будут, полностью испарятся.
Маленькие капли будут испаряться слишком рано, тем сами будут охлаждать очень маленькую площадь.
Считается, что оптимальная величина капель должна быть 0,3 мм.
Вот теперь мы имеем представление об эффективности тушения водой, следующим шагом будет оценка критериев, с помощью которых можно достичь необходимых параметров подачи воды.
Что важно во время использование метода не прямого тушения
Вот теперь мы вернулись к тому, с чего начинали. Какие же критерии будут основными, а какие второстепенные.
Как выяснилось ранее, размер капель имеет самое большое значение, а зависеть он будет от угла наклона ствола, угла факела распыления воды.
Конечно, при всем этом подразумевается, что используют пожарный ствол марки TFT G – Force или же ему подобные.
Для простоты восприятия критериев размера капель и эффективности роботы пожарного при использование выше обозначенного метода тушения изобразим все графически:
Таким образом, сегодня Вы узнали насколько эффективнее можно использовать воду во время тушения пожара. Если вы заметили неточности или имеете другую информацию просьба писать или оставлять свои комментарии. Все что было представлено в этой статье было взято из доклада John McDonough (Sydney, Australia) & Karel Lambert (Brussels, Belgium).
А вот собственно и видео по данному материалу (видеоматериал в оригинале):