10.1. Записки риск-инженера. Пенные системы пожаротушения
Во-первых, я хочу извиниться за большой интервал между публикациями - было много работы, а она на первом плане.
Продолжим.
Пенные системы пожаротушения
Мы достаточно много говорили о воде, которая эффективно тушит пожары. Но, в некоторых случаях, тушение водой может привести к катастрофическим последствиям.
С середины 19-го века нефть и нефтепродукты стали применятся в промышленных масштабах. А значит, появились большие объемы горючих жидкостей.
Особенностью горючих жидкостей является то, что в действительности горит не сама жидкость, а пары с поверхности этой жидкости.
Самая низкая температура, при которой горючая жидкость будет испаряться и образовывать смесь паров с воздухом в достаточной концентрации для горения при удалении источника возгорания, называется точкой возгорания (ignition point) этой жидкости. (Это выше, чем точка вспышки (flash point), потому что при температуре вспышки больше пара может не производиться достаточно быстро, чтобы поддерживать горение).
Определение, что является легковоспламеняющейся (flammable) или горючей (combustible) жидкостью, очень отличается от страны к стране.
Но такая классификация очень важна, если принять во внимание, как просто могут возгореться пары бензина, но как трудно поджечь пары дизельного топлива при комнатной температуре.
Так как в горючих жидкостях горят пары, то самым лучшим решением будет - отделить жидкость от воздуха (как источник паров) или предотвратить смешение паров с воздухом.
А лучше всего сделать и то и другое одновременно.
И вот в этом случае нам помогают пены. Пена течет над поверхностью жидкости и образует покрывало, которое не дает парам уходить из жидкости, а воздуху - смешаться с парами.
Кроме того, пена, испаряясь с поверхности жидкости, поглощает тепло и охлаждает верхний слой воду, уменьшая выделение паров. Хорошая пена должна противостоять теплу и пламени огня, а также действию ветра и потоков воздуха, механическому прилипанию и она должна затягивать разрывы в пенном полотне.
Пены, которые образуют водяную пленку (aqueous film forming foam) - сокращенно AFFF - являются наиболее эффективными тушащими веществами при горении горючих жидкостей, когда распыление идет через стандартные спринклерные головки. Такие пены относятся к низкократным. При использовании низкократной пены, через минут десять после срабатывания спринклерной или дренчерной системы, на полу образуется слой пены в 5-7 сантиметров толщины.
При использовании высокократной пены за такое же время образуется слой пены до 1 метра и больше. Высокократная пена состоит из миллионов крошечных отдельных пузырьков. Пена может состоять из одной части воды на 1000 частей воздуха. При контакте с огнем, пена превращается в пар (который расширяется еще в 1700 раз) и содержание кислорода в этом паре и воздухе становится меньше 7.5%. Горение в обедненной кислородом среде прекращается, буквально задыхается.
Как получают высокократные пены?
Высоко на стене или под потолком устанавливают генераторы высокократной пены. Говоря очень упрощенно, это специальная направляющая конструкция с установленной сеткой и отверстиями для подхватывания воздуха. Раствор, проходя через сетку на высокой скорости, создает разбрызгивание высокократной пены.
Пузырьки в высокократной пене относительно равны по размерам, их стенки достаточно крепкие и эластичные, так как содержат очень мало воды в пузырьках, которая ослабляет и нарушает их конфигурацию. Все эти элементы и создают пену с очень стабильным удержанием жидкости, что очень важно для охлаждения и тушения.
Люди в такой пене могут дышать и двигаться.
С другой стороны, видимость в пене снижается до нуля - люди просто могут падать в ямы или сталкиваться со стенами, мебелью и оборудованием во время передвижения.
По американским правилам, любая противопожарная система должна быть оттестирована после установки (даже если после этого придется провести большие работы по очистке места срабатывания и перезаправке системы).
Зато мы можем посмотреть реальную работу пенной противопожарной системы. Испытывается защита самолетного ангара
Пенный концентрат хранится где-то за пределами показываемого. Итак, сработала противопожарная система и генераторы пены, которые установлены под крышей начали работать.
Через пару минут ангар выглядит так:
Напоминаю, в больших цилиндрах под потолком находится только сетка, которая распыляет пену. Но, чтобы создать объемную пену, нужен объемные пеногенератор.
Пол заполнен, и пена начинает быстро подниматься вверх. Представители военной приемки ведут сьемки работы системы.
А вот и комиссия:
Всё. Пена дошла до элементов конструкции крыши. На этом система должна остановиться. Она обязательно должна остановиться! Парадокс состоит в том, что, когда проектируется и строится здание, оно рассчитывается на нагрузки от силы тяжести, которые направлены вниз. А вот на то, что сила будет действовать вверх, здания не рассчитывают. Когда с пенными системами только начинали работать, то пена доходила до крыши и поднимала крышу с опор - здание разрушалось.
Поэтому пенообразователя должно быть только в том количестве, чтобы заполнить часть объема защищаемого помещения, но не больше.
Как я уже писал, в такой пене можно дышать, человек не чувствует дискомфорта. Но ничего не видно. В пене так мало воды, что ни одежда не намокает, ни техника. Всё остается работоспособным.
Однако, от малейших сквозняков такая пена начинает разлетаться. И когда приоткрыли двери ангара, то пена начала разлетаться по летному полю.
Пена проникает во все доступные места. Один из водителей забыл закрыть окно в машине, которая стояла рядом с ангаром. Вот во что превратилась кабина автомобиля. Смех смехом, а теперь придется пылесосить всю машину.
Таких картинок, при желании, можно найти десяток в Интернете.
Давайте рассмотрим, как обстоят дела у нас.
Вот такие стационарные пеногенераторы устанавливаются у мест, где может быть наличие горючих жидкостей. В этом резервуаре находится пенообразователь, который добавляется в воду пожарного крана. Поэтому при тушении из пожарного крана у нас будет идти вода с низкократной пеной, которая тяжелая и не унесется от места пожара потоками воздуха в цехе. То есть здесь мы работаем только по поверхности, а не по объему.
Вот такие пеногенераторы у нас устанавливаются там, где можно использовать высокократную пену.
В кабельных тоннелях пеногенераторы меньшего размера. Но здесь и объем защищаемого помещения гораздо меньше. Здесь, практически никогда, не бывает сквозняков. Здесь применяется пена средней кратности.
Такие батареи пеногенераторов устанавливаются в маслоподвалах, где надо очень быстро создать слой тяжелой (низкократной) пены на поверхности горящего масла.
Так это работает:
Пеногенератор установлен в шахте и должен защищать склад горючих жидкостей, который представляет из себя металлические цистерны, установленный на подставки высотой около полуметра.
Включаем. Нам показали ее работу в течении одной минуты. Никто не хотел оставить после нас участок без защиты:
И… питание отключено и идут остатки пены.
И видим, что пена какая-то никакая. Пена очень плотная.
Пройдет немало времени, чтобы пена поднялась хотя бы до уровня резервуаров с горючими жидкостями. А ведь нам надо их закрыть полностью.
То есть задача была: по максимуму экономить воду. А при таком пенообразователе никаких запасов воды не хватит, чтобы адекватно защитить участок.
Трудно сказать, будет ли эта система эффективной.
Может Вы напишите, как Вы считаете?
Продолжим.
Пенные системы пожаротушения
Мы достаточно много говорили о воде, которая эффективно тушит пожары. Но, в некоторых случаях, тушение водой может привести к катастрофическим последствиям.
С середины 19-го века нефть и нефтепродукты стали применятся в промышленных масштабах. А значит, появились большие объемы горючих жидкостей.
Особенностью горючих жидкостей является то, что в действительности горит не сама жидкость, а пары с поверхности этой жидкости.
Самая низкая температура, при которой горючая жидкость будет испаряться и образовывать смесь паров с воздухом в достаточной концентрации для горения при удалении источника возгорания, называется точкой возгорания (ignition point) этой жидкости. (Это выше, чем точка вспышки (flash point), потому что при температуре вспышки больше пара может не производиться достаточно быстро, чтобы поддерживать горение).
Определение, что является легковоспламеняющейся (flammable) или горючей (combustible) жидкостью, очень отличается от страны к стране.
Но такая классификация очень важна, если принять во внимание, как просто могут возгореться пары бензина, но как трудно поджечь пары дизельного топлива при комнатной температуре.
Так как в горючих жидкостях горят пары, то самым лучшим решением будет - отделить жидкость от воздуха (как источник паров) или предотвратить смешение паров с воздухом.
А лучше всего сделать и то и другое одновременно.
И вот в этом случае нам помогают пены. Пена течет над поверхностью жидкости и образует покрывало, которое не дает парам уходить из жидкости, а воздуху - смешаться с парами.
Кроме того, пена, испаряясь с поверхности жидкости, поглощает тепло и охлаждает верхний слой воду, уменьшая выделение паров. Хорошая пена должна противостоять теплу и пламени огня, а также действию ветра и потоков воздуха, механическому прилипанию и она должна затягивать разрывы в пенном полотне.
Пены, которые образуют водяную пленку (aqueous film forming foam) - сокращенно AFFF - являются наиболее эффективными тушащими веществами при горении горючих жидкостей, когда распыление идет через стандартные спринклерные головки. Такие пены относятся к низкократным. При использовании низкократной пены, через минут десять после срабатывания спринклерной или дренчерной системы, на полу образуется слой пены в 5-7 сантиметров толщины.
При использовании высокократной пены за такое же время образуется слой пены до 1 метра и больше. Высокократная пена состоит из миллионов крошечных отдельных пузырьков. Пена может состоять из одной части воды на 1000 частей воздуха. При контакте с огнем, пена превращается в пар (который расширяется еще в 1700 раз) и содержание кислорода в этом паре и воздухе становится меньше 7.5%. Горение в обедненной кислородом среде прекращается, буквально задыхается.
Как получают высокократные пены?
Высоко на стене или под потолком устанавливают генераторы высокократной пены. Говоря очень упрощенно, это специальная направляющая конструкция с установленной сеткой и отверстиями для подхватывания воздуха. Раствор, проходя через сетку на высокой скорости, создает разбрызгивание высокократной пены.
Пузырьки в высокократной пене относительно равны по размерам, их стенки достаточно крепкие и эластичные, так как содержат очень мало воды в пузырьках, которая ослабляет и нарушает их конфигурацию. Все эти элементы и создают пену с очень стабильным удержанием жидкости, что очень важно для охлаждения и тушения.
Люди в такой пене могут дышать и двигаться.
С другой стороны, видимость в пене снижается до нуля - люди просто могут падать в ямы или сталкиваться со стенами, мебелью и оборудованием во время передвижения.
По американским правилам, любая противопожарная система должна быть оттестирована после установки (даже если после этого придется провести большие работы по очистке места срабатывания и перезаправке системы).
Зато мы можем посмотреть реальную работу пенной противопожарной системы. Испытывается защита самолетного ангара
Пенный концентрат хранится где-то за пределами показываемого. Итак, сработала противопожарная система и генераторы пены, которые установлены под крышей начали работать.
Через пару минут ангар выглядит так:
Напоминаю, в больших цилиндрах под потолком находится только сетка, которая распыляет пену. Но, чтобы создать объемную пену, нужен объемные пеногенератор.
Пол заполнен, и пена начинает быстро подниматься вверх. Представители военной приемки ведут сьемки работы системы.
А вот и комиссия:
Всё. Пена дошла до элементов конструкции крыши. На этом система должна остановиться. Она обязательно должна остановиться! Парадокс состоит в том, что, когда проектируется и строится здание, оно рассчитывается на нагрузки от силы тяжести, которые направлены вниз. А вот на то, что сила будет действовать вверх, здания не рассчитывают. Когда с пенными системами только начинали работать, то пена доходила до крыши и поднимала крышу с опор - здание разрушалось.
Поэтому пенообразователя должно быть только в том количестве, чтобы заполнить часть объема защищаемого помещения, но не больше.
Как я уже писал, в такой пене можно дышать, человек не чувствует дискомфорта. Но ничего не видно. В пене так мало воды, что ни одежда не намокает, ни техника. Всё остается работоспособным.
Однако, от малейших сквозняков такая пена начинает разлетаться. И когда приоткрыли двери ангара, то пена начала разлетаться по летному полю.
Пена проникает во все доступные места. Один из водителей забыл закрыть окно в машине, которая стояла рядом с ангаром. Вот во что превратилась кабина автомобиля. Смех смехом, а теперь придется пылесосить всю машину.
Таких картинок, при желании, можно найти десяток в Интернете.
Давайте рассмотрим, как обстоят дела у нас.
Вот такие стационарные пеногенераторы устанавливаются у мест, где может быть наличие горючих жидкостей. В этом резервуаре находится пенообразователь, который добавляется в воду пожарного крана. Поэтому при тушении из пожарного крана у нас будет идти вода с низкократной пеной, которая тяжелая и не унесется от места пожара потоками воздуха в цехе. То есть здесь мы работаем только по поверхности, а не по объему.
Вот такие пеногенераторы у нас устанавливаются там, где можно использовать высокократную пену.
В кабельных тоннелях пеногенераторы меньшего размера. Но здесь и объем защищаемого помещения гораздо меньше. Здесь, практически никогда, не бывает сквозняков. Здесь применяется пена средней кратности.
Такие батареи пеногенераторов устанавливаются в маслоподвалах, где надо очень быстро создать слой тяжелой (низкократной) пены на поверхности горящего масла.
Так это работает:
Пеногенератор установлен в шахте и должен защищать склад горючих жидкостей, который представляет из себя металлические цистерны, установленный на подставки высотой около полуметра.
Включаем. Нам показали ее работу в течении одной минуты. Никто не хотел оставить после нас участок без защиты:
И… питание отключено и идут остатки пены.
И видим, что пена какая-то никакая. Пена очень плотная.
Пройдет немало времени, чтобы пена поднялась хотя бы до уровня резервуаров с горючими жидкостями. А ведь нам надо их закрыть полностью.
То есть задача была: по максимуму экономить воду. А при таком пенообразователе никаких запасов воды не хватит, чтобы адекватно защитить участок.
Трудно сказать, будет ли эта система эффективной.
Может Вы напишите, как Вы считаете?