Прежде всего, рассмотрим такой важный вопрос, как механизмы пожаротушения, характерные для воды как огнетушащего вещества (ОТВ) в целом и систем ТРВ в частности.
Итак, существует четыре основных механизма пожаротушения:
- охлаждение;
- изоляция;
- разбавление;
- ингибирование.
Иногда ОТВ реализуют одновременно несколько механизмов.
Охлаждение. Скорость любой химической реакции, в том числе и горения, зависит от температуры. Эта зависимость подчиняется известному уравнению Вант-Гоффа:
V2 = V1 • x • y • (T2 – T1)/10,
где y — температурный коэффициент, принимающий значение от 2 до 4.
Из этого уравнения следует простой вывод: при снижении температуры на 10° скорость реакции падает в 2–4 раза. Такое снижение весьма существенно, особенно для цепных реакций (а именно к таким реакциям относится горение). Цепные реакции развиваются лавинообразно и так же лавинообразно угасают. Поэтому резкое охлаждение зоны горения может привести к полному прекращению горения.
Изоляция. Все реакции развиваются на границе раздела фаз, проще говоря, на поверхности. В реакции горения участвует не само вещество, а газообразные продукты, переходящие из вещества в зону горения. Это могут быть пары самого вещества или продукты его деструкции (первичные продукты горения). С другой стороны, для развития горения требуется постоянная подпитка зоны горения кислородом. Если воспрепятствовать этим процессам, реакция горения затухает.
Разбавление. Кислорода в атмосфере всего 21%. Остальные компоненты атмосферы не поддерживают горение, но участвуют в газообмене на границе раздела фаз, конкурируя с кислородом. Поэтому для прекращения горения необязательно полностью убирать кислород из атмосферы, достаточно снизить его концентрацию примерно до 12%.
Итак, в обычном воздухе 21 об % кислорода. Нужно разбавить до 12%:
21/Х = 12; Х = 21/12 = 175,
т.е. огнетушащая концентрация (ОТК) газа-разбавителя должна быть порядка 75 об.%.
На практике используются более низкие концентрации, поскольку газовые огнетушащие вещества реализуют несколько механизмов тушения.
И, наконец, ингибирование. Ингибирование — это химическая реакция, в результате которой основная реакция замедляется. При горении лавинообразно растет количество активных частиц — радикалов. Здесь показана только одна из множества реакций, развивающихся при горении.
При воздействии кислорода на углеводород образовалось две активных частицы-радикала (с точками). Каждая из частиц, атакуя нейтральную молекулу углеводорода, образует также два радикала — и цепная реакция пошла…
Теперь введем в зону реакции ингибитор, например, трифторметан, известный как хладон-23. Его реакция с радикалом уничтожает радикал и образует две нейтральные молекулы. Таким образом, количество активных частиц в зоне реакции снижается, следовательно, реакция угасает. На практике все происходит гораздо сложнее, но суть процесса от этого не меняется.
Не выходя за рамки темы статьи, скажем только, что типичными ОТВ, реализующими механизм разбавления, являются инертные газы; механизм изоляции — пена, механизм ингибирования — порошки и аэрозоли.
Основной механизм тушения для воды — охлаждение. При попадании в область возгорания вода вскипает. Благодаря очень высокой удельной теплоте парообразования — 2256 кДж/кг — при кипении воды идет эффективный отбор тепла из зоны горения, что может привести к полному прекращению реакции горения. Кроме того, при испарении воды в зоне горения образуется пар — инертный газ, который на время препятствует газообмену продуктов горения с кислородом, а также участвует в снижении концентрации кислорода вблизи зоны горения. Таким образом, вода, помимо охлаждения, реализует еще два механизма тушения: изоляцию и разбавление.
Что касается ТРВ, то, будучи физически водой, это ОТВ подчиняется тем же физическим закономерностям. Однако, эффективность тушения ТРВ существенно выше, чем у обычных водяных систем. Как мы уже отметили, все реакции, как химические, так и физические (в том числе испарение), развиваются на границе раздела фаз или, проще, на поверхности. Поэтому чем больше поверхность рагентов, тем более полно реагенты вовлекаются в реакцию. Более подробно эти вопросы рассмотрены нами в [1]. Здесь мы лишь напомним, что в классических системах водяного пожаротушения удельная поверхность водяной фазы составляет порядка 6х103 м2/м3, тогда как в газо-жидкостных системах ТРВ она составляет порядка 1,2x105 м2/м3. Что касается практических следствий из указанных физических особенностей, смотрите таблицу 1.
Наиболее важный фактор — количество воды, поступившей в защищаемое помещение за время работы установки. Для помещений второй категории удельный расход воды составляет:
- для традиционных спринклерных систем 432 л/м2;
- для спринклерных систем типа «Аквамастер» 108 л/м2;
- для систем ТРВ типа «Эдельвейс» 0,9 л/м2.
Обычно более показательны данные для конкретной комнаты. Так, при тушении комнаты площадью 20 м2 спринклерной системой в нее выльется 8,5 т воды, при тушении системой «Аквамастер» — более 2 т воды, при тушении ТРВ — 18 л воды, т.е. 2 ведра. Это не больше, чем используется для нормальной влажной уборки такого помещения.
Большой интерес к ТРВ вызван тем, что этот способ пожаротушения имеет, помимо вышесказанного, целый ряд существенных преимуществ по сравнению с другими. Каковы же эти преимущества?
- Во-первых, это полная автономность от внешних источников. Для системы ТРВ не требуется подвода ни воды, ни электроэнергии.
- Во-вторых, системы ТРВ демонстрируют высокую эффективность тушения в сочетании с низким расходом огнетушащего вещества (в сотни раз ниже традиционных способов водяного пожаротушения).
- В-третьих, это полная безопасность при воздействии ТРВ на людей и материальные ценности.
- В-четвертых, пролонгированная огнетушащая активность. По окончании работы установки водяной туман висит в помещении еще в течение 10-15 минут и, благодаря конвекционным потокам, продолжает поступать в зоны с повышенной температурой. Это особенно важно для подавления процессов тления и предотвращения повторного возгорания.
- В-пятых, система легко восстанавливается после срабатывания. Демонтаж модулей не требуется, заливка воды осуществляется на месте, а заправка баллонов с газомвытеснителем — это рутинная процедура, аналогичная заправке углекислотных огнетушителей.
- В-шестых, ТРВ обладает высокой дымоосаждающей способностью. По существу, хотя включение дымоудаляющей вентиляции после работы установки ТРВ СНиП [5] предусмотрено, на практике необходимости в этом нет.
Указанные преимущества привели к тому, что системы ТРВ нашли широкое применение для защиты объектов различного типа.
ТРВ прекрасно подходит для защиты жилых помещений — от частных коттеджей до гостиниц и общежитий.
ТРВ — хорошее средство защиты публичных помещений: культурно-развлекательных центров, торговых залов, театрально-зрелищных сооружений, офисных помещений.
ТРВ, наряду с газом, предписано применять для защиты объектов культуры — музеев, картинных галерей, библиотек.
ТРВ применяется для защиты спортивных сооружений (подтрибунные помещения стадионов, ипподромов, спортивные залы, дворцы спорта).
ТРВ эффективно защищает производственные помещения самого различного профиля, от химических производств до предприятий металло- и деревообработки.
ТРВ незаменима при защите складских помещений, особенно складов медикаментов, электронной техники, продуктов питания, изделий галантереи, одежды и многих других.
ТРВ, наряду с газом, широко применяется для защиты архивохранилищ. Здесь нелишне напомнить, что, в отличие от газа, ТРВ эффективна при борьбе с очагами тления.
Встроенные автостоянки — наиболее широко распространенные в настоящий момент объекты для пожаротушения. Если учесть, что порошками их тушить нельзя, а спринклерные системы требуют значительных капиталовложений (водоподвод, включая резервуары, дренаж, водоотвод и т.д.), то ТРВ становится идеальным выбором.
Объекты транспорта — железнодорожный, автомобильный, водный транспорт — требуют серьезной противопожарной защиты. Автономные экономичные системы ТРВ тут незаменимы.
Наконец, места содержания животных. Нередки пожары на конюшнях, происходят они и в зоопарках и цирках. Стоимость некоторых животных во много раз превышает стоимость автомобилей. Здесь также находят свое применение системы ТРВ.
Если обобщить, то установки ТРВ «предназначены для тушения пожаров классов: A (твердых горючих материалов), B (горючих жидкостей), C (горючих газов) и E (электроустановок напряжением до 1000 В) по ГОСТ 27331 в замкнутых и полузамкнутых объемах помещений различных классов по функциональной пожарной опасности: производственных, складских, административных, архивных, хранилищ музейных ценностей и выставок, а также для защиты технологического и иного оборудования.
Установки используются для защиты как отдельных пожароопасных участков, так и всего объема защищаемых помещений» [4].
Недавно появились сведения об успешном испытании установок ТРВ при тушении электрооборудования напряжением до 36 кВ [5], однако на практике к тушению подобных электроустановок следует подходить с большой осторожностью.
Разумеется, установки ТРВ «не применяются для тушения химически активных веществ, реагирующих с водой (щелочных металлов, алюминий — органических соединений и др.)» [4]. Подобная пожарная нагрузка на практике встречается довольно редко, и тушат такие очаги, в основном, за счет изоляции и ингибирования. На малых очагах применяют, например, укрытие кошмой, засыпание песком и т.д., в качестве автоматических систем применяют системы порошкового пожаротушения.
В настоящее время существует несколько типов установок ТРВ. В [7] мы предложили классифицировать их следующим образом:
- По механизму диспергации воды: с механической диспергацией и с газо-жидкостной диспергацией.
- По величине рабочего давления на выходе из насадка: высокого (100–120 бар), среднего (20–25 бар) и низкого (около 5 бар) давления.
- По типу источника давления (водопитателя): газовые закачные, газовые раздельные, нагнетательные компрессорные, нагнетательные газогенераторные, комбинированные.
За рубежом, в основном, развиваются установки высокого давления с механической диспергацией газовые раздельные (Marioff, LPG, Minimax) либо нагнетательные кормпрессорные (FFS), однако в России они не находят широкого применения, прежде всего, из-за высокой стоимости (сравнима с установками газового пожаротушения). В России широкое применение находят установки низкого давления с газожидкостной диспергацией газовые закачные («Нимбус») либо газовые раздельные («Тайфун», «Эдельвейс», установки НПФ «Безопасность»).
Сравнительные характеристики основных типов российских установок приведены в таблице 2.
Детальное обсуждение преимуществ и недостатков различных типов установок выходит за рамки настоящей статьи. Мы, например, считаем, что раздельное исполнение выгоднее, поскольку позволяет организовать системы с централизованным источником газа (ЦИГ), что снимает всякие ограничения по размерам площади, защищаемой системой ТРВ. Также мы считаем навесной способ установки предпочтительным, поскольку площадь пола часто является лимитирующим фактором для размещения полезной нагрузки на объекте.
Вопросы проектирования систем пожаротушения на основе ТРВ регламентируются рекомендациями по проектированию, разрабатываемыми производителями установок ТРВ [2]. Помимо обязательных разделов, такие рекомендации должны, например, содержать следующие разделы [8]:
- Краткое описание и принцип действия МУПТВ.
- Основные параметры установок.
- Вещества-добавки к ОТВ на основе ТРВ.
- Выбор способа пожаротушения.
- Расчет количества модулей пожаротушения.
- Расчет массы ГВ и выбор диаметров трубопроводов подачи газа для установок с ЦИГ.
- Типовые схемы распределительных трубопроводов ОТВ и размещения оросителей.
- Оросители тонкораспыленной воды для МУПТВ.
- Алгоритмы взаимодействия технических средств системы пожаротушения тонкораспыленной водой.
Помимо индивидуальных особенностей оборудования данного производителя, в Рекомендациях упоминаются общие принципы проектирования трубопроводов, такие как принцип гидроэквивалентности, принцип разделения неэквивалентных потоков, принцип невозрастания условного диаметра и т.д.
Если говорить об экономике, то опыт работы на многих объектах нашей компании дает следующие соотношения (табл. 3).
Разумеется, приведенные соотношения оценочные и зависят от величины объекта, конкретного примененного оборудования, региона, где находится объект, и других факторов.
Что касается обслуживания, то для объекта такого масштаба (табл. 2) трудозатраты не должны составить более 50 человеко-дней за год.
При выборе системы пожаротушения владелец объекта должен принимать во внимание не только объемы затрат на ее создание, но и возможные последствия срабатывания системы на его объекте. Нередко затраты на выплату по искам арендаторов в связи с порчей имущества в результате срабатывания системы пожаротушения многократно превышают экономию при ее создании. Мы уже подробно рассматривали критерии выбора системы пожаротушения [9], однако нелишне еще раз коротко остановиться на этом важном вопросе.
Итак, рассмотрим основные системы пожаротушения, их недостатки и преимущества с точки зрения заказчика. Критерии выбора при этом следующие (табл. 4):
Экспертное ранжирование проведено по пятибалльной системе. Максимальная оценка соответствует максимальному вкладу данного критерия в суммарную оценку системы. Привлекательность системы обратно пропорциональна суммарной оценке. Дадим пояснения по оценке каждого критерия.
Опасность для людей. Наиболее опасны газовые системы с инертными газами. Присутствие людей в помещении, где сработала такая установка пожаротушения, смертельно. Порошок может вызвать кожные и респираторные заболевания. В помещении, где сработали спринклерные системы (пена или вода) для человека есть опасность захлебнуться. Чистые газы практически безвредны, ТРВ — безвредна.
Опасность для имущества. Наибольшую опасность представляют спринклерные и порошковые системы. Газы для имущества безопасны, ТРВ — практически безопасна.
Основные затраты. Сюда входят затраты на оборудование и материалы, монтаж, пуско-наладку. Наибольшие затраты требуются для создания газовых систем, наименьшие — для создания порошковых.
Дополнительные затраты. Для спринклерных систем требуется устройство специальных резервуаров, водоподвода и водоотвода, организации электропитания по категории А и т.д. Остальные системы дополнительных затрат не требуют.
Эксплуатационные затраты. Сюда включены водо- и электропотребление, необходимые для нормального функционирования спринклерных систем, а также затраты на обслуживание, необходимые для всех систем.
Если принять приведенные оценки за основу, то ТРВ является наиболее предпочтительной системой для большинства защищаемых объектов. Преимущества ТРВ, на которых основана экспертная оценка, приведены в этой статье выше.
Итак, все вышеизложенное еще раз подчеркивает перспективность систем пожаротушения на основе ТРВ. Мы считаем, что системы ТРВ будут все более широко применяться в России как универсальные системы пожаротушения. При этом, в отличие от, например, газовых систем, упор будет делаться на системы низкого давления отечественного производства. Что касается Запада, то многие фирмы проявляют интерес к системам российской разработки. Не исключено, что в скором времени системы низкого давления из России появятся на западном рынке.
Сергей Дауэнгауэр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, действительный член ВАНКБ, коммерческий директор ООО «Эдельвейс»
Источник:
https://avtoritet.net/library/articles/eshche-raz-o-trv