Способ тушения пожаров

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно для тушения природных и техногенных пожаров, горящей и тлеющей древесины и древесных материалов в открытых, а также в замкнутых объемах. Сущность способа заключается в том, что в очаг горения подают алюмогель с концентрацией 0,34-0,86 вес.ч. и интенсивностью подачи алюмогеля в зону горения не менее 0,03 л/м²⋅с. Заявленная концентрация и режим подачи огнетушащего состава позволяет эффективно тушить природные и техногенные пожары различной степени сложности, в том числе с большой удельной поверхностью горения, например лесные и степные пожары, штабели дров и лесопильных материалов, при минимальном расходе огнегасящего состава.

Известен способ тушения пожаров по патенту № 882404 СССР, который состоит в том, что в очаг горения подают огнетушащий состав, который содержит два компонента: гранулированное минеральное волокно и от 3 до 5 массовых процентов жидкого стекла. Оба компонента подают одновременно при помощи воздушной струи. При смешивании компонентов состава на выходе из специального устройства, на горящей поверхности образуется покрытие, которое имеет огнетушащие и теплоизолирующие свойства. При этом толщина покрытия зависит от времени подачи компонентов.

Недостатками этого способа является высокая вязкость жидкостного компонента огнетушащего состава, усложняющая процесс его подачи в очаг пожара, а также сложность удаления остатков огнетушащего состава после завершения пожаротушения.

Известно авторское свидетельство [А.с. 1659014 СССР, МКИ А62С 5/033; 39/00. Способ тушения пожара / В.К. Костенко, К.М. Деменкова. И.А. Шамардина (СССР). - №4632400/12; заявл. 02.12.88; опубл. 30.06.91. Бюл. №24. - 3 с. - прототип], в котором заявляется способ тушения, включает предварительное смешивание равных объемов карбамидоформальдегидной смолы и 25% водного раствора кристаллогидратной соли Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O на протяжении времени, необходимого для гелеобразования смеси, последующее смешивание полученного геля с водой в объемном соотношении (1,0-1,5):1,0 и подачу приготовленного огнетушащего состава в очаг пожара с образованием твердой пены на горящей поверхности.

Недостатками этого способа являются большие затраты огнетушащего вещества, вследствие необходимости постоянно обеспечивать его пребывание на горящей поверхности. Последнее приводит к тому, что при тушении пожаров в зданиях повышенной этажности, происходит заливание нижних этажей.

Известен состав для тушения пожаров в виде минерально-водяной суспензии, состоящей из жидкого стекла, глины и воды (патент RU 2098158), предназначенный преимущественно для тушения лесных пожаров. Недостатком предложенного способа является сложный состав суспензии и сложность технологии ее приготовления.

Известен способ тушения пожара (Патент №2264242) путем подачи в очаг пожара огнетушащего вещества, отличающегося тем, что огнетушащее вещество формируют путем смешивания двух растворов на горящей поверхности, один из которых выполняют в виде водного раствора силиката щелочного металла, а второй - в виде коагулятора и катализатора гелеобразования, например в виде водного раствора солей двухвалентных или многовалентных металлов. Раствор гелеобразователя выполнен в соотношении компонентов: силикат щелочного металла, например жидкое натриевое или калиевое стекло с силикатным модулем от 1,0 до 3,6, с массовым содержанием силиката от 3,5 до 25,0%, вода - все остальное, а второй раствор выполнен в соотношении компонентов: соль двухвалентного или многовалентного металла, например алюминия, железа (+3), титана (+3 или +4), магния (+2), кальция (+2) с массовым содержанием соли от 4,5 до 47,0%, вода - все остальное.

Недостатком данного состава является двухкомпонентность раствора, один компонент которого состоит из силиката, а второй из коагулянта.

Известен раствор (Патент №2262367), содержащий молотую глину, молотый асбест, хлорид натрия и воду. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает получение эффективного, недорогого и удобного при эксплуатации водного состава.

Недостатками известного состава являются: недостаточная огнетушащая эффективность при тушении лесных и торфяных пожаров; возможность подачи только путем сброса (слива); неспособность подавить тлеющие очаги горения лесной подстилки и тем более торфяных массивов; в силу фракционного состава и структуры огнетушащего раствора невозможность его применения в ранцевых установках пожаротушения; сложность получения готового раствора (требуется механизированный способ приготовления).

Наиболее близким, по сути, к предлагаемому изобретению является патент №2275951. Изобретение относится к составам на основе воды, применяемым при тушении пожаров и возгорании веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях. Состав включает воду в количестве 50-95 мас.% и в качестве загущающей добавки жидкое стекло с модулем 2,5-3,2 в количестве 5-50 мас.%. Дополнительно состав может содержать высокомолекулярное поверхностно-активное вещество в количестве 0,001-0,1 кг на один кубический метр воды в растворе.

Недостатком данного состава является большая концентрация раствора - до 50% по массе.

Задачей изобретения является создание нового эффективного и экономичного способа тушения природных и техногенных пожаров с использованием в качестве огнетушащего состава алюмогеля (водного раствора гидроксида алюминия), обладающего полезными свойствами именно для процесса пожаротушения и отсутствием специальных требований к режиму подачи огнетушащего состава в очаг горения.

Поставленная задача решается заявленным способом тушения пожара, сущность которого заключается в том, что в зону горения древесины или древесного материала подается алюмогель, полученный реакцией взаимодействия сульфата алюминия и карбоната натрия (1) при содержании алюмогеля 0,34-0,86 вес.ч.

Способ тушения пожара разработан на основе интерпретации результатов собственных экспериментальных исследований. В основе процесса тушения древесины и древесных материалов предлагаемым способом лежат следующие физико-химические явления:

1. При попадании алюмогеля на поверхность горящей древесины происходит смачивание им обугленной поверхности древесины или древесного материала.

2. На разогретой поверхности горящей древесины или древесного материала происходит активное испарение воды из алюмогеля и образование твердой тугоплавкой пленки стеклообразной массы гидроксида алюминия, которая препятствует химическому взаимодействию кислорода воздуха с горючими веществами - продуктами термического разложения древесины, а сама пленка гидроксида алюминия при этом не претерпевает изменений на разогретой поверхности.

В результате взаимодействия предлагаемого огнетушащего средства с огнем реализуются следующие огнегасящие факторы:

1. Отъем тепловой энергии из очага пожара на испарение воды из алюмогеля. Тем самым снижается энергия активации реакции термического разложения древесины и прекращается процесс образования горючих газов, их последующее воспламенение и реализация пламенного горения.

2. Устойчивое укрытие твердой поверхности горящей древесины тугоплавкой пленкой гидрооксида алюминия, обладающей диэлектрическими свойствами и непроницаемой к кислороду воздуха, препятствует взаимодействию кислорода с горючими веществами.

Это позволяет тушить сложные пожары, в том числе имеющие большую удельную поверхность горения, к таковым относятся пожары природных ландшафтов - леса и степи, а также пожары в жилых и производственных помещениях особенно цехах предприятий деревообрабатывающей промышленности, складских помещений пиломатериалов, при минимальном расходе огнетушащего состава. Интенсивность подачи пламегасящего раствора можно регулировать в зависимости от силы пожара, однако повышение скорости подачи алюмогеля в зону горения не приводит к значительному сокращению времени тушения пожара, а приводит только к перерасходу огнетушащего состава, что объяснимо развитостью площади поверхности горящей древесины или древесного материала. Интенсивность подачи менее 0,03 л/м²⋅с не обеспечивает огнетушащего эффекта. Повышение концентрации водного раствора алюмогеля выше 1 вес.ч. также не приводит к повышению эффективности огнетушения, а только снижает экономическую эффективность процесса пожаротушения. Подавать алюмогель в зону горения можно любым способом - струей или в виде аэрозоля.

Выбор наиболее оптимальных условий тушения пожара с помощью алюмогеля был осуществлен на основании проведенных экспериментальных испытаний. Испытания проводились с использованием искусственного очага возгорания, представляющего собой деревянный штабель в виде куба, состоящий из деревянных брусков сечением 40×40 мм и длиной 500 мм, сложенных на металлическом коробе размером 500×500 мм и высотой 500 мм. Площадь поверхности горения при этом составила около 2,35 м². Короб устанавливался горизонтально, внизу под штабель помещали металлический поддон соответствующего размера таким образом, чтобы центры штабеля и поддона совпадали. В поддон заливалась вода слоем высотой 30 мм. На слой воды наливалась горючая смесь - автомобильный бензин в количестве 1-1,5 литра. Горючая смесь поджигалась факелом и разогревалась в течении 6-7 минут. По истечению этого времени, когда вся поленница охватывалась пламенем, начинался процесс тушения: огнетушащий состав подавался в зону горения до полного исчезновения пламени. С этого момента начинался отсчет времени, необходимого для повторного возникновения пламенного горения в поленнице. Если данное время составляло более 10 минут, то пламя считалось погашенным, что свидетельствовало об успешном окончании эксперимента. В результате проведенного эксперимента контролировались (1) масса огнетушащего вещества, израсходованная на тушение, (2) время, необходимое на огнетушение, (3) количество операций дотушивания. Эксперимент проводился при различных: влажностях древесины (от свежесрубленной до суховоздушной), влажностях воздуха (30-50%) и температурах воздуха, измеренных в тени (20-35°С). С учетом геометрии очага пожара (фронтальная площадь поверхности 0,144 м²) и его площади поверхности горения интенсивность подачи пламегасящего раствора составляла 0,03 л/м²⋅с. В опытах с алюмогелем в диапазоне концентраций 0,34-0,86 вес.ч. при данной интенсивности подачи раствора надежное тушение достигалось за время от 83 до 142 с. Удельный расход для указанного раствора составлял 1,7-2,5 л/м². Оказалось, что наилучшим соотношением огнетушащей способности и концентрацией обладает алюмогель, полученный взаимодействием сульфата алюминия с натриевой содой в количествах 52 г сульфата алюминия и 48 г натриевой соды в 15 литрах воды (Фиг. ), что соответствует 0,34 вес.ч. алюмогеля. Использование при тушении пожара алюмогеля концентрации выше 1 вес.ч. не приводит к существенному уменьшению расхода огнетушащего состава, а снижение концентрации алюмогеля, наоборот, приводит к перерасходу огнетушащего состава (Фиг. ). Это происходит из-за отсутствия возможности образования сплошной воздухонепроницаемой тугоплавкой пленки, при использовании алюмогеля с концентрацией менее 0,3 вес.ч. Компенсировать это можно только увеличением расхода огнетушащего состава.

В этих же условиях тушение водопроводной водой достигалось за время 250 с при общем расходе воды 5,5 л/м², т.е. в 2,2-3,2 раза выше, чем в опытах с алюмогелем.

При оценке эффективности заявленного способа и средства тушения очагов класса А1 принимали во внимание требование ГОСТа Р 51057-2001 на максимальное время подачи огнетушащего средства - 180 с. Согласно СНиП 21-03-2003 («Склады лесных материалов. Противопожарные нормы») при тушении горящей древесины интенсивность подачи чистой воды - 0,45 л/м²⋅с, суммарный расход чистой воды при времени тушения 180 сек составляет 81 л/м².

Таким образом, заявленный способ значительно эффективнее и экономичнее в сравнении с традиционным способом тушения пожара водопроводной водой. Расход огнегасящего состава при использовании заявленного способа в 13-20 раз меньше.

По своей эффективности новый способ не уступает известным способам с использованием ингибирующих добавок (хладонов), солей, жидкого стекла и пр., но имеет преимущество в отношении экологической безопасности - алюмогель не токсичен ни для человека, ни для животных и растений, т.к. входит в состав природных объектов (алюминийсодержащих глиноземов). Кроме этого, главный компонент получения алюмогеля - сульфат алюминия довольно дешев и недефицитен, т.к. вырабатывается промышенностью в огромных количествах (применяется в качестве коагулянта при очистке природных и сточных вод). Указанные преимущества расширяют функциональные возможности способа - использование для тушения пожаров различной сложности и размеров. Таким образом, предлагаемый огнетушащий состав является эффективным для тушения природных и техногенных пожаров, а также горящей и тлеющей древесины и древесных материалов. Данное огнетушащее средство пригодно как для тушения пожаров на открытой местности, так и в закрытых помещениях, является удобным при применении в качестве подающих устройств как ранцевых огнетушителей, оснащенных насосом с ручным приводом, так и пожарных автоцистерн, оснащенных мощными пожарными насосами.