Краткие сведения о свойствах воздушно механической пены. Порядок подачи воздушно-механической пены

Воздушно-механическая пена предназначена для тушения пожаров жидких (класс пожара В) и твердых (класс пожара А) горючих веществ. Пена представляет собой ячеисто-пленочную дисперсную систему, состоящую из массы пузырьков газа или воздуха, разделенных тонкими пленками жидкости.

Получают воздушно-механическую пену механическим перемешиванием пенообразующего раствора с воздухом. Основным огнетушащим свойством пены является ее способность препятствовать поступлению в зону горения горючих паров и газов, в результате чего горение прекращается. Существенную роль играет также охлаждающее действие огнетушащих пен, которое в значительной степени присуще пенам низкой кратности, содержащим большое количество жидкости.

Важной характеристикой огнетушащей пены является ее
кратность – отношение объема пены к объему раствора пенообразователя, содержащегося в пене. Различают пены низкой (до 10),
средней (от 10 до 200) и высокой (свыше 200) кратности. Пенные стволы классифицируются в зависимости от кратности получаемой пены
(рис. 3.23).

Рис. 3.23. Классификация пенных пожарных стволов

Пенный ствол – устройство, устанавливаемое на конце напорной линии для формирования из водного раствора пенообразователя струй воздушно-механической пены различной кратности.

Для получения пены низкой кратности применяются ручные воздушно-пенные стволы СВП и СВПЭ. Они имеют одинаковое устройство, отличаются только размерами, а также эжектирующим устройством, предназначенным для подсасывания пенообразователя из емкости.

Ствол СВПЭ (рис. 3.24) состоит из корпуса 8 , с одной стороны которого навернута цапковая соединительная головка 7 для присоединения ствола к рукавной напорной линии соответствующего диаметра, а с
другой – на винтах присоединена труба 5 , изготовленная из алюминиевого сплава и предназначенная для формирования воздушно-механической пены и направления ее на очаг пожара. В корпусе ствола имеются три камеры: приемная 6 , вакуумная 3 и выходная 4 . На вакуумной камере расположен ниппель 2 диаметром 16 мм для присоединения шланга 1 , имеющего длину 1,5 м, через который всасывается пенообразователь. При рабочем давлении воды 0,6 МПа создается разрежение в камере корпуса ствола не менее 600 мм рт. ст. (0,08 МПа).

Рис. 3.24. Ствол воздушно-пенный с эжектирующим устройством типа СВПЭ:

1 – шланг; 2 – ниппель; 3 – вакуумная камера; 4 – выходная камера;
5 – направляющая труба; 6 – приемная камера; 7 – соединительная головка;
8 – корпус

Принцип образования пены в стволе СВП (рис. 3.25) заключается в следующем. Пенообразующий раствор, проходя через отверстие 2 в корпусе ствола 1 , создает в конусной камере 3 разрежение, благодаря которому воздух подсасывается через восемь отверстий, равномерно расположенных в направляющей трубе 4 ствола. Поступающий в трубу воздух интенсивно перемешивается с пенообразующим раствором и образует на выходе из ствола струю воздушно-механической пены.

Рис. 3.25. Ствол воздушно-пенный СВП:

1 – корпус ствола; 2 – отверстие; 3 – конусная камера; 4 – направляющая труба

Принцип образования пены в стволе СВПЭ отличается от СВП тем, что в приемную камеру поступает не пенообразующий раствор, а вода, которая, проходя по центральному отверстию, создает разрежение в вакуумной камере. Через ниппель в вакуумную камеру по шлангу из ранцевого бочка или другой емкости подсасывается пенообразователь. Технические характеристики пожарных стволов для получения пены низкой кратности представлены в табл. 3.10.

Таблица 3.10

Показатель	Размерность	Тип ствола
СВП	СВПЭ-2	СВПЭ-4	СВПЭ-8
Производительность по пене	м 3 /мин
Рабочее давление перед стволом	МПа	0,4 – 0,6	0,6	0,6	0,6
Расход воды	л/с	-	4,0	7,9	16,0
Расход 4 – 6 % раствора пенообразователя	л/с	5 – 6	-	-	-
Кратность пены на выходе из ствола	-	7,0 (не менее)	8,0 (не менее)
Дальность подачи пены	м
Соединительная головка	-	ГЦ-70	ГЦ-50	ГЦ-70	ГЦ-80

Для получения из водного раствора пенообразователя воздушно-механической пены средней кратности и подачи ее в очаг пожара используются генераторы пены средней кратности.

В зависимости от производительности по пене выпускаются следующие типоразмеры генераторов: ГПС-200; ГПС-600; ГПС-2000. Их технические характеристики представлены в табл. 3.11.

Таблица 3.11

Генераторы пены ГПС-200 и ГПС-600 по конструкции идентичны и отличаются только геометрическими размерами распылителя и корпуса. Генератор представляет собой водоструйный эжекторный аппарат переносного типа и состоит из следующих основных частей (рис. 3.26): корпуса генератора 1 с направляющим устройством, пакета сеток 2 , распылителя центробежного 3 , насадка 4 и коллектора 5 . К коллектору генератора при помощи трех стоек крепится корпус распылителя, в котором вмонтирован распылитель 3 и муфтовая головка ГМ-70. Пакет сеток 2 представляет собой кольцо, обтянутое по торцевым плоскостям металлической сеткой (размер ячейки 0,8 мм). Распылитель вихревого типа 3 имеет шесть окон, расположенных под углом 12 ° , что вызывает закручивание потока рабочей жидкости и обеспечивает получение на выходе распыленной струи. Насадок 4 предназначен для формирования пенного потока после пакета сеток в компактную струю и увеличения дальности полета пены. Воздушно-механическая пена получается в результате смешения в генераторе в определенной пропорции трех компонентов: воды, пенообразователя и воздуха. Поток раствора пенообразователя под давлением подается в распылитель. В результате эжекции при входе распыленной струи в коллектор происходит подсос воздуха и перемешивание его с раствором. Смесь капель пенообразующего раствора и воздуха попадает на пакет сеток. На сетках
деформированные капли образуют систему растянутых пленок, которые, замыкаясь в ограниченных объемах, составляют сначала элементарную (отдельные пузырьки), а затем массовую пену. Энергией вновь поступающих капель и воздуха масса пены выталкивается из пеногенератора.

В качестве пенных пожарных стволов комбинированного типа рассмотрим установки комбинированного тушения пожаров (УКТП) «Пурга», которые могут быть ручного, стационарного и мобильного исполнения. Они предназначены для получения воздушно-механической пены низкой и средней кратности. Технические характеристики УКТП различного исполнения представлены в табл. 3.12. Кроме того, для этих стволов разработаны диаграмма радиуса действия и карта орошения (рис. 3.27), что позволяет более четко оценивать их тактические возможности при тушении пожаров.

Основным средством тушения нефтепродуктов и некоторых твёрдых горючих веществ является воздушно-механическая пена (ВМП). Она состоит из пенообразователя, воды и воздуха, и представляет собой ячеисто-плёночную дисперсную систему, состоящую из массы пузырьков воздуха, разделённых тонкими плёнками водного раствора пенообразователя.

Основным компонентом воздушно-механической пены служат пенообразователи , представляющие собой водные растворы поверхностно-активных веществ. В зависимости от химического состава пенообразователи подразделяются на синтетические, фторсинтетические, протеиновые, и фторпротеиновые. В зависимости от области применения пенообразователи классифицируются на две группы: пенообразователи общего назначения и пенообразователи целевого назначения. Пенообразователи общего назначения (чаще всего синтетические углеводородные) могут использоваться для получения пены при тушении горючих жидкостей, твёрдых сгораемых материалов, волокнистых и тлеющих веществ. В настоящее время промышленностью выпускаются следующие марки пенообразователей общего назначения: ПО-3АИ, ПО-3НП, ТЭАС, ПО-6ТС, «БАРЬЕР», «СНЕЖОК-1» и др. Пенообразователи целевого назначения (как правило, смесь фторсодержащих и углеводородных поверхностно-активных веществ) дополнительно могут применяться для получения пены при тушении пожаров отдельных видов горючих жидкостей (спирты, кетоны). При этом данная группа пенообразователей отличается повышенной огнетушащей эффективностью. К ней относятся пенообразователи САМПО, Морской А(Б), ПО-6НП, Форэтол, Универсальный, ПО-6ФП, ПО-6А3F, ПО-6МТ и др.

Воздух

Воздушно-механическая пена

Получают воздушно-механическую пену механическим перемешиванием раствора пенообразователя с воздухом. Принципиальная схема получения воздушно-механической пены от пожарной автоцистерны показана на рисунке 3.8.

Для получения водного раствора пенообразователя в состав насосного агрегата пожарного автомобиля включёно специальное устройство- пеносмеситель . В основе работы пеносмесителя лежит насос струйного типа, где в качестве эжектируемой жидкости выступает пенообразователь. В результате перемешивания в пожарном насосе воды и пенообразователя, в пожарном насосе образуется водный раствор пенообразователя, который под напором, образуемым пожарным насосом, по пожарному рукаву подаётся к воздушно-пенному стволу. В воздушно-пенном стволе за счёт эжекции происходит подсос в струю водного раствора пенообразователя атмосферного воздуха, и на выходе из ствола получают воздушно-механическую пену.

Полученная воздушно-механическая пена характеризуется следующими основными показателями: стойкостью – способностью пены противостоять разрушению в течение определённого времени (другими словами – это время, в течение которого пена разрушается на 50% от первоначального объёма); кратностью – отношение объёма пены к объёму водного раствора из которого она получена; вязкостью – способностью пены к растеканию по поверхности; дисперсностью – степенью измельчения, т.е. размерами пузырьков. Важной характеристикой воздушно-механической пены является её электропроводность .

Различают пены низкой (до 20), средней (от 20 до 200) и высокой (свыше 200) кратности. Пены низкой кратности характеризуются большим содержанием в ней водного раствора пенообразователя и соответственно отличаются повышенной стойкостью. Высокократные пены характеризуются малым содержанием в ней водного раствора пенообразователя и повышенным содержанием в её объёме атмосферного воздуха. При этом пены высокой кратности менее стойки. На практике при эксплуатации основных пожарных автомобилей наибольшее распространение имеет воздушно-механическая пена средней и низкой кратности. Для их получения используют 6% и 3% водные растворы пенообразователя, в зависимости от марки пенообразователя. Так для получения пены средней кратности используется 6-процентный пенообразователей ПО-6ТС, ТЭАС, САМПО, ПО-6НП, Барьер, Снежок-1, ПО-6ФП, ПО-6МТ, ПО-6А3F или 3-процентный раствор пенообразователей ПО-3АИ, ПО-3НП и других. Необходимая концентрация водного раствора пенообразователя устанавливается на насосном агрегате пожарного автомобиля с помощью пеносмесителя. Для получения из водного раствора пенообразователя воздушно-механической пены и формирования пенной струи служат воздушно-пенные стволы.

Наибольшее распространение в пожарном деле имеет генератор пены средней кратности ГПС-600 (см. рис. 3.9), предназначенный для получения из 6% водного раствора пенообразователя воздушно-механической пены средней кратности.

Пеногенератор ГПС-600 представляет собой водоструйный эжекторный аппарат переносного типа и состоит из следующих основных частей: распылителя 2 с соединительной головкой 1, корпуса 6 в виде диффузора струйного насоса, насадка 5 и пакета сеток 4. Распылитель соединён с корпусом пеногенератора при помощи трёх крепёжных стоек. Принцип работы ГПС-600 заключается в следующем: поток рабочей жидкости (водный раствор пенообразователя) по пожарному рукаву под давлением подаётся к распылителю пеногенератора. За счёт эжекции при входе распылённой струи в корпус (диффузор) пеногенератора происходит подсос воздуха и

перемешивание его с раствором. При прохождении смеси через сетку образуется воздушно-механическая пена.

Для нормальной работы ГПС-600 необходимо поддерживать напор раствора пенообразователя перед распылителем в пределах 60 м. вод. ст. (0,6 МПа или 6 кгс/см 2). При этом напоре производительность ГПС-600 по пене составляет 600 л/с (36 м 3 /мин), а по раствору 6 л/с; кратность получаемой пены составляет 100; дальность пенной струи – 10 метров; высота пенной струи – 5 метров.

Для получения воздушно-механической пены низкой кратности в пожарной технике применяется ствол воздушно-пенный СВП (см. рис. 3.10).

Ствол СВП состоит из корпуса 1, на котором с одной стороны укреплена соединительная головка для присоединения пожарного рукава, а с другой кожух 5, в котором пенообразующий раствор перемешивается с атмосферным воздухом и формируется пенная струя.

Принцип работы ствола СВП напоминает принцип работы ГПС-600. Раствор пенообразователя по пожарному рукаву под напором поступает в корпус ствола. Проходя через отверстия 2, поток раствора создаёт в конусной камере 3 разрежение, благодаря чему через отверстия в кожухе 4 подсасывается воздух из атмосферы. Поступающий в кожух воздух интенсивно перемешивается с пенообразующим раствором, и образует на выходе из ствола струю воздушно-механической пены.

Ствол СВП по своим параметрам (рабочему давлению перед ним и расходу водного раствора пенообразователя) соответствует параметрам генератора пены средней кратности ГПС-600. При этом его производительность по пене составляет 4 м 3 /мин; кратность получаемой пены – 7; дальность подачи пенной струи – 28 метров.

В настоящее время для получения и подачи воздушно-механической пены средней кратности успешно применяются установки комбинированного тушения пожаров УКТП «Пурга» (см. рис. 3.11). В качестве воздушно-пенного ствола для получения ВМП средней кратности используется УКТП «Пурга-5». По назначению, общему устройству и принципу работы «Пурга-5» напоминает ствол ГПС-600. УКТП "Пурга-5" выпускается в нескольких вариантах: стационарном (с ручным или дистанционным управлением), ручном с перекрывным устройством или без него (см. рис. 3.11 вверху) и морском. Для работы «Пурга-5» также применяется 6-процентный раствор пенообразователя. За счёт увеличения давления водного раствора пенообразователя на входе в ствол до 0,8 МПа и конструктивных особенностей данного ствола дальность подачи пены средней кратности составляет 20 метров при угле возвышения ствола 35º. Производительность УКТП «Пурга-5» по пене составляет 21 м 3 /мин., кратность пены 50-70. Расходные показатели УКТП «Пурга-5» по раствору и по пенообразователю практически идентичны характеристикам ствола ГПС-600. Это позволяет использовать те же, что и для ГПС-600 установки дозаторов.

Полный типоразмерный ряд УКТП «Пурга» включает установки, имеющие производительность по пене от 20 м 3 /мин до 240 м 3 /мин. На рис. 3.11 внизу показана УКТП «Пурга-120», которая изготавливается в стационарном и мобильном вариантах с ручным или дистанционным управлением. Эта установка способна подать 216 кубометров пены в минуту на расстояние до 100 метров.

Тема № 9

Похожая информация.

Подача воздушно-механической пены

При тушении пожара нефти и нефтепродуктов или других легковоспламеняющихся жидкостей, а также для защиты сгораемых конструкций зданий и сооружений от воздействия лучистой теплоты применяется воздушно-механическая пена.

Подача пенообразователя из бака, а воды из цистерны. Рассмотрим последовательность операций по подаче воздушно-механической пены на примере работы автоцистерны АЦ-40(133Г1)-181, которая выполняется в такой последовательности: – присоединить напорный рукав с генератором ГПС к насосу; – проверить, закрыты ли заглушки на всасывающих патрубках насоса; – закрыть все вентили и сливной краник насоса; открыть клапан трубопровода от цистерны и залить насос водой (при этом задвижка одного из напорных патрубков должна быть приоткрыта или вакуум-клапан должен быть открыт); включить насос и создать давление 700-800 кПа; – установить стрелку крана-дозатора пеносмесителя на деление шкалы, соответствующее производительности присоединенных генераторов пены ГПС; – открыть пробковый кран пеносмесителя и кран от пенобака к пеносмесителю; – поддерживать режим работы таким, чтобы напор у генератора пены ГПС был не менее 400-600 кПа.

Подача пенообразователя из пенобака, а воды из водоема или пожарного гидранта. При работе по такой схеме необходимо выполнить все операции по заполнению пожарного центробежного насоса водой от открытого водоисточника или водопровода. При работе от пожарной колонки, устанавливаемой на гидрант водопровода, напор во всасывающем патрубке насоса не должен превышать 250 кПа. Регулирование напора во всасывающем патрубке пожарного насоса необходимо производить при работающем насосе и открытых задвижках на напорных патрубках изменением степени открытия вентилей пожарной колонки.

Для подачи пенообразователя в насос в этом случае последовательность операций должна быть такой: – установить напор на насосе 700-800 кПа; стрелку пеносмесителя установить на деление, соответствующее производительности воздушно-пенных стволов или ГТ1С; – открыть пробковый кран пеносмесителя и клапан от пенобака к пеносмесителю; – установить режим работы насоса с таким расчетом, чтобы обеспечить давление перед воздушно-пенными стволами или генераторами пены в пределах 400-600 кПа.

Подача пенообразователя к пеносмесителю из посторонней емкости. При тушении затяжных пожаров запаса пенообразователя в цистернах и баках автоцистерн может не хватить. В этом случае подачу пенообразователя в насос можно производить из посторонней емкости, например из бочки с пенообразователем. При этом необходимо выполнить все операции для подачи пенообразователя из пенобака, а также отвернуть заглушку на трубопроводе, соединяющем пеносмеситель с баком для пенообразователя, и присоединить к штуцеру шланг, свободный конец которого опустить в емкость с пенообразователем.

Пена – наиболее эффективное и широко применяемое огнетушащее вещество изолирующего действия, представляет собой коллоидную систему из жидких пузырьков наполненных газом В.В. Теребнев, Тактика тушения пожаров. Часть 1. Основы тушения пожаров: Учебное пособие. – М.: КУРС, 2016. 256 стр. – Пожарная безопасность. .

Другие определения:
Пена : Дисперсная система, состоящая из ячеек - пузырьков воздуха (газа), разделенных пленками жидкости, содержащей пенообразователь. ГОСТ Р 50588-2012 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний»

Воздушно-механические пены (ВМП) средней и высокой :

хорошо проникают в помещения, свободно преодолевают повороты и подъемы;
заполняют объемы помещений. вытесняют нагретые до высокой температуры продукты сгорания (в том числе токсичные), снижают температуру в помещении в целом, а так же строительных конструкций и т.п.;
прекращают пламенное горение и локализуют тление веществ и материалов, с которыми соприкааются;
создают условия для проникновения ствольщиков к очагам тления для дотушивания (при соответствующих мерах защиты органов дыхания и зрения от попадания пены) Теребнев В.В., Смирнов В.А., Семенов А.О., Пожаротушение. (Справочник), 2-е издание. – Екатеринбург: ООО «Издательство «Калан», 2012. – 472 с. .

style="border: solid 1px #CCCCCC; margin-top: 4px; display:inline-block; width:250px">

Принцип действия пенного ствола средней кратности
1 - подвод воздуха; 2 - смесь води и пенообразователя; 3 - сетка; 4 - диффузор; 5 - приемное сопло; 6 - соединение между направляющим соплом к приемным соплом; 7 - направляющее сопло; 8 - полугайка для подсоединения рукава

style="border: solid 1px #CCCCCC; margin-top: 4px; display:inline-block; width:250px">

Принцип работы генератора высокократной пены
1 - двигатель; 2 - вентилятор; 3 - диффузор: 4 - распылитель; 5-гибкий пенопровод; 6 - пена; 7 - пакет сеток; 8 - рама (шасси); 9 - вентиль для регулирования подачи раствора; 10 - полугайка для присоединения рукава

Химическая пена

См. Химическая пена
Химическая пена из-за сложности приготовления и относительно высокой стоимости в последнее время применяется редко.

Химическая пена может быть получена двумя способами: «мокрым» и «сухим» . При «мокром» способе два вещества, хранящихся раздельно в виде растворов (один из них щелочной, другой - кислотный), смешивают перед подачей в очаг пожара. В результате их взаимодействия образуется пена.

«Мокрым» способом можно получать иену кратностью от нескольких сотен до нескольких тысяч.

При «сухом» способе пенообразующий порошок, состоящий из точно дозированных щелочных и кислотных солей, смешивают в пеногенераторе с потоком воды. При растворении солей во время движения смеси по водонапорному рукаву происходит такая же химическая реакция, как и при «мокром» способе.

«Мокрый» способ получения пены менее экономичен, так как хранение растворов связано с проблемой сооружения резервуаров большой емкости, сложностью их обслуживания и предупреждения коррозии Шрайбер Г., Порст П. , Огнетушащие вещества, М.: Стройиздат, 1975 г. .

По кратности

См. Кратность пены
В зависимости от величины кратности пены разделяют на четыре группы:

пеноэмульсии, К;
низкократные пены, 3 ;
пены средней кратности, 20 ;
пены высокой кратности, К > 200 .

style="border: solid 1px #CCCCCC; display:inline-block; height:200px">

Получение пены низкой кратности
с помощью ручного пожарного ствола ОРТ-50

style="border: solid 1px #CCCCCC; display:inline-block; height:200px">

Получение пены высокой кратности с использованием

Получение пены высокой кратности с использованием
стационарных систем пожаротушения

Применение пены различной кратности www.pozhproekt.ru ОРТ-50 www.heatandcool.ru Тушение пожара с помощью пены: преимущества и особенности

Основные свойства

Физико-химические свойства пены:

кратность - отношение объема пены к объему раствора пенообразователя, содержащегося в пене;
дисперсность - степень измельчения пузырьков (размеры пузырьков);
вязкость - способность пены к растеканию по поверхности;
стойкость – способность проводить электрический ток.

Огнетушащие свойства пены:

изолирующее действие (пена препятствует поступлению в зону горения горючих паров и газов, в результате чего горение прекращается);
охлаждающее действие (в значительной степени присуще пене низкой кратности, содержащим большое количество жидкости) .

Изолирующее свойство пены - способность препятствовать испарению горючего вещества и прониканию через слой пены паров газа. Изолирующие свойства пены зависят от ее стойкости, вязкости и дисперсности. Низкократная и среднекратная воздушно-механическая пена обладает изолирующей способностью в пределах 1,5-2,5 мин при толщине изолирующего слоя 0,1 - 1 м.

Кратность

См. Кратность пены
Кратность воздушно-механической пены в равной мере зависит как от физико-химических свойств исходного пеноконцентрата общего или целевого назначения, так и от технических особенностей генераторов пены , имеющих специфические конструктивные ограничения.

Значение кратности пены К п определяют по формуле:

Чем выше дисперсность, тем выше стойкость пены и огнетушащая эффективность. С повышением дисперсности пены ее кратность уменьшается. Степень дисперсности пены во многом зависит от условий ее получения, в том числе и от характеристики аппаратуры.

Кратность и дисперсность пены определяют изолирующую способность пены и ее текучесть. Скорость растекания пены тоже важный фактор при тушении пожара.

Вязкость

Для оценки качества пены недостаточно знать только время полураспада пены и ее тепло- стойкость, так как стойкая пена с большим периодом полураспада и высокой теплостойкостью может иметь при определенных условиях плохую" текучесть, вследствие чего горящая поверхность не покрывается пеной вообще или покрывается ею очень медленно. Поэтому определению текучести пены уделяется большое внимание.

Вязкость пены влияет на текучесть пены и оценивается коэффициентом динамической вязкости μ. В отличие от жидкости пена обладает свойствами упругого твердого тела. Внешне это проявляется в способности пены сохранять определенное время свою первоначальную форму.

Вязкость пены зависит от многих факторов и параметров, прежде всего от природы пенообразователя, кратности и дисперсности. Зависимость коэффициента динамической вязкости ц пены при различных дисперсностях показана на рис. 7.3.1. Из рисунка видно, что коэффициент динамической вязкости пены повышается с увеличением ее кратности и дисперсности.

Высокой вязкостью обладают пены, имеющие меньшую скорость истечения жидкости. Со временем в процессе старения пены вязкость ее сначала увеличивается, а затем в зависимости от типа пенообразователя может оставаться постоянной или уменьшаться.

Стойкость

Стойкость пены - это обратная величина интенсивности выделения отсека с размерностью м 3 /м 3 * с.

Стойкость пены S характеризуется ее сопротивляемостью процессу разрушения и оценивается продолжительностью выделения из пены 50 % жидкой среды, называемой отсеком. Любая замкнутая система, обладающая избытком свободной энергии, находится в неустойчивом равновесии, поэтому энергия такой системы всегда уменьшается. Этот процесс протекает до достижения минимального значения свободной энергии, при котором в системе наступает равновесие. Если система состоит, например, из жидкости и газа (что имеет место в пенах), то минимальное значение свободной энергии будет достигнуто тогда, когда поверхность раздела фаз окажется минимальной.

Пена, как и любая дисперсная система, является неустойчивой. Неустойчивость пены объясняется наличием избытка поверхностной энергии, пропорциональной поверхности раздела фаз жидкость - газ. Следовательно, состояние равновесия пены будет достигнуто тогда, когда она превратится в жидкость и газ, т. е. прекратит свое существование. Поэтому применительно к пенам можно говорить лишь об относительной стойкости.

Экспериментально установлено, что стойкость пены зависит в основном от температуры окружающей среды, дисперсности и толщины стенок пузырьков.

Толщина стенок пузырька - h ст , его диаметр - d п и кратность пены - К п связаны зависимостью:

h ст = d п / К п

(3)

Стойкость пены зависит также от высоты пенного слоя. При увеличении высоты слоя пены уменьшается выделение жидкой фазы, следовательно, стойкость пены увеличивается.

Пены с большей кратностью менее термостойки. С повышением вязкости пены стойкость ее возрастает, но ухудшается растекаемость по горящей поверхности.

Огнетушащая эффективность пены

ВМП обладает необходимой стойкостью, дисперсностью, вязкостью, охлаждающими и изолирующими свойствами, которые позволяют использовать ее для тушения твердых материалов, жидких веществ и осуществления защитных действий, для тушения пожаров по поверхности и объемного заполнения горящих помещений (пена средней и высокой кратности). Для подачи пены низкой кратности применяют воздушно-пенные стволы СВП (СВПЭ), а для подачи средней и высокой кратности - пеногенераторы ГПС В.П. Иванников, П.П. Клюс, "Справочник руководителя тушения пожара", Москва, Стройиздат, 1987.; .

Пены низкой кратности. Огнетушащее действие пены определяется эффектом охлаждения и изоляции. Оба эффекта не всегда оказывают свое действие одновременно и в одинаковой степени. Чаще всего в зависимости от условий протекания пожара временно преобладает тот или иной эффект.

Охлаждающий эффект пены обусловливается охлаждающим действием самой пены и воды, выделяющейся из пены.

Охлаждающий эффект является доминирующим при тушении пожаров, сопровождающихся тлением твердых материалов (например, древесины, бумаги, текстиля), а также при тушении пожаров нефти и жидкостей, при горении которых создаются прогретые зоны.

Этой способностью обладают средние и тяжелые жидкие топлива, при горении Которых верхние, нагретые до 200-300°С, поверхностные слои конвенционными потоками перемещаются со скоростью 5-20 см/ч в нижние слои. Тушение таких пожаров достигается охлаждением этих нагретых слоев топлива.

Изолирующее действие достигается благодаря образованию слоя пены, который препятствует доступу кислорода к очагу пожара.

Разновидностями изолирующего эффекта являются:

эффект разделения, заключающийся в изолировании жидкости от паровой фазы;
эффект вытеснения, обусловливающий изоляцию горючего вещества от воздуха;
преграждающий эффект, при котором пена препятствует испарению горючей жидкости.

Исследования по разделению этих эффектов и действенности каждого из них в зависимости от очага пожара пока неизвестны, поэтому указанные эффекты не могут точно определяться и характеризоваться.

Используемый для пенообразования газ, главным образом воздух или углекислый газ, не оказывает Прямого влияния на огнетушащий эффект пены, но обусловливает ее устойчивость.

Пена средней и высокой кратности. Огнетушащее действие высокократной пены основано главным образом на эффекте подавления. Охлаждающее действие ее настолько мало, что его влияние на процесс тушения незначительно. При подаче иены в очаг пожара происходит ее разрушение и испарение из нее воды. Например, если пена имеет кратность 1000, то в 1 м3 пены содержится около 1000 л воздуха и I л воды. В самых благоприятных условиях при испарении 1 л воды образуется 1700 л водяного пара, т. е. в общем объеме (2700 л) будет содержаться всего 200 л кислорода (7,4 об. %), что недостаточно для поддержания процесса горения. На практике такие соотношения не наблюдаются, так как испарение воды происходит не сразу, а постепенно из-за доступа свежего воздуха из периферийных зон очага горения. К тому же тлеющие пожары тушатся пеной сразу. Причина быстрого тушения таких пожаров заключается в следующем. При подаче в очаг пожара пена покрывает всю его площадь, благодаря чему вокруг очага горения создается обедненная кислородом и насыщенными парами воды атмосфера, что способствует замедлению и затем полному прекращению горения.

Другими важными свойствами высокократной пены являются теплоизолирующая способность и способность препятствовать распространению пожара па близлежащие горючие вещества. Так, при тушении пожара угольной пыли высокократная пена показывает такое же огнетушащее действие, как и смесь воды со смачивателем.

Пена средней кратности на основе ПО-1С , применяемая для тушения этилового спирта, эффективна при разбавлении его водой в емкости до 70 %, а при использовании ПО-1 , ПО-1Д , ПО-2А , ПО-ЗА , ПО-6К и других - до 50%. ВМП менее электропроводна, чем химическая пена, и более электропроводна, чем вода. Поэтому тушение ею электроустановок с помощью ручных средств может производиться после их обесточивания.

Механизм прекращения горения

При тушении пену подают на отдельные участки горящей поверхности, и растекаясь по поверхности горючего, пена создаёт слой определённой толщины. Огнетушащая способность пены обусловлена, прежде всего, её изолирующим действием, т. е. способностью препятствовать прохождение в зону пламени горючих паров. Изолирующее действие пены зависит от её физико-химических свойств и структуры, от толщины слоя, а также от природы горючего вещества и температуры на его поверхности. При тушении твёрдых материалов, существенное значение имеет охлаждающее действие.

style="border: solid 1px #CCCCCC; display:inline-block; width:300px">

воздушно-механической пеной:
I
II
на процесс горения;
III

Схема прекращения горения жидкости
воздушно-механической пеной:
I - участок свободного горения;
II - участок активного воздействия пены
на процесс горения;
III - участок, на котором горение прекращено;
δ - глубина горючей жидкости в резервуаре

Взаимодействие пены с ГЖ с момента её подачи на горящую поверхность и до образования сплошного слоя пены представляет собой комплекс явлений:

При интенсивности подачи пены, превышающей интенсивность её разрушения, на поверхности ГЖ образуется сразу локальный слой пены, который охлаждает ГЖ, выделяющимся из пены, отсеком. Охлаждение прогретого слоя ГЖ отсеком пены приводит к тому, что уменьшается скорость испарения ГЖ, вследствие этого уменьшается концентрация паров горючего в зоне горения, скорость химической реакции и скорость тепловыделения, и, как конечный результат, - температура горения .
Как только образуется локальный слой пены на поверхности ГЖ, он экранирует часть ГЖ от лучистого потока пламени и охлаждает верхний прогретый слой. Уменьшается концентрация паров горючего в зоне горения, снижается скорость окисления, и снижается температура горения.
При достижении на поверхности жидкости слоя пены определённой толщины, прекращается поступление выделяющихся паров ГЖ в зону горения. Следовательно, пена изолирует горючую жидкость от зоны горения, и горение прекращается Фондовая лекция по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров», Тема: Пены как огнетушащие вещества.

Разрушение пены

Результат тушения достигается за определенное время. В процессе тушения пена разрушается. Обычно рассматривают следующие виды разрушения пен: термическое - под действием тепловых потоков от факела пламени и нагретой жидкости; контактное - в результате проникновения жидкости в структуру пены; гидростатическое (синерезис). При термическом разрушении происходит разрыв стенок пузырьков из-за расширения заключенного в них нагретого газа. Причинами контактного разрушения являются взаимная растворимость пенообразующего раствора и горючей жидкости, в результате втягивания жидкости в места пересечения пузырьков пены - «каналы Плато - Гиббса» - за счет пониженного давления в них, в результате капиллярных явлений. Гидростатическое разрушение (обезвоживание) происходит за счет истечения раствора из пенной структуры под действием силы тяжести (сил гравитации).

Существует три основных процесса, приводящие к разрушению пены:

перераспределение размеров пузырьков;
уменьшение толщины пленки;
разрыв пленки.

Эти процессы быстро разрушали бы пены, если бы не стабилизирующие факторы. Этих факторов три: кинетический, структурно-механический и термодинамический.

Кинетический фактор замедляет процесс утончения пленок, а следовательно, способствует повышению жизнеспособности пен. Необходимо, правда, отметить, что кинетическое действие заметно проявляется только в малоустойчивых пенах. Кинетический фактор часто называют эффектом самозалечивания, или эффектом Марангони . Суть его в том, что утончение пленки вследствие истечения жидкости под действием сил гравитации или всасывания ее через «каналы Плато - Гиббеа» происходит неравномерно. Отдельные участки пленки вокруг пенного пузырька становятся очень тонкими и способны разрушаться. В таких локальных тонких участках поверхностное натяжение возрастает, так как расстояние между молекулами ПАВ в поверхностном слое увеличивается. Вследствие этого раствор с повышенной концентрацией ПАВ из зоны низкого поверхностного натяжения, т. е. из участков с утолщенной пленкой, устремляется к истонченным зонам. Истонченные участки пленки самопроизвольно «залечиваются». Время, за которое совершается такое перетекание раствора, измеряется сотыми и даже тысячными долями секунды, поэтому вероятность разрыва пленки понижается и устойчивость возрастает.

Подтверждением этому служат наблюдения Дюпре: твердые вещества (свинцовая дробь) и капли жидкости (ртуть) могут пройти через пленку пены, не оставив дыры и не вызвав разрыва. Однако после длительной сушки пленки (высыхание пены), когда количество жидкости в ней сильно уменьшилось и перетекание раствора ПАВ становится невозможным, каждый такой «снаряд» вызывает разрыв.

Структурно-механический фактор стабилизации пен связан со специфическим упрочнением тонких пленок за счет гидратации адсорбционных слоев, а также за счет повышения вязкости межпленочной жидкости.

Взаимодействие полярных групп молекул ПАВ с водой (гидратация) ограничивает истечение межпленочной жидкости из среднего слоя «сэндвича» пленки под действием сил тяжести и капиллярных сил. В самом адсорбционном слое гидратированные молекулы ПАВ сцепляются между собой, в результате повышается прочность на растяжение и адсорбционных слоев, и пленки в целом.

Для повышения вязкости межпленочной жидкости к ПАВ добавляют определенные продукты, например, в присутствии тысячных долей процента спирта вязкость растворов ПАВ увеличивается в десятки раз.

Термодинамический фактор , или расклинивающее давление, проявляется в тонких пленках, когда возникает избыточное давление, препятствующее их утончению под действием внешних сил. Появление расклинивающего давления при истечении из пленок жидкости Б. В. Дерягин и Л. Д. Ландау объяснили следующим образом. На коллоидных частицах поверхностно-активных веществ всегда присутствуют жидкие оболочки повышенной вязкости и упругости. Эти оболочки создают механический барьер, препятствующий сближению и слипанию частиц при утончении пленок за счет истечения жидкости. Кроме того, в водном растворе электролита между поверхностями одноименно заряженных частиц действуют силы отталкивания. Оба эти явления и обусловливают расклинивающее давление в пленке.

Процесс разрушения пены характеризуется интенсивностью разрушения I разр . Интенсивность разрушение пены за счет действия высокой температуры I разр терм и контактного взаимодействия с горючей жидкостью I разр конт зависит от кратности пены. Чем выше кратность пены, тем ниже интенсивность разрушения от контактного взаимодействия с горючей жидкостью, но увеличивается термическая интенсивность разрушения

Из рисунка видно, что существует некоторая оптимальная кратность пены, при которой термическая и контактная интенсивности разрушения пены достаточно малы и равны друг другу. Значение такой кратности ориентировочно равно 100 .

Применение пены

Низкократные пены подают на ликвидацию горения в основном горящих поверхностей. Они хорошо удерживаются и растекаются по поверхности, препятствуют прорыву горючих паров, обладают значительным охлаждающим действием, их можно подать струей на значительное расстояние; кроме того, пена хорошо проникает через неплотности и удерживается на поверхности, обладает высокими изолирующими и охлаждающими свойствами.

Высокократную пену , а также пену средней кратности применяют для заполнения объемов, вытеснения дыма, изоляции отдельных объектов от действия теплоты и газовых потоков (в подвалах; пустотах перекрытий; сушильных камерах и вентиляционных системах и т.п.

Пена средней кратности в настоящее время является основным огнетушащим средством ликвидации горения нефти и нефтепродуктов в резервуарах и разлитых на открытой поверхности.

Воздушно-механическую пену часто применяют в сочетании с огнетушащими порошковыми составами , нерастворимыми в воде. Огнетушащие порошковые составы высокоэффективны для ликвидации пла-менного горения, но почти не охлаждают горящую поверхность. Пена компенсирует этот недостаток и дополнительно изолирует поверхность.

Пены - достаточно универсальное средство и используются для тушения жидких и твердых веществ, за исключением веществ, взаимодействующих с водой. Пены электропроводны и коррозируют металлы. Наиболее электропроводна и активна химическая пена. Воздушно-механическая пена менее электропроводна, чем химическая, однако более электропроводна, чем вода, входящая в состав пены.

Для ликвидации горения спиртов и водорастворимых органических соединений используют пенообразователи, в состав которых входят природные или синтетические полимеры.

Кроме того, пена средней кратности широко применяется на аэродромах, для покрытия взлетно-посадочной полосы слоем пены, в случае аварийной посадки воздушного судна. Слой пены, нанесенный на взлетно-посадочную полосу, предотвращает образование искр при скольжении колес самолета во время вынужденной посадки.

Важной характеристикой огнетушащей пены является ее кратность – отношение объема пены к объему раствора пенообразователя, содержащегося в пене. Различают пены низкой (до 10), средней (от 10 до 200) и высокой (свыше 200) кратности. Пенные стволы классифицируются в зависимости от кратности получаемой пены (рис. 3.23).

ПЕННЫЕ ПОЖАРНЫЕ СТВОЛЫ

Для получения пены низкой кратности

Для получения пены средней кратности

Комбинированные для получения пены низкой и средней кратности

Рис. 3.23. Классификация пенных пожарных стволов

Ствол СВПЭ (рис. 3.24) состоит из корпуса 8 , с одной стороны которого навернута цапковая соединительная головка7 для присоединения ствола к рукавной напорной линии соответствующего диаметра, а с другой – на винтах присоединена труба5 , изготовленная из алюминиевого сплава и предназначенная для формирования воздушно-механической пены и направления ее на очаг пожара. В корпусе ствола имеются три камеры: приемная6 , вакуумная3 и выходная4 . На вакуумной камере расположен ниппель2 диаметром 16 мм для присоединения шланга1 , имеющего длину 1,5 м, через который всасывается пенообразователь. При рабочем давлении воды 0,6 МПа создается разрежение в камере корпуса ствола не менее 600 мм рт. ст. (0,08 МПа).

Рис. 3.24. Ствол воздушно-пенный с эжектирующим устройством типа СВПЭ:

1 – шланг; 2 – ниппель; 3 – вакуумная камера; 4 – выходная камера; 5 – направляющая труба; 6 – приемная камера; 7 – соединительная головка; 8 – корпус

Принцип образования пены в стволе СВП (рис. 3.25) заключается в следующем. Пенообразующий раствор, проходя через отверстие 2 в корпусе ствола1 , создает в конусной камере3 разрежение, благодаря которому воздух подсасывается через восемь отверстий, равномерно расположенных в направляющей трубе4 ствола. Поступающий в трубу воздух интенсивно перемешивается с пенообразующим раствором и образует на выходе из ствола струю воздушно-механической пены.

Рис. 3.25. Ствол воздушно-пенный СВП:

1 – корпус ствола; 2 – отверстие; 3 – конусная камера; 4 – направляющая труба

Таблица 3.10

Показатель	Размерность	Тип ствола

Производительность по пене
Рабочее давление перед стволом
Расход воды

Кратность пены на выходе из ствола		(не менее)	(не менее)
Дальность подачи пены
Соединительная головка

Таблица 3.11

Показатель	Размерность	Генератор пены средней кратности

Производительность по пене
Кратность пены
Давление перед распылителем
Расход 4 – 6 % раствора пенообразователя
Дальность подачи пены
Соединительная головка

Генераторы пены ГПС-200 и ГПС-600 по конструкции идентичны и отличаются только геометрическими размерами распылителя и корпуса. Генератор представляет собой водоструйный эжекторный аппарат переносного типа и состоит из следующих основных частей (рис. 3.26): корпуса генератора 1 с направляющим устройством, пакета сеток2 , распылителя центробежного3 , насадка4 и коллектора5 . К коллектору генератора при помощи трех стоек крепится корпус распылителя, в котором вмонтирован распылитель3 и муфтовая головка ГМ-70. Пакет сеток2 представляет собой кольцо, обтянутое по торцевым плоскостям металлической сеткой (размер ячейки 0,8 мм). Распылитель вихревого типа3 имеет шесть окон, расположенных под углом 12 ° , что вызывает закручивание потока рабочей жидкости и обеспечивает получение на выходе распыленной струи. Насадок4 предназначен для формирования пенного потока после пакета сеток в компактную струю и увеличения дальности полета пены. Воздушно-механическая пена получается в результате смешения в генераторе в определенной пропорции трех компонентов: воды, пенообразователя и воздуха. Поток раствора пенообразователя под давлением подается в распылитель. В результате эжекции при входе распыленной струи в коллектор происходит подсос воздуха и перемешивание его с раствором. Смесь капель пенообразующего раствора и воздуха попадает на пакет сеток. На сетках деформированные капли образуют систему растянутых пленок, которые, замыкаясь в ограниченных объемах, составляют сначала элементарную (отдельные пузырьки), а затем массовую пену. Энергией вновь поступающих капель и воздуха масса пены выталкивается из пеногенератора.

Вкачестве пенных пожарных стволов комбинированного типа рассмотрим установки комбинированного тушения пожаров (УКТП) «Пурга», которые могут быть ручного, стационарного и мобильного исполнения. Они предназначены для получения воздушно-механической пены низкой и средней кратности. Технические характеристики УКТП различного исполнения представлены в табл. 3.12. Кроме того, для этих стволов разработаны диаграмма радиуса действия и карта орошения (рис. 3.27), что позволяет более четко оценивать их тактические возможности при тушении пожаров.

Таблица 3.12

Показатель

Размер- ность

Установка комбинированного тушения пожара (УКТП) типа

«Пурга-5»

«Пурга-7»

«Пурга-10»

«Пурга-10.20.30»

«Пурга-30.60.90»

«Пурга-200–240»

Производительность по раствору пенообразователя

Производительность по пене средней кратности