Обоснование необходимости проведения испытаний газовых ОТВ
Для противопожарной защиты вычислительных центров и телефонных узлов, библиотек и музеев, судов воздушного и морского транспорта, военной техники и других объектов нередко используются установки газового пожаротушения. К достоинствам газового пожаротушения относят минимальный ущерб при воздействии на защищаемые материалы и оборудование, оперативность использования, возможность длительной эксплуатации установок в автоматическом режиме и другие. По объему применения установки газового пожаротушения стоят на третьем месте (после водяных и пенных) и составляют примерно пятую часть от общего количества используемых в России установок пожаротушения.
Установки газового пожаротушения предназначены для хранения газовых ОТВ и, при необходимости, выпуска их в защищаемый объем с целью создания в нем среды, не поддерживающей горение. При этом реализуется объемный или локально-объемный способ тушения.
По механизму тушения газовые ОТВ подразделяют на инертные разбавители, существенно снижающие содержание кислорода в защищаемом объеме, и ингибиторы горения, оказывающие тормозящее влияние на химические реакции в пламени. К первым относят диоксид углерода, азот, аргон, смеси из них, ко вторым - галогенсодержащие углеводороды, обладающие, как известно, наибольшей огнетушащей способностью (товарное наименование в России - хладоны, международное - галоны).
До середины 80-х годов XX века при объемном пожаротушении применялись в основном диоксид углерода (углекислота СО2), хладон 13В1 (СF3Вr), хладон 114В2 (С2F4Вr2), хладон 12В1 (СF2СlВr). Вместе с тем в СССР был достигнут существенный прогресс в разработке комбинированных составов, включающих хладоны и другие газовые огнетушащие вещества.
Осознание необходимости охраны озонового слоя в атмосфере Земли и принятые в связи с этим мировым сообществом решения о прекращении производства озоноразрушающих веществ, в том числе хладонов 13В1, 114В2, 12В1, послужили толчком к изысканию новых, экологически чистых огнетушащих средств. По результатам изысканий санкционировано применение в стационарных системах газового пожаротушения диоксида углерода, ряда хладонов нового поколения, элегаза, инертных газов и составов из них. Производство многих из огнетушащих газов уже налажено на предприятиях России.
Из отмеченных выше пожаротушащих агентов наименьшая степень химической опасности свойственна инертным газам: азоту (N2), аргону (Аr), комбинациям под названиями аргонит (N2+Аr в равных объемных частях) и инерген (N2+Аr+СО2 в соотношении объемных частей 52:40:8). Их относят к экологически чистым веществам, практически нетоксичным и не подверженным в условиях пожара термическому разложению. Эти преимущества инертных газов не являются, однако, гарантией безопасности их применения.
Как пожаротушащие средства, инертные газы эффективны в концентрациях, обеспечивающих снижение содержание кислорода в замкнутом пространстве до 14 - 10 % об. При прогнозировании такого уровня недостатка кислорода в газовой среде должна предусматриваться быстрая эвакуация людей, не имеющих дыхательных аппаратов. Чрезмерная задержка эвакуации может обусловливать острое гипоксическое воздействие на организм человека с потерей способности покинуть опасную зону. Кроме того, полагают, что довольно продолжительное существование газовой среды с пониженным содержанием кислорода может привести в некоторых случаях к образованию повышенных количеств оксида углерода (СО) - высокотоксичного продукта неполного сгорания веществ и материалов.
Аналогичная ситуация возможна при применении для объемного пожаротушения диоксида углерода (СО2), огнетушащее действие которого также во многом связано с разбавлением газовоздушной среды в защищаемом объеме и снижением в ней концентрации кислорода. Но в отличие от инертных газов СО2 обладает выраженным биологическим действием. В концентрациях 2 - 5 % об. он оказывает сильное возбуждающее действие на дыхательную систему, а в более высоких концентрациях вызывает у людей отравления различной степени тяжести. Огнетушащие концентрации диоксида углерода (25 - 40 % об.) в 2 - 3 раза превышают смертельную при кратковременном воздействии.
Кроме инертных газов к нетоксичным газовым ОТВ относят гексафторид серы, или элегаз (SF6). Четырехчасовая затравка этим веществом в максимально возможной в токсикологических исследованиях концентрации (82 % об. SF6 в смеси с 18 % об. O2) не приводит к гибели подопытных животных и клинически выраженному отравлению как во время экспозиции, так и в течение последующих 14 суток наблюдения.
Однако при использовании элегаза как средства объемного пожаротушения необходимо учитывать возможность образования в условиях пожара токсичных продуктов его термического разложения. В экспериментах выявлено, например, что белые мыши погибают при 20 - мин затравке элегазом, от 3 до 7 % которого разложилось при пропускании через пиролизатор, нагретый до 850°С. При этом среди летучих продуктов терморазложения обнаружены диоксид серы (CO2 и фтороводород (HF) - высокотоксичные соединения, имеющие резкий запах и оказывающие сильное раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз.
Отдельная группа фторсодержащих огнетушащих газов действует при тушении как ингибиторы горения. К ним относят снятые с производства, но еще применяемые в России озоноразрушающие хладоны 13В1, 12В1 и 114В2, некоторые компоненты комбинированных составов.
Хладоны - фторпроизводные предельных углеводородов, молекулы которых наряду с фтором могут включать хлор, бром, йод. При обычных условиях хладоны представляют собой газообразные соединения со слабой реакционной способностью и высокой химической стойкостью. В подавляющем большинстве они являются малотоксичными веществами с преимущественно наркотическим типом действия на живой организм. Выраженность наркотического действия зависит от концентрации хладона во вдыхаемом воздухе, продолжительности экспозиции и состояния живого организма. Другие опасные для жизни эффекты хладонов проявляются в виде нарушений сердечной деятельности, в меньшей степени они оказывают влияние на органы дыхания, печень, кровь, на процессы энергообразования в клетках. После окончания ингаляционного воздействия хладоны сравнительно быстро выделяются из организма с выдыхаемым воздухом.
При анализе токсических свойств хладонов, особенно нового поколения (озонобезопасных фторуглеводородов), за критерий сравнения принимают, как правило, степень выраженности этих свойств у хладона 13В1 (трифторбромметана). Этому соединению свойственно сильное озоноразрушающее действие, но оно выгодно отличается от близких по химической природе соединений огнетушащей эффективностью и уровнем токсикологической безопасности. Его до сих пор некоторые специалисты считают оптимальным из изученных средств объемного пожаротушения для обитаемых объектов.
По данным, приведенным в стандарте Национальной ассоциации противопожарной защиты США (НФПА 12А), смертельные исходы и выраженные признаки отравления у мелких лабораторных животных отсутствовали даже в том случае, когда концентрация хладона 13В1 при 15 - мин экспозиции составляла 80 % об. У людей признаков отравления не отмечено при содержании хладона 13В1 в воздухе в количестве 5 - 7 % об. (Огнетушащая концентрация хладона 13В1 составляет около 5 % об.). При более высоких концентрациях (до 10 % об.) этот газ оказывал умеренное воздействие на центральную нервную систему. При вдыхании хладона 13В1 в концентрациях, превышающих 10 % об., у испытуемых добровольцев возникало ощущение возможной скорой потери сознания. После прекращения воздействия огнетушащим газом все нарушения быстро исчезали. В указанном стандарте дана рекомендация ограничивать время пребывания человека в среде, содержащей хладон 13В1: до 7 % об. - 15 мин, 7 - 10 % об. - 1 мин, 10 - 15 % об. - 30 с. Воздействие хладона в концентрациях более 15 % об. признано недопустимым.
По данным отечественных исследователей, допустимая в аварийных ситуациях концентрация хладона 13В1 не должна превышать следующих значений: при времени воздействия 5 мин - 9,7 % об. (600 г · м-3), 10 мин - 6,4 % об. (400 г · м-3), 30 мин - 4,8 % об. (300 г · м-3). Принятая в России предельно допустимая концентрация (ПДК) хладона 13В1 для воздуха рабочей зоны производственных помещений составляет 3000 мг · м-3 (в США - 6100 мг · м-3).
Важно также учитывать, что при температурах выше 400°С хладон 13В1 может разлагаться с образованием ряда летучих токсичных соединений. Наряду со свободными галогенами (Вr2) в составе продуктов термического разложения этого вещества обнаруживают галогеноводороды (НF, НВr), карбонилгалогениды (СОF2, СОВr2), оксиды углерода (СО, СО2).
Токсичность продуктов термического разложения хладона 13В1 во много раз превышает токсичность исходного вещества. Однако проблему упрощает то обстоятельство, что благодаря термической устойчивости и высокой огнетушащей эффективности этого вещества при пожаротушении может разложиться лишь небольшая его часть от поданного на тушение количества. Как отмечено в стандарте США (НФПА 2001), за многолетнюю практику использования хладона 13В1 не было случаев, когда при успешном тушении им пожаров продукты разложения оказывали бы вредное действие.
По заключению отечественных авторов, суммарная концентрация продуктов разложения хладона 13В1, равная 80 мг · м-3, может быть принята в качестве максимально допустимой для одноразового воздействия в течение 5 мин, поскольку она не вызывает специфических реакций организма.
Следует, однако, отметить, что в России (СССР) более широкое применение получил другой эффективный ингибитор горения - хладон 114В2. В отличие от иных галогенсодержащих пожаротушащих веществ хладон 114В2 при нормальных условиях представляет собой тяжелую бесцветную жидкость со специфическим запахом. Как указано в ГОСТ 15899-93, он является стабильным малотоксичным веществом. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе рабочей зоны производственных помещений составляет 1000 мг · м-3.
В сравнении с хладоном 13В1 хладон 114В2 обладает более выраженным токсическим действием. При кратковременной (15 мин) экспозиции его смертельные концентрации для животных находятся в диапазоне 7,5 - 11,5 %об. В концентрации, превышающей огнетушащую (2 % об.) в 1,3 раза, он обусловливает потерю двигательной способности у 50 % подопытных животных. У обезьян зарегистрированы нарушения координации движений в опытах, когда концентрации хладона были ниже огнетушащей.
Из документа, представленного Италией в Международную организацию по стандартизации, известно, что хладон 114В2 вызывал нарушения функционального состояния центральной нервной системы человека уже в концентрации 0,22 %. После 3 мин пребывания в среде, содержащей 1 % огнетушащего вещества, отмечено побледнение лица и замедление реакций. При концентрации 3 % испытуемый потерял сознание через 1 мин 40 с, а один из принимавших участие в выносе пострадавшего, неожиданно скончался, находясь уже за пределами опасной зоны. Судебно-медицинская экспертиза установила, что смерть наступила от остановки сердца и объяснялась повышенной индивидуальной чувствительностью к хладону 114В2.
В отношении продуктов термического разложения хладона 114В2 известно, что они также обладают значительно большей токсичностью, чем исходное вещество. Летальная концентрация этих продуктов соответствует 0,16 % об. Их основными компонентами являются галогеноводороды - фтороводород и бромоводород, концентрации которых в испытательной камере изменяются в широких пределах в зависимости от условий проведения эксперимента.
В стандарте США (НФПА 2001) и справочнике по галогеносодержащим пожаротушащим веществам, составленным отечественными авторами, приведены параметры токсической опасности ряда новых огнетушащих веществ в сравнении с соответствующими параметрами озоноразрушающих хладонов 13В1 и 114В2 (табл. 1 и 2). Согласно этим данным, все озононоразрушающие хладоны являются малотоксичными соединениями, а некоторые из них по критерию токсикологической безопасности не уступают хладону 13В1.
Таблица 1