Системы пенного пожаротушения

Пенное пожаротушение используется главным образом для борьбы с пожарами класса В, а с помощью пены с низкой кратностью (с высоким содержанием воды) можно тушить пожары класса А. Системы пенотушения предназначены для тушения пожаров в грузовых танках и трюмах, топливных резервуарах, машинно-котельных и насосных отделениях, коффердамах, а также в жилых и служебных помещениях. Пена используется главным образом для борьбы с пожарами класса В, а с помощью пены с низкой кратностью (с высоким содержанием воды) можно тушить и пожары класса В. Все танкеры, перевозящие легковоспламеняющиеся жидкости оборудуются палубными системами пенотушения.

Принцип действия системы пенотушения основан на изоляции очага пожара от кислорода воздуха слоем пены; кроме того, пена обладает охлаждающим эффектом (в основном низкократная пена). Покрывая горящие материалы и предметы жидкой пленкой, пена охлаждает их и вытесняет из заполняемого ею помещения продукты горения и кислород воздуха. На морских судах применяется химическая и воздушно-механическая пена.

Химическая пена образуется в результате реакции растворов различных химических препаратов (обычно смеси бикарбоната натрия с сульфитом алюминия с кислотой), входящих в состав пеногенераторных порошков, в присутствии специальных веществ-стабилизаторов, придающих ей клейкость. Выделяющийся при этом углекислый газ способствует образованию густой устойчивой пены, которая разбавляет воздух в зоне горения, снижая тем самым концентрацию в нем кислорода.

В судовых условиях пена получается из пеногенераторных порошков в специальных аппаратах – пеногенераторах. Пеногенераторные порошки состоят из механической смеси сернокислого глинозема, двууглекислой соды и пенообразователя. До 40-х годов XX в химическая пена благодаря своим высоким огнегасительным свойствам была единственным эффективным средством тушения нефтепродуктов. Однако химической пене присущи и некоторые серьезные недостатки. Важным недостатком является проводимость пенойэлектрического тока. Это обстоятельство ограничивает использование пены для тушения электрооборудования, находящегося под напряжением. Кроме того, для образования химической пены необходимы сравнительно дорогие химические материалы. Высокая химическая активность способствует образованию коррозии судового оборудования. Существенным недостатком генераторов химической пены является неподготовленность их к немедленному действию, т.к. порошок хранится на судах в герметически закрытых банках, которые необходимо вскрывать при возникновении пожара. Загружать же бункер пеногенератора порошком заранее нецелесообразно из-за высокой его гигроскопичности. При длительном хранении на открытом воздухе пенопорошок слеживается и быстро приходит в негодность. Таким образом, конструктивная несовершенность основного элемента системы химического пенотушения значительно снижает возможность оперативного управления ею. В связи с этим в настоящее время почти на всех судах генераторы химической пены заменены генераторами воздушно-механической пены. Но на старых судах использование этих систем еще допускается, поэтому члены экипажей таких судов должны хорошо знать особенности их использования, а химическая пена используется на судах чаще всего только в огнетушителях.

Многих недостатков, присущих химической пене лишена воздушно-механическая пена, полностью заменившая на современных судах химическую. Воздушно-механическая пена получается путем механического перемешивания водного раствора пенообразователя и воздуха. По составу эта пена представляет собой смесь воздуха (90%); воды (9.6…9.8%) и пенообразователя (0.4…0.2%). Жидкие пенообразователи, одобренные Правилами Регистра в качестве таковых (ПО-1, ПО-6К, ПО-1Д и другие) обладают следующими полезными качествами: стойкостью, нейтральностью к материалам, быстротой растворения в воде. Для образования пены используется как пресная, так и морская вода. В связи с тем, что пенообразователи ПО-1 и ПО-6 в морской воде образуют пену низкого качества, правилами Регистра рекомендуется хранить на судне запас пресной воды для образования слоя высокократной пены высотой не менее 7 м в наибольшем из защищаемых помещений. Поэтому в настоящее время эти пенообразователи не разрешены к использованию на судах. Разработаны и нашли применение на современных судах новые виды пенообразователей, обладающих более высокими качествами. Регистром рекомендуются к использованию отечественные ПО марок: «Морпен», «Морской», «ПО-ЗАИ», с концентрацией 9%, «Сампо» - 12%.

Из иностранных марок рекомендованы к преимущественному применению: «Komet Extrakt – S» производства Германии; «Метеор» (3%) шведской фирмы Skim; «Karate MB 15» (3%) – Германия; «Deteot 1000m» - Польша; «Plurex» - Италия и некоторые другие.

При использовании пенообразователей типа ПО-1 (ПО-1Д, ПО-6К) необходимо обеспечить 4-х кратное увеличение интенсивности подачи пены, что достигается при подаче одного пеногенератора типа ГПС-600 на каждые 20 м² горящей поверхности. При тушении полярных ГЖ (спирты, эфиры, альдегиды, кетоны и др.) необходимо применять специальные ПО. Это «ФОРЭТОЛ», «ПО-1С», «Универсальный». Из пенообразователей иностранного производства рекомендуются «Ruel-Afff – 3 % Gold» - Германия; «Polidol», «Fluorolidol» - Франция.

Все новые марки ПО до их заправки в судовые емкости системы пенотушения должны получить одобрение Регистра и ведомственной пожарной охраны судовладельца.

Благодаря высокой стойкости и вязкости такую пену можно с успехом использовать и для ликвидации огня в верхних частях судовых помещений и на подволоках, где бесполезно применение углекислотных огнетушителей. Поскольку пена содержит воду, она также и охлаждает очаг пожара. Пену можно применять для тушения волокнистых и плохо смачиваемых материалов. Образующийся при разрушении пены состав обладает хорошими смачиваемыми свойствами. Проникая вглубь горящих материалов, он прекращает тление.

Воздушно-механическая пена бывает обычной, средней и высокой кратности. Кратностью пены называется отношение объема полученной пены к объему эмульсии, представляющей собой раствор пенообразователя в воде. Пену, с кратностью до 20 относят к низкократной, с кратностью от 20 до 200 – среднекратной, с кратностью свыше 200 – к высокократной (кратность 100:1 означает, что в пене на каждый объем воды приходится 99 объемов воздуха). В настоящее время на судах применяются генераторы, позволяющие получать 1000 – кратную пену. Высокократная пена относится к объемным средствам пожаротушения.

Воздушно-механическая пена безопасна в обращении, не портит грузы и оборудование, имеет малую массу. Благодаря высокой эффективности, постоянной готовности и удобству обслуживания системы воздушно-механического пенотушения широко применяются на современных судах для тушения нефтепродуктов и других горючих веществ. Пена является наиболее эффективным средством тушения пожаров в больших емкостях с воспламеняющимися жидкостями. Пена, полученная на пресной воде, может быть использована при тушении горящих кабелей и электрооборудования, находящихся под напряжением не выше 500 В, при условии соблюдения мер электробезопасности. Однако, при более высоких напряжениях применение пены сопряжено с опасностью для жизней людей. Не рекомендуется также применять пену для тушения горящих металлов (калия, кальция, натрия, цинка и др.).

Пену нельзя применять для тушения горящих газов и криогенных жидкостей, а также совместно с некоторыми видами огнетушащих порошков. Хотя считается, что пена нетоксична, нельзя оставаться в помещении заполненном пеной. Перед тем как войти в такое помещение, необходимо одеть шланговый противогаз или автономный дыхательный аппарат и использовать страховочный трос.

Для получения воздушно-механической пены используется специальная аппаратура, которая разделяется на две группы в зависимости от места и способа получения пены.

В аппаратуре с внешним пенообразованием пена образуется в специальных воздушно-пенных стволах (вне резервуара для хранения пенообразователя).

Если в систему пенопроводов подается готовая эмульсия, являющаяся смесью пенообразователя с водой, то в качестве пенных стволов используют безэжекторные воздушно-пенные стволы.

При подаче к стволу отдельно воды и пены применяют эжекторный воздушно-пенный ствол, поставляемый обычно в комплекте с ранцем для пенообразователя (рис.32). На центральном сопле 2 воздушно-пенного ствола смонтирован водоструйный эжектор с рабочей камерой 4 и распылителем 5. Рабочая камера через резиновый шланг 6 сообщается с емкостью для пенообразования.

Рис. 32 Эжекторный воздушно-пенный ствол

Вода, поступая в ствол и проходя через три боковых сопла 3 и центральное сопло 5, создает в рабочей камере разрежение, за счет которого пенообразователь подсасывается в ствол. Струи воды и пенообразователя с большой скоростью выходящие из сопел, подсасывают атмосферный воздух. Потоки воды, пенообразователя и воздуха, сталкиваясь между собой в кожухе эжектора 10 образуют воздушно-механическую пену. Качество получаемой пены регулируется дозирующим краном 8.

В аппаратах с внутренним пенообразованием пена начинает образовываться на выходе из емкости для хранения смеси воды и пенообразователя. Заканчивается же пенообразование при выходе пены из специальных насадок.

В состав аппаратуры с внутренним пенообразованием (рис.33) входит металлический резервуар с предохранительным клапаном и контрольным манометром.

1 – баллон сжатого воздуха; 2, 3 и 8 – трубопроводы сжатого воздуха; 4 – редукционный клапан; 5 – запорный клапан; 6 – предохранительный клапан; 7 - резервуар; 9 – пенопровод; 10 - отверстия; 11 – горловина; 12 – рукав; 13 – кран; 14 – насадка.

Рис. 33 Схема аппарата с внутренним пенообразованием

Резервуар заполняется смесью, состоящий из 4% пенообразователя и 96% пресной воды. Резервуар снабжен сифонной трубкой, проходящей по всей его длине и оканчивающейся у самого дна косым срезом. К резервуару подсоединен баллон со сжатым воздухом. При подаче воздуха в резервуар эмульсия выталкивается в сифонную трубку и идет по ней в рукав, оканчивающийся насадкой. В верхней части над поверхностью эмульсии сифонная трубка имеет отверстия, через которые поступает воздух и смешивается с потоком жидкости. При выходе из насадки сжатая смесь резко расширяется, образуя воздушно-механическую пену. Аппаратура проста, надежна в эксплуатации и всегда готова к действию. Поэтому такие установки широко применяются на морских судах для тушения местных очагов пожаров.

Всю аппаратуру для получения воздушно-механической пены в зависимости от способа пенообразования можно разделить на общесудовые системы и установки местного назначения.

Системы пенотушения обеспечивают образование и подачу воздушно-механической пены в больших количествах, поэтому они широко используются на крупнотоннажных судах. Система воздушно механического пенотушения благодаря эффективности тушения нефтепродуктов, быстродействию и надежности устанавливается на современных танкерах в качестве основной системы пожаротушения. Для обеспечения работы таких систем применяются специальные водяные насосы, а также стационарные насосы водяного пожаротушения.

Установки пенотушения (местные) служат для образования подачи пены в небольших количествах и действуют автономно.

1 – ёмкость для хранения топлива; 2 – грузовые трюмы; 3 – машинное отделение; 4 – кингстонный клинкет; 5 – ценробежный насос; 6 – дозирующий клапан; 7 – цистерна для хранения пенообразователя; 8 – запорные клапаны с дистанционным управлением; 9 – магистральный пенопровод; 10 – воздушно-пенные стволы; 11 – пенопроводы; 12 – пенослив; 13 – пенорожок.

Рис.34 Принципиальная схема системы воздушно-механического пенотушения

На рис. 34 представлена принципиальная схема одной из простейших систем пенотушения, построенных по централизованному принципу. При такой конструкции системы пенопровод протягивается по всей длине судна. Охраняемые объекты 2, 3 обеспечиваются воздушно-пенными стволами 10, пенорожками 13 и пеносливами 12, сообщающимися с магистральным пенопроводом 9 с помощью пенопроводов 11 с запорной аппаратурой. В систему входят также: цистерна с пенообразователем 7, центробежный насос 5, дозирующий клапан 6, позволяющий регулировать расход пенообразователя, поступающего к насосу.

Для запуска системы необходимо открыть запорные клапаны 8 и пустить центробежный насос 5. В насосе происходит механическое перемешивание поступающего из цистерны 7 пенообразователя и засасываемой через кингстонный клапан 4 воды. В результате этого образуется эмульсия – смесь воды и пенообразователя. Дозирующий клапан 6 позволяет регулировать количество пенообразователя, поступающего к насосу. Эмульсия нагнетается насосом в магистральный пенопровод 9, от него поступает к воздушно-пенным стволам 10, пенорожкам 13, к которым подсоединяются ручные воздушно-пенные стволы.

Пена образуется в стационарных и ручных (переносных) воздушно-пенных стволах, являющихся основным конструктивным узлом аппаратуры с внешним образованием пены.

1— трубопровод от станции пенного пожаротушения; 2 — трубопровод от пожарных насосов; 3 — пожарные краны для подсоединения генераторов пены средней кратности; 4 — трубопровод водяного пожаротушения; 5 — лафетный пено-водяной ствол; 6 — трубопровод пенного пожаротушения; 7 — запорный клапан для отключения поврежденного участка трубопровода.

Рис. 35Схема системы пожаротушения пеной средней кратности

Недостатком генераторов пены средней кратности (рис.35) является небольшой радиус их действия (длина пенной струи не превышает 6-10 м).

Для ликвидации пожаров в машино-котельных отделениях судов, в грузовых танках и насосных отделениях танкеров и газовозов применяют генераторы, позволяющие получать 1000-кратную пену на основе отечественных пенообразователей (рис. 36).

Высокократную пену получают в генераторах с принудительной подачей воздуха на пенообразующую сетку 7, смачиваемую раствором пенообразователя. Для нанесения эмульсии на сетку предусмотрены центробежные распылители 6 с вихревой камерой. Интенсивность подачи эмульсии рассчитывается в зависимости от площади охраняемого помещения. Очень важно, чтобы нужное количество пены было подано в течение первых 3-х минут.

Насосы, трубопроводы, выходные отверстия рассчитываются с учетом этого условия.

Для обеспечения интенсивности подачи пенного раствора на судне должен быть предусмотрен необходимый запас пенообразователя. Общий запас пенообразователя (Vпо, м³) должен быть достаточен для помещения требующего наибольшего количества пены. Учет необходимого количества пенообразователя для палубной системы пенотушения, которая должна подавать его в течение не менее 20 мин., безусловно удовлетворит потребности судна в целом. Наибольшее распространение на флоте получили генераторы высокократной пены марок ГПС-600. Пирамидальное расположение пенообразующих сеток принято из условий обеспечения равномерного и интенсивного вихревого потока, необходимо для получения пены высокой кратности.

1 – коллектор с предохранительной решеткой; 2 – осевой электровентилятор; 3 – корпус; 4 – направляющие обечайки; 5 – патрубок для подвода раствора пенообразователя; 6 – центробежный распылитель; 7 – пенообразующая сетка пирамидальной формы; 8 – фундаментная рама.

Рис.36 Генератор высократной пены марки

Для получения высокократной пены используются отечественные пенообразователи, а также пенообразователи иностранных фирм при объемной доле в воде 4…6 %. Подачу системы пенотушения (л/с) по требованиям Регистра можно подсчитать по формуле

Qп=i*S(32)

где i= рекомендуемая интенсивность подачи раствора;

S – площадь наибольшего горизонтального сечения защищаемого помещения, м².

При расчетах интенсивности подачи пены на судах необходимо принимать: 0,06 л*с/м² по раствору (вода+ПО) для жилых, служебных, производственных и складских помещений; 0,08 л*с/м² – для нефтепродуктов с температурой вспышки ниже 22 ⁰С; 0,05 л*с/м² для остальных нефтепродуктов.

Запасы пенообразователя и пресной воды должны обеспечить получение расчетного количества пены, равному пятикратному объему защищаемого помещения.

Объем вырабатываемой генераторами пены (м³) должен быть не менее [6]:

Vп=60kQпτ*10^-3, (33)

где k ≈ 1000 – кратность пены;

Qп – подача системы, л/с, вычисляемая по формуле (32);

τ –продолжительность непрерывной работы системы, мин.

Продолжительность работы системы расчётной подачи (мин.)

τ=5Vпом/(60*k*Qп*10^-3)=83,3Vпом*(k*Qп)^-1 . (34)

Формулы 32-34 позволяют определить запас пенообразователя (м³)

Vп.о.=0,05*с*Vпом*k^-1 (35)

и запас пресной воды (м³)

Vводы=0,05*(100-с)*Vпом*k^-1, (36)

где Vпом – объём защищаемого помещения, м³;

с – концентрация пенообразователя в растворе, % по объёму;

k – кратность пены.

1 — направление вытесняемых продуктов горения; 2 — вентиляционное отверстие для отвода продуктов горения в атмосферу: 3 — канал для выхода пены на палубу; 4 — втулка наливная; 5 — бак-дозатор; 6 — насос для пресной воды; 7 — наливная труба: 8 — запас пресной воды; 9 — спускная труба; 10 — трубопровод пресной воды; 11 — генератор высокократной пены: 12 — переключающее устройство; 13 — крышка канала; 14 — отверстие в платформах; 15 — направление потока высокократной пены

Рис. 37 Схема системы пожаротушения высокократной пеной в машинном отделении

Используемые в системе пеногенераторы, насосы для подачи раствора пенообразователя и другое оборудование, необходимые для получения и подачи пены, должны располагаться за пределами защищаемых помещений на станции пенного пожаротушения.

На рис. 37 изображена схема системы пожаротушения высокократной пеной в машинном отделении судна. Пена подается в МКО непосредственно из выходного патрубка генератора высокократной пены 11. Выходной патрубок генератора защищен от проникновения дыма и пламени на станцию пенотушения специальными крышками 13, которыми управляют дистанционно. В верхней части помещения обязательно предусматривается устройство вентиляционных отверстий 2 для отвода продуктов горения, вытесняемых пеной. Через отверстия 14 в платформах пена может заполнять нижние этажи МКО и проникать под его плиты. В рассматриваемой системе пенотушения предусматривается установка переключающего устройства 12, позволяющего выпускать пену на палубу через специальный канал 3. Благодаря такой конструкции системы можно осуществлять плановые проверки исправности генераторов в действии и проводить тренировочные пожарные тревоги. Трубопроводы всех установок и систем пенотушения окрашивают в цвета помещений, через которые они проложены. Трубы маркируют нанесением двух колец красного и зелёного цветов. Ширина каждого кольца 25 мм, расстояние между кольцами 25 мм, между двумя смежными марками – не более 6 м.