Огнетушащие вещества

Огнетушащие вещества — это химические соединения, материалы или физические среды, которые вводятся в зону горения для прекращения процесса горения (пожара) за счёт физико-химического воздействия на очаг. Огнетушащие вещества являются ключевым элементом систем пожаротушения и первичных средств (огнетушителей), а их выбор определяется классом пожара, свойствами горящих материалов, условиями окружающей среды и экономической целесообразностью.

Классификация по агрегатному состоянию и механизму действия

Огнетушащие вещества классифицируют по нескольким признакам, основными из которых являются агрегатное состояние и преобладающий механизм прекращения горения.

По агрегатному состоянию

Выделяют четыре основные группы:

• Жидкие: вода (в том числе с добавками — смачивателями, загустителями, антифризами), водные растворы солей (например, бикарбоната натрия), водные пены (пены низкой, средней и высокой кратности), жидкие хладоны (фреоны), сжиженные газы (углекислота).
• Газообразные: инертные газы (азот, аргон, диоксид углерода в газовой фазе), углеводородные ингибиторы (хладоны в газовой фазе), водяной пар.
• Твёрдые (порошкообразные): огнетушащие порошки общего и специального назначения (на основе фосфатов, бикарбонатов, хлоридов), а также песок, земля, асбестовые покрывала.
• Аэрозольные: аэрозолеобразующие составы (АОС), которые при срабатывании генератора образуют высокодисперсную взвесь твёрдых частиц и газов.

По механизму прекращения горения

Основные механизмы действия:

1. Охлаждение зоны горения: снижение температуры реагирующих веществ ниже температуры самовоспламенения. Типичный представитель — вода, обладающая высокой теплоёмкостью и теплотой парообразования.
2. Изоляция очага от кислорода воздуха: создание слоя, непроницаемого для окислителя. К таким веществам относятся пены, порошки, песок, асбестовые покрывала, а также инертные газы, вытесняющие кислород.
3. Ингибирование (химическое торможение) реакции горения: взаимодействие с активными центрами цепной реакции горения (радикалами H, OH, O) с образованием неактивных соединений. Наиболее эффективно действуют галогенсодержащие вещества (хладоны) и некоторые порошки (на основе фосфата аммония).
4. Флегматизация (разбавление) горючей среды: снижение концентрации горючего пара или газа в зоне горения до значений ниже нижнего концентрационного предела воспламенения. Осуществляется инертными газами (азот, диоксид углерода) и водяным паром.

Виды и характеристики основных огнетушащих веществ

Вода и водные растворы

Вода — самое распространённое и доступное огнетушащее вещество. Её огнетушащая способность основана преимущественно на охлаждении. При испарении 1 литра воды поглощается около 2,26 МДж тепла. Вода также разбавляет пары горючего вещества образующимся паром.

• Преимущества: высокая теплоёмкость, низкая стоимость, нетоксичность, доступность.
• Недостатки: электропроводность (нельзя тушить электроустановки под напряжением), высокая реакционная способность с некоторыми веществами (щелочные металлы, карбиды, магний), повреждение материальных ценностей (книги, электроника), низкая смачивающая способность (для тушения твёрдых волокнистых материалов применяют смачиватели — поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение воды).

Пены

Воздушно-механическая пена — это коллоидная система, состоящая из пузырьков газа (воздуха), разделённых плёнками жидкости (водного раствора пенообразователя). В зависимости от кратности (отношения объёма пены к объёму раствора) различают:

• Низкой кратности (до 20): применяется для тушения разлитых горючих жидкостей (нефтепродуктов) и твёрдых материалов.
• Средней кратности (20–200): наиболее эффективна для тушения пожаров в помещениях, на складах, в трюмах судов.
• Высокой кратности (более 200): используется для объёмного тушения (заполнения больших пространств, тоннелей, подвалов).

Пены изолируют поверхность горючего от кислорода, а также оказывают охлаждающее действие. Пенообразователи бывают синтетические (наиболее распространены) и протеиновые (на основе гидролизованного белка). Для тушения полярных жидкостей (спирты, ацетон) применяются фторсинтетические пенообразователи, образующие плёнку на поверхности жидкости.

Огнетушащие порошки

Огнетушащие порошки — мелкодисперсные твёрдые соли (размер частиц 10–100 мкм). Они обладают комбинированным действием: ингибируют реакцию горения, изолируют поверхность и создают облако, затрудняющее доступ кислорода.

• Порошки общего назначения (типа ABCE): на основе фосфата аммония. Эффективны для тушения пожаров классов A (твёрдые вещества), B (жидкости), C (газы) и E (электроустановки под напряжением до 1000 В).
• Порошки специального назначения (типа D): на основе хлорида натрия, калия или графита. Предназначены для тушения пожаров класса D (металлы и их сплавы — магний, алюминий, титан, натрий).

Недостатки: загрязняют поверхности, могут вызывать коррозию, неэффективны при тушении тлеющих материалов (глубинных очагов), создают облако, ухудшающее видимость.

Инертные газы и хладоны

Инертные газы (азот, аргон, диоксид углерода) действуют преимущественно путём разбавления атмосферы в зоне горения, снижая концентрацию кислорода до уровня, при котором горение невозможно (обычно ниже 12–15% объёма). Они не проводят электричество и не повреждают оборудование. Диоксид углерода (CO₂) в сжиженном виде при выходе из сопла образует «снежную» массу с температурой около -78 °C, что усиливает охлаждение.

Хладоны (фреоны) — галогенсодержащие углеводороды (например, хладон 114В2, хладон 125). Их огнетушащая способность в 5–10 раз выше, чем у CO₂, за счёт мощного ингибирующего действия. Однако многие хладоны разрушают озоновый слой (озоноразрушающие вещества, ОРВ) и обладают высокой парниковой активностью. В соответствии с Монреальским протоколом и Киотским протоколом, производство и применение многих хладонов (например, хладона 13В1) ограничено или запрещено. В настоящее время разрабатываются и внедряются озонобезопасные хладоны (например, HFC-227ea, FK-5-1-12 — Novec 1230).

Аэрозолеобразующие составы (АОС)

Аэрозолеобразующие составы — это твёрдые смеси, которые при горении образуют высокодисперсный аэрозоль (частицы солей и газов). Аэрозоль проникает в труднодоступные места и эффективно ингибирует горение. Применяются в автоматических системах объёмного пожаротушения (например, в генераторах «Смерч», «Каланча»). Недостатки: высокая температура продуктов сгорания (до 1500 °C), что требует особых мер безопасности; возможное вторичное возгорание при недостаточном охлаждении; токсичность продуктов.

Применение по классам пожаров

Выбор огнетушащего вещества регламентируется классом пожара по ГОСТ 27331-87 (ISO 3941-77):

Критерии выбора и ограничения

При выборе огнетушащего вещества учитываются:

• Класс пожара: основное требование.
• Эффективность: скорость тушения, расход вещества, площадь/объём, на который оно рассчитано.
• Безопасность для людей: токсичность (CO₂, хладоны, продукты сгорания АОС могут быть опасны в замкнутых пространствах), раздражающее действие.
• Совместимость с материалами: коррозионная активность (порошки, вода), реакция с горючим (вода с металлами), повреждение оборудования (пена, порошки).
• Экологические требования: озоноразрушающий потенциал (ОРП), потенциал глобального потепления (ПГП). Использование озоноразрушающих хладонов (например, хладона 12В1, хладона 114В2) в России ограничено или запрещено для новых установок.
• Экономические факторы: стоимость вещества, оборудования, затраты на обслуживание.

Историческая справка

Первым огнетушащим веществом была вода, использовавшаяся с древнейших времён. В XVIII веке начали применять песок и землю. В 1816 году в Великобритании был запатентован первый огнетушитель на основе раствора поташа (карбоната калия). В XX веке появились пены (химическая — 1904, воздушно-механическая — 1940-е), углекислота (1908), хладоны (1950-е), порошки (1960-е) и аэрозольные составы (1980-е). Современные тенденции направлены на создание экологически безопасных, высокоэффективных и безопасных для человека огнетушащих веществ, таких как фторированные кетоны (Novec 1230) и инертные газы.

Источники

• ГОСТ 27331-87. Пожарная техника. Классификация пожаров.
• ГОСТ Р 53280.2-2010. Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 2. Пенообразователи для подслойного тушения пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах. Общие технические требования.
• ГОСТ Р 53280.3-2010. Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 3. Газы огнетушащие. Общие технические требования.
• ГОСТ Р 53280.4-2010. Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 4. Порошки огнетушащие. Общие технические требования.
• Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
• Справочник «Пожарная безопасность» под редакцией В. И. Ройтмана, 2010.
• Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987).