К вопросу о механизме горения и пожаротушении тлеющих материалов

Баратов А.Н., Румянцев Л.В., Цариченко С.Г. 

(Пoжарная безопасность. №1. 2002 г. C . 96-97) 

Проанализированы особенности горения целлюлозных материалов в режиме тления. Отмечена недостаточная изученность этого процесса. Приведено описание укрупненного испытания по объемному тушению очага класса А 1 составом ТФМ -18 - И. Испытание дало обнадеживающие результаты в части тушения древесины объемным способом комбинированными газовыми составами и подтвердило необходимость дальнейших исследований в этом направлении. 

горение твердых материалов, как правило, происходит в газовой фазе. Для некоторых твердых материалов характерен переход от пламенного горения к горению непосредственно конденсированной фазы, проявляющемуся в появлении раскаленной поверхности. Такое горение является гетерогенным. К особому его виду относится тление, для которого характерны как накал конденсированной фазы, так и близко примыкающее к твердой поверхности гомогенное пламя. Сущность этого вида горения изучена недостаточно. Наиболее часто оно встречается при горении целлюлозных материалов (древесина, хлопок, текстиль и т. д.). 

Режим горения в виде тления занимает промежуточное положение между режимами сугубо гетерогенного и обычного диффузионного горения. Древесина в зависимости от условий может гореть и в режиме тления, и в режиме пламенного диффузионного горения. Основным внешним условием горения в виде тления является недостаток поступающего к горящему материалу кислорода. Тление обычно характеризуется менее полным окислением топлива, более низкими температурами и много меньшей скоростью распространения. Все эти характеристики тления изменяются в зависимости от доступа кислорода. Особенности тления обусловливают особые сложности при ликвидации этого вида горения. 

В связи с этим представляется целесообразным проведение исследований: интенсивности поглощения кислорода тлеющим материалом; скорости горения материалов в режиме тления; предельных условий горения тлеющих материалов. 

Пожары, в которых в качестве горючей среды или горящего объекта выступает древесина и древесные материалы, относятся к классу А1. Для их тушения могут быть использованы все виды огнетушащих средств и, прежде всего, вода. 

К достоинствам воды как огнетушащего средства, помимо доступности и дешевизны, относятся значительная теплоемкость, высокая скрытая теплота испарения, подвижность, химическая нейтральность и отсутствие ядовитости. Такие свойства воды обеспечивают эффективное охлаждение объектов, как горящих, так и расположенных вблизи очага горения. Благодаря хорошей подвижности вода легко транспортируется и может быть доставлена в удаленные и труднодоступные места. 

Огнетушащая способность воды выражается также в охлаждающем действии, разбавлении горючей среды образующимися при испарении парами и механическом воздействии на вещество, т. е. срыве пламени. Разбавляющее действие, приводящее к снижению содержания кислорода в окружающем воздухе, объясняется тем, что объем пара в 1700 раз превышает объем испарившейся воды. 

Однако при тушении тлеющих материалов требуется значительно снижать концентрацию кислорода в окружающей среде. Не изучен вопрос, не является ли достаточным для поддержания тления то количество кислорода, которое находится внутри материала. Определенные затруднения при тушении тлеющих материалов связаны с продолжительностью горения материала до начала тушения, так как чем глубже уходит очаг тления, тем сложнее его потушить. Особенно это важно, когда прозводится тушение кровельных материалов. 

Следовательно, необходимо совершенствовать способы и средства тушения целлюлозных материалов, а также упаковочных материалов, таких как стрейч пленка и скотч. Так, предполагается использовать эжекционный способ подачи в очаг горения комбинированных составов, таких, как газоводяные смеси, в том числе с присутствием в воде различных добавок (примесей). Намечается провести экспериментальные исследования по изучению особенностей горения в режиме тления и оценке эффективности тушения комбинированными составами с помощью газожидкостного эжекционного устройства. Разработка комбинированных огнетушащих составов и средств их практического применения является одним из наиболее перспективных путей повышения эффективности средств пожаротушения. 

В настоящее время отечественными нормами пожарной безопасности НПБ 51-96 не рекомендуется применение газовых составов для тушения тлеющих материалов. Реальные пожары, как правило, связаны с горением подобных материалов (мебель, текстиль, отдельные виды полимерных упаковочных материалов), и оценка возможности тушения тлеющих материалов газовыми составами представляется весьма актуальной. С этой целью было проведено испытание по тушению очага горящей древесины комбинированным газовым составом ТФМ -18 - И (комбинация хладона 23 и йод - содержащего ингибитора по патенту № 2156630). 

Испытание проводили по методике, изложенной в п. 5.2 НПБ 51-96, в стальной условно герметичной огневой камере объемом 40 м3 (4,10x3,12x3,03 м). Камера была оборудована арматурой с четырьмя насадками для подачи газа. 

Состав подавали из модуля производства фирмы LPG вместимостью 26 л, поставленного ЗАО «Косми» и заправленного составом ТФМ -18 - И на Редкинском опытном заводе. Тушение регистрировали термопарами группы ХА, результаты записывали с помощью прибора КСП, проводили видеосъемку процесса тушения. Время тушения фиксировали по термограммам и по данным видеосъемки. 

В испытании был использован модельный очаг пожара класса А1 из древесины хвойных пород, зажигание проводили от емкости с н - гептаном факелом вручную. После зажигания происходило свободное горение очага пожара при открытой двери камеры в течение 6 мин. По истечении указанного времени дверь в камеру плотно закрывали, дистанционно включали модуль пожаротушения и проводили в продолжение 14 с выпуск огнетушащего вещества в камеру. За это время очаг пожара был потушен при расходе огнетушащего вещества 0,31 кг / м3. Спустя 10 мин камера была вскрыта. 

После открытия камеры и визуального осмотра штабеля древесины была зафиксирована значительная степень обугленности брусков штабеля, но признаков тления при этом обнаружено не было. 

После открытия двери камеры было отмечено также значительно меньшее количество газообразных продуктов горения, чем при аналогичных испытаниях, проведенных ранее, в которых тушили только н-гептан. Это можно объяснить тем, что продукты горения, возможно, сорбировались в угольных слоях, образовавшихся на поверхностях древесных брусков при горении. 

На трех брусках из штабеля (образцах) в пяти точках на каждом образце была измерена глубина обугленного слоя. Максимальная толщина обугленного слоя составила 6, средняя 3,7 мм. Таким образом, скорость тления (обугливания) была равна: максимальная 1,7*10-3, средняя 1,0*10-3 см / с. Эти значения скорости тления древесины достаточно хорошо согласуются с данными, имеющимися в литературе. Например, в работе для древесных волокон указана скорость тления от 1,0*10-3 до 2,5*10-3 см/с. 

Проведенные испытания дали обнадеживающие результаты в части тушения древесины объемным способом комбинированными газовыми составами и подтвердили необходимость дальнейших исследований в данном направлении. Помимо тушения древесных материалов, может быть полезной постановка экспериментов по тушению других тлеющих материалов, например, хлопчатых тканей, ваты, бумаги, картона и других (целлюлозных) тлеющих материалов вышеуказанным способом.