Научно-техническое обеспечение тушения пожаров в современных условиях

Тушение пожаров является весьма специфической областью деятельности, в основе которой лежат фундаментальные законы физики и химии. Фактически, пожаротушение есть некий технологический процесс, приводящий к определенному конечному результату. Отличие от процессов, протекающих в промышленных установках, состоит в том, что параметры пожара и, соответственно, пожаротушения не находятся полностью под нашим контролем, и слишком часто мы не можем предсказать значение характеризующих параметров в пространстве и во времени. Иногда пожар превращается в настоящее стихийное бедствие, т.е. масштабы и мощность пламени превышают возможное воздействие человека, и сегодня не возможно создание сказочного карманного устройства, с помощью которого любой человек потушит любой пожар. Кроме того, если производственные технологические процессы регулируются ограниченным кругом специалистов, то в зоне воздействия факторов пожара и необходимости его тушения могут оказаться люди, совершенно не имеющие представления о механизмах горения и пожаротушения. Если учесть тот факт, что каждый пожар сопровождается нанесением ущерба, становится очевидной трансформация технической задачи пожаротушения в социально-экономическую. Это значит, что эффективная борьба с пожарами определяется не только принимаемыми техническими решениями, но и другими характеристиками состояния современного общества. Хотя не стоит забывать, что это две стороны одной медали.

Эффективность нашего воздействия на пожар зависит от эффективности огнетушащих веществ, мощности и количества средств их подачи, и профессиональных знаний управляющих техникой людей. Все это относится к научно-техническим аспектам пожаротушения:

Выбор способа пожаротушения и необходимой интенсивности подачи огнетушащего средства определяется свойствами (составом) горючего, его количеством, конкретными условиями места возникновения пожара и геометрическими размерами защищаемого объекта, продолжительностью свободного горения.

Известные средства объемного тушения пожара – порошковые, газовые и газоаэрозольные составы – обладают рядом существенных недостатков, в первую очередь к которым относятся:

- отсутствие или очень слабое проявление в процессе тушения охлаждающего эффекта;

- снижение эффективности средства пожаротушения при отсутствии герметичности помещения или при тушении пламени на открытом пространстве;

- порошковые, газовые и газоаэрозольные составы не снижают концентрацию опасных для человека продуктов горения в объеме рассматриваемого помещения, а порой сами являются опасными для здоровья людей;

- поскольку составы объемного тушения заполняют весь объем помещения, локальное тушение очага пожара, как правило, затруднительно;

- малая эффективность огнетушащих составов при использовании их подразделениями пожарной охраны.

Помимо этого, запуск некоторых марок генераторов огнетушащего аэрозоля приводит к возрастанию температуры и давления в защищаемом объеме, разрушению остекления здания и снижению эффективности газоаэрозольного состава.

Слабый охлаждающий эффект может проявиться после ликвидации пламенного горения. В ряде случаев, воспламенившееся горючее еще до возникновения пожара по технологическим условиям бывает нагрето до высокой температуры. Указанные составы не смогут его охладить и исключить повторное воспламенение в течение длительного времени - до тех пор, пока температура не будет снижена в результате естественного остывания. Это может потребовать несколько часов, а иногда и десятков часов.

Другой особенностью применения составов объемного тушения является необходимость очень быстрого (автоматического) запуска установки пожаротушения. Поскольку в результате горения в зоне пожара будет накапливаться тепло, а охлаждающее воздействие состава объемного тушения мало, необходимо, чтобы время срабатывания установки пожаротушения было как можно меньшим, желательно ограничить это время величиной 30 – 60 с. Однако, при этом условии возникает другая проблема – эвакуация персонала из горящего помещения. Хорошо известно, что некоторые газовые составы, на пример, углекислый газ, не могут использоваться в помещении, где по какой-либо причине находятся люди из-за возможности их отравления. Отравление людей возможно также продуктами горения веществ и материалов. Осуществить же быструю эвакуацию не всегда бывает возможно. Кроме этого, порошковые и аэрозольные составы, выпущенные в объем помещения, приводят к полной потере видимости, а значит к невозможности эвакуации персонала. Задержка пуска установки на время эвакуации приведет к снижению эффективности огнетушащего воздействия состава и возникновению указанных выше проблем.

Поскольку достаточно часто пожар в помещении начинается с воспламенения (взрыва) парогазовой фазы горючего, нарушение герметичности может привести к тому, что требуемая огнетушащая концентрация состава объемного тушения не будет достигнута, а пожар вообще не будет потушен.

Из всех известных средств пожаротушения наиболее подходящим, в первую очередь для объектов топливно-энергетического комплекса, является воздушно-механическая пена. Даже пена высокой кратности обладает существенным охлаждающим эффектом, осуществляя в процессе тушения секционирование объема защищаемого помещения. Одновременное охлаждающее и изолирующее воздействие пены на зону пожара наилучшим образом осуществляет ликвидацию горения.

Постоянный интерес у служб пожаротушения сохраняется в отношении к тушению пожаров в резервуарах, поскольку именно эти пожары относятся к числу крупных и сложных. Широкое внедрение современных фторсинтетических и фторпротеиновых пенообразователей позволило реализовать технологию подслойного тушения пожаров в резервуарах. Основными преимуществами такой технологии пожаротушения являются:

• интенсивное перемешивание («барботирование») горючего в резервуаре, приводящее к быстрому охлаждению верхнего слоя за счет отвода тепла к нижним холодным слоям;
• исключение повреждений установки пожаротушения при взрыве паровоздушной смеси в резервуаре;
• конвективные потоки способствуют быстрому растеканию пены или пленки поверхностно-активного вещества по свободной поверхности горючего;
• снижение вероятности вскипания и выброса горючего;
• возможность безопасного применения передвижной пожарной техники и подачи пены в горящий резервуар без использования подъемных устройств.

Не следует путать способ подслойного пожаротушения с методом подачи пены установками УППС, в которых используются рукава и пенообразователь общего назначения. Очевидно, что из всех, указанных выше преимуществ, в данном случае реализуется только последнее.

Свойства горючего в резервуаре могут быть различны: от газового конденсата с большим количеством легких фракций, которые трудно изолировать от окружающего воздуха и открытого пламени, до высокопарафинистой (высоковязкой) нефти, тушение которой в резервуаре подслойным способом практически не возможно из-за образования локальных ловушек для всплывающей пены. Как правило, высоковязкие продукты, такие как некоторые сорта нефти, мазут, и т.п. хранятся в резервуарах при повышенной температуре для обеспечения возможности их перекачки. Холодная, по сравнению с продуктом, пена охлаждает локальные участки продукта, образовывая полости, ограниченные вязким продуктом. Даже если эти полости смогут подняться до свободной поверхности, пена не сможет их покинуть, и горение будет продолжаться. В настоящее время не известны случаи применения подслойного способа подачи пены для резервуаров с вязкими горючими жидкостями.

Конструктивные особенности резервуара, т.е. наличие понтона или плавающей крыши, когда применение только подслойного способа подачи, особенно в автоматическом режиме, не гарантирует успешного тушения, требуют организации комбинированной подачи пены, либо подачи ее только сверху. Пожар в резервуаре указанного типа начинается, либо сопровождается нарушением движения понтона или плавающей крыши. Без сомнений понятно, что при перекосе понтона или плавающей крыши значительная часть поверхности горючего в резервуаре окажется недоступной для поступающей под слой пены. По этой причине для резервуаров таких типов следует предусматривать «комбинированный» способ подачи, позволяющий осуществлять тушение с помощью пены, поступающей на поверхность горючего сверху через пеносливы. В промышленно развитых странах такие резервуары защищаются, как правило, с помощью генераторов пены низкой кратности, размещаемых над верхним поясом резервуара. Поскольку дать точный прогноз о положении понтона или плавающей крыши в момент возникновения пожара не возможно, автоматическая система пожаротушения должна предусматривать первоочередную подачу пены сверху. Помимо указанных особенностей пена, поступающая через пеносливы и стекающая по стенке резервуара, дополнительно охлаждает стенку, препятствуя ее деформации от воздействия факела пламени.

Статистика пожаров свидетельствует о достаточно высокой вероятности возникновения загорания в помещении насосной или компрессорной станции. До настоящего времени такие объекты защищаются с помощью пены средней кратности установками на основе генераторов типа ГПС.

Как правило, рассматриваемые помещения имеют высоту более 10 м, а технологические трубопроводы располагаются на различных отметках по высоте. В этих условиях, даже при возникновении пожара в нижней части, возможно быстрое его распространение в вертикальном направлении. Отсутствие точного прогноза о месте возникновения и размерах загорания к моменту включения установки пожаротушения требует осуществления огнетушащего воздействия по всему объему помещения.

В отличие от рассмотренных выше составов объемного пожаротушения, применение пены высокой кратности имеет лишь один недостаток – в силу достаточно высокой электропроводности пена не может быть рекомендована для тушения установок под напряжением и в тех случаях, когда контакт пены (раствора пенообразователя) с некоторыми веществами и материалами приведет к их порче. Однако, в этих случаях существуют технические решения, сводящие к минимуму возможное вредное воздействие пены благодаря ее способности осуществлять «секционирование» защищаемого помещения в процессе тушения пожара. Эффект огнетушащего воздействия пены высокой кратности заключается не только в непосредственном контакте пены и свободной поверхности горючего, но и в образовании локальных объемов, изолированных от окружающего воздуха, что приводит к самотушению пламени внутри таких объемов.

Одно из существенных преимуществ применения для тушения пожаров пены низкой кратности на основе современных пенообразователей целевого назначения достигается при использовании передвижных или стационарных лафетных стволов. Такие стволы (мониторы) являются эффективными средствами доставки пены к очагу пожара и могут использоваться, как для тушения больших площадей, включая проливы горючего, так и для подачи пены на высоту до 30 и более метров, орошения строительных конструкций в зоне пожара и вблизи от нее. Необходимым условием успешного применения таких стволов является наличие мощной системы водоснабжения. В зависимости от марки ствола, он может обеспечить расход воды или раствора до 1000 л в секунду при дальности 150 и более метров.

Ручные, переносные и стационарные лафетные стволы по праву можно отнести к наиболее любимому в пожарной охране вооружению. Современные модели стволов не только способны выполнять различные функции: доставлять в зону пожара воду или пену, формировать компактную или распыленную струю, создавать водяную завесу, но и обеспечить безопасность пожарного во время боевой работы. Защита пожарного достигается, как благодаря многофункциональности ствола, так и из-за большой дальности возможной доставки огнетушащего вещества. При тушении крупномасштабных пожаров целесообразно использование стволов с дистанционным управлением или оснащенных автоматическим устройством осциллирования. В этом случае пожарный вообще может находиться вне досягаемости опасных факторов пожара.

Продолжительность горения до момента начала тушения определяет тепловой режим в зоне пожара и, следовательно, величину необходимой интенсивности подачи огнетушащего вещества. Тушение может осуществляться с помощью стационарных (автоматических) установок или с использованием передвижной пожарной техники. Очевидно, что в последнем случае время до начала тушения будет больше и охлаждающее воздействие огнетушащего вещества должно быть более эффективным. Одним из основных вопросов при расчете систем пенного пожаротушения является определение нормативной интенсивноси подачи. Следует напомнить, что в бывшем Советском Союзе была разработана уникальная методика, основанная на понятии «критической интенсивности». Строгое определение критической интенсивности является следующим: при критической интенсивности эффект тушения не достигается бесконечно долго, однако при увеличении интенсивности подачи на любую сколь угодно малую величину тушение будет достигнуто за конечный промежуток времени. В режиме критической интенсивности подачи достигается псевдо-стационарный режим горения, осложненный воздействием пены. Такой режим гораздо более удобен для изучения и моделирования, чем полностью нестационарный, когда большое количество параметров изменяется в пространстве и во времени.

Переход от критической интенсивности к нормативной осуществляется умножением величины первой на коэффициент запаса, учитывающий влияние различных факторов, таких как реальное качество огнетушащего состава, например, пенообразователя и воды, возможные отклонения в работе подающей аппаратуры и т.п.

Интересно, что по сравнению с режимом критической интенсивности суммарный нормативный запас большинства огнетушащих веществ, определяемый по российской методике, как и нормативы европейских стран, определяемые совершенно другим способом, но также с учетом трудно прогнозируемых факторов, дают значение примерно 6 - 7. Действующие нормативы подачи огнетушащих веществ примерно одинаковы во всех странах и обеспечивают тушение пожара при штатном функционировании пожарной техники. Однако тот, кто использует наиболее надежную и качественную технику получает и более надежную противопожарную защиту в целом, выигрывая за счет упомянутого выше коэффициента запаса.

Это очень хорошо, что подразделения пожарной охраны, а также здания и сооружения теоретически сегодня могут быть оснащены современными огнетушащими веществами и средствами их доставки в зону пожара. Однако только теоретически, поскольку мы не учли тот самый социально-экономический аспект, о котором говорилось в начале. Ни для кого не секрет снижение роли пожарной охраны в жизни современного российского общества. Причин тому несколько. Это и то, что затраты на противопожарную защиту не приносят прибыли, административно-правовая чехарда, неувязки с финансированием всех подразделений – от центральных до рядовых пожарных частей.

Появление новой техники и огнетушащих веществ, а также новых промышленных технологий и материалов требует внесения изменений в нормативные и служебные документы, разработки тактических приемов и способов тушения пожаров, что не возможно без проведения соответствующих исследовательских работ. Система сертификации в области пожарной безопасности и сертификационные испытания решить эту задачу не в состоянии. Большинство действующих сегодня Норм пожарной безопасности (НПБ) являются в лучшем случае компиляцией документов, разработанных 10 – 20 лет назад. В некоторых случаях изложенные в НПБ требования вообще не имеют экспериментального или теоретического обоснования.

Практическая утрата государственного (федерального) управления пожарной охраной и передача подразделений на местный административный уровень ставит перед руководителями этого уровня непривычную для них задачу, для решения которой необходимы, отсутствующие в большинстве случаев, профессиональные знания и опыт. А это значит: какое оборудование и в каком количестве закупать, где и как его использовать будут решать хоть и не глупые, но не компетентные в вопросах пожарной безопасности люди.

В этой ситуации становится очевидной необходимость построения, если не национальной, то хотя бы межрегиональной системы пожарной безопасности. Только в этом случае можно будет надеяться, что регионы или даже отдельные подразделения смогут оказать друг другу помощь в тушении крупных пожаров.

А лучшим вариантом технического решения по организации пожаротушения является автоматическое пенное пожаротушение, если, конечно, нет весомых аргументов в пользу иного способа защиты.