DEVELOPMENT OF A FORMULA FOR COMPRESSED AIR FOAM TO ENSURE EFFECTIVE EXTINGUISHING OF CLASS "B" FIRES
DEVELOPMENT OF A FORMULA FOR COMPRESSED AIR FOAM TO ENSURE EFFECTIVE EXTINGUISHING OF CLASS "B" FIRES
Abstract
The work examines the performance characteristics of compressed systems developed using various foaming agents, in order to determine the optimal formulation for the effective extinguishing of class "B" fires. The types of foaming agents used in the study are the following: AFFF/FR, S/synthetic, AFFF, AFFF/AR, and S/AR. The research of the fire extinguishing potential of CAF systems is carried out through three interrelated mechanisms: the ability to form a solid adhesive coating that blocks oxygen access to the combustion source; intensive cooling of the surface due to the high heat capacity of the finely dispersed foam structure; suppression of the release of flammable vapours through the formation of a stable barrier layer. The research results have established that the most effective fire-extinguishing agent is compressed air foam with a 6% by volume solution of an S/AR-type foaming agent.
1. Введение
Компрессионные воздушно-механические пены CAF (Compressed Air Foam), представляют собой тип огнетушащей пены, отличающийся структурной стабильностью, сильной адгезией, обеспечивающей надежное прилипание к различным поверхностям для создания сплошного, устойчивого к сдуванию барьера, а также способностью проникать в труднодоступные места за счет энергии сжатого воздуха . Экспериментально подтверждено влияние на эксплуатационные характеристики пены таких факторов, как давление на выходе из CAF системы , тип пенообразователя и его концентрация , применяемые добавки , , интенсивность теплового излучения , соотношение раствора пены и воздуха .
Как правило, в CAF системе используют раствор пенообразователя, который смешивается со сжатым воздухом в строго контролируемых пропорциях под высоким давлением, что приводит к турбулентному перемешиванию и образованию характерной мелкопузырчатой структуры.
В настоящее время ведутся исследования, расширяющие область применения компрессионных пен при тушении пожаров: класса «A», класса «B» , а также литий-ионных аккумуляторов , .
Актуальность работы обусловлена отсутствием стандартизированных рецептур CAF для класса «В».
В работе исследуется огнетушащий потенциал CAF-систем, который реализуется через три взаимосвязанных механизма:
– способность формировать сплошное адгезивное покрытие, блокирующее доступ кислорода к очагу горения;
– интенсивное охлаждение поверхности за счет высокой теплоемкости мелкодисперсной пенной структуры;
– подавление выделения горючих паров благодаря образованию стабильного барьерного слоя.
2. Методы и принципы исследования
2.1. Объект исследования
Объект исследования — компрессионные воздушно-механические пены (CAF), разработанные на водной основе с содержанием различных типов пенообразователей: AFFF/FR, S/синтетический, AFFF, AFFF/AR, S/AR (рисунок 1).
Особое внимание уделяется разработке оптимальных рецептур с концентрацией рабочих растворов в диапазоне 6,0 об.%. Ключевыми компонентами разрабатываемых составов являются базовые пенообразователи, сжатый воздух под давлением 6–8 бар. Параметрами генерации исследуемых пен выступают оптимальное соотношение воздух/раствор в пределах 1:4-1:7, расход подачи не менее 200 л/мин и коэффициент расширения от 8:1 до 15:1.
Огнетушащие растворы пенообразователя:
а - 6% AFFF/AR; б - 6% AFFF; в - 6% S/синтетический; г - 6%. АFFF/AR; д - 6% S/AR
Раствор пенообразователя объемом 100 мл получен в лабораторной установке компрессионной пены. Масса и высота столба пены измерялась до и после заполнения мерной цилиндрической емкости объемом 1000 мл. В завершении измерялся осадок на дне мерного цилиндра.
2.3. Исследование структуры пены
Для исследования замороженных пузырьков образцы компрессионной пены фиксировались криогенным методом над поверхностью жидкого азота, после чего замороженные образцы подвергались поперечному срезу и анализу распределения размеров пузырьков при помощи линейки (рисунок 2).
Стадии подготовки к исследованию структуры пены:
а - заполнение мерного сосуда воздушно-механической пеной; б - результат криогенного воздействия на вещество
Исследование проводилось в лабораторной установке (рисунок 3 а), которая состоит из призматического короба, выполненного листовым металлом толщиной 10 мм с вытяжным цилиндрическим отверстием (2), весов (3), емкости с легковоспламеняющейся жидкостью — бензин БР1 (4), устройств измерения температуры (5).
Исследование времени тушения модельного очага пожара класса «В» компрессионной пеной:
а - схема лабораторной установки; б - процесс тушения модельного очага пожара класса «В»; в - попытка повторного воспламенения очага
3. Результаты и обсуждения
На рисунке 4 (а) приведены результаты исследования стойкости компрессионной пены, с содержанием пенообразователя 6,0 об.%. Лучшие результаты показала компрессионная пена, с содержанием пенообразователя типа S/AR: время разрушения составило около 615 секунд.
Результаты исследований:
а - определение стойкости компрессионной пены; б - определение размеров пузырьков в замороженном виде
Микроструктура компрессионной пены после криогенной фиксации:
а - 6% AFFF/AR; б - 6% S/синтетический; в - 6% AFFF; г - 6% S/AR; д - 6% АFFF/AR
Исследование времени тушения легковоспламеняющейся жидкости отображено на графике зависимости массы от времени. Расчет времени тушения ЛВЖ.
Зависимость изменения массы компрессионной пены от времени тушения модельного очага пожара класса «В» при применении пенообразователя. Микроструктура компрессионной пены после криогенной фиксации:
а - 6% AFFF/AR; б - 6% AFFF
Зависимость изменения массы компрессионной пены от времени тушения модельного очага пожара класса «В» при применении пенообразователя. Микроструктура компрессионной пены после криогенной фиксации:
а - 6% АFFF/AR; б - 6% S/синтетический
Время тушения модельного очага и устойчивость к повторному воспламенению различных пенообразователей
№ п/п | Огнетушащий состав, 100 мл | Время тушения модельного очага (сек) | Время повторного воспламенения после воздействия пламенем горелки (сек) |
1 | AFFF/AR | 7,55 | - |
2 | S/синтетический | 8,43 | - |
3 | AFFF | 12,32 | 8,32 |
4 | АFFF/AR | 8,33 | - |
5 | S/AR | 6,42 | - |
4. Заключение
Экспериментальная часть исследования доказала высокую эффективность компрессионных пен при тушении модельных очагов пожара класса «В». В частности, для подслойного тушения легковоспламеняющихся жидкостей оптимальным признан 6 об.% раствор пенообразователя «S/AR», продемонстрировавший максимальную стойкость и быстрое подавление пламени бензина БР1.
Полученные данные подчеркивают критическую важность точного контроля параметров генерации пены, включая соотношение воздух/раствор, концентрацию пенообразователя и расход подачи.
Особого внимания заслуживают практические аспекты применения CAF-технологий. Исследования подтвердили их высокую эффективность при тушении пожаров класса «В» благодаря способности создавать физические барьеры, блокирующие как лучистую энергию, так и выделение горючих паров.