Сегодня автоматические установки пенного пожаротушения широко применяются для защиты зданий и сооружений различного назначения. Наибольшее распространение данные установки получили на промышленных объектах (химических, нефтехимических, энергетических, металлургических и др.). Популярность автоматического пожаротушения объясняется достаточно высокой скоростью (до 3 мин) подачи огнетушащего вещества в защищаемый объем без участия человека, что в свою очередь позволяет ограничить развитие пожара на начальной стадии и существенно сократить потенциальный ущерб от него. Тем не менее согласно мировой статистике ликвидация либо локализация пожара автоматическими установками пенного пожаротушения происходит только в 60 % случаев.

Одним из способов повышения эффективности тушения пеной является увеличение ее кратности, т. е. увеличение отношения ее объема к объему рабочего раствора пенообразователя (раствора ПО), из которого она генерируется. Пену низкой кратности (кратность пены от 4 до 20) в автоматических установках пожаротушения получают с использованием пенных и водопенных оросителей. Они применяются для тушения проливов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, ванн, емкостей и тары с ними, горючих синтетических и других материалов; локального тушения установок, машин и механизмов, содержащих горюче-смазочные материалы, а также в любых других случаях, где рекомендовано пенное пожаротушение, но применение пенных стволов или пеногенераторов большей производительности нецелесообразно. Наибольшее распространение получили оросители розеточного типа, где раствор ПО, проходя через выходное отверстие оросителя, формируется в коническую струю и попадает на специально профилированную розетку, на которой происходит механическая дезинтеграция потока жидкости и его вспенивание.

Для повышения кратности пены, генерируемой оросителем, в ходе экспериментальных исследований нашим авторским коллективом установлены оптимальные геометрические параметры основных его элементов (дужки и розетки) [1]. Оптимальный по кратности пены ороситель протестирован в аккредитованной лаборатории учреждения «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, где в ходе испытаний получено значение кратности 13,6 [2], что в среднем в 2 раза больше по сравнению с применяемыми на данный момент пенными и водопенными оросителями розеточного типа.

Следующим этапом исследований является оценка эффективности тушения оптимальным по кратности пены оросителем [1, 2] в сравнении с представленными на данный момент на рынке и широко используемыми на практике аналогами путем проведения натурных испытаний. Для этого нами разработана методика испытаний и оценки эффективности тушения, которые описаны далее.

Методика проведения натурных испытаний пенных и водопенных оросителей. Основная идея предложенной методики состоит в том, что все параметры испытаний (величина модельного очага пожара, расположение оросителя в пространстве, применяемое горючее вещество, давление перед оросителем, вид и тип пенообразователя и т. д.) остаются постоянными, а изменяется только лишь используемый ороситель.

Для определения огнетушащей способности оросителей применяется установка, схема которой представлена на рисунке 1.

1 – морской контейнер; 2 – противень c горючим веществом (модельный очаг пожара); 3 – ороситель; 4 – манометр; 5 – трубопровод; 6 – насос; 7 – цистерна с раствором ПО; 8 – видеокамера; 9 – защищаемая оросителем площадь

Рисунок 1. – Схема установки для испытаний пенных и водопенных
 оросителей (а, б – вид сбоку и сверху соответственно)

Для проведения испытаний применяются средства измерений согласно таблице 1. Возможно использование других средств измерений с характеристиками не хуже, приведенных в таблице 1, и при условии их обязательной поверки в установленном порядке.

Таблица 1. – Средства измерений

Испытания проводятся в металлическом морском контейнере 1 с открытыми со стороны видеокамеры 8 (Panasonic HC-X1000, разрешение видеосъемки 4096 x 2160 пикселей) дверями. Температура и влажность в контейнере определяются при помощи термогигрометра, а скорость движения воздушного потока – при помощи анемометра. Атмосферное давление определяется по показаниям местных метеорологических станций в радиусе 10 км.

Испытуемый ороситель 3 крепится на прямолинейном участке трубопровода 5 на высоте 2,5 ± 0,05 м (измеряется лазерным дальномером). Данная высота измеряется от верхнего среза борта противня 2 до розетки оросителя 3. Сам ороситель монтируется таким образом, чтобы плоскость его дужек была перпендикулярна боковым (более длинным) стенам контейнера.

В качестве огнетушащего вещества используется 6 %-й водный раствор синтетического пенообразователя ПО-6РЗ. Приготовление раствора ПО осуществляется при помощи мерной емкости в цистерне 1 путем смешивания пенообразователя и воды в необходимом соотношении.

Для измерения давления раствора ПО в трубопроводе 5 на нем монтируется манометр 4 на расстоянии 450 ± 10 мм от оросителя 3. При испытаниях давление по показаниям манометра 4 должно равняться 0,15 ± 0,01 МПа.

Для видеофиксации процесса проведения испытаний устанавливается видеокамера 8 на расстоянии 4 м от контейнера 1.

Проведение испытаний начинается с подготовки модельного очага пожара 2, который представляет собой круглый противень, изготовленный из стали марки Ст. 3 с номинальным диаметром 700 ± 20 мм, высотой борта 150 ± 5 мм и толщиной стенок не менее 2,0 мм. Противень устанавливается таким образом, чтобы его центр находился на расстоянии 1000 ± 15 мм от проекции осевой линии оросителя на пол контейнера. Затем в данный противень при помощи мерной емкости заливается 4 ± 0,1 л воды и сверху 9 ± 0,1 л горючего вещества – нефтяного растворителя «Нефрас С2-80/120» (смесь углеводородов с температурой кипения в пределах 80–120 °C: гептан и изомеры – 71,0 %, метилциклогексан – 14,0 %, циклогексан – 8,0 %, другие – 7,0 %).

Не позднее 300 ± 15 с после наполнения противня горючее вещество в нем поджигается. Далее выдерживается время свободного горения горючей вещества 100 с.

Затем запускается насос 6 (Godiva WT4010, номинальная производительность 4000 л/мин, номинальное давление 10 бар) и по трубопроводу 5 готовый раствор ПО подается через ороситель 3 на тушение модельного очага пожара 2. В процессе тушения при помощи секундомера фиксируется время от начала подачи раствора ПО до полного прекращения горения. Продолжительность тушения составляет не более 240 с. Если ликвидация горения не наступает за данный промежуток времени, то испытания прекращаются, а результат тушения для данного оросителя считается отрицательным.

Далее путем наблюдения определяется время повторного воспламенения в течение 10 мин, результат фиксируется.

Оставшаяся после испытания горючая жидкость вместе с водой сливается в отдельную емкость, а противень очищается от образовавшегося нагара. Запрещено повторно использовать несгоревшую горючую жидкость.

По такому же алгоритму проводят не менее трех испытаний для каждого оросителя. За результат испытаний принимают среднеарифметическое результатов успешных определений времени тушения. Допустимое расхождение между результатами испытаний с доверительной вероятностью 0,95 должно быть не более 20 % среднего значения.

Методика оценки эффективности тушения пенными и водопенными оросителями. После проведения испытаний рассчитывается расход раствора ПО через каждый ороситель либо по данным, приведенным в технической документации на данное изделие, либо по следующей формуле:

      (1)

где k – коэффициент производительности оросителя (указывается в технической документации на ороситель), л∙мин/МПа^0,5; p – давление в трубопроводе в месте установки манометра, МПа.

Затем определяется удельная интенсивность подачи раствора ПО через ороситель по формуле:

      (2)

где F_п – площадь модельного очага пожара, м².

Далее для количественной оценки огнетушащей способности пенных и водопенных оросителей применяется комплексный показатель эффективности тушения E_т. Он объединяет два главных параметра тушения – удельный расход раствора ПО   и время тушения пожара T_туш, при этом показывает какую площадь тушит 1 л данного раствора за единицу времени. Чем выше абсолютное значение этого показателя, тем более высокой огнетушащей способностью обладает ороситель. Показатель E_т (м²/л·мин) рассчитывается в соответствии с [3]:

      (3)

Т. к.  , то показатель эффективности тушения можно записать в следующем виде:

      (4)

Далее составляется таблица результатов испытаний (табл. 2).

Таблица 2. – Таблица результатов испытаний с примерными значениями

По результатам из таблицы 2 можно сказать, что ороситель № 1 имеет приблизительно в 1,6 раза большую огнетушащую способность по сравнению с оросителем № 2 (E_т1 / E_т2 = 15,47 / 9,73 = 1,59). Из этого, в свою очередь, следует, что для тушения пожара оросителем № 1 необходима меньшая интенсивность подачи раствора ПО нежели для тушения оросителем № 2, т. е. необходимо создавать меньшее давление перед оросителем (более дешевое насосное оборудование) и использовать меньшее количество воды и пенообразователя. Таким образом, показатель E_т может применяться и для косвенной оценки экономической эффективности того или иного оросителя.

Разработанная методика оценки эффективности тушения пенными и водопенными оросителями позволяет с минимальными временными и материальными затратами проводить натурные испытания с высокой точностью моделирования реальных условий при пожаре.

Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Т19М-090).

ЛИТЕРАТУРА

1. Kamluk, A. N. Increasing foam expansion rate by means of changing the sprinkler geometry / A. N. Kamluk, A. O. Likhomanov // Fire Safety Journal. – 2019. – Vol. 109. – P. 102862-1–102862-8.

2. Лихоманов, А. О. Комплексные испытания оросителя, оптимизированного по кратности пены / А. О. Лихоманов // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. – 2019. – Т. 3, № 3. – С. 247–254.

3. Абдурагимов, И. М. Критерий тушения пожаров охлаждающими огнетушащими средствами / И. М. Абдурагимов // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. – 1982. – Т. 27, № 1. – С. 11–17.