Конденсированное аэрозольное пожаротушение
![]() | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|

Конденсатно-аэрозольное пожаротушение — это метод тушения пожара , основанный на частицах . Он аналогичен, но не идентичен сухим химическим методам пожаротушения, с использованием инновационного пирогенного конденсированного аэрозольного средства пожаротушения. Это высокоэффективный метод пожаротушения классов А, В, С, Е и F (как и большинство огнетушащих веществ, неприменим при возгорании металлов — класс D). [1] Некоторые соединения, генерирующие аэрозоли (например, на основе нитрата калия ), производят коррозионные побочные продукты, которые могут повредить электронное оборудование, хотя более поздние поколения снижают этот эффект.
В системах конденсационно-аэрозольного пожаротушения применяется огнетушащий агент, состоящий из очень мелкодисперсных твердых частиц, взвешенных в инертном газе. Эти сверхмелкие аэрозольные частицы генерируются пиротехническим путем путем сгорания аэрозолеобразующего агента (AFA), который стабилен при комнатной температуре и не требует хранения в контейнере под давлением.
Преимущества включают высокую эффективность (в 3 раза эффективнее запрещенного галона 1301 , поскольку аэрозоль сочетает в себе охлаждение, разбавление и химическое ингибирование), общую доступность (от систем размером с завод до компактных и легких портативных инструментов), низкую токсичность, экологичность (например, , 0% потенциал разрушения озона), системы без давления и общая экономическая эффективность.
Аэрозольная химия
[ редактировать ]Это огнетушащее средство не хранится «как есть», а производится «по требованию»: микрочастицы аэрозоля и отходящие газы образуются в результате экзотермической реакции, инициируемой внутри конденсированного твердого аэрозолеобразующего соединения. [2] Обычно предохранитель воспламеняет образующее аэрозоль соединение с образованием горячих аэрозольных коллоидов .
Технология пожаротушения горячим аэрозолем прошла через несколько поколений: поколение I (система тушения масляных баков) и поколение II ( на основе нитрата калия , эффективное, но с коррозийными побочными продуктами), обозначаемое как системы типа К, затем поколение III ( усиленных солей стронция). на основе , менее разжижающиеся и образующие менее агрессивные побочные продукты), обозначаемые как системы S-типа. Все поколения используют щелочных или щелочноземельных металлов нитраты (которые действуют как окислители в процессе образования горячего аэрозоля) и различные виды восстановителей .
Обычно в системах типа К огнетушащие аэрозольные частицы состоят из карбоната калия (K 2 CO 3 ) и бикарбоната калия (KHCO 3 ), образующихся в результате термического разложения нитрата калия (KNO 3 ), в смеси с различными восстановителями , связующими веществами . (например, органическая смола или меламиновая смола ) и добавки:
KNO 3 (твердый) + C n H m N p O q (твердый) = KHCO 3 (твердый) + K 2 CO 3 (твердый) + CO 2 (газ) + N 2 (газ) + H 2 O (газ)
где C n H m N p O q является газообразующим окислителем
Экзотермическая реакция производит огромное количество сухих частиц микронного размера (обычно в форме карбонатов калия или стронция, таких как щелочные или щелочноземельные оксиды, гидроксиды или хлориды), а также газовую смесь (диоксид углерода, азот и водяной пар). ). Эта очень горячая аэрозольная смесь, подобная пару , охлаждается внутри самого диспергирующего устройства, проходя через охлаждающий твердый агент (термоабсорбирующую сетку, которая испаряется, вызывая эндотермическое химическое разложение). В конечном итоге он выбрасывается в виде твердых микрочастиц в газообразную жидкость. Конечные микрочастицы, диспергированные в растворе, могут представлять собой хлориды натрия, калия или магния, йодид лития, ацетат калия, гидроксид натрия, ферроцианид калия и PCC (фосфорсодержащие соединения). [3] в зависимости от конкретного используемого соединения, образующего аэрозоль.
Сравнение с другими методами пожаротушения
[ редактировать ]По сравнению с газообразными средствами подавления (которые выделяют только газ) и сухими химическими средствами подавления (которые представляют собой порошкообразные частицы большого размера — 25–150 микрометров), Национальная ассоциация противопожарной защиты определяет конденсированные аэрозоли как те, которые выделяют мелкодисперсные твердые частицы меньшего размера. диаметром более 10 микрометров.
Твердые частицы имеют значительно меньший массовый медианный аэродинамический диаметр (MMAD), чем частицы сухих химических средств подавления. Частицы подвержены броуновскому движению способность коллоида : высокая диффузионная и длительное время суспендирования означают, что микрочастицы остаются в воздухе значительно дольше и оставляют гораздо меньше остатков в защищаемой зоне, чем альтернативные (сухие или газовые) агенты. Их большая общая площадь поверхности эффективно притягивает свободные радикалы посредством поверхностной адсорбции .
Конденсированные аэрозоли являются агентами затопления . В закрытых помещениях они эффективны независимо от места и высоты пожара. Это можно противопоставить сухим химическим системам, которые должны быть направлены непосредственно на пламя. На открытых пространствах они достаточно эффективны при воздействии на верхушку огня, в отличие от газообразных и сухих агентов, которые необходимо направлять к основанию пламени.
Конденсированный аэрозольный агент может доставляться посредством механического, электрического или комбинированного электромеханического действия.
Влажные химические системы, обычно встречающиеся в пенных огнетушителях, должны, как и сухие химические системы, распыляться направленно на огонь.
Способы тушения пожара
[ редактировать ]
Горячие конденсированные аэрозольные огнетушащие вещества действуют как на физическом, так и на химическом уровне. Они используют четыре метода тушения пожаров, поскольку воздействуют на четыре элемента так называемого огненного тетраэдра . Этими четырьмя способами тушения пожара являются:
- Сокращение или изоляция топлива
- Восстановление или изоляция кислорода
- Снижение тепла
- Ингибирование цепной реакции вышеперечисленных компонентов
Основной механизм тушения конденсированных аэрозолей задействует четвертый элемент огненного тетраэдра посредством химических реакций со свободными радикалами пламени, тем самым вмешиваясь в процесс горения огня.
Удаление свободных радикалов
[ редактировать ]Когда частицы аэрозоля (K 2 CO 3 , KHCO 3 ) окружают горячее пламя и вступают в контакт с ним, они поглощают тепловую энергию пламени, разрушаясь и высвобождая большие концентрации радикалов калия (K+, отмечено ниже K• — т.е. ионы). с неспаренным электроном). Эти радикалы калия связываются со свободными радикалами гидроксида (OH+), водорода (H+) и кислорода (O+), которые обычно поддерживают горение, образуя безвредные молекулы побочных продуктов, таких как гидроксид калия (KOH) и воду (H 2 O), и разрушая цепная реакция, необходимая для поддержания активного горения. [4]
Таким образом, свободные радикалы удаляются из цепной реакции посредством следующих химических реакций:
К• + ОН• = КОН
КОН + Н• = К• + Н 2 О
Подавители аэрозолей очень эффективны, поскольку радикалы калия «размножаются»: они как потребляются, так и производятся в результате реакции со свободными радикалами огня. Нарушая реакции, необходимые для поддержания горения пламени, цикл продолжается до тех пор, пока цепные реакции горения не прекратятся и пламя не погаснет. Весь процесс не истощает содержание кислорода, а просто вытесняет его.
Прочие огнетушащие эффекты
[ редактировать ]Конденсированные аэрозольные агенты обладают также вторичными механизмами тушения, в которых участвуют остальные три элемента огненного тетраэдра: они изолируют топливо пожара, вытесняют кислород и уменьшают тепло.
Аэрозольные частицы и газы смешиваются с газообразными компонентами пламени. Аэрозоль охлаждает пламя, поглощая его облаком с большой концентрацией микрочастиц, каждая из которых имеет средний массовый аэродинамический диаметр (MMAD) всего от 1 до 2 микрометров. Хотя площадь поверхности каждой микрочастицы чрезвычайно мала, большое количество частиц, окружающих и проникающих в пламя, обеспечивает достаточно большую совокупную площадь поверхности для поглощения тепла пламени. Такая большая площадь поверхности также позволяет использовать меньшие количества огнетушащего вещества по сравнению с другими методами.
Вытеснение кислорода, однородное распределение
[ редактировать ]Системы пожаротушения на основе аэрозоля обычно проектируются так, чтобы создавать «нокдаун»-эффект за счет выброса аэрозоля с достаточно высокой скоростью и в течение достаточно длительного времени. Аэрозоль называют «конденсированным», поскольку он состоит из плотного тумана микрочастиц «газового вектора», который проявляет газоподобные трехмерные свойства, включая быстрое и однородное распределение даже в труднодоступных и замкнутых пространствах. Повторное возгорание предотвращается как эффектом «нокдауна», так и постоянным затоплением зоны пожара, вытесняющим кислород.
Рекомбинация свободных радикалов
[ редактировать ]Микрочастицы обеспечивают значительно большую реактивную поверхность, чем обычно наблюдается в процессе горения, повышая скорость рекомбинации естественных свободных радикалов, что приводит к чистым потерям энергии при пожаре:
O• + H• = OH•
Н• + ОН• = Н 2 О
Радиаторы
[ редактировать ]Термическое охлаждение достигается за счет нескольких реакций:
- Поглощение тепла посредством эндотермических фазовых изменений частиц аэрозоля: K 2 CO 3 (твердое тело) -> K 2 CO 3 (жидкость) -> K 2 CO 3 (газ)
- Поглощение тепла посредством эндотермической реакции разложения : 2KHCO 3 (твердое) -> K 2 CO 3 (твердое) + CO 2 (газ) + H 2 O (газ)
Производительность
[ редактировать ]



Поражая все элементы огненного тетраэдра, конденсированные аэрозольные средства пожаротушения относятся к числу наиболее эффективных огнетушащих средств. Например, некоторые конденсированные аэрозольные средства пожаротушения могут тушить пожар в бассейне с легковоспламеняющимися жидкостями класса B, используя 1/5 количества галона 1301 или 1/10 количества чистого агента на основе гидрофторуглерода или фторкетона в системе газового пожаротушения, в пересчете на килограмм. масса средства на кубический метр. [5]
Эффективность тушения конденсированных аэрозольных огнетушителей зависит от плотности аэрозольных частиц в непосредственной близости от пламени. Как и в случае с системами газового пожаротушения, чем быстрее агент накапливается вокруг пламени, тем эффективнее огнетушащий агент останавливает горение. Плотность тушения и расчетная плотность аэрозольных огнетушащих веществ обычно выражается в килограммах на кубический метр (кг/м3). 3 ). Таким образом, эффективность аэрозольных средств пожаротушения варьируется в зависимости от ряда факторов, таких как расположение аэрозоля относительно пламени, близость других горючих легковоспламеняющихся материалов, тип используемого топлива и т. д.
Конденсированные аэрозольные устройства предназначены для обеспечения контролируемого выброса. Аэрозольобразующий состав устанавливается внутрь устройства, которое затем снабжается электрическим или механическим инициатором. Электрический инициатор соединен с блоком или панелью управления обнаружением пожара, которыми можно управлять дистанционно с помощью физических средств, например, по кабелю, вручную с помощью взрывательного механизма, такого как те, которые используются в дымовых гранатах, или автоматических и самоспускающихся. при оснащении встроенным термочувствительным устройством.
Использование и применение
[ редактировать ]Автоматизированные системы пожаротушения широко используются в промышленности для защиты крупных закрытых объектов и помещений. Они могут использовать горячие аэрозольные агенты с дополнительным преимуществом низких затрат на установку и обслуживание (длительное хранение, хранение и распространение без давления). Статические или переносные огнетушители с горячим аэрозолем состоят из тонкого металлического или пластикового корпуса (ни аэрозолеобразующее соединение, ни образующийся аэрозоль не должны находиться под давлением) и иногда трубопроводов (хотя обычно в этом нет необходимости), устройства инициирования (привода экзотермической реакции). (электрический или термический), некоторое аэрозолеобразующее соединение, смешанное с реакционным компонентом и добавками, твердым охлаждающим компонентом и некоторым выпускным отверстием(ями).
Системы конденсационно-аэрозольного пожаротушения (КАФЭС) получили широкое распространение на промышленных и общественных объектах. [6] Существует два варианта применения средств пожаротушения: в качестве общей системы защиты от затопления или в качестве системы пожаротушения местного применения.
Для обеспечения тотального тушения пожара затоплением необходимо определить общее количество аэрозоля, необходимое для тушения пожара внутри стационарного помещения. Затем монтируется соответствующее количество аэрозольных устройств, которые совместно выбрасывают необходимое количество аэрозоля, обычно на потолке или стене. Аэрозольные устройства, оснащенные электроинициаторами, соединяются между собой и ретранслируются пультом управления пожарной сигнализацией. Поскольку аэрозольные устройства являются автономными и функционируют как в качестве контейнера для хранения, так и в качестве сопла, которое выбрасывает газ, не требуется распределительная сеть для транспортировки или распределения огнетушащего вещества из удаленного места хранения, что приводит к экономии площади и повышение эффективности перевозок.
Местное пожаротушение обычно осуществляется с помощью ручного портативного устройства, подбрасываемого прямо в сторону огня. В отличие от поточных переносных установок пожаротушения, операторы не обязаны подвергать себя риску, приближаясь к огню и нанося огнетушащий состав непосредственно на пламя. Портативное устройство конденсированного аэрозоля обычно предназначено для распыления аэрозоля в виде распылительного конуса на 360°, образующего большое аэрозольное облако вокруг очага пожара. Аэрозоль немедленно тушит пламя, поскольку его частицы приближаются к огню и генерируют нейтрализующие пламя радикалы калия.
Пламя подавляется до тех пор, пока аэрозоль сохраняет достаточную плотность. Если аэрозолю не удается достичь достаточной плотности для тушения пожара, он все равно подавляет огонь, сохраняя значительно меньше тепла. Это дает пожарным , например, инструмент, позволяющий снизить пламя до управляемого уровня тепла и снизить температуру в помещении, пока бригада шлангов входит в зону горения. Другой пример: сотрудники служб быстрого реагирования могут использовать конденсированные аэрозоли в закрытом помещении для тушения пожара и одновременной эвакуации пассажиров в безопасное место.
Системы конденсированных аэрозолей подходят для применения в условиях особой опасности в качестве замены систем с галоном 1301 и систем с углекислым газом под высоким давлением. Аэрозольные системы также могут использоваться в качестве альтернативы очищающим газообразным средствам подавления или системам водяного тумана. [5]
Экологический след и опасности
[ редактировать ]Системы аэрозольного пожаротушения произошли от пиротехники в 90-х годах . Открытие разрушения озонового слоя в 1974 году привело к исследованию альтернатив обычным галонов огнетушащим веществам на основе , в идеале с нулевым воздействием на разрушение озона и снижением потенциала глобального потепления . Монреальский протокол ввел поэтапный запрет на продукцию на основе галонов. Пиротехническое аэрозольное огнетушащее вещество (PGAEA) было впервые предложено компанией Senecal в 1992 году. [7]
Агентство по охране окружающей среды США одобрило системы пожаротушения конденсированным аэрозолем в качестве приемлемой замены галона 1301 в системах полного затопления. [8] Конденсированные аэрозольные огнетушители также не разрушают озоновый слой и практически не имеют потенциала глобального потепления ( ODP , GWP и ATL равны нулю).
Соединения на основе нитрата калия производят коррозионные побочные продукты, которые могут повредить электронное и электрическое оборудование, а также разлагать органические вещества, содержащие капли воды. [9] помимо известных неблагоприятных последствий для здоровья человека и ухудшения видимости окружающей среды. Коррозия связана с наличием большого количества агрессивных побочных продуктов, таких как оксиды , гидроксиды и карбонаты щелочных металлов, а также некоторых кислых газов NOx и CO 2 в горячем аэрозоле. Соединения на основе нитрата стронция, похоже, решают эту проблему: замена щелочных металлов щелочноземельными металлами (такими как магний и стронций) усиливает тот факт, что их оксиды, гидроксиды и карбонаты нерастворимы. [3]
Проблемы безопасности и инциденты
[ редактировать ]![]() | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( март 2023 г. ) |
Проблемы безопасности
[ редактировать ]Хотя в системах аэрозольного пожаротушения используются довольно безопасные (нетоксичные) химикаты, они основаны на экзотермической реакции и рассеивании сверхмелких частиц коллоида, что сопряжено с соответствующими рисками.
Большинство систем охлаждают образующийся аэрозоль, чтобы обеспечить беспламенный выброс и лучшее (равномерное) распределение аэрозоля, однако рекомендуется выполнять контролируемый выброс, чтобы избежать ожогов , тепловых ударных волн, взрывов или вторичных пожаров из-за горячих продуктов сгорания (например, горячих температура аэрозоля может достигать или превышать 1200 К в выпускном отверстии). Побочные продукты сгорания также могут привести к ухудшению видимости в закрытом помещении и раздражению глаз.
Более мелкие частицы ( dp < 2,5 мкм), присутствующие в выбрасываемом аэрозоле, и побочные продукты сгорания могут откладываться на стенках бронхов бронхиального дерева, вызывая, как сообщается, хронические респираторные заболевания и острые респираторные заболевания . Кислые газы NOx и CO 2 являются известными респираторными патогенами. Большинство производителей рекомендуют автоматизировать слив аэрозоля в опорожненные помещения, а также дать побочным продуктам отстояться в течение нескольких минут после окончания горения.
Системы аэрозольного пожаротушения не следует использовать при глубоких пожарах материалов класса А (твердых), с химически активными металлами и гидридами металлов , с химическими веществами, которые являются быстрыми окислителями (например, порох , нитроцеллюлоза …), а также с химическими веществами, способными подвергаться автотермическое разложение .
Инциденты
[ редактировать ]13 марта 2016 года восемь человек погибли и семь получили ранения в результате ложного срабатывания устаревшей аэрозольной системы в банковском хранилище. [10] В новостях утверждалось, что система истощает кислород, тогда как производитель заявляет, что система не вытесняет кислород.
15 ноября 2019 года один человек погиб на борту рыболовного судна в Великобритании, когда во время установки случайно активировалась система пожаротушения конденсированным аэрозолем. Это событие все еще расследуется, поэтому точная причина гибели до сих пор неизвестна, хотя считается, что установщики этой системы допустили в то время множество ошибок. [11] [ нужно обновить ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Системы конденсированного аэрозольного пожаротушения — Allianz Tech Talk, том 15» (PDF) . Allianz Global Corporate & Specialty . Проверено 15 апреля 2023 г.
- ^ «Система конденсационно-аэрозольного пожаротушения» . Экспертиза промышленной безопасности . Проверено 15 апреля 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чжан, Сяотянь; Исмаил, Мохд Халим Шах; Ахмадун, Фахрул-Рази б; Абдулла, Норхафиза бт Хдж; Хи, Чхве (июль – сентябрь 2015 г.). «Горячие аэрозольные средства пожаротушения и связанные с ними технологии: обзор» . Бразильский журнал химической инженерии . 32 (3): 707–724. дои : 10.1590/0104-6632.20150323s00003510 . ISSN 0104-6632 .
- ^ «Технология ФайрПро» . ОгоньПро . Проверено 15 апреля 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б С Киберт, Д. С. Дирдорф (1993). Инкапсулированные аэрозольные агенты Micron (EMMA) (PDF) . Техническая рабочая конференция по вариантам галонов . Проверено 19 апреля 2012 г.
- ^ Рохилла, Минакши; Саксена, Амит; Тьяги, Йогеш Кумар; Сингх, Индерпал; Танвар, Раджеш Кумар; Наранг, Раджив (01 января 2022 г.). «Система пожаротушения на основе конденсированного аэрозоля, охватывающая разнообразные применения: обзор» . Огненная техника . 58 (1): 327–351. дои : 10.1007/s10694-021-01148-4 . ISSN 1572-8099 . S2CID 254514792 .
- ^ Сенекал, Джозеф А. (1 ноября 1992 г.). «Химические вещества, заменяющие галоны: перспективы альтернатив» . Огненная техника . 28 (4): 332–344. дои : 10.1007/BF01873401 . ISSN 1572-8099 . S2CID 109995489 .
- ^ Агентство по охране окружающей среды США , «Заменители галона 1301 в качестве агента полного затопления».
- ^ Чжу, Чэнь-гуан; Ван, Цзюнь; Се, Ван-синь; Чжэн, Тин-тин; Льв, Чуньсюй (01 января 2015 г.). «Улучшение огнетушащего аэрозоля на основе нитрата стронция с помощью магниевого порошка» . Огненная техника . 51 (1): 97–107. дои : 10.1007/s10694-013-0361-6 . ISSN 1572-8099 . S2CID 254499585 .
- ^ «Восемь человек погибли в тайском банке из-за утечки химического огнетушителя» . Опекун . 14 марта 2016 г.
- ^ «Бюллетень по безопасности MAIB 1/2020» (PDF) . Комиссия по расследованию морских происшествий . Март 2020.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Область применения UL2775, стационарные блоки системы конденсированного аэрозольного пожаротушения
- Руководство UL FWSA, стационарные системы конденсированного аэрозольного пожаротушения
- Агафонов В. и др. 2004. Механизм пожаротушения конденсированными аэрозолями. «Материалы 15-го HOTC». НИСТ, стр. 984–993.
- Дуайер, Дэвид Дж. 2011. Улучшенная система пожаротушения уже в пути. «Наездник на серфинге», 14–15: 28 января 2001 г.
- Киберт, Чарльз Дж. и Дирдорф, Дуглас. 1993. Инкапсулированные микронные аэрозольные агенты (ЕММА). Техническая конференция по альтернативам галонам, 1993 г. NIST. 11–13 мая 1993 г., стр. 421–435.
- Альтернативы галонам для соединителя судно-берег. Spectra, 12: 2001. Архивировано 11 мая 2011 г. в Wayback Machine.
- Флеминг, Джеймс В., Уильямс, Брэдли А. и Шейнсон, Рональд С. 2002. Эффективность подавления аэрозолей: влияние размера и типа пламени. НИСТ СП984-4. Национальный институт стандартов и технологий