В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Георгий Теплов
Ведущий научный сотрудник
ФГБУ ВНИИПО МЧС России, к.т.н.
История пенного пожаротушения начинается во ВНИИПО с момента его создания в 1937 г. (в то время – ЦНИИПО). Институт создавался на базе образованной в 1931 г. Центральной научно-исследовательской пожарной лаборатории ГУПО НКВД СССР. И естественно, что пена попала в зону внимания пожарной науки того времени, потому что альтернативы ей при тушении пожаров горючих жидкостей в то время не существовало.
Лоран, сам того не предполагая, изложил в своем изобретении главные составные части целого направления в науке о пожарной безопасности – пенного пожаротушения. Это способы получения пены и ее подачи в пламя и химический состав пенообразователя – вещества, из которого пена, собственно, и получается и которое предотвращает ее быстрое разрушение. Состав пенообразователя, предложенный Лораном, основан на экстракте лакричного корня (или солодки), щелочи и кислоты. До 1937 г. в СССР наибольшее распространение имел способ тушения ГЖ с помощью двухкомпонентного порошкового состава, одна часть которого содержала щелочь и пеностабилизирующую основу, а другая – кислоту. Этот способ был очень трудоемким и требовал большого количества работников. В остальном мире, кроме химической пены, часто применяли также воздушно-механическую тяжелую пену (или, как сейчас принято ее называть, пену низкой кратности).
Началом истории пенного пожаротушения во ВНИИПО можно считать разработки Л.М. Розенфельда, который внедрил в производство составы пенообразователей на основе протеина крови животных (ПО-2, более поздний аналог которого ПО-6) и синтетических ПАВ из некоторых фракций керосина (ПО-1), которые предназначались для получения воздушно-механической пены.
В конце 1930-х гг. проблема применения пены при тушении пожаров еще не была исследована систематически. После разработки ПО-1 и ПО-2 Лев Моисеевич продолжил работы по изучению свойств противопожарных видов пены с целью повышения их устойчивости. Розенфельд показал, как различные факторы влияют на свойства противопожарной пены, и впервые отметил связь кинетики пенообразования с кратностью и устойчивостью пены.
Ничего примечательного в области развития пенного пожаротушения не случилось до конца 1940-х – начала 1950-х гг., когда произошло несколько крупных пожаров в хранилищах нефти и нефтепродуктов. В 1949 г. ЦНИИПО было поручено разработать рекомендации тушения таких пожаров. Тогда же Министерство нефтяной промышленности СССР построило для этих целей в Баку специальный пожарный полигон, главной достопримечательностью которого можно назвать резервуар объемом 5000 куб. м. Под руководством Ивана Ивановича Петрова на полигоне института была оборудована площадка для испытаний в модельных резервуарах, которая немало послужила в дальнейшем и в деле развития пенного пожаротушения.
Работы по изучению возможности тушения крупных пожаров ГЖ продолжались без особого успеха. Стало окончательно ясно, что пена низкой кратности из существовавших пенообразователей и химическая пена неэффективны при тушении крупных пожаров. Одновременно пробовали применять пену более высокой кратности, получаемую надувными пеногенераторам на сетках. Но опять без успеха. Всплеск нефтедобычи в 1960-е гг. настоятельно требовал решения этой проблемы.
В январе 1962 г. был образован отдел пожаротушения, который вскоре получил легендарный в сегодняшнем ВНИИПО № 5. В план работ отдела тогда же была включена тема по разработке рекомендаций по тушению пожаров нефтепродуктов в железобетонных заглубленных резервуарах. В конце того же года на полигоне в Альметьевске в рамках выполнения работы по защите железобетонных резервуаров были проведены крупномасштабные опыты с привлечением пожарных Татарии и Москвы. Однако новые разработки проблему по-прежнему не решали.
В 1963 г. в новообразованном отделе пожаротушения под руководством И.И. Петрова были начаты комплексные поисковые работы по пенному тушению. Лаборатория пенообразователей во главе с М.В. Казаковым занималась анализом составов существующих в мире пенообразователей и поиском закономерностей поведения пены в зависимости от компонентов. Лаборатория, которой руководил В.Ч. Реутт, при участии Петрова занималась исследованием влияния способов получения пены на ее огнетушащие свойства. Ключевое звено решения проблемы, наконец, было найдено. И стал им пеногенератор.
В то время изучением вопросов пенного пожаротушения занимались еще некоторые пожарно-испытательные станции. И при проведении экспериментов с применением сеточного пеногенератора с наддувом воздуха, из которого обычно получали пену кратностью 300 и выше, отказало устройство наддува воздуха. Пена, однако, не перестала образовываться. Она несколько отличалась от обычной высокократной. В дальнейшем инициативные изобретатели стали предлагать свои конструкции пеногенераторов главному управлению, которое отправляло эти предложения в ЦНИИП на отзыв и заключение о практической пригодности.
Несколько месяцев сотрудники отдела пожаротушения под руководством Реутта доводили до ума конструкцию генератора. Виктор Чеславович обосновал оптимальную конструкцию корпуса генератора-распылителя. Совместно с конструкторским отделом института разработка была воплощена в металле, и к весне 1964 г. появился целый ряд генераторов различной производительности. Впервые во время проведения масштабных опытов удалось потушить крупный пожар, подавая менее 0,1 л/с из расчета на один квадратный метр горящей поверхности да еще за короткое время. В результате эффективность средств тушения повысилась в 10 раз.
Итак, принципиальное решение проблемы состоялось. Началась разработка практических нормативов и рекомендаций по тушению пожаров в резервуарах пеной средней кратности. Работа на этом новом направлении, завершившаяся натурными испытаниями осенью 1965 г. в порту Баку и в 1966 г. в порту Ленинграда, показала высокую эффективность пены средней кратности и при тушении больших объемов на судах. В итоге в Морской регистр СССР были внесены изменения, в соответствии с которыми пена средней кратности, получаемая с помощью генераторов ПГВ600, стала основным средством тушения пожаров на кораблях. Эта работа послужила также толчком к развитию сотрудничества Министерства морского флота с институтом. В 1967 г. была создана СНИЛ – Специальная научно-исследовательская лаборатория, включенная в состав ЦНИИПО, с размещением в Ленинграде (сейчас это Санкт-Петербургский филиал
ВНИИПО).
Руководителем СНИЛ в 1968 г. стал В.И. Сомов. Для участия в работах по пенному тушению в Ленинград был приглашен сотрудник Свердловской пожарно-испытательной станции А.А. Котов, который занимался разработкой генераторов пены кратностью около 1000. При его участии в СНИЛ начались работы по тушению трюмов затоплением такой пеной. К сожалению, не удалось преодолеть ряд проблем, и впоследствии такие работы были свернуты.
А в Балашихе между тем продолжалась работа по практическому воплощению найденного решения. В 1967 г. были введены в действие "Временные рекомендации по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах пеной высокой1 кратности". Этот документ окончательно узаконил применение пены средней кратности, определил соответствующие нормативы, оборудование, пенообразователи и тактику тушения.
Кроме того, проводились работы по другим средствам и способам пенного пожаротушения, например освоение тушения нефтепродуктов в резервуарах, подача пены низкой кратности из-под слоя ГЖ по эластичному рукаву (принцип которого был заимствован за рубежом). Это привело к разработке ГОСТ 16006 и введению в действие в 1968 г. "Указаний на проектирование и эксплуатацию установки типа УППС для тушения пожаров нефтепродуктов в наземных резервуарах".
В эти же годы под руководством Казакова был разработан состав пенообразователя ПО-1С, пена которого могла успешнее тушить пламя водорастворимых ГЖ, таких как низшие спирты и органические кислоты, ацетон и т.д., агрессивные к обычной пене, и совместно с НИЛ УПО МВД Азербайджанской ССР отработана тактика тушения пожаров таких ГЖ в резервуарах. Эта работа закончилась принятием в 1971 г. "Рекомендаций по тушению пожаров спиртов в резервуарах".
16 апреля 1973 г. были утверждены "Указания по тушению пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах", разработанные на основе результатов исследований теперь уже ВНИИПО, которые заменили все предшествовавшие нормативные документы в этой области.
После принятия этого документа интенсивность исследований в части применения пены снизилась. Акцент был сделан на изучение автоматических систем пожаротушения.
На Западе тоже было найдено решение, которое кардинально отличалось от нашего. Но именно ему, как выяснилось впоследствии, принадлежало будущее. В США в 1964 г. рождается принципиально новый класс пенообразователей на основе синтетических фторуглеродных ПАВ (перфтороктансульфонаты), пенный раствор из которых не тонет полностью в горючем после разрушения пены, а образует на его поверхности водную пленку, которая радикально улучшает изоляцию горючих паров.
Торговое название пенообразователя "Легкая вода" становится символом и де-факто наименованием всего класса пленкообразующих пенообразователей, известных сейчас как пенообразователи AFFF2. Кроме образования уникальной изолирующей пленки, преимущество этих пенообразователей заключается в том, что фторированные ПАВ более устойчивы к загрязнению пены топливом при их контакте, чем традиционные углеводородные.
В 1973 г. во ВНИИПО появился представитель американской фирмы 3М, которая первой освоила производство такого пенообразователя. Естественно, целью визита было продвижение продукции на новый рынок. В ходе встречи была достигнута договоренность о проведении крупномасштабных сравнительных испытаний в СССР. Во время испытаний американский пенообразователь потушил низкократной пеной сверху пламя в резервуаре емкостью 5000 куб. м с площадью зеркала 400 кв. м примерно с той же эффективностью, что и наш пенообразователь пеной средней кратности. Но, к удивлению наших специалистов, после частичного разрушения пены еще некоторое время не удавалось поджечь свободную поверхность бензина. Американцы, конечно, получили желаемые ими протоколы испытаний, но они им не помогли в продвижении своей продукции из-за слишком большой цены.
С участием специалистов ВНИИПО в Эстонии было освоено производство биологически мягкого пенообразователя ПО-1А (впоследствии модернизированного в ПО-3А и затем ПО-3АИ), одна из особенностей которого - вдвое меньшая концентрация применения по сравнению с предшественниками.
Пожар в гостинице "Россия" в 1977 г., в котором погибли 42 человека, опять побудил государство обратить внимание на пожарную безопасность. По инициативе института, руководства пожарной охраны и министерства было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров о разработке составов и технологии изготовления пленкообразующих пенообразователей типа "Легкая вода". ГИПХ на основе литературных данных и с учетом своих технологических возможностей сделал ставку на катионактивные фтор-ПАВ. Эти ПАВ по структуре отличались от использованных в американской "Легкой воде", но теоретически могли иметь некоторые преимущества.
К 1979 г. во ВНИИПО произошли серьезные изменения. Во-первых, к этому времени работы по моделированию и масштабированию огневых испытаний начали приносить плоды. Сотрудники лаборатории В.М. Кучера создали прототип модельного пеногенератора средней кратности с расходом раствора всего 2 г/с и продолжали отработку методики маломасштабных испытаний по определению огнетушащей способности пены средней кратности.
Во-вторых, начались работы по созданию нового, более эффективного пенообразователя для тушения пожаров водорастворимых ГЖ.
Среди этих событий необходимо особенно отметить появление экспресс-метода огневых испытаний. К началу 1970-х гг. уже была создана полигонная методика огневых испытаний, основанная на использовании модельного резервуара диаметром 3,57 м и площадью 10 кв. м и специально сконструированного для этой цели пеногенератора типа ГВП с номинальным расходом пенного раствора 1 л/с и набором распылителей, позволявших уменьшать расход и тем самым в некоторых пределах менять интенсивность подачи пены. Однако условия пенообразования при замене распылителя в пеногенераторе менялись, что не добавляло уверенности в полученных зависимостях. Новая методика обеспечила неизменность свойств пены во всем диапазоне интенсивностей, позволила исследовать влияние кратности пены на процесс тушения.
В 1977 г. Госстандарт предложил ВНИИПО впервые в его истории принять участие в работе 21-го Технического комитета Международной организации по стандартизации (ИСО), в ведении которого была защита от пожаров и пожаротушение. К 1980 г. с помощью ВНИИПО в Эстонии уже было налажено производство биологически мягких ПО-3А и САМПО. В г. Салавате Башкирской АССР было налажено масштабное производство пенообразователя ПО-1Д, также разработанного с участием ВНИИПО. Общее количество пенообразователей, выпускавшихся в СССР, к 1980 г. значительно выросло и достигало 40 тыс. т в год.
Разработки пленкообразующего пенообразователя близились к завершению. Поскольку в техническом задании в качестве обязательного условия значилась возможность его использования в виде пены средней кратности, состав получился непростым. Однако огнетушащая эффективность экспериментальных образцов была заметно выше, чем у углеводородных пенообразователей. Интересным достижением той поры можно считать разработку принципов экспресс-измерения кратности пены, в ходе которой Е.В. Кокорев под руководством А.Ф. Шароварникова создал компактный прибор, пригодный к мобильному использованию.
В 1984 г. состоялись успешные приемочные испытания вы пу щен ного опытным заводом ГИПХ спиртового пенообразователя, получившего название ФОРЭТОЛ. Межведомственная комиссия подтвердила его высокую эффективность и присвоила техническим условиям статус серийного производства. Отставание от Запада сократилось.
Следующей задачей в части составов пенообразователей стало изыскание возможностей по снижению количества в них фторПАВ и удешевлению состава. К этому времени в стране возникла новая крупная проблема в области пожарной безопасности. В начале 1980-х гг. было принято решение резко увеличить производство метанола для нужд производства удобрений с целью его экспорта. Тактика тушения, узаконенная в 1971 г. соответствующими рекомендациями и основанная на предварительном разбавлении ГЖ после откачки части продукта, была неприменима в таких масштабах. Пенообразователь ФОРЭТОЛ тоже не мог радикально решить проблему из-за нехватки сырья и его дороговизны.
В 1986 г. состоялись приемочные испытания нового пенообразователя. Разработанный на основе предшествовавшего ему ФОРЭТОЛа состав содержал в сумме почти в два раза меньше фтор-ПАВ, часть из которых была еще и дешевле, чем предыдущее ПАВ.
Вторая половина 1980-х гг. во ВНИИПО была также отмечена ключевыми событиями, влияющими на развитие пенного тушения. Н.В. Сотников под руководством А.Ф. Шароварникова создал пеногенератор средней кратности эжекционного типа с рекордно малым расходом в 50 г/с. Тем самым открылась возможность экспресс-проверки пенообразующей способности в лаборатории без применения полигонного оборудования. Н.В. Сотниковым был предложен также интересный способ подачи пены (аналогов которому в мире не было), позволивший снизить необходимую интенсивность подачи пены в 1,5 раза. Для реализации подслойного тушения в 1987 г. была выделена группа под руководством А.Ф. Шароварникова, названная сектором новых способов тушения. Ее основным направлением стали разработки автономных способов тушения, исследование закономерностей тушения подачей пены под слой горючего и изучение возможности образования огнетушащей пены непосредственно в очаге пожара при попадании в него компактной струи раствора. Все эти работы, включая и рекомендации по подслойному тушению, не получили продолжения.
Из значимых работ института в период после 1988 г. в области пенообразователей можно отметить окончание разработки стандарта с требованиями к пенообразователям, начатой еще в середине 1980-х гг. и завершившейся введением в действие ГОСТ Р 50588 в 1993 г.
С открытием экономики страны разработка составов пенообразователей силами ВНИИПО постепенно утратила свою актуальность. Исчез дефицит сырья для любых пенообразователей вплоть до самых эффективных. Соответственно организациям, желающим начать производство пенообразователей, оставалось только найти среди уже разработанных подходящую им рецептуру. С середины 1990-х гг. в России доступны практически любые, в том числе и самые лучшие пенообразователи, выпускаемые в мире. Конкуренция на этом рынке привела к ликвидации неэффективных производств, производство "Пленкообразующего", ФОРЭТОЛа и "Универсального" остановилось.
К середине 1990-х гг. на рынке появилось много новых составов, их ассортимент постоянно изменялся. В связи с острой нехваткой нормативных значений показателей, позволяющих проверять качество разнообразных пенообразователей, которые изготовлялись на основе европейских требований и ИСО, возникла необходимость переработки стандарта 1993 г. Были разработаны нормы пожарной безопасности НПБ 304-2001, содержащие требования к пенообразователям и методы их испытаний.
В 2007 г. вышли рекомендации "Порядок применения пенообразователей для тушения пожаров". В 2009 г. был введен в действие ГОСТ Р 53280.1 с требованиями к пенообразователям для тушения пожаров водорастворимых полярных жидкостей и с методами испытаний, разработанный на основе соответствующего раздела отмененных к этому времени НПБ 304-2001.
В силу известных обстоятельств объем экспериментальных работ значительно снизился, однако нормативные документы продолжали перерабатываться. К 1999 г. были существенно актуализированы рекомендации 1991 г. по тушению пожаров в резервуарах.
Научная деятельность в этой области постепенно затухает. Однако было бы неправильно считать, что перспективы у подобной работы отсутствуют. Поскольку рассматриваемая нами область охватывает самые существенные и актуальные направления в пожарной безопасности, она неизменно привлекает к себе внимание специалистов других направлений, в том числе и во ВНИИПО. Так, например, сравнительно недавно получила развитие и новое применение одна из прежних разработок ВНИИПО. С помощью той давней установки и современного пенообразователя в натурных испытаниях пламя бензина в резервуаре емкостью 5000 куб. м (площадь поверхности горения 344 кв. м) было потушено за время в пределах 30 с. На основе этой разработки открывается перспектива увеличения энерговооруженности при тушении пожаров в резервуарах на порядок.
Была также создана первая отечественная установка по получению пены компрессионным способом. Замена сеток на перфорированные круглыми отверстиями пластины позволила не только существенно облегчить условия получения пены средней кратности, но и кардинально изменила конструкцию генераторов пены высокой кратности. В настоящее время в генераторах новой конструкции стало возможным получение пены кратностью около 1000 без наддува воздуха. Однако самой важной и трудной задачей на этом пути является возобновление научной школы в области пенного пожаротушения во ВНИИПО, которая, к сожалению, в настоящее время потеряна.
Опубликовано: Каталог "ОПС. Охранная и охранно-пожарная сигнализация. Периметральные системы"-2012
Посещений: 13999
Автор
| |||
В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
