Сравнение систем пожаротушения

Как известно, для ряда объектов диапазон применяемых систем пожаротушения довольно узок. Так, объекты, на которых используется электронное оборудование (серверные, пультовые, диспетчерские), а также объекты с особо ценными и/или чувствительными к внешнему воздействию единицами хранения (музеи, картинные галереи, архивы), защищаются, как правило, системами автоматического газового пожаротушения. Какое газовое огнетушащее вещество (ОТВ) выбрать – решает обычно проектная организация. Заказчик же в основном ориентируется на ценовую составляющую системы. Между тем в таком ответственном деле, как защита от пожара, критерий цены хоть и важен, но не должен играть решающую роль. На наш взгляд, критерии выбора ОТВ должны быть следующими (в порядке убывания значимости)

С. Дауэнгауэр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, действительный член ВАНКБ, коммерческий директор ООО «Эдельвейс»

- эффективность тушения;

- безопасность для людей;

- безопасность для материальных ценностей;

- технологичность;

- экологическая безопасность;

- цена.

1. Эффективность тушения при условии раннего обнаружения возгорания для всех газовых ОТВ можно считать одинаково высокой. По остальным вышеуказанным критериям мы решили провести сравнение наиболее популярных газовых ОТВ. Оценка осуществлялась методом ранжирования, т.е. по каждому критерию определялось место (рейтинг) ОТВ. Суммарная оценка по нескольким критериям осуществлялась суммированием рейтинга ОТВ по соответствующим критериям. Такой метод широко применяется в спорте (например, в фигурном катании).

2. Безопасность для людей. Обеспечение безопасности людей при пожаре – одна из основных задач противопожарной безопасности. Наряду с организационно+техническими мероприятиями (своевременное обнаружение источника возгорания, организация оповещения и эвакуации) большое внимание уделяется обеспечению безопасности людей в ситуациях, когда по тем или иным причинам эвакуация невозможна. Это, во-первых, нештатная ситуация, связанная с несанкционированным срабатываниемсистемы пожаротушения; во-вторых, нештатная ситуация, связанная с технической и/или организационной невозможностью провести эвакуацию и, в-третьих, штатная ситуация, связанная со служебной необходимостью людей оставаться в помещении, в котором сработала система пожаротушения. В связи с этим изучается влияние различных ОТВ на живые организмы в отсутствии возгорания и при наличии очага возгорания. Не так давно была опубликована большая работа, посвященная этой проблеме [1]. Заслуживает внимание также статья [2], хотя некоторые ее положения вызывают сомнения.

2.1. Механизмы пожаротушения.

Для более полного понимания характера воздействия газовых ОТВ на людей напомним еще раз основные механизмы пожаротушения [3]. Итак, существует четыре основных механизма пожаротушения:

- охлаждение;

- изоляция;

- разбавление;

- ингибирование.

Иногда ОТВ реализуют одновременно несколько механизмов.

2.1.1. Охлаждение.

Скорость любой химической реакции, в том числе и горения, зависит от температуры. Эта зависимость подчиняется известному уравнению Вант-Гоффа:

V2 = V1 x y(T2 – T1)/10,

где y – температурный коэффициент, принимающий значение от 2 до 4.

Из этого уравнения следует простой вывод: при снижении температуры на 10° С скорость реакции падает в 2-4 раза. Такое снижение весьма существенно, особенно для цепных реакций (а именно к таким реакциям относится горение). Цепные реакции развиваются лавинообразно и так же лавинообразно угасают. Поэтому резкое охлаждение зоны горения может привести к полному прекращению горения.

2.1.2. Изоляция.

Все реакции развиваются на границе раздела фаз, проще говоря, на поверхности. В реакции горения участвует не само вещество, а газообразные продукты, переходящие из вещества в зону горения. Это могут быть пары самого вещества или продукты его деструкции (первичные продукты горения). С другой стороны, для развития горения требуется постоянная подпитка зоны горения кислородом. Если воспрепятствовать этим процессам, реакция горения затухает.

2.1.3. Разбавление.

Кислорода в атмосфере всего 21%. Остальные компоненты атмосферы не поддерживают горение, но участвуют в газообмене на границе раздела фаз, конкурируя с кислородом. Поэтому для прекращения горения не обязательно полностью убрать кислород из атмосферы, достаточно снизить его концентрацию примерно до 12%.

Итак, в обычном воздухе 21 об. % кислорода. Нужно разбавить до 12%

21/Х = 12; Х = 21/12 = 175,

т.е. огнетушащая концентрация (ОТК) газа+разбавителя должна быть порядка 75 об. %.

На практике используются более низкие концентрации, поскольку газовые огнетушащие вещества реализуют несколько механизмов тушения.

2.1.4. Ингибирование.

Ингибирование – это химическая реакция, в результате которой основная реакция замедляется. При горении лавинообразно растет количество активных частиц – радикалов. Здесь показана только одна из множества реакций, развивающихся при горении.

При воздействии кислорода на углеводород образовались две активных частицы-радикала (с точками). Каждая из частиц, атакуя нейтральную молекулу углеводорода, образует также два радикала – и цепная реакция пошла…

Теперь введем в зону реакции ингибитор, например, трифторметан, известный как хладон+23. Его реакция с радикалом уничтожает радикал и образует две нейтральные молекулы. Таким образом, количество активных частиц в зоне реакции снижается, следовательно, реакция угасает. На практике все происходит гораздо сложнее, но суть процесса от этого не меняется.

2.2. Группы газовых ОТВ.

В соответствии с реализуемыми механизмами пожаротушения, все газовые ОТВ делятся на две группы: инертные газы (или разбавители) и хладоны (или ингибиторы).

2.2.1. Инертные газы.

К этой группе относят классические инертные газы азот N2 и аргон Ar, их смеси, а также двуокись углерода СО2. В последние годы большую популярность приобрел состав «Инерген» – смесь N2+ Ar+: СО2 в соотношении объемных частей 52:40:8.

Для этой группы основной механизм тушения – разбавление. Как указано выше, огнетушащая концентрация, требуемая для реализации тушения через разбавление в чистом виде, должна быть порядка 75 об. %. Однако все газовые ОТВ, которые хранятся в сжатом или сжиженном состоянии, при выходе в помещение заметно снижают в нем температуру, реализуя таким образом и второй механизм тушения – охлаждение. Поэтому опытным путем установлены более низкие огнетушащие концентрации для этих ОТВ (35-50 об. %).

2.2.2. Хладоны.

Эта группа включает в себя галоидзамещенные углеводороды, которые основное свое применение находят как хладоагенты в холодильных установках. В последние годы многие из известных хладонов были запрещены к использованию по экологическим соображениям (разрушение озонового слоя), и в настоящее время применяются только фторзамещенные углеводороды. Основной механизм тушения для ОТВ этой группы – химическое ингибирование реакции горения. Огнетушащие концентрации в этой группе заметно ниже, чем в первой (3,5+15 об. %). Разумеется, как и в первой группе, существенный вклад в общую эффективность тушения вносит охлаждение помещения вследствие расширения (испарения) газовых ОТВ при их выходе из резервуаров.

2.3. Токсичность газовых ОТВ.

Этот фактор характеризует собственно физико-химическое влияние ОТВ на живые организмы.

Токсичность некоторых ОТВ в отсутствии очага возгорания приведены в таблицах 1 и 2.

Согласно приведенным данным, наименьшей токсичностью обладают инертные газы (азот, аргон, инерген), из хладонов же низкой токсичностью может похвастаться только НFС-23. Обращает на себя внимание высокая токсичность CО2. Это вызвано тем, что в организмах животных (и человека, разумеется) заложен механизм специфического влияния CО2 на регуляторы дыхания. Уже при концентрации порядка 2% об. наблюдается заметное учащение дыхания, при концентрациях 5% об. и более происходит сбой в работе регуляторов дыхания, что ведет к смерти.

2.4. Опасность ОТВ при срабатывании системы пожаротушения.

Приведенные в предыдущем разделе данные не отражают реальной опасности ОТВ при их применении в системах газового пожаротушения. Здесь нужно учитывать следующие факторы: огнетушащая концентрация (ОТК) данного ОТВ; его способность давать опасные продукты при контакте с пламенем. Что касается последнего, то инертные газы практически не вступают в химические реакции в наблюдаемых при пожарах диапазонах температур, следовательно, никаких вредных продуктов они образовывать не могут. Хладоны действительно вступают в химические реакции с продуктами горения (в этом заключается их механизм тушения), но если система пожаротушения спроектирована и выполнена правильно (срабатывает на ранних стадиях обнаружение пожара), то количество образующихся продуктов деструкции бывает незначительно и не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК) для этих продуктов [2]. Поэтому мы рассмотрим только влияние на опасность ОТВ их ОТК.

Сравнение опасных концентраций газовых ОТВ с их ОТК приведено в таблице 3.

Поясним данные таблицы 3. Различные ОТВ имеют различные ОТК. Очевидно, что превышение NOAEL над ОТК является критерием безопасности ОТВ для человека в помещении, где сработала система газового пожаротушения. При этом необходимо учитывать два момента. Вопервых, для сравнения следует применять не нормативную, а расчетную ОТК, которая больше нормативной в 1,2-1,5 раза. Во+вторых, незначительное превышение NOAEL над расчетной ОТК (как, например, в случае с НFС-227еа) не может служить гарантией безопасности. Напомним, что NOAEL определяется как максимальная концентрация ОТВ, при которой не регистрируется вредного воздействия в течение 5-минутной экспозиции животных, чаще всего белых крыс. Здесь важно помнить, что

а) человек – не крыса, его порог чувствительности к неблагоприятным воздействиям гораздо ниже;

б) времени 5 минут в ряде случаев недостаточно для того, чтобы человек покинул помещение, и

в) зачастую действительная концентрация ОТВ в помещении превышает ОТК.

Поэтому реально безопасными из приведенных ОТВ могут считаться лишь НFС-23 и Novec 1230. Так что многократные утверждения в различных источниках того, что НFС-227еа является безопасным ОТВ, вызывают серьезные сомнения.

Столь же спорны утверждения о безопасности инергена. Разработчики и популяризаторы этого ОТВ делают упор на то, что некоторое количество (8% об.) СО2 в составе инергена обеспечивает, за счет учащения дыхания, относительно безопасное пребывание человека в его атмосфере. На это можно возразить следующее.

Количество кислорода в помещении, где произошел выпуск инертного газа (в том числе инергена) в концентрации порядка 45+50% об., составит около 13% об. Это количество соответствует количеству кислорода в атмосфере на высоте 4,5-5 км. Известно, что подъем на такую высоту под силу только специально подготовленному человеку с особыми природными данными. При этом подъем происходит постепенно, с продолжительными остановками для адаптации. При пожаротушении состав атмосферы меняется в течение 30-60 с, а вероятность того, что в помещении находятся исключительно альпинисты, стремится к нулю. Обычному же человеку в такой ситуации грозит быстрая асфиксия. По данным NASA, концентрация кислорода 12,3% об. – это порог, за которым наблюдается 100-процентная асфиксия (рис. 1). Так что учащенное дыхание вряд ли поможет обычному человеку выжить в атмосфере инергена сколько+нибудь продолжительное время.

Итак, мы получили и, надеюсь, обосновали первый рейтинг сравниваемых ОТВ.

3. Безопасность для материальных ценностей.

Тут все проще. Все сравниваемые ОТВ одинаково безопасны для материальных ценностей. В связи с этим рейтинг по этому критерию не определялся.

4. Технологичность.

В это суммарное понятие мы включили следующие параметры: количество ОТВ, необходимое для тушения, количество баллонов и рабочее давление в системе. Очевидно, что чем выше значение этих параметров, тем больше технических трудностей возникает при установке и эксплуатации системы. Из этого и последующих сравнений мы исключили азот и аргон, поскольку их показатели практически одинаковы с инергеном. Результаты сравнения представлены в таблице 4.

Данные этой таблицы также требуют пояснений. Из всех сравниваемых ОТВ только инерген хранится не в сжиженном, а в сжатом состоянии. Сжатого газа в баллон помещается существенно меньше, чем сжиженного. Поэтому количество требуемых баллонов для инергена больше не на треть, как утверждают авторы в статье [2], а в 4-6 раз по сравнению с хладоновыми системами. Согласитесь, это в корне меняет оценку применимости систем с инертными ОТВ.

СО2 хранится в сжиженном состоянии, как и хладоны, что сразу резко снижает количество баллонов в системе по сравнению с инергеном. Но и здесь это количество в 2,5-4 раза больше, чем в системах с хладонами. А из рассматриваемых хладонов меньше всего по количеству ОТВ и баллонов требуется для системы с ОТВ Novec 1230, что и обусловило его высокую рейтинговую оценку.

Итак, по основным критериям (а таковыми, несомненно, являются безопасность и технологичность) суммарный рейтинг сравниваемых ОТВ выглядит следующим образом:

Novec 1230 – 2

Хладон-227еа – 5

Хладон-23 – 7

Хладон-125 – 7

Инерген – 11

СО2 – 13

5. Экологическая безопасность.

Этому критерию пользователь уделяет мало внимания. Однако, в силу присоединения России к международным договоренностям по сохранению озонового слоя и борьбе с глобальным потеплением, экологическую безопасность применяемых ОТВ нельзя не учитывать. К тому же, при страховке (перестраховке) объекта у зарубежных страховщиков рассматриваемый критерий может заметно повлиять на размеры страховых платежей.

Данные по экологической опасности рассматриваемых ОТВ приведены в таблице 5.

Данная таблица комментариев не требует. Напомним лишь, что ПГП измеряется в шкале, где за единицу принят ПГП СО2. Так, значение ПГП для хладона-125, равное 2800, означает, что одна молекула хладона-125 по вкладу в парниковый эффект эквивалентна 2800 молекулам СО2. Более низкий, чем у Novec, рейтинг для СО2 определен потому, что для защиты помещения одинакового объема требуемое количество СО2 в три раза больше.

Подсчитаем теперь суммарный рейтинг по трем критериям (безопасность, технологичность, экология).

Novec 1230 – 4

Хладон-227еа – 10

Хладон-125 – 11

Инерген – 12

Хладон-23 – 13

СО2 – 16

Видим, что пока Novec 1230 сохраняет за собой чистое первое место.

6. Цена.

Этот фактор наиболее субъективен. Одни и те же системы стоят поразному у разных производителей. Поэтому мы провели сравнение ценовых показателей на основе цен на системы двух зарубежных производителей: компании «Минимакс ГмбХ и Ко. КГ» и компании LPG. За основу были взяты розничные цены по России в 2008 году.

Теперь можно подсчитать окончательный суммарный рейтинг (по четырем исследованным выше критериям) и сделать некоторые выводы.

Novec 1230 – 9

Хладон-227еа – 11

Хладон-125 – 13

Хладон-23 – 16

Инерген – 18

СО2 – 20

Итак, несмотря на высокий ценовой показатель, Novec 1230 сохранил за собой первое место. По+видимому, высокая цена на Novec 1230 носит конъюнктурный характер и диктуется его совокупным исключительно высоким рейтингом по остальным показателям. В то же время нельзя не отметить некоторые более общие закономерности.

А) Группа инертных газовых ОТВ проигрывает группе хладонов почти по всем рассматриваемым критериям. Они же уступают и в ценовых показателях.

Б) Реально безопасными для человека можно считать только Хладон-23 и Novec 1230. Декларируемая безопасность других ОТВ вызывает сомнения.

В) В общем механизме пожаротушения всех без исключения газовых ОТВ в качестве составляющей входит охлаждение. При этом охлаждение происходит во всем объеме защищаемого помещения. Сколь велика эта составляющая для различных газовых ОТВ – предмет наших дальнейших публикаций.

В заключение хотим сделать небольшую ремарку. Существует ли альтернатива газовым ОТВ? Да, в большинстве случаев существует. Это модульные системы тонкораспыленной воды (ТРВ). Недавно мы подробно рассмотрели их преимущества по сравнению с традиционными системами водяного пожаротушения [3]. Проведем теперь короткое сравнение системы ТРВ с газовым ОТВ Novec 1230. Сопоставление выполним по тем же сформулированным в начале статьи критериям.

Как можно видеть, ТРВ практически не уступает газовым ОТВ, а по некоторым показателям даже их превосходит. Поэтому уже сейчас ТРВ с успехом применяют для защиты таких специфических объектов, как архивы, музейные залы, картинные галереи и т.д.

Во всех ли случаях можно применять ТРВ вместо газовых систем? Не во всех. Мы можем сформулировать по крайней мере два ограничения:

- защищается особо деликатное электронное оборудование;

- имеется технологический запрет на контакт оборудования и/или продукции с водой.

В остальных случаях ТРВ может служить простой и экономичной альтернативой газовому пожаротушению.

Выбор за вами, уважаемые господа!

Источник: http://www.0-1.ru/articles/showdoc.asp?dp=80

2009 НПО "Комплексные системы безопасности"