SZKOŁA ASPIRANTÓW

PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ

W KRAKOWIE

PRACA DYPLOMOWA

TEMAT: Opracowanie merytoryczne i metodyczne tematu: „PROSZKI I GAZY GAŚNICZE”

KRAKÓW 1997 rok

WSTĘP

Wiadomości ogólne

Akcja gaśnicza prowadzona przez PSP oraz OSP aby zakończyła się powodzeniem uzależniona jest od środków gaśniczych i od ich jakości, ilości i doboru właściwego środka do określonego pożaru. Sposoby gaszenia pożarów wymuszają stosowanie określonych środków gaśniczych, gdyż one powodują przerwanie procesów spalania.

Każdy środek gaśniczy posiada kilka mechanizmów przerwania procesów spalania, jednak zazwyczaj jeden z nich jest dominujący.

Do mechanizmów tych zaliczyć należy:

- izolację materiału palnego od utleniacza

- obniżenie stężenia utleniacza w strefie spalania

- ochłodzenie materiałów palących się

- chemiczne zahamowanie procesów oksydo - redukcyjnych

- ochłodzenie strefy spalania

- izolacja materiału palnego przed promieniowaniem cieplnym

Chemiczne zahamowanie procesów oksydo - redukcyjnych osiąga się przy pomocy proszków gaśniczych o właściwościach inhibicyjnych a także przy pomocy halonów.

Izolację materiału palnego od dostępu utleniacza mogą zapewnić: piany gaśnicze, woda, ciężkie gazy jak np: dwutlenek węgla (CO₂) czy halony. Obniżenie stężenia utleniacza w strefie spalania można uzyskać przy pomocy: inertnych gazów, pary wodnej i halonów.

Postęp w produkcji środków gaśniczych to jeden biegun zakresu działania ochrony p. poż. -drugi może jeszcze ważniejszy to profilaktyka obejmująca swoim zasięgiem m. in. środki obniżające właściwości palne materiałów, materiały o zmniejszonej zapalności i o zmniejszonej zdolności wytwarzania dymów i gazów toksycznych.

Badania i prace nad nowymi środkami gaśniczymi i ognioochronnymi wymaga wiedzy o właściwościach pożarowych materiałów palnych, mechanizmach palenia i gaszenia za pomocą konkretnych środków gaśniczych.

Przy posługiwaniu się nimi niezbędna jest znajomość ich właściwości techniczno-użytkowych i zakresów stosowania.

W tej pracy zostaną omówione proszki, gazy gaśnicze, halony oraz ich charakterystyki i zastosowanie.

PROSZKI GAŚNICZE

Proszki gaśnicze są to mieszaniny ciał stałych mających działanie gaśnicze inhibicyjne, heyerogeniczne związane z obecnością gazów powstających w wyniku rozkładu proszku w wyższej temperaturze.

1. Baza surowcowa

Rozwój produkcji w tej dziedzinie powoduje ukazywanie się wciąż nowych proszków gaśniczych. Poszerza się też znacznie liczba surowców z których są one wytwarzane.

1. WĘGLANOWE	Na bazie:	Na HCO3
		K HCO3
		Na2 CO3
		K2 CO3
2. FOSFORANOWE	Na bazie:	(NH4) H2PO4
		(NH4) HPO4
		(NH4) PO4
		(NH4) 2SO4
3. CHLORKOWE	Na bazie:	NaCl
		KCl+NaCl
		NaCl+fosforany
		BaSO4
		Al2 (SO4)3

Z wielu częściej wymienianych surowców na uwagę zasługują następujące:

- kwaśny węglan sodowy,

- kwaśny węglan potasowy,

- węglan sodowy,

- fosforany amonowe,

- siarczany amonowe,

- siarczany potasowe,

- chlorek sodowy,

- bromek sodowy,

- chlorek potasowy,

- chlorek barowy,

- grafit i inne,

Skład chemiczny surowca stanowi zasadniczy element proszku gaśniczego jednak walory techniczno-użytkowe uzyskują proszki dzięki odpwiedniej technologii i dodatkom które zapewniają im trwałość
w czasie przechowywania, zabezpieczają przed wilgocią i nadmiernemosadzaniu się oraz nadają sypkość umożliwiającą przetaczanie ich przez przewody o długości osiągającej nieraz kilkadziesiąt metrów.

2. Podział proszków gaśniczych

Podział proszków gaśniczych został ustalony na podstawie grup pożarów, do gaszenia których dany proszek jest najbardziej odpowiedni.

Zgodnie z sugestiami ISO wszystkie pożary zostały podzielone na cztery grupy, są to:

- pożary A - pożary ciał stałych,

- pożary B - pożary cieczy,

- pożary C - pożary gazów,

- pożary D - pożary metali,

Jeżeli w obrębie pożaru znajdują się urzadzenia będące pod napięciem elektrycznym , to fakt ten odnotowuje się literą E.

Proszki gaśnicze można podzielić na dwie podstawowe grupy:

- proszki przeznaczone do gaszenia cieczy palnych, gazów oraz innych materiałów organicznych spalających się płomieniowo,

- proszki specjalne, przeznaczone do gaszenia metali, związków metaloorganicznych oraz materiałów organicznych spalających się bezpłomieniowo.

Działanie pierwszej grupy jest możliwe po wytworzeniu obłoku proszkowego, natomiast drugagrupa wytwarza na palącej się powierzchni warstwę izolującą od dostępu tlenu.

Najczęściej stosowanymi proszkami są proszki węglanowe, ich podstawowym składnikiem jest kwasny węglan sodowy

W praktyce proszki dzieli się w zależności od grup pożarów, do których są przeznaczone, a więc:

2.1. Proszki węglanowe - do gaszenia wyłącznie pożarów płomieniowych. Zasadniczymi składnikami tych proszków są wodorowęglany metali alkalicznych, węglany oraz siarczany.

swój efekt gaśniczy zawdzięczają przede wszystkim obecnosci kationów, ktore w procesie palenia są czynnikami antykatalicznymi. W kolejnosci wzrastających wartosci gasniczych szerg kationów przedstawia się w nastepujący sposób:

Li₄, NH₄, Na, K, Rb, Cs.

Praktycznie tylko NH₄, Na, (sód) i K (potas) znajdują zastosowanie przy produkcji proszków gaśniczych.

Dodatkowe działanie proszków węglanowych uzyskuje się poprzez:

- odciecie przez obłok proszku dostępu powietrza do palącego się materiału,

- rozcieńczenie powietrza wyzwalającymi się z proszków węglanowych dwutlenkiem węgla i parą wodną pochodzącą z powstającej wody.

Proszkami węglanowymi gasimy pozary grup: B, C i E.

2.2. Proszki fosforanowe - uniwersalne - do gaszenia pożarów płomieniowych, bezpłomieniowych oraz płonących metali. Głównymi składnikami są tu ortofosforany amonowe.

Proszki fosforanowe obok zasadniczego antykatalitycznego działania kationów, posiadają dodatkowo zdolność wytwarzania szklistej, jednolitej warstewki pokrywającej powierzchnie gaszonego ciala stałego.

Zakrs temperatur, w jakich proszki gasnicze mogą być skutecznie stosowane wynosi:

- dla fosforanowych - od - 80 do +80 C,

- dla węglanowych - od -40 do +65 C.

2.3. Proszki specjalne - do gaszenia pożarów metali, zawierające głównie chlorki sodu lub potasu, czteroboran sodowy, grafit, mikrogranulki węglowe, wysokotopliwe żywice.

3. Mechanizm gaszenia proszków

1. Rozkład proszku pod wpływem temperatury na:

CO2 i H2O (NzHCO3) - działanie tłumiąco - chłodzące

2NaHCO3 → Na2CO3+H2O+CO2

2. Topienie się proszku i oblepianie palącego się ciała tzn. izolowanie od dostępu powietrza.

3. Obniżenie stężenia tlenu nad powierzchnią palącego się ciała dzięki obecności chmury rozdrobnionego proszku.

4. Mechanizm zdmuchnięcia płomienia strumieniem proszku podawanym pod ciśnieniem.

5. Inhibicja hetero i homofazowa.

Tabela 1. Mechanizm gaszenia proszkami i zakres stosowania.

Rodzaj proszku	Mechanizm gaszenia	Zastosowanie
WĘGLANOWE	Inchibicja fizyczna heterofazowa, częściowo inhibicja chemiczna homofazowa. Dodatkowe działanie tłumiące - odbiór ciepła i wypieranie powietrza (tlenu) z obszaru płomienia. Słbe oddziaływanie CO2 i pary wodnej powstałych w wyniku termicznego rozkładu węglanów.	BCE wyjątkowo A (w zarodku)
FOSFORANOWE	1. Działanie antykatalityczne i tłumiące obłoku proszku. 2. Wytwarzają szklistą warstwę i izolującą powierzchnię pożaru.	ABCDE
CHLORKOWE	Topiący się proszek (wskutek wysokiej temperetury spalania) chłodzi palącą się powierzchnię i wytwarza jednolitą warstwę izolacyjną w formie spieku, hamując dopływ tlenu do strefy ognia.	D

4. Mechanizm działania gaśniczego proszków.

Mechanizm gaszenia proszków polegają na dwóch zasadniczych efektach;

- działanie inhibicyjne,

- działanie izolacyjne,

Efekt inhibicyjny lub chemiczny jest zasadniczym działaniem gaśniczym proszków przeznaczonych do gaszenia pożarów gazów, cieczy palnych i ciał stałych, które jednak w warunkach termicznych pożaru topią się i wytwarzają palne produkty w czasie ich pirolitycznego rozkładu.

W proszkach przeznaczonych do gaszenia pożarów metali a także w innych proszkach przeznaczonych do gaszenia ciał stałych, których spalanie przebiega z udziałem fazy żarzenia dominującym działaniem gaśniczym jest działanie fizyczne a mianowicie - izolacja powierzchni materiału palnego przed kontaktem z utleniaczem zawartym w powietrzu.

W przypadku pożarów płomieniowych proszek jest inhibitorem reakcji spalania. Możliwe są przy tym dwa mechanizmy inhibicji - heterofazowy i homofazowy.

Inhibicja heterofazowa.

Proszek (inhibitor) stanowi inną fazę niż reagenty, w tym przypadku fazę stałą. Rodniki odpowiedzialne za propagację spalania zderzając się ze stałymi cząstkami proszku tracą nadmiar energii niezbędny dla reakcji propagacji (reakcji, którym towarzyszy tworzenie nowych rodników).

Mechanizm inhibicji heterofazowej można przedstawić więc za pomocą uproszczonego schematu:

R• + M Ţ (MR)·

R₁• + (MR)• Ţ R - R₁ + M

gdzie:

R•, R₁• - rodniki (np. H•, •OH),

M - cząstka proszku.

Inhibicja homofazowa.

Proszek ulegnie pirolizie i wydzieli z siebie substancje które reagują z rodnikami lub aktywnym tlenem bez wydzielania ciepła lub z jego bardzomała ilością.

lInhibitor i reagenty występują w jednej fazie - gazowej, a więc czynnikiem inhibitującym są gazowe produkty odparowania i rozkładu proszku

a) inhibitorem są gazowe atomy metali,

b) inhibitorem jest gazowy wodorotlenek metalu,

Ad. a) Inhibitowanie zachodzi w myśl schematu (na przykładzie atomów sodu):

Na + R₁• + M = (Na - R₁)• +M

(Na - R₁)• + R₂• = R₁ - R₂ + Na

gdzie:

R₁• i R₂• - rodniki odpowiedzialne za propagację reakcji za chodzących w płomieniu,

M - cząstka proszku

(Na - R)• - kompleks przejściowy.

Ad. b. ) Mechanizm jest różny dla soli tlenowych i beztlenowych:

Sole tlenowe:

Piroliza soli prowadzi do wytworzenia ciekłego tlenku metalu, który
reaguje następnie z parą wodną tworząc gazowy wodorotlenek:

Me₂ + H₂O = 2MeOH_(g)

a następnie:

MeOH + H• = H₂O + Me•

MeOH + •OH = H₂O + MeO•

MeO• + H• = MeOH

Me• + •OH = MeOH itd.

Sole beztlenowe:

Na przykładzie chlorku:

MeCl_(c) + H• = HCl_(g) + Me•_(g)

Me• + H₂O = MeOH + H•

Drugi etap jest odwracalny i tym się tłumaczy fakt, iż sole beztlenowe są słabszymi inhibitorami reakcji zachodzących w płomieniu.

W zależności od zachowania się proszków w płomieniu można je podzielić na dwa typy:

1. Nie wykazujące zmian wielkości cząstki po wprowadzeniu do płomienia (proszki tradycyjne węglanowe, fosforanowe, chlorkowe, siarczanowe)

2. Rozpadające się w płomieniu z wytworzeniem submikronowych cząstek ciała stałego, np. proszki mocznikowo-węglanowe.

Proszki rozpadające się w płomieniu zwiększają swą powierzchnię właściwą, co jest korzystne z punktu widzenia obu możliwych mechanizmów inhibicji, dlatego są one znacznie skuteczniejsze niż proszki z grupy pierwszej.

Po rozpadzie, w przypadku granicznego rozmiaru cząstki, takiego, że zapewnione jest całkowite v odparowanie, różnice w skuteczności działania będą wynikały jedynie z różnic w łatwości pirolizy z wytworzeniem wodorotlenku. Będzie to zależało od rodzaju anionu, co można przedstawić w szeregu aktywności:

tlenek > cyjanek > węglan > jodek > bromek > chlorek >
> siarczan > fosforan.

Wynika stąd, że proszki fosforanowe są bardzo słabymi inhibitorami homofazowymi, co znalazło potwierdzenie w pracach doświadczalnych.

Przedstawione wyżej rozważania odnośnie mechanizmu działania gaśniczego proszków wskazują na bardzo duży wpływ stopnia rozdrobnienia na skuteczność gaśniczą.

Gdyby rozpatrywać wprowadzony już do płomienia proszek to oczywiste jest, że ze wzrostem stopnia rozdrobnienia wzrasta skuteczność gaśnicza zarówno z punktu widzenia inhibicji heterofazowej (większa powierzchnia inhibitora w jednostce objętości reagentów) jak i obu możliwych mechanizmów inhibicji homofazowej (zwiększa się powierzchnia wymiany ciepła, a zatem stopień odparowania i rozkładu).

W praktyce nie można jednak dowolnie zwiększać stopnia rozdrobnienia proszków, gdyż wówczas pogarszają się jego walory użytkowe: odporność na zbrylanie, na działanie wilgoci, zdolność przepływu przez przewody rurowe, zasięg rzutu itp. Dlatego też istnieje pewien optymalny skład granulometryczny zapewniający dobre walory użytkowe, a jednocześnie dobrą skuteczność. Niekorzystna jest obecność frakcji o średnicach poniżej 10 cm.

Frakcja o średnicach od 20 do 60 mm powinna stanowić 60 ÷ 80 % wag. całości. Jednocześnie z punktu widzenia własności dynamicznych proszku (zdolność do transportu przewodami, zasięg rzutu) korzystna jest
obecność 10 ÷ 15 % frakcji o średnicach 100 ÷ 200 mm.

5. Tabela podstawowych proszków gaśniczych.

Nazwa	Przeznaczenie	Baza surowcowa	Producent
MONNEX	Przeznaczony do gaszenia pożarów klasy B iC przy czym odznacza się duzą skutecznoscią.	Kwaśny węglan potasu, osadzony w cząsteczkach mocznika.	Imperial Chemikal Industries Wielka Brytania
TOTALIT S	Gaszenie pożarów typu B, C, E	Kwaśny węglan sodu.	Total export GMBH, Niemcy
G - 1	Gaszenie pożarów metali takich jak: magnez i jego stopy, sód, potas, tytan, lit, wapń, cyrkon, hafn, tor, uran, pluton, aluminium.	Sproszkowany koks i fosforan organiczny	Total export GMBH, Niemcy
LB - 3			CUSSONS WZChG POLLENA POLSKA

6. Parametry użytkowe proszków gaśniczych i metody ich oznaczania

Skuteczność gaśnicza proszków zależy od szeregu parametrów fizycznych i użytkowych. Należy przy tym pamiętać, że na skuteczność proszku składa się Nie tylko jego efektywność działania na płomień, ale także takie jego cechy, które umożliwiają mu dotarcie do strefy spalania, a w tym niezmienność w czasie jego stanu fizycznego i parametrów dynamicznych. Głównymi składnikami proszków są sole nieorganiczne, na ogół dobrze rozpuszczalne w wodzie i higroskopijne. Dodatek środków hydrofobizujących w odpowiednich ilościach (kilka procent) zapewnia odporność na działanie wilgoci, co umożliwia przechowywanie proszku bez zmiany jego własności użytkowych. Bardzo istotny jest też odpowiedni skład ziarnowy, gdyż od niego zależy szereg parametrów użytkowych.

Pełną listę parametrów użytkowych proszków gaśniczych, jakie muszą być oznaczone dla każdego proszku podaje Polska Norma PN-92/C-83602/03 wraz z odniesieniem do odpowiedniej normy przedmiotowej.

Lp.	Parametr	Norma przedmiotowa
1.	Skuteczność gaśnicza	PN-91 /C-83 602/14
2.	Odporność na niską temperaturę	PN-91 /C-83602/13
3.	Odporność na zbrylanie	PN-91 /C-83 602/12
4.	Repelencja	PN-86/C-83602/11
5.	Higroskopijność	PN-78/C-83602/08
6.	Zawartość wilgoci	PN-78/C-83602/07
7.	Skład ziarnowy	PN-74/Z-04097
8.	Sypkość	PN-87/C-83602/10
9.	Zagęszczalność	PN-79/C-83602/09,
10.	Gęstość nasypowa	PN-77/C-8360/06
11.	Gęstość przy swobodnym wypływie	PN-77/C-83602/05
12.	Gęstość (gęstość właściwa)	PN-74/Z-04002
13.	Powierzchnia właściwa	PN-73/B-04300

6. l. Skuteczność gaśnicza

Dla wszystkich klas pożarów (ABCD) znormalizowano odpowiednie pożary testowe, dostosowane również do wielkości testowanych urządzeń (gaśnice, agregaty). Miarą skuteczności gaśniczej jest albo ilość pozytywnych wyników w n próbach, bądź ilość proszku zużytego do ugaszenia pożaru, mierzona ubytkiem masy gaśnicy lub agregatu. Są to badania zawsze kosztowne, wymagające wykwalifikowanego personelu i odpowiedniego zaplecza. Dlatego przeprowadza się je tylko w przypadku wprowadzania na rynek nowego produktu (przy badaniach atestacyjnych) lub przy zmianie technologii produkcji. Można założyć, że jeśli wszystkie pozostałe parametry proszku są niezmienne, nie zmieniła się również skuteczność gaśnicza.

6. 2. Odporność na niska temperaturę

Badany proszek w ilości ok. 20 g umieszcza się w czystym i suchym naczyniu szklanym o średnicy 20 mm, które wstawia się następnie na okres 1 godziny do komory chłodniczej o temperaturze wnętrza ok. - 55°C. Bezpośrednio po wyjęciu naczynia mierzy się czas wysypywania proszku, który nie może być większy niż 5 s.

6. 3. Odporność na zbrylanie

Zasada metody polega na poddaniu próbki badanego proszku nawilżaniu w atmosferze o dużej wilgotności, przetrzymywaniu pod obciążeniem mechanicznym w urządzeniu testowym w obniżonej temperaturze, a następnie przesiewaniu i ważeniu grudek.

Próbkę proszku o masie 200 ± 1 g umieszcza się w eksykatorze z nasyconym roztworem węglanu sodowego, dającym wilgotność względną powietrza ok. 90%, na okres 1 godziny. Następnie proszek przesypuje się do woreczka polietylenowego, który po zaklejeniu taśmą i nakłuciu w celu odpowietrzenia umieszcza się wewnątrz urządzenia testowego. Woreczek przyciska się tłokiem całość umieszcza w chłodziarce w temperaturze 3 ÷ 5°C na okres 48 godzin.

Po tym czasie woreczek wyjmuje się, jego zawartość przesypuje na sito o wymiarze oczek 1 mm i łagodnie przesiewa. Pozostałe na sicie grudki waży się na wadze analitycznej.

Wymaga się, aby odporność na zbrylanie nie przekraczała 0,1%.

6. 4. Repelencja

Metoda polega na określeniu ilości proszku pozostającego w naczyniu po nawilżeniu znajdującego się w nim proszku, usunięciu mieszaniny wodno-proszkowej i wysuszeniu naczynia z pozostałością.

W zlewce o pojemności ok. 150 cm³ umieszcza się 50,0 ± 0,5 g proszku, a następnie dodaje 50,0 ± 0,5 cm³ wody destylowanej w taki sposób, aby woda spływała po ściance. Czas dodawania wody 9 ± 1 s. Po upływie 120 s energicznym ruchem usuwa się zawartość zlewki. Zlewkę wraz
z pozostałością suszy się w suszarce w temperaturze ok. 60°C przez
ok. 1,5 godziny. Waży się na wadze analitycznej z dokładnością do 0,001 g.

Repelencję R, wyrażoną w procentach, oblicza się z wzoru:

gdzie:

m₁ - masa zlewki z pozostałością po wysuszeniu [g],

m₂ - masa zlewki [g],

m_p - masa proszku [g].

Wymaga się, w przypadku badań przydatności proszku, aby repelencja była zgodna z wartością deklarowaną przez producenta, z tolerancją 20 %.

6. 5. Zawartość wilgoci

Metoda polega na suszeniu określonej masy proszku nad kwasem siarkowym.

Na szalce Petriego należy odważyć ok. 5 g proszku z dokładnością do 0,001 g. Proszek trzeba rozłożyć równomiernie na całej powierzchni szalki i wstawić do eksykatora, wewnątrz którego znajduje się stężony (98 %) kwas siarkowy. Po 48 godzinach szalkę wyjmuje się z eksykatora i waży z dokładnością do 0,001 g. Podczas oznaczania temperatura otoczenia powinna wynosić 20 ± 2°C.

Zawartość wilgoci oblicza się z wzoru:

gdzie:

m₁ - masa pustej szalki [g],

m₂ - masa szalki z proszkiem przed suszeniem [g],

m₃ - masa szalki z proszkiem po suszeniu [g].

W celu szybkiego oznaczenia tego parametru (podczas ćwiczeń laboratoryjnych) suszenie w eksykatorze można zastąpić suszeniem w suszarce, w temperaturze 60 ± 5°C.

Jest to temperatura o około 20°C niższa od temperatury początku rozkładu najszybciej rozkładających się proszków węglanowych. Suszenie
w tych warunkach przez ok. 2 godziny wystarcza do uzyskania stałej masy.

Przy badaniach przydatności proszku zakłada się, że wyznaczona zawartość wilgoci może różnić się od wartości deklarowanej przez producenta nie więcej niż o 20 %.

6. 6. Higroskopijność

Metoda polega na pomiarze ilości wilgoci pochłoniętej przez określoną masę proszku umieszczonego w atmosferze o znanej wilgotności.

Próbkę proszku wysuszonego zgodnie zasadami badania zawartości wilgoci umieszcza się w eksykatorze z nasyconym roztworem chlorku amonowego, który zapewnia atmosferę o wilgotności względnej powietrza ok. 80 %. Po 3 tygodniach szalkę z proszkiem waży się z dokładnością do 0,001 g.

Temperatura otoczenia podczas oznaczania powinna wynosić 20 ± 2°C.

Higroskopijność oblicza się ze wzoru:

gdzie:

m₁ - masa szalki z proszkiem po wysuszeniu wg pkt 5 [g],

m₂ - masa szalki z proszkiem po próbie [g],

m_p - masa proszku [g].

Przyjmuje się, że otrzymana podczas badań wartość higroskopijności może różnić się od deklarowanej przez producenta nie więcej niż o 20 %.

6. 7. Gęstość nasypowa

Metoda polega na ustaleniu objętości określonej masy proszku po swobodnym przesypywaniu go w cylindrze miarowym.

W cylindrze miarowym o poj. 250 cm³ odważa się 100 ± 0,1 g proszku. Cylinder zamyka się korkiem i 10 razy obraca w płaszczyźnie pionowej
o 180° w ciągu 20 ÷ 40 s i ponownie ustawia w pozycji pionowej. Po 60s odczytuje się objętość proszku w cylindrze.

Gęstość nasypową oblicza się z wzoru:

gdzie:

m_p - masa proszku [g],

V - objętość proszku odczytana na podziałce cylindra [cm³].

Badana gęstość nasypowa powinna być zgodna z deklarowaną przez producenta, z dopuszczalną tolerancją 10 %.

6. 8. Zagęszczalność

Metoda polega na pomiarze ubytku objętości próbki proszku po określonym czasie wibrowania.

Bezpośrednio po odczytaniu objętości próbki proszku wg pkt. 7 cylinder z proszkiem umieszcza się na płycie wibratora, zapewniającego częstotliwość drgań 60 ÷ 70 Hz przy amplitudzie 1 ÷ 2 mm. Po 15 minutach pracy wibratora cylinder zdejmuje się i po 60 s odczytuje na podziałce cylindra objętość proszku.

Dopuszczalne odchylenie zmierzonej zagęszczalności od wartości deklarowanej wynosi 10%

6. 9. Gęstość przy swobodnym wypływie

Metoda polega na swobodnym wypływie proszku z lejka do naczynia
o określonej objętości i ważeniu masy tej objętości proszku.

Układ pomiarowy. Naczynie waży się z dokładnością do 0,01 g.

Po zamknięciu przepustnicy napełnia się całkowicie lejek proszkiem, nie ubijając go. Górną powierzchnię proszku zrównuje się za pomocą linijki
z górną krawędzią 453 lejka. Po zestawieniu układu należy otworzyć przepustnicę tak, aby proszek przesypał się do naczynia [w ciągu 30÷40 s]. Po przesypaniu się proszku, należy odczekać 20 ÷ 30 s, usunąć nadmiar proszku przez wyrównanie jego powierzchni z górną krawędzią naczynia i zważyć naczynie z proszkiem z dokładnością do 0,01 g.

6. 10. Sypkość

Sypkością proszku nazywamy jego zdolność do przemieszczania się pod wpływem działania siły ciężkości. Metoda pomiaru polega na oznaczaniu czasu przepływu określonej masy proszku pod wpływem siły ciężkości przez otwór w pierścieniu przegradzającym dwa naczynia.

Do jednej z wytarowanych kolb stożkowych wsypuje się proszek w ilości ok. 500 cm³ i waży z dokładnością do 0,2 g. Na wlot kolby nakłada się pierścień, przystawia dnem do góry drugą kolbę i łączy obie kolby szczelnie elastyczną opaską. Przy obróceniu kolb o 180° następuje przesypywanie proszku. Zmiany położenia kolb należy dokonywać w momencie, gdy ostatnia porcja proszku opuszcza górną kolbę.

Po wzburzeniu proszku w wyniku dziesięciu kolejnych przesypać, mierzy się łączny czas następnych dziesięciu przesypać proszku z jednej kolby do drugiej, z dokładnością do 0,2 s.

Dopuszcza się dla tego parametru tolerancję 10%.

6. 11. Gęstość właściwa

Metoda polega na określeniu rzeczywistej objętości (w odróżnieniu od objętości pozornej w przypadku pomiaru gęstości nasypowej i gęstości przy swobodnym wypływie) znanej masy proszku.

Wycechowaną (o znanej objętości) kolbę miarową o poj. 50 cm³ waży się na wadze analitycznej z dokładnością do 0,001 g. Do kolby wsypuje się ok. 10 g proszku i całość waży z dokładnością do 0,001 g.

Do kolby wlewa się 25 ÷ 30 cm³ butanolu lub innej cieczy o znanej gęstości, w której proszek nie rozpuszcza się, ani z nią nie reaguje. Zawartość kolby należy dokładnie wymieszać za pomocą cienkiej bagietki lub drucika, celem usunięcia całej ilości zawartego w proszku powietrza.

Bagietkę usuwa się z kolby, spłukując ją dokładnie dodawaną cieczą
i zawartość kolby uzupełnia się cieczą aż do kreski wyznaczającej wycechowaną objętość (menisk cieczy powinien być styczny do kreski).

Kolbę wraz z zawartością waży się ponownie z dokładnością do 0,001 g.

6. 12. Powierzchnia właściwa

Powierzchnia właściwa cząstki jest to stosunek jej całkowitej powierzchni do masy. Rozróżnia się przy tym dwa rodzaje powierzchni: statyczną i kinetyczną.

Powierzchnia statyczna (adsorpcyjna) jest to całkowita powierzchnia cząstki wraz z powierzchnią porów, do których istnieje dostęp z zewnątrz cząstki.

Powierzchnia kinetyczna (zewnętrzna) jest to powierzchnia zewnętrzna cząstki. Można przyjąć w przybliżeniu, że jest to powierzchnia, którą
obmywa przepływający gaz.

W przypadku proszków gaśniczych mierzy się kinetyczną powierzchnię właściwą, która jest miarą stopnia rozdrobnienia.

Metoda pomiaru polega na określeniu czasu przepływu określonej objętości powietrza przez sprasowaną warstwę badanego proszku o znanej objętości (warstwy) i masie. Służy do tego celu powierzchniomierz Blaine'a.

Dla powierzchni właściwej dopuszcza się odchylenie od wartości deklarowanej przez producenta nie większe niż 10 %.

6. 13. Skład ziarnowy

Przeważającą część masy proszku stanowią ziarna o średnicach poniżej 100 mm. Polskie Normy przewidują najmniejszy wymiar oczek sita 63 mm. Normy zagraniczne, np. DIN wprowadzają sita o wymiarach oczek nawet 20 mm, jednak przeprowadzenie zwykłej analizy sitowej przy użyciu wytrząsarki byłoby niemożliwe bez dodatkowego, wymuszonego przepływu gazu przez sita (od góry do dołu).

Polskie Normy przewidują trzy metody analizy ziarnowej pyłów o średnicach ziarn poniżej 63 mm. Są to:

A. Sedymentacja w cieczy - metoda pipety Andreasena,

B. Wywiewanie - metoda aparatu Gonella,

C. Odwirowywanie w przeciwprądzie - metoda wirówki Bahco.

A. Sedymentacja w cieczy

Cylindryczne naczynie napełnione jest do określonej wysokości zawiesiną badanego pyłu w cieczy sedymentacyjnej. Początkowe stężenie pyłu
w cieczy (t = 0) jest w całej objętości jednakowe.

Po bardzo krótkim czasie ustalą się dla wszystkich ziarn pyłu warunki równowagi między siłą ciężkości, wyporu i oporu ośrodka co oznacza, że poszczególne ziarna będą opadały ze stałą szybkością, zależną od parametrów ziarna (gęstość, średnica) i ośrodka gęstość, lepkość).

Wskutek różnic w szybkościach opadania, po upływie czasu t_x, stężenie pyłu w cieczy nie będzie równomierne w małej objętości.

W metodzie pipety Andreasena wyznaczenie składu ziarnowego następuje poprzez pomiar zmian stężenia pyłu w funkcji czasu warstwie cieczy sedymentacyjnej, na określonej wysokości h od poziomu cieczy.

B. Wywiewanie

Schemat ideowy metody wywiewania, opartej na rozdziale pyłu w strumieniu przepływającego powietrza. Pionową rurą przepływa do góry ze stałą szybkością w powietrze.

Do rury wprowadza się próbkę badanego pyłu. Po krótkim czasie ustala się stan równowagi dla poszczególnych ziaren. Dla ziaren, których szybkość opadania w nieruchomym powietrzu u = w, ich prędkość ruchu względem rury v będzie równa zeru. Ziarna, których szybkość opadania w nieruchomym powietrzu u > w, będą opadały w dół z prędkością v = u - w. Ziarna których u < w będą wywiewane z rury z prędkością S= w - u. Jeżeli czas przeprowadzania próby będzie dostatecznie długi, aby wszystkie ziarna o szybkościach opadają u < w zostały wywiane z rury, to wyznaczając masę próbki pyłu przed i po próbie można określić masowy udział frakcji o średnicach d większych lub równych takiej, której szybkość opadania w nieruchomym powietrzu równa v. Można się tu
oprzeć na równowadze sił w analizie sedymentacyjnej.

C. Odwirowanie w przeciwprądzie

Do kanału, w którym przepływa w kierunku osiowym powietrze z szybkością v, doprowadzony jest szczeliną proszek. Kanał wykonuje ruch obrotowy. W związku z tym na poszczególne ziarna działają dwie przeciwnie skierowane siły: siła odśrodkowa I siła oporu ruchu ziarna w ośrodku R. Dla ziaren, dla których P = R, prędkość ruchu w stosunku do kanału u = 0.

Badania przy pomocy mikroskopu optycznego stanowią zwykle uzupełnienie badań składu ziarnowego. Nadają się one lepiej do badań jakościowych niż do pomiarów ilościowych. Najczęstsze zastosowanie tych badań polega na:

a) stwierdzeniu zakresu wielkości ziarn w badanej próbce,

b) porównaniu próbki wzorcowej z innymi próbkami, a w szczególności stwierdzeniu, czy mają taki sam skład ziarnowy, czy też występują duże różnice,

c) przybliżonym oszacowaniu składu ziarnowego badanej próbki.

Mikroskopowa metoda badania składu ziarnowego posiada szereg zalet,
a w tym:

— krótki czas potrzebny do otrzymania wyniku,

— niewielka ilość substancji potrzebna do badania,

— prosta, poglądowa dokumentacja ziarnistości w postaci fotografii,

GAZOWE ŚRODKI GAŚNICZE

Nazwą „gazy gaśnicze” obejmuje się takie środki gaśnicze, które w chwili działania gaśniczego znajdują się w stanie gazowym.

Takimi środkami są więc gazy obojętne (azot, dwutlenek węgla, argon, hel, różne mieszaniny tych gazów), gazy spalinowe a także para wodna i halony działające antykatalitycznie. Skuteczność gaśnicza halonów jest znacznie większa niż gazów obojętnych, ale zastosowanie ich zostało w ostatnich latach znacznie ograniczone ze względu na niszczący wpływ na stratosferyczną warstwę ozonu (takie działanie wykazują także stosowane w urządzeniach chłodniczych freony ).

1. Baza. surowcowa.

1.1. Gazy obojętne:

Dwutlenek węgla - bezwonnik kwasu węglowego jest gazem najczęściej i najszeżej stosowanym w pożarnictwie zw względu na niski koszt oraz łatwość otrzymywania.

Gaz ten wytwarza się przy wypalaniu wapna z dolomitów, wystepuje równierz m. in. jako produkt uboczny przy produkcji spirytusu i piwa.

1.2. Gazy spalinowe:

Gazy spalinowe można i należy stosować do zabezpieczenia przeciwpożarowego w pomieszczeniach zamkniętych, a takze do gaszenia pożarów tam, gdzie jest to możliwe. Aby gazy spalinowe mogły być stosowane jako środek gaśniczy muszą one spełniac okreslone warunki:

a) zawierać tlenu nie więcej niż 6 %,

b) zawierać azotu nie mniej niż 75 %,

c) zawierać CO2 nie mniej niż 10 %,

d) zawierać CO nie więcej niż 1 %,

e) zawierać zanieczyszczeń mechanicznych 0 %,

f) posiadac temperaturę nie wyższą niz 50 C,

Obok gazow spalinowych z agregatów, do celów gaśniczych mogą być stosowane:

- gazy spalinowe z silników Diesla,

- gazy spalinowe z silników turboodrzutowych,

- gazy kominowe,

Do nich należą azot oraz dwutlenek siarki.

2. Przeznaczenie

Gazy gaśnicze stosuje się w celu zapobiegania wybuchom i do gaszenia pożarów cieczy, gazów palnych, zawiesin pyłów palnych w powietrzu oraz materiałów o dużej wartości, a których gaszenie innymi środkami mogłoby wywołać straty spowodowane działaniem samego środka gaśniczego.

Niektóre gazy gaśnicze stosuje się wprawdzie w gaśnicach (dotyczy to dwutlenku węgla oraz halonów oprócz 1301), ale zasadniczym obszarem ich zastosowań są stałe urządzenia gaśnicze (SUG), wśród których można wyróżnić trzy zasadnicze typy: całkowitego wypełniania S, podawania miejscowego (M) oraz przedłużonego działania (P). Urządzenia typu W zapewniają wytworzenie założonego stężenia gazu gaśniczego w całej przestrzeni objętej ich działaniem.

Systemy typu M projektuje się tak, żeby odpowiednie stężenie środka powstawało tylko w bezpośrednim otoczeniu zabezpieczanego stanowiska (a więc tylko w części większego pomieszczenia).

Systemy typu P mogą przez pewien czas utrzymywać stałe stężenie środka w chronionym pomieszczeniu doprowadzając jego dodatkowe ilości w miarę spadku stężenia spowodowanego nieszczelnościami.

Celem działania instalacji SUG z gazowym środkiem gaśniczym może być niedopuszczenie do powstania pożaru, wówczas podanie środka powoduje inertowanie atmosfery w danej przestrzeni, to znaczy uczynienie jej niezdolną do podtrzymywania spalania. W drugim przypadku zadaniem gazu gaśniczego jest przerwanie już zachodzących reakcji spalania i niedopuszczenie do ich ponownego powstania. Środek gaśniczy może także zostać zastosowany w celu przerwania rozwoju deflagracji, zanim jej prędkość wzrośnie do niebezpiecznych wartości i przekształci się ona w wybuch. Spośród gazowych środków gaśniczych dla ochrony przed wybuchem stosuje się wyłącznie halony.

3. Obojętne gazy gaśnicze

Miejsce specjalne wśród gazów obojętnych zajmuje dwutlenek węgla.

W normalnych warunkach jest gazem bezbarwnym, bez zapachu, cięższy od powietrza 1,5 raza. Przy ciśnieniu około 40 at dwutlenek węgla skrapla się i w tej postaci przechowywany jest w butlach i gaśnicach.

Stosowany jest do gaszenia pożarów w stacjach akumulatorowych, piecach suszarniczych, przewodów elektrycznych, ładowni statków i innych.Przy gaszeniu pożaru w pomieszczeniach stosuje się CO₂ w różnych stężeniach w zależności od wielkosci pomieszczenia.

4. Mechanizm gaszenia gazami obojętnymi

Podstawowe działanie gaśnicze gazu - rozcieńczenie tlenu w strefie spalania (obniżenie stężenia).

Jeżeli w powietrzu jest 21 % tlenu wszystkie materiały łatwozapalne i trudnozapalne przy źródle ognia się palą.

Przy stężeniu 18 % tlenu - 80 % materiałów łatwo i trudnozapalnych nie pali się.

Przy 16 % - 15 % spalają się tylko materiały posiadające tlen w swojej budowie.

TLEN	21 %	18 %	16 % - 15 %
Materiał palny	100 %	20 %	0.01 %

Gaszenie takimi gazami polega na obniżeniu stężenia tlenu do wartści, przy której zostają zachamowane procesy spalania.

Wprowadzenie do środowiska reakcji na przykład 20% dodatku obojętnego chemicznie gazu gaśniczego zmniejsza początkowe stężenia reagentów reakcji do 80 % początkowych wartości, co powoduje spadek szybkości reakcji zgodnie z wyrażeniem do 64 % wartości przed podaniem gazu.

Spadek szybkości reakcji rozgałęziania powoduje w efekcie ogólne obniżenie szybkości utleniania a więc zmniejszenie szybkości wytwarzanie ciepła, co przy ustalonych stratach ciepła na zewnątrz oznacza obniżenie temperatury T i dalszy spadek szybkości reakcji

Efekty rozcieńczania tworzą zasadniczy mechanizm gaśniczy przy podawaniu obojętnych gazów gaśniczych, nie jest to jednak mechanizm jedyny. Należy uwzględnić także ich udział w bilansie energetycznym płomienia. Wprowadzany do płomienia gaz gaśniczy ogrzewa się pobierając pewną ilość ciepła zależnie od swego molowego ciepła właściwego, większe ciepło właściwe oznacza więc lepsze właściwości gaśnicze. Spośród najczęściej stosowanych gazów obojętnych największe molowe ciepło właściwe ma dwutlenek węgla.

Wpływ ciepła właściwego i przewodnictwa cieplnego gazu na jego działanie gaśnicze można wyjaśnić rozpatrując zależność normalnej szybkości propagacji płomienia u_o od ogólnej szybkości reakcji chemicznych U i własności ośrodka, w którym płomień się rozprzestrzenia:

gdzie:

l oznacza współczynnik przewodnictwa cieplnego, r gęstość a c_p ciepło właściwe ośrodka.

Szybkość propagacji płomienia będzie mniejsza przy zmniejszaniu się wartości wyrażenia np. l/r·c_p, a więc gazy o wyższych wartościach tego wyrażenia powinny wykazywać wyższe stężenia gaszące, co odpowiada niższym stężeniom granicznym tlenu przy stosowaniu takich gazów.

Obniżanie stężenia tlenu musi znacznie bardziej wpływać na mieszaniny bogate niż na ubogie, w których jest znaczny nadmiar tlenu. Górna granica palności we wszystkich przypadkach zmienia się znacznie szybciej niż dolna granica palności. Mała zmienność dolnej granicy palności jest dowodem braku chemicznego oddziaływania środka gaśniczego.

Konsekwencją tego, że gazy gaśnicze działają tylko w fazie gazowej w strefie reakcji płomienia jest ich niewielka skuteczność przy pożarach ciał stałych, a zwłaszcza ulegających tleniu, oraz przy pożarach metali.

Zasadniczym obszarem stosowania obojętnych gazów gaśniczych jest wypełnianie przestrzeni zagrożonych zwłaszcza pożarami cieczy lub gazów palnych, szczególnie jeśli ważne jest uniknięcie szkód wtórnych.

Gazy obojętne są środkami „czystymi”, przy ich stosowaniu nie powstają uciążliwe pozostałości, nie obciążają także środowiska. Podstawowym zagrożeniem dla ludzi związanym ze stosowaniem obojętnych gazów gaśniczych jest obniżenie stężenia tlenu (z wyjątkiem dwutlenku węgla, którego wysokie stężenia są toksyczne). Prowadzone ostatnio intensywne badania atmosfer zubożonych w tlen sugerują, że stosowane w stężeniach gaśniczych takie gazy obojętne, jak azot, argon i ich mieszaniny, nie stwarzają nadmiernego zagrożenia zdrowia.

Istnieją także dostępne handlowo mieszaniny azotu i argonu z niewielkim, ok. 5 % (obj. ) dodatkiem dwutlenku węgla, który działa stymulująco na układ oddechowy człowieka kompensując w ten sposób wpływ obniżonego stężenia tlenu.

5. Halony

Pierwsze zastosowanie środka gaśniczego z grupy halonów miało miejsce prawdopodobnie pod koniec XIX wieku - był to czterochlorek węgla (halon 1040). Gaśnice zawierające ten związek pojawiły się około roku 1910. Rozwój motoryzacji i innych zastosowań silników wewnętrznego spalania powodował rosnące zastosowanie gaśnicze halonu 1040 oraz wprowadzonego pod koniec lat dwudziestych bromku metylu (halon 1001).

Praktyczne stosowanie tych wczesnych halonów (a także wprowadzonego w czasie drugiej wojny światowej chlorobromometanu - halonu 1011) zakończyło się w latach pięćdziesiątych i spowodowane było z jednej strony ulepszeniem proszków gaśniczych (wprowadzenie stearynianów), a z drugiej podjęciem szerokich badań nad toksycznością i skutecznością gaśniczą związków chlorowcopochodnych. Wynikiem tych badań, prowadzonych przez amerykańską Fundację Badawczą Purdue oraz Armię Stanów Zjednoczonych, było wytypowanie czterech środków - halonów 1202 (dwubromodwufluorometan), 1211, 1301 oraz 2402. Stosowanie halonów 1202 oraz 2402 mimo najwyższej skuteczności gaśniczej, nierozpowszechniło się z powodu ich zbyt dużej toksyczności. Natomiast ryzyko związane ze stosowaniem halonów 1211 oraz 1301 okazało się bardzo małe, toteż ich zastosowanie rosło aż do poznania niszczącego wpływ na warstwę ozonu stratosferycznego. Porównanie skuteczności gaśniczej i toksyczności halonów oraz azotu i dwutlenku węgla. Za miarę przdatności gazu gaśniczego, zwłaszcza do operacji całkowitego wypełniania pomieszczeń, można przyjąć stosunek stężenia skutecznego do stężenia niebezpiecznego dla ludzi - oczywiście stosunek ten powinien być jak najmniejszy.

Za stężenie skuteczne przyjęto stężenie inertujące w stosunku do par heksanu c, jako stężenia niebezpieczne podano przybliżone stężenia śmiertelne ALC (approximate leihal concentration) oraz najniższe stężenia, przy których obserwuje się efekty toksyczne LOAEL (lowest observed adverse effect level).

Porównanie wartości stosunków do ALC oraz do LOAEL dla różnych gazów gaśniczych tłumaczy rozwój zastosowań halonów 1211 i 1301 przed podpisaniem Protokołu Montrealskiego. Światowa produkcja halonów była najwyższa w roku 1988 i wynosiła około 20.000 ton halonu 1211 oraz około 12.000 ton halonu 1301. Chociaż gazowe środki gaśnicze zawsze w pewnym stopniu oddziałują na płomień w sposób fizyczny, w przypadku halonów o ich wysokiej skuteczności gaśniczej decyduje działanie chemiczne. O chemicznym charakterze działania halonów świadczą niskie stężenia inertujące i gaszące oraz szybkie podnoszenie się dolnej granicy palności na wykresie obszarów palności paliwo-powietrze-halon.

Tabela 3. Stężenia toksyczne i inertujące halonów, azotu i CO₂

Gaz	ALC	LOAEL	ci	ci/ALC	ci/LOAEL
gaśniczy	% obj.	% obj.	% obj.	-	-
Halon 1301	83,0	6,0	4,8	0,06	0,8
Halon 1211	28,0	1,3	5,8	0,2	4,5
Halon 2402	8,5	0,25	3,5	0,4	14
CCl4	1,2	0,08	9,7	8,1	121
CO2	10	5	29	2,9	4,8
Azot	52	20	42	0,8	2,1

Wśród chemicznych mechanizmów gaśniczych można wyróżnić wychwytywanie wolnych rodników, katalizowanie rekombinacji, oddziaływanie jonów chlorowców, ułatwienie rekombinacji przez efekt trzeciej cząsteczki. .

Wychwytywanie rodników polega na usuwaniu przez jedną cząsteczkę jednego wolnego rodnika, czego przykładem jest powstawanie fluorowodoru HF przy stosowaniu fluoropochodnych węglowodorów. Znacznie silniejsze działanie gaśnicze mają halony zawierające brom, w przypadku których wychwyt wolnego rodnika jest dopiero początkiem działania gaśniczego.

Powstały bromowodór reaguje z następnym rodnikiem wodorowym:

H + HBr -> H2 + Br + 70 kJ/mol

a następnie odtwarza się w reakcji:

Br + H + M -> HBr + M + 372 kJ/mol

W ten sposób wolne rodniki są bezpośrednio usuwane ze strefy reakcji, przy czym jeden atom bromu może spowodować rekombinację bardzo wielu rodników. Już niewielkie dodatki halonów powodują znaczące obniżenie szybkości propagacji płomienia. W procesach spalania stężenie reaktywnych wolnych rodników nie może spaść.

Endotermiczny charakter reakcji powstawania nowych rodników prowadzi do podwyższenia minimalnej temperatury propagacji płomienia. Odpowiednio szybkie usuwanie wolnych rodników sprawia, że minimalna temperatura propagacji musiałaby być wyższa od temperatury adiabatycznej, następuje więc zgaszenie płomienia. Działanie gaśnicze na drodze chemicznej można więc określić jako powodujące podwyższenie minimalnej temperatury propagacji płomienia powyżej temperatury adiabatycznej (maksymalnej możliwej do uzyskania w konkretnym przypadku). Działanie fizyczne polega na obniżaniu temperatury płomienia poniżej minimalnej temperatury propagacji.

Zakres zastosowań halonów można podzielić na operacje całkowitego wypełniania (typu s, w których środek podawany jest w postaci gazowej, oraz gaśnice i instalacje typu M (działania miejscowego), z których środek wypływa jako mieszanina rozpylonej cieczy i fazy gazowej, co można określić jako podawanie strumieniowe.

Porównanie własności fizykochemicznych halonów zestawionych w Tabeli 4 prowadzi do wniosku, że halon 1301 znacznie bardziej nadaje się do wypełniania pomieszczeń niż pozostałe. Wniosek ten jest zgodny z przedstawionymi wcześniej danymi toksykologicznymi.

Tabela 4. Własności fizykochemiczne halonów

Parametr	Jednostki	Halon 1301	Halon 1211	Halon 2402
Wzór chemiczny	-	CF3Br	CF2C1Br	C2F4Br2
Masa molowa	kJ/kmol	149,0	165,4	259,8
Temperatura wrzenia 1013 hPa	°C	-57,8	-4,1	47,5
Prężność pary nasyconej 20°C	MPa	1,435	0,235	0,037
Gęstość cieczy w 20°C	kg/m^3	1574	1826	2180
Gęstość par 20°C 1013 hPa	kg/m^3	6,3	7,1	10,8

5.1. Przeznaczenie halonów

Halon 1301 jest stosowany w stałych urządzeniach gaśniczych typu W głównie dla ochrony ważnych obiektów elektroniki, jak pomieszczenia komputerowe i urządzeń komunikacyjnych, muzeów i galerü sztuki, maszynowni statków i samolotów, instalacji przetwarzania i pompowania węglowodorów. Wypełnianie halonem 1301 może zacząć się, gdy w pomieszczeniu przebywają ludzie, ale przyjmuje się zasadę, że ewakuacja musi zakończyć się w ciągu 1 minuty, jeśli stężenie projektowe nie przekracza 10 % obj.

Halon 1211 jest stosowany przede wszystkim w gaśnicach, dla ochrony wyposażenia w biurach, pomieszczeniach komputerowych, środkach transportu, galeriach sztuki, muzeach. Przy zastosowaniu w urządzeniach działających miejscowo stężenie halonu 1211 liczone na całą objętość pomieszczenia nie może przekroczyć 2 % obj. . Gaśnice z halonem 1211 powinny być zaopatrzone w nalepki ostrzegające przed użyciem w zbyt małej przestrzeni.

Halon 1301 jest stosowany w stałych urządzeniach gaśniczych typu W głównie dla ochrony ważnych obiektów elektroniki jak pomieszczenia komputerowe i urządzeń komunikacujnych, muzeów i galerii sztuki, maszynowni statków i samolotów instalacji przetwarzania i pompowania węglowodorów.

Wypełnianie halonem 1301 może zacząć się, gdy w pomieszczeniu przebywają ludzie, ale przyjmuje się zasadę, że ewakuacja musi zakończyć się w ciągu 1 minuty, jeśli stężenie projektowe nie przekracza 10% obj. .

Halon 2402 nie może być stosowany w pomieszczeniach, gdzie przebywają ludzie. Stosowany jest w gaśnicach przeznaczonych do użycia na zewnątrz pomieszczeń. Zastosowania gaśnicze tego halonu są bardzo
ograniczone.

Po wykryciu niszczącego wpływu związków zawierających chlorowce na warstwę ozonu stratosferycznego ograniczającą natężenie promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Ziemi rozpoczęto badania różnych chlorowcopochodnych, w tym także halonów. Związki chlorowcopochodne ulegają w stratosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego Słońca fotodysocjacji, w wyniku której tworzą się wolne atomy chlorowców. Okazało się, że halony gaśnicze mają większą zdolność niszczenia ozonu niż uwalniane do atmosfery w największych ilościach freony chłodnicze. Ocenę negatywnego wpływu na warstwę ozonową przeprowadza się na podstawie wartości ODP (Ozone Depleting Potential) określającej względną zdolność do powodowania ubytku ozonu stratosferycznego w stosunku do freonu 12 (CF₂Cl₂), dla którego ODP przyjęto równe l. Halony 1211,1301 oraz 2402 mają ODP wynoszące odpowiednio 3, 10 oraz 6, co jest wynikiem dużej aktywności chemicznej bromu.

5.2. Wpływ halonów na ozon stratosferyczny

Mechanizm niszczenia ozonu w stratosferze przez związki zawierające brom ma charakter katalityczny, podobnie jak mechanizm działania gaśniczego:

Br + O₃ -> BrO + O₂

BrO + O₃ -> Br + 2O₂

W roku 1985 podpisano Konwencję Genewską w Sprawie Ochrony Warstwy Ozonowej, którą do 31 lipca 1993 roku ratyfikowało 125 państw.

Konwencja zapoczątkowała międzynarodową współpracę i wymianę informacji w zakresie badań wpływu substancji chlorowcopochodnych na warstwę ozonową, co doprowadziło do podpisania w 1987 roku porozumienia dotyczącego ograniczania produkcji i stosowania substancji kontrolawanych, jak nazywa się substancje niszczące warstwę ozonową, zwanego Protokołem Montrealskim.

W następnych latach na dalszych spotkaniach stron Protokołu określono harmonogramy zmniejszania produkcji i stosowania substancji kontrolowanych. Od I stycznia 1994 roku w krajach rozwiniętych obowiązuje zakaz produkcji halonów. Halony stosowane w istniejących instalacjach muszą pochodzić z recyklingu (odzysku z innych instalacji). Postanowiono stworzyć banki halonów w skali międzynarodowej oraz rozwijać systemy odzysku halonów. Nowa produkcja lub zastosowanie halonów wymaga uzyskania specjalnego zezwolenia, które wydawane jest tylko w wyjątkowych sytuacjach, dla zastosowań określanych jako niezbędne. Jednocześnie prowadzone były prace nad rozwojem nowych technik gaszenia pożarów i znalezieniem bezpiecznych zamienników dla halonów. Idealny zamiennik halonu powinien mieć niską toksyczność, dobrą skuteczność gaśniczą, zerowy ODP oraz krótki czas życia w atmosferze. _ W Tabeli 5 zestawiono cechy niektórych obecnie branych pod uwagę zamienników halonów 1301 i 1211. Należy jednak dodać, że w każdym przypadku zamiennika halonu jego ilość niezbędna do osiągnięcia równoważnego działania jest od 2 do 3 razy większa w porównaniu z wyjściowym halonem. Nie będzie także możliwe proste zastępowanie dotychczasowych halonów nowymi bez żadnych przeróbek instalacji.

Tabela 5. Proponowane zamienniki halonów do wypełniania pomieszczeń i podawania strumieniowego

Proponowany	Stężenie gaszące	ODP	Stężenie toksyczne
zamiennik
	% obj.	--	% obj.
Wypełnianie pomieszczeń
Halon 1301	2,9	ok. 16	80
HF	12,6	0	> 65
CF3(CF2)2CF3	5,0	0	> 80
CHF2CF3	9,4	0	80
CF3CHFCF3	6,3	0	80
CHClFCF3	8,2	0,02	36
Podawanie strumieniowe
Halon 1211	3,2	ok. 4	> 8
CF3(CF2)4CF3	4,4	0	> 30
CF3CHFCF3	6,3	0	80
CHCl2CF3	7,1	0,02	35

6.Skuteczność działania gaśniczego gazów

Podstawowymi informacjami niezbędnymi przy planowanym zastosowaniu gazu gaśniczego, zwłaszcza w stałych urządzeniach gaśniczych, są stężenie skuteczne oraz objętość właściwa. Dane te, przy założonym czasie osiągnięcia i utrzymywania stężenia skutecznego umożliwiają obliczenie niezbędnej pojemności i wydajności instalacji. Jeśli gaz gaśniczy jest stosowany w celu niedopuszczenia do powstania pożaru lub wybuchu poprzez wytworzenie w pewnej przestrzeni niepalnej atmosfery, za jego stężenie skuteczne przyjmuje się stężenie inertujące, czyli zabezpieczające przed zapaleniem Stężenie inertujące definiuje się jako najniższe stężenie gazu gaśniczego w powietrzu, przy którym dany gaz lub pary cieczy nie zapalają się przy dowolnym stężeniu w określonych warunkach pomiaru.

Wartości stężeń inertujących gazu gaśniczego zależą od rodzaju paliwa oraz od metody badawczej, w szczególności od stosowanych źródeł zapłonu i geometriiü aparatury. Przy stosowaniu gazu gaśniczego do ugaszenia pożaru skuteczność działania zapewnia stężenie gaszące, które wyznacza się jako najniższe stężenie gazu w powietrzu powodujące zgaśnięcie płomienia dyfuzyjnego paliwa. Wartości stężeń gaszących danego gazu gaśniczego zależą od rodzaju paliwa oraz charakteru zjawisk zachodzących na granicy płomienia.

Dla takiego samego układu paliwo - gaz gaśniczy stężenie gaszące jest niższe niż stężenie inertujące.

Na przykład wyznaczone metodą palnika dyfuzyjnego stężenie gaszące halonu 1211 dla metanu wynosi 2,5 % obj. , a stężenie inertujące tego samego halonu przy pomiarach w pionowej rurze S 45 x 1000 mm przy zapłonie iskrą stałoprądową o energii ok. 8 J określono na 5,2 % obj. Różnice te są podobne także dla innych paliw. Literaturowe wartości stężeń gaśniczych i inertujących halonów przedstawia Tabela 6.

Tabela 6. Stężenia gaśnicze c_g i inertujące c_i halonów 1301,1211, 2402
w % obj.

Paliwo	Halon 1301		Halon 1211		Halon 2402
	cg	ci	cg	ci	cg	ci
Aceton	3,3	--	3,8	4,9	1,2	2,4
Etanol	3,7	4,9	4,5	6,2	1,8	7,2
Metanol	7,1	--	8,2	24,7	5,2	16,0
Benzen	2,9	3,8	2,9	4,8	1,3	2,5
Eter etylowy	3,7	--	4,2	--	2,0	15,0
n-Heptan	3,3	6,1	3,8	6,6	2,2	4,9
n-Heksan	3,3	4,8	3,7	5,8	1,5	4,5
Metan	2,5	4,2	2,8	4,1	0,8	0,8

Projektowanie gazowych instalacji gaśniczych wymaga więc uwzględnienia odpowiednich wartości stężeń skutecznych gazu w stosunku do materiałów palnych znajdujących się w pomieszczeniu. W zależności od ilości i rodzaju cieczy lub gazów stwarzających zagrożenie pożarowe
używa się stężeń gaszących lub inertujących.

Jeżeli ilość substancji palnych w pomieszczeniu jest mniejsza niż byłaby potrzebna do wytworzenia w całej objętości pomieszczenia stężenia równego połowie dolnej granicy palności lub jeśli maksymalna przewidywana temperatura nie przekracza temperatury zapłonu paliwa oraz czas trwania pożaru do początku akcji gaśniczej będzie mniejszy od 30 s, przy projektowaniu stosuje się wartości stężeń gaszących. W innych przypadkach należy stosować wartości stężeń inertujących.

Ponieważ zarówno obojętne gazy gaśnicze jak i halony działają tylko na płomień i nie powodują istotnego ochłodzenia otoczenia pożaru ( jakie można osiągnąć przy stosowaniu wody lub pian gaśniczych), uzyskanie trwałego efektu gaśniczego może zależeć od odpowiednio długiego
utrzymywania stężenia skutecznego. Warunkiem powodzenia gaszenia przez wypełnienie jest odpowiednia szczelność wypełnianego pomieszczenia. Projektowanie instalacji typu W musi uwzględniać dynamikę strat gazu gaśniczego związanych z naturalnymi nieszczelnościami lub działaniem wentylacji w pomieszczeniu. Jeżeli w zabezpieczanym lub gaszonym pomieszczeniu może powstać pożar klasy A, a zwłaszcza materiałów ulegających tleniu, stężenia gazów gaśniczych muszą być znacznie wyższe i długiej utrzymywane.

Halony mogą być także stosowane dla zahamowania rozwoju deflagracji i niedopuszczenia do rozwinięcia się jej w detonację. Deflagracja jest procesem spalania rozprzestrzeniającym się w mieszaninie paliwo - utleniacz z szybkościami poddźwiękowymi. Szybkości Frontu płomienia deflagracji zaczynają się od około 0,5 m/s i mogą ulec gwałtownemu zwiększeniu przy obecności turbulencji. W sprzyjających warunkach deflagracja może rozwinąć się w detonację, czyli proces spalania rozprzestrzeniający się z szybkością dźwięku lub naddźwiękową. Szybkość
uwalniania energii przy deflagracji jest zwykle o kilka rzędów wielkości większa niż w przypadku płomieni dyfuzyjnych. Instalacja gaśnicza musi w tym przypadku zapewnić dostarczenie znacznie większej ilości środka w znacznie krótszym czasie.

Na przykład zwykłe urządzenia wypełniające halonem 1301 zwykle zapewniają uzyskanie stężeń od 5 do 6 /o obj. , co zapewnia zinertowanie lub ugaszenie ze znaczącym marginesem bezpieczeństwa. Zahamowanie deflagracji wymaga znacznie większych stężeń, w przypadku halonu 1301 przekraczających 15 % obj. Również czas podania środka musi być znacznie krótszy.

Podczas gdy typowy czas wyładowania halonowego urządzenia wypełniającego wynosi ok. 10 s, przy hamowaniu deflagracji całkowite rozładowanie instalacji następuje w czasie poniżej 100 ms.

7. Wyznaczanie stężeń inertujących

Rozprzestrzenianie się w mieszaninach gaz palny (lub pary cieczy palnej) - powietrze zainicjowanego płomienia jest możliwe w zakresie stężeń
ograniczonym dolną i górną granicą wybuchowości. Zakres palności danego paliwa w powietrzu można przedstawić jako odcinek na osi stężeń. W miarę dodawania gazu gaśniczego do układu powietrze - paliwo zakres palności rozumiany jako odcinek palnych stężeń paliwa liczonych w stosunku do mieszaniny powietrze - paliwo - gaz gaśniczy ulega zmniejszeniu. Górna granica wybuchowości obniża się, a dolna podwyższa. Dla każdego dodatku gazu gaśniczego w powietrzu można określić aktualny zakres palności paliwa. Zestawienie tak uzyskanych odcinków palności na osiach stężeń paliwa prowadzi do konstrukcji wykresu obszaru palności dla danego układu paliwo - powietrze - gaz gaśniczy.

Wyznaczenie stężenia inertującego wymaga więc określenia obszaru palności dla danego układu, przy czym nie jest potrzebne ustalenie szczegółowego przebiegu granic obszaru. Najprostszą metodąjest sprawdzanie położenia dolnej granicy wybuchowości przy rosnących stężeniach badanego gazu. Takie postępowanie, zmniejszające możliwość zbliżenia się do stężeń stechiometrycznych, jest szczególnie ważne przy stosowaniu metody rury wybuchowej, polegającej na kolejnych próbach zainicjowania spalania mieszaniny paliwo-powietrze-gaz gaśniczy w otwartej rurze.

Metodę taką można nazwać pomiarami „przy stałym ciśnieniu”, ponieważ wywołana deflagracja może swobodnie rozprzestrzeniać się w mieszaninie. Przy zbliżaniu się do stężenia stechiometrycznego szybkość deflagracji rośnie do wartości, które mogą być niebezpieczne dla aparatury.

Cykl pomiarów dla danego układu paliwo-powietrze-gaz gaśniczy polega na kolejnym ustalaniu DGW, najpierw dla paliwa w powietrzu bez dodatku gazu gaśniczego, a następnie dla mieszanin o coraz większym stężeniu gazu gaśniczego.

Po stwierdzeniu istotnego podniesienia się DGW wykonuje się dodatkowe próby palności mieszanin o wyższych stężeniach paliwa w celu określenia przebiegu końcowego odcinka GGW. Mieszaniny gazowe o założonym składzie wytwarza się regulując odpowiednio zaworami regulacyjnymi rotametrów przepływy gazu palnego, powietrza i gazu.

8. Wyznaczanie stężeń gaszących

Określanie stężeń gaszących polega na stopniowym zwiększaniu stężenia gazu gaśniczego w otoczeniu płomienia dyfuzyjnego cieczy lub gazu. Stężenie gaszące osiąga się przy zgaśnięciu lub oderwaniu płomienia ód palnika. Wyznaczone metodą palnika dyfuzyjnego stężenie gaszące zależy od szybkości strumienia powietrza z dodatkiem badanego środka. Przy niezbyt dużych szybkościach powietrza zwiększanie się stężenia gaszącego jest wyraźnie zauważalne. Potem szybkość wzrostu stężenia gaszącego zmniejsza się, następnie znowu wzrasta.

Wartości wyznaczanych stężeń zależą od skali pomiaru. Przy pomiarze w aparaturze o objętości 1,5 m³ maksymalne stężenia odpowiadają zakresowi krytycznyh (przejściowych) liczb Reynoldsa 2000 - 3000. Efekt ten można tłumaczyć następująco: wraz ze zwiększaniem się szybkości strumienia spalanie dyfuzyjne w coraz większym stopniu przechodzi w spalanie wstępnie zmieszanych gazów, czyli kinetyczne, które w końcu ustala się przy całkowicie burzliwym przepływie strumienia. Tym właśnie warunkom odpowiadają wartości maksymalne stężeń gaśniczych, które zbliżają się do stężeń inertujących.

9. Wady i zalety wybranych gazów gaśniczych

a) Zalety CO₂ ;

- łatwo się skrapla,

- nie niszczy gaszonych obiektów i materiałów,

- jako cięższy od powietrza dobrze przenika we wszystkie szczeliny

i zakamarki,

- nie przewodzi prądu elektrycznego,

- nie psuje się prz długim przechowywaniu,

- nie jest wrażliwy na działanie niskich temperatur,

Wadą przy stosowaniu na szerszą skalę CO₂ jest duży ciężar butli stalowych (napełniona butla o pojemności 40 l ma ciężar około110 kg).

Azot

Zalety:

- nie przewodzi prądu elektrycznego,

- nie niszczy obiektów i materiałów,

- nie psuje się,

- nie wywołuje korozji

Wady:

- tendencja do ucieczki (dp),

- magazynowanie w butlach wymagających ciśnienia roboczego 150,

- magazynowanie w stanie gazowym (a nie skroplonym),

- wymaga dużych stężeń gaszących,

10. Sposób przechowywania

Przechowywanie CO₂ do celów przeciwpożarowych:

*/ w temperaturze otoczenia, w butlach stalowych określonych normą PN-67 / M-69222 „ Butle do gazów. Butle do stalowe bez szwu ”,

*/ oziębiony do - 20 C w izolowanych i wyposażonych w instalację chłodniczą zbiornikach o dużej pojemności (do 70 ton CO₂).

W polsce dwutlenek węgla do celów p. poż. przechowuje się w butlach stalowych. Butle napełnia się ciekłym dwutlenekiem węgla. Jego ilość w butli zależy od jej pojemności.

6

PROMOTOR:

mł. bryg. mgr LESŁAW ADAMIAK

WYKONAŁ:

st. str. kdt MARIUSZ GOCLON

---