Технология пожаротушения «water mist»

M. Santoro

Технология пожаротушения «water mist» известна с начала XX века. Вода по отношению к пламени выполняет две основные функции: во-первых, соприкасаясь с огнем, она испаряется, отбирая у источника пламени тепло и энергию, и, во-вторых, замедляет процесс горения, покрывая источник возгорания тончайшей жидкостной пленкой, препятствующей проникновению кислорода. Чем больше площадь охвата огня жидкостью, тем активней ее испарение.

Эти обстоятельства подвигли экспертов попробовать разбрызгивать воду, распыляя ее на тысячи мелких капель в расчете еще больше увеличить площадь охвата, чтобы образующегося пара было достаточно также и для резкого охлаждения воздуха в очаге возгорания. Именно эти соображения и легли в основу систем пожаротушения «water mist».

Сегодня для тушения огня в них применяется смесь воды и инертного газа, которая под очень высоким давлением распыляется через тончайшие форсунки. Вода превращается в плотный туман, который в силу опять-таки высокого давления в системе практически сразу накрывает источник возгорания, проникая между пламенем и мгновенно испаряясь.

Поскольку на каждый литр испаренной воды у огня отбираются примерно 2 МДж тепла, применение технологии «water mist» позволяет небольшим количеством воды полностью потушить возгорание или существенно снизить его интенсивность.

Рисунок 1. (подробнее) Головка системы пожаротушения «water mist». Туман распыляется с очень высокой скоростью и, расширяясь, охватывает самые дальние уголки помещения

Наблюдая за поведением распыленной воды, контактирующей с огнем, исследователи сделали некоторые небезынтересные выводы:

1. Вода, переходя из одного агрегатного состояния в другое, вырастает в объеме по сравнению с начальным состоянием примерно в 1 700 раз.

2. Мельчайшие капли воды представляют собой достаточно серьезное препятствие для инфракрасного излучения, генерируемого пламенем.

3. Частицы, составляющие дымовые газы, связываются с туманом, в результате чего падает концентрация токсичных веществ в воздухе.

Эти три обстоятельства ставят системы распыления «water mist» в ряд наиболее эффективных систем пожаротушения.

Рисунок 2. (подробнее) Блок центробежных насосов с головками закрытого типа: давление в контуре достигает 140 бар

Даже когда площадь возгорания такова, что объективно рассчитывать на скорое тушение не приходится, распыление водяной смеси гарантирует существенное снижение температуры на участке тушения, такая смесь надежно экранирует излучение, нейтрализует токсичные вещества и позволяет с полной безопасностью эвакуировать людей из зоны пожара. Если сравнивать систему «water mist» со спринклерной системой, то распыление представляется значительно более эффективным, поскольку для него требуется намного меньше воды: при равном по площади охвате на распыление уходит в 50 раз меньше воды, чем на поливание через спринклер. То есть, к примеру, для организации защиты от возгорания небольших или смежных помещений достаточно очень небольшого бака или даже просто подключения системы к магистральному водопроводу либо герметизированному баллону.

По сравнению с газовыми системами пожаротушения система «water mist» имеет преимущества в плане обеспечения чистоты, т. к. туман превращается в пар, не успев коснуться перегретых поверхностей. Кроме того, в случае ложного срабатывания датчиков количество водяной смеси, распыляемой системой, очень невелико. К тому же газ не оказывает на пламя никакого охлаждающего действия, а если помещения не герметичны, то эффективность тушения газом очень быстро снижается. Системы распыления водяной смеси, напротив, полностью совместимы с системами вентиляции и дымоудаления и особенно рекомендуются там, где большая протяженность вытяжных каналов.

Рисунок A. (подробнее) Принципиальная схема системы пожаротушения «water mist» для 6-этажного гостиничного здания

Устройство системы «water mist»

Хотя первые огнетушители-распылители появились в 1939 году, их широкомасштабное промышленное производство началось только в 1990-е годы, после того как был наложен запрет на использование хладонов. Первоначально системы на основе распыления задумывались как системы пожаротушения кораблей, а потом уже «сошли на берег» — стали использоваться для противопожарной защиты вычислительных центров и телефонных станций, т. е. объектов, которые прежде оснащались газовыми системами пожарной безопасности на основе хладонов.

Рисунок 3. (подробнее) Кривая температуры во время распыления «water mist» в экстремальных условиях, когда открытое пламя охватывает все помещение

Данные устройства пожаротушения весьма просты: источник тушения состоит из 2-х или более 50-литровых баллонов, заполненных азотом под 200 атмосфер, соединенных с баллоном с водой. Активация впрыска ведет к падению давления в трубопроводе, изначально заполненном водой, из-за чего открывается запорный клапан газового контура, в свою очередь активирующий систему образования водяной смеси. В трубы подается пока еще не распыленная смесь воды с азотом. Когда смесь доходит до форсунки, давление в контуре составляет около 150 бар. Скоротечность расширения вкупе с форсунками чрезвычайно малого сечения инициируют процесс распыления, когда из смеси образуются водяные капли диаметром около 50—80 микрон. Трубопровод, имеющий диаметр 25 мм, вблизи распыляющей форсунки сужается до 12 мм. Трубы, как правило, изготовлены из нержавеющей стали. Их можно изгибать как угодно, они не требуют сварки, поскольку все соединительные муфты и переходники — резьбовые. Критичным обстоятельством в применении таких систем может оказаться наличие в контуре частиц грязи, оставшихся после технологической обработки, которые могут засорить микроскопические отверстия форсунок. В силу этого все системы «water mist» оснащаются микрометрическими фильтрами, во-первых, вблизи точки водозабора и, во-вторых, непосредственно перед распыляющей головкой. В любом случае после завершения монтажа необходимо как следует промыть систему, чтобы удалить из нее все остатки технологических загрязнений.

Рисунок 4. (подробнее) Обычная головка закрытого типа, включается при разрушении теплочувствительной ампулы (колбы)

Данные системы предназначены для защиты небольших по площади помещений и имеют целью тушение источника возгорания в кратчайшие сроки. Система активируется устройством раннего обнаружения возгорания, и в действие приводятся одновременно все имеющиеся распылительные головки открытого типа без отсечного клапана внутри.

Кроме телефонных станций, вычислительных центров, системы «water mist» применяются и для защиты крупноразмерных турбин (правда, в этих случаях распыление водяного тумана происходит под жестким контролем, с тем чтобы резкое охлаждение не деформировало лопасти), а также для помещений группы риска с обслуживающим персоналом (профессиональные кухни, электроподстанции, железнодорожные вагоны и вагоны метрополитена), вентиляционные шахты, фальшполы — то есть для помещений достаточно ограниченного объема. Преимущество распыления перед спринклерными системами состоит также в легкости прокладки защитных контуров, их малого диаметра, отсутствия сварки и небольшого количества воды, требующейся для тушения.

В силу всех этих обстоятельств сегодня системы «water mist» зарекомендовали себя как надежная замена спринклерным системам везде, где в силу эстетических особенностей или из-за ограничений несущей способности перекрытий развернуть спринклерную сеть не представляется возможным. Кроме того, существует еще один важный фактор: применение системы «water mist» — это гарантия того, что ущерб, нанесенный распылением, в т. ч. из-за ложного срабатывания сигнализации, весьма и весьма ограничен, поскольку объем воды в распылителе минимален.

Рисунок 5. (подробнее) Насосный агрегат, не зависящий от электрической сети. Рекомендуется для использования в небольших помещениях. Применяются головки открытого типа

На сегодняшний день в мире насчитывается примерно 1 300 000 установленных систем «water mist».

Усовершенствованные спринклерные системы отличаются от систем «water mist» типом головки: головка здесь оборудована запорным клапаном, который аналогично спринклеру открывается в случае резкого повышения температуры. От тепла давление жидкости в стеклянной ампуле (колбе), соединенной с клапаном, растет, и ампула лопается. Трубы на участке вблизи точки впрыска имеют диаметр 12 мм и в зависимости от масштаба сети расширяются до 38 мм в общей обслуживаемой зоне. Водоразбор следует рассчитывать на очень продолжительный полив. Помимо этого объемы газа в смеси ниже, чем у систем с головками открытого типа, а иногда газа нет вовсе — когда, например, используются насосные блоки, обеспечивающие непосредственный наддув воды для пожаротушения. В этом случае устанавливаются центробежные насосы, электрические или дизельные. Если же в составе системы предусмотрены баллоны с азотом, то для работы потребуется насосный блок, обеспечивающий приготовление смеси «вода/воздух» в установленной пропорции на срок полива продолжительностью 30 мин.

Рисунок 6. (подробнее) Распределительный коллектор на четыре головки

Такая система работает целиком без подключения к электрической сети и может рекомендоваться для объектов, требующих повышенной пожаробезопасности. Распределительная сеть — от баллонов до форсунок — предусматривает два распределительных блока:

1) прерывающие клапаны, внутри которых имеется мембрана, реагирующая на падение давления, когда открывается одна или несколько головок, открывающиеся для прохождения с наддувом потока газовой смеси только по тому контуру, где это необходимо;

2) распределительные коллекторы, распределяющие смесь по различным отводам.

	Рисунок 7. (подробнее) Головка закрытого типа, обслуживает гостиничный номер во Дворце Сельвадего. Обращают на себя внимание малый диаметр подводки, проложенной открытым способом непосредственно на перекрытии, а также возможности гибки труб
	Рисунок 8. (подробнее) Распределительный блок с двумя ответвлениями

На сегодня системы такого типа устанавливаются на круизных судах (здесь практически повсеместно пожаротушение распылением «water mist» заменило старые спринклерные системы), в музеях, объектах исторической застройки, на станциях метрополитена, в архивных учреждениях, а также везде, где требуется в первую очередь обеспечить безопасность эвакуации людей из зданий, где маршруты эвакуации проходят по очень длинным переходам, а также там, где в случае возгорания имеется повышенный риск сильного задымления и интенсивного излучения. Объектами такого рода, например, являются туннели. Сегодня экспериментальная система «water mist» установлена на одном из перегонов в туннеле длиной 2 км под Гран Сассо (Gran Sasso, Норвегия). И результаты весьма обнадеживающие: распыление «water mist» оказывается очень эффективным в тушении пламени от горения углеводородов и иных химических реагентов внутри туннелей и подземных галерей.

Перепечатано с сокращениями из журнала «Costruire Impianti».

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.

Научное редактирование выполнено доктором техн. наук С. Г. Цариченко.