Смачиватель – это поверхностно-активное вещество (ПАВ), водные растворы которого, обладая пониженным поверхностным натяжением, применяются для тушения пожаров, прежде всего, плохо смачивающихся водой твёрдых гидрофобных горючих веществ (древесина, хлопок, торф, резина, угольная пыль и др.).
Применение смачивателей
Смачиватели применяются для:
- пожаротушения;
- тушения плохо смачивающихся водой горючих веществ;
- пылеподавления;
- пылеосаждения;
- тушения лесных пожаров;
- в качестве моющего средства.
Оборудование «Pyrocool» представляет собой комбинированный пожарный ствол с картриджем ПАВ «Pyrocool»
Общие сведения
Как огнетушащее вещество, вода плохо смачивает твёрдые материалы из-за высокого поверхностного натяжения (72,8-103Дж/м2), что препятствует ее быстрому распределению по поверхности, прониканию вглубь горящих твёрдых материалов и замедляет охлаждение.
Для уменьшения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). На практике используют растворы ПАВ (смачивателей), поверхностное натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды. Оптимальное время смачивания 7-9 с. Соответствующие этому времени концентрации смачивателей в воде считают оптимальным и рекомендуют для тушения. Применение растворов смачивателей позволяет уменьшить расход воды на 35-50% и снизить на 20-30%, что обеспечивает тушение одним и тем же объемом огнетушащего вещества на большей площади. Рекомендуемые концентрации смачивателей (%), в водных растворах для тушения пожаров приведены в таблице.
Рекомендуемые концентрации смачивателей
| Смачиватель | Оптимальная концентрация (% к воде) |
| Смачиватель ДБ | 0,2-0,25 |
| Сульфанол | |
| НП-1 | 0,3-0,5 |
| НП-5 | 0,3-0,5 |
| Б(Смачиватель) | 1,5-1,8 |
| Никаль НБ | 0,7-0,8 |
| Вспомогательное вещество | |
| ОП-7 | 1,5-2,0 |
| ОП-8 | 1,5-2,0 |
| Эмульгатор ОП-4 | 1,95-2,1 |
| Пенообразователь | |
| ПО-1 | 3,5-4,0 |
| ПО-1Д | 6,0-6,5 |
Рабочая концентрация смачивателей составляет, как правило, от 0,1 % до 3 %.
Молекулы ПАВ, как правило, состоят из длинной неполярной и короткой полярной частей. За счёт своего дифильного строения ПАВ концентрируются на границе раздела воздух – жидкость, при этом полярная часть молекулы (гидрофильная) растворена в воде, а неполярная (гидрофобная) обращена в воздух. Благодаря этому смачиватель становится посредником контакта между молекулами воды и молекулами трудносмачиваемого твёрдого гидрофобного вещества. Хорошее смачивание и растекание возможно при высокой адгезии (когда молекулярная природа жидкости и твёрдого тела близки) и при низкой когезии (когда поверхностное натяжение жидкости мало).
При тушении раствором смачивателя огнетушащая эффективность воды повышается в 1,5-2 раза.
Ранее, когда в России основными пенообразователями, применяемыми для тушения пожаров, были протеиновые пенообразователи, обладающие плохой смачивающей способностью, наряду с пенообразователями выпускались в качестве смачивателей индивидуальные биологически неразлагаемые химические соединения (НБ, ЦБ, ОП-7, ОП-10 и др.). В настоящее время роль смачивателя выполняют отечественные пенообразователи общего назначения (ПО-ЗНП, ПО-6ТС, ТЭАС и др.), которые выпускаются в жидком виде и могут быть использованы для получения пены.
В России стандартная проверка смачивающей способности и выбор рабочей концентрации пенообразователя осуществляются по ГОСТ Р 50588-2012 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний» и заключаются в определении времени смачивания рабочим раствором гидрофобной ткани.
Требования к смачивателям
Согласно вышеуказанному ГОСТу смачиватель должен соответствовать следующим техническим характеристикам:
| Плотность при 20 °С, кг/м³ | 1000-1200 |
| Кинетическая вязкость при 20 °С, мм²·с-1, не более | 100 |
| Водородный показатель (pH) водного раствора с массовой долей продукта 1 % | 7,0-10,0 |
| Температура застывания, °С, не выше | -3 |
| Концентрация смачивателя в рабочем растворе, % | от 0,1 до 3 |
| Показатель смачивающей способности, с, не более | 9 |
| Поверхностное натяжение водного раствора смачивателя, мН/м, не более | 35 |
Физические свойства смачивателей
Ориентация молекул смачивателя в поверхности воды
Основное физическое свойство растворов смачивателей – уменьшение поверхностного натяжения, улучшающее смачивающую способность воды.
Поверхностное натяжение воды (72,58 дин·см-1 по сравнению с другими жидкостями относительно велико (например, для этилового спирта оно составляет 22,03 дин·см-1 для хлороформа 27,10 дин·см-1) Поверхностное натяжение обусловлено тем, что на молекулы, находящиеся внутри жидкости, со всех сторон действуют одинаковые силы притяжения. Молекулы, находящиеся на поверхности, притягиваются лишь внутрь, так как результирующая сила направлена вниз.
Из приведенных закономерностей следует, что вода стремится уменьшить свою поверхность, поэтому капелька воды принимает форму шара. Однако при добавке в воду смачивателя поверхностное натяжение уменьшается и капля теряет шарообразную форму.
Молекулы смачивателя адсорбируются на поверхности воды и концентрируются с образованием мономолекулярного слоя.
Трудно смачиваемые вещества (например, резина, каменноугольная или корковая пыль) притягиваются гидрофобной частью молекулы. Гидрофильная часть направлена в воду, благодаря чему смачиватель становится посредником контакта между молекулами воды и молекулами трудносмачиваемого вещества.
Огнетушащая эффективность смачивателей
Некоторые твёрдые материалы (например, резина, угольная пыль, древесная мука, волокнистые материалы, торф) или совсем не тушатся водой без смачивателя, или тушатся с трудом, т.е. с большим расходом воды.
Влияние смачивателя на форму капель воды
Капля обычной воды на поверхности вещества
Капля воды со смачивателем
При тушении тлеющего пожара вода со смачивателем, поданная в очаг горения, прежде всего локализует горение, препятствуя появлению газа в зоне пламени. В охлажденный очаг пожара смачивающий раствор проникает широким фронтом и тушит его интенсивнее, чем вода без смачивателя. Такой процесс возможен лишь тогда, когда охлаждение настолько сильно, что смачивающий раствор проникает, не испарившись. В зонах пожара, где вода быстро испаряется и не оказывает охлаждающего действия, огнетушащая эффективность воды со смачивателем равна эффективности чистой воды.
Хотя применение воды со смачивателями при тушении указанных твёрдых материалов имеет ряд преимуществ, в России они используются не слишком широко.
Рекомендуем также к прочтению познавательный материал: «Огнетушащие вещества охлаждения»
Применение смачивателей при тушении пожаров
Ниже приведены примеры тушения пожаров растворами смачивателей.
При тушении каучука на Народном предприятии шинного завода и Фюрстенвальде в 1963 году (несколько штабелей размером 4 х 4 х 2 м) было установлено: 5%-ным раствором смачивателя (неомерпип FX), распыляемым из трех насадков Арекс-Н-200 потушили пожар за 1 мин 54 сек. Однако после тушения произошло повторное воспламенение. Сплошной и распыленной струями чистой воды при тех же условиях тушения добиться не удалось.
Результаты тушения пожаров в жилых домах и квартирах раствором смачивателя (сульфопол NP-1) приведены в таблице. Выводы из 175 крупных опытов тушения пожаров горючих веществ классов А и В таковы:
- при тушении пожара в деревянном жилом доме 1 %-ная добавка смачивателя к воде позволяет уменьшить расход воды на 1/3-1/5 и сократить продолжительность тушения;
- наибольший эффект достигнут для таких материалов, как хлопок, кипы бумаги, древесная пыль и лесная почва.
Тушение пожаров в жилых домах растворами смачивателей
| Объект пожара | Расход раствора смачивателя, л |
Время тушения, мин |
Удельный расход, л·мин-2 |
Интенсивность, с-1·м-2 |
|---|---|---|---|---|
| Четырехэтажный жилой дом (обгорели обрешетка, стропила, подшивка, утеплитель), площадь горения 60м2 | 2100 | 10,3 | 35 | 0,056 |
| Древесная стружка, площадь горения 50м2 | 2150 | 10,5 | 43 | 0,068 |
| Склад бумага, площадь горения 55 м2 | 2150 | 10,5 | 39 | 0,062 |
| Дощатый сарай с дровами, древесиной и стружкой | 2090 | 12 | 41,7 | 0,058 |
| Пакля в кипах, площадь горения 60 м2 | 4970 | 30 | 82,8 | 0,046 |
| Жилое помещение, мебель, крыша, площадь горения 22 м2 | 840 | 4 | 38 | 0,158 |
Источники:
- Энциклопедия. Пожарная безопасность.
- Справочник РТП. Теребнев В.В.
- ГОСТ Р 50588-2012 Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний.
- Огнетушащие средства. Химико-физические процессы при горении и тушении. Г. Шрайбер, П. Порст. –М.: Стройиздат, 1975.
- Сайт: http://wiki-fire.org.