С развитием промышленности, а также объемов добычи нефти и емкостей резервуаров для ее хранения все большую тревогу вызывали пожары на предприятиях добычи и переработки нефти: тушить их было нечем. Люди были бессильны перед морем огня и в случае возникновения пожара, скажем, в резервуаре для хранения нефти, пытались только защитить от пламени соседние резервуары, здания и сооружения.
Сложная задача дразнила умы многих ученых, и одним из них был Российский инженер А.Г. Лоран, которому приписывают первенство в создании – пожарной пены. Справедливости ради следует сказать, что в литературе можно найти информацию и о том, что способ, использованный Александра Григорьевичем, был реализован в Германии за 17 лет до него, но, если это правда, Лоран мог о том и не знать. Как бы то ни было, вклад русского инженера в дело борьбы с огненной стихией трудно переоценить.
Изобретатель пенного пожаротушения
А.Г. Лоран родился в 1849 году в Кишиневе, закончил политехнический институт в г. Санкт-Петербург, после окончания продолжил изучать химию в Париже где и получил диплом инженера-химика. По возвращению на родину он поселился в Баку, где работал преподавателем в гимназии.
Его не раз поражала бессилие людей во время пожаров на нефтепромышленности и величины материального ущерба, которые эти пожары приносили. На 51-м году жизни химик поставил перед собой задачу изобрести жидкость с пониженной текучестью, но при этом очень легкую, и уже через 3-4 года получил первые удовлетворительные результаты.
Средство для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей было изобретено. Для демонстрации огнетушащих свойств, своей жидкости Лоран залил в большую яму нефть и бензин, поджег эту смесь, а затем вылил туда несколько бочек с заранее приготовленным раствором.
Уже через несколько секунд поверхность топлива покрылась компактным слоем пены и пламя погасло. Вторично поджечь жидкость не удалось даже после того как в яму было брошено несколько факелов.
В 1904 году ученый подал заявку (на патент) на способ тушения пожара. Он заключался в покрытии горящей поверхности «полужидкой пористой массой», который образуется во время вспенивания раствора в момент тушения пламени. Как вещества для вспенивания Лоран предложил использовать лакрицу, альбумин или мыльный корень.
Уже тогда он понял, что пену можно насыщать не только воздухом, но ее инертными газами, таким способом увеличивая ее эффективность.
За предложением А.Г. Лорана пену для тушения можно было получать двумя способами – механическим и химическим.
Первый из них заключался в том, что вода или водный раствор неорганической соли с примесью вещества, способного к вспениванию, насыщался газом, который не поддерживал горения, а потом нагнетался под давлением в герметичную емкость. При выпуске жидкости из сосуда образовывалась обильная пена, которой можно было не только покрыть горящую поверхность, но и охладить ее.
Для получения химической пены Лоран предложил смешивать водный раствор углекислой соды с подкисленной водой, причем в один из этих растворов заранее добавляли небольшое количество добавки для вспенивания. Смешивание растворов сопровождалось увеличением объема, которая тушила огонь.
Изобретатель заявлял, что предложенный им способ пригоден для тушения как «обычных» пожаров, когда горели деревянные изделия или другие предметы, так и горючих жидкостей, которые сохранялись в хранилищах. Он неоднократно подчеркивал, что тушение горючих жидкостей иными средствами практически невозможно, однако, несмотря на поддержку некоторых известных деятелей науки того времени, не нашел должного понимания.
Первый пенный огнетушитель
После нескольких попыток убедить чиновников в необходимости производства новых высокоэффективных средств пожаротушения А.Г. Лоран решил создать собственное производство огнетушителей «Эврика» с вместимостью корпуса от 1 до 12 л.
Эти огнетушители имели высокое качество и пользовались высоким спросом, однако их производство, за кустарных условиях, было связано с рядом непреодолимых трудностей. Видимо, поэтому инженер принял решение передать авторское право на производство пенных огнетушителей Российскому акционерному противопожарному обществу, которое сначала выявило не только желание производить пенные огнетушители, для проведение пенного пожаротушения, но и организовало демонстрационные испытания пенных средств пожаротушения.
К сожалению, все закончилось на стадии этих испытаний, производство не было налажено, и Лоран подал прошение о переходе изобретения в свою собственность. Однако попытка восстановить собственное производство не удалась.
Между тем информация о пенных огнетушителях стала общедоступной. Сравнительные испытания огнетушителя «Эврика» и его модификаций, изготовленных позже, с другими жидкостными огнетушителями, в том числе зарубежного производства, неоднократно демонстрировали их преимущества.
Но в связи с участившимися случаями «кражи» авторской идеи вынудили российского инженера продать свой патент немецкой фирме «Salzkotten». Развитие пенного пожаротушения на родине изобретателя этого способа был надолго прекращен.
В течение длительного времени для тушения нефти и нефтепродуктов применяли почти исключительно химическую пену. Принцип генерирования химической пены, предложенный А.Г. Лораном, стал основой для создания рецептур пеногенераторных порошков.
Первые модификации пенных растворов
Создание в 1925 году порошковых пеногенераторов дало возможность заменить растворы пенообразователей на порошок (необходимый для получения химической пены).
Используя пеногенераторный порошок, можно было получить пену с кратностью 5-6.
Состав такого порошка был разработан и предложен в 1927 году В.Г. Гвоздевим-Ивановским, однако производить его было достаточно трудно. С 1930 года отечественная промышленность начала выпускать порошки «ПГП-1», «ПГП-2» и «ПГП-3» по упрощенной рецептуре, компонентами которых были сернокислый алюминий (45-60 %), бикарбонат натрия (22-46 %) и солодковый экстракт (1-8 %) .
Однако из-за высокой стоимости, короткого срока хранения, тенденции к слеживанию и комкованию, пригодность для генерирования пены только низкой кратности и ряд других недостатков пришлось наконец полностью отказаться от пеногенераторного порошков, на замену которым пришли пенообразователи для тушения пожаров.
Пенообразователь (пенный концентрат) представляет собой высококонцентрированный многокомпонентный водный раствор, в состав которого входит один или несколько видов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и добавки, которые придают ему свойств, регламентированных нормативными документами или установленных техническим заданием на разработку.
Первые пенообразователи начали изготавливать из природного сырья – крови животных, гидролизата биомассы микроорганизмов и различных отходов растительного происхождения.
Такие пенообразователи назвали белковыми или протеиновыми. Существенным недостатком протеиновых пенообразователей была низкая стабильность в хранении, обусловлена протеканием процессов гноения, поэтому для продления срока их хранения начали применять антисептики.
Из водных растворов протеиновых пенообразователей удавалось получать только пену низкой кратности, что существенно ограничивало область их применения. Пена, генерируемая из рабочих растворов первых протеиновых пенообразователей, имела очень низкую огнетушащую эффективность.
Из-за этих недостатков протеиновые пенообразователи во многих странах (в том числе в СССР) были сняты с производства. В то же время, производство протеиновых пенообразователей во многих странах (в частности, во Франции, Великобритании, Италии) продолжается, из них: конкурентоспособность обеспечивается относительно низкой стоимостью и постоянным усовершенствованием рецептур, направленным на продление срока хранения и увеличение устойчивости и огнетушащего эффективности пены.
Позднее для изготовления пенообразователей было предложено использовать синтетические ПАВ. В случае их правильного выбора, из водных растворов пенообразователей, используя соответствующее оборудование, можно генерировать пену низкой, средней и высокой кратности.
Такие пенообразователи пригодны также для приготовления растворов смачивателей. При прочих равных условиях синтетические пенообразователи более устойчивы в хранении, чем пенообразователи, изготовленные из природного сырья.
Предложенный А.Г.Лораном метод получения воздушно-механической пены заключался в барботировании диоксида углерода через слой водного раствора, пригодного для получения пены. Этот метод был использован в 1930 году Л.М. Розенфельдом, который разработал рецептуру пенообразователя для получения воздушно -механической пены.
В 1936 году был разработан пенообразователь на основе водного раствора солей натрия нефтяных сульфокислот, костного клея и этанола или этиленгликоля – «ПО-1». Это было началом использования синтетических поверхностно – активных веществ для серийного производства пенообразователей в бывшем СССР.
Путем барботирования воздуха через рабочий раствор пенообразователя «ПО-1» Л.М. Розенфельд получил воздушно-механическую пену с кратностью 1000 (пену высокой кратности) .
В 1938 году для тушения пожаров этилового спирта была разработана «масляная» пена. Она представляла собой смесь трансформаторного масла с сернокислым глиноземом и экстрактом солодового корня, в которую перед применением добавляли серную кислоту. В результате взаимодействия кислоты и глинозема выделялся диоксид углерода и образовывалась пена, свободно плавающая на поверхности спирта.
Этот способ тушения не получил широкого распространения из-за неустойчивости сернокислого глинозема в масле (частицы глинозема оседали, создавая на дне емкости густой осадок) .
Введение в состав синтетических или протеиновых пенообразователей фторсодержащих ПАВ позволило предоставить им особых свойств. В частности, пена, генерируемая с их водных растворов, имела повышенную термическую устойчивость по сравнению с пеной образовывалась из водных растворов, содержащих только синтетические «углеводородные» ПАВ. (алкилсульфаты, олефинсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и т.д.).
Пене, образующийся из рабочих растворов таких пенообразователей, свойственны более высокая огнетушащей эффективности и изолирующая способность при тушении горючих жидкостей.
Наличие фторсодержащих ПАВ обуславливает образование на поверхности горящей жидкости водной пленки, которая препятствует образованию горючих паров. Первые пенообразователи, которые благодаря наличию фтороместных ПАВ были способны образовывать водные пленки из водных растворов на поверхности неполярных (водонерастворимых) горючих жидкостей, были разработаны фирмой «ЗМ» (США) в 60-70-е годы прошлого века. Такие пенообразователи назвали пленкообразующими .
Введение в состав пенообразователей водорастворимых полимеров позволило применять их для тушения водорастворимых (полярных) горючих жидкостей, интенсивно разрушают пену и которые нельзя потушить пеной, генерируемой с водных растворов других пенообразователей.
На сегодняшний день наиболее универсальными (т.е. пригодным для тушения практически всех горючих жидкостей и твердых горючих материалов) является пенообразователи, содержащие синтетические углеводородные и фторсодержащие ПАВ и водорастворимые полимеры. Многие из них пригодны для получения пены низкой, средней и высокой кратности, т.е. могут применяться практически с любым противопожарным оборудованием.
