Agenti de stingere - Apa (H2O), Aburul, Spume, Gaze inerte

Agenti de stingere

1. Apa (H₂O)

Apa este cel mai vechi stingator. Ea are marele avantaj ca se gaseste in cantitati considerabile, este ieftina si usor de procurat, are mare putere de racire si este nevatamatoare.

Apa se refuleaza asupra focarului de incendiu pentru a intrerupe arderea.

Efectul de stingere se realizeaza prin: racirea materialului care arde; izolarea suprafetei incendiate de oxigenul din aer; actiunea mecanica, in special cand apa se foloseste sub forma de jet compact.

Efectul principal la stingerea cu apa il constituie racirea materialului care arde. Apa vine in contact cu materialul aprins absoarbe caldura, se transforma in vapori si prin saturarea spatiului inconjurator limiteaza accesul aerului spre focarul incendiului.

Pentru a cobora temperatura materialelor aprinse ca apa sa absoarba caldura care contribuie la dezvoltarea incendiului.

Apa se intrebuinteaza pentru stingere sub forma de jet compact, dispersat si pulverizat (ceata).

Prin folosirea apei sub forma de jet compact se poate folosi cu eficacitate capacitatea de soc a apei, pentru ca, in acest caz, cantitatea refulata este de multe ori considerabila.

Jetul de apa dispersata este alcatuit din picaturi de apa cu diametrul de 0,5 - 0,6 mm. Cerinta este ca la o presiune de 5 at, jetul sa atinga distanta de 8 - 9 m. Efectul principal de actiune a apei sub forma de jet dispersat este racirea, pentru ca pe timpul folosirii creste suprafata de contact cu flacarile si cu produsele de ardere. De exemplu, prin aruncarea unui litru de apa sub forma de jet compact asupra focarului se produc picaturi mari care au in total o suprafata de 1 m; la formarea unor picaturi cu diametrul de 1 mm suprafata lor se mareste la 6 m, iar un diametru al picaturilor de 0,1 mm suprafata totala a picaturilor obtinute dintr-un litru de apa ajunge la 600 m.

Dimensiunile picaturilor de apa au o mare importanta practica, deoarece pe timpul stingerii incendiilor este nevoie ca o cat mai mare cantitate de apa sa ajunga la focar si sa ramana acolo pana la evaporare completa. Particulele de apa ajunse in zona focarului trebuie sa aiba o viteza suficienta, capabila sa asigure strabaterea stratului de fum, de gaze calde, de flacari, pentru a se evapora cat mai aproape de obiectul care arde. Efectul de stingere este cu atat mai puternic cu cat se evapora mai multa apa. Un litru de apa, de exemplu la 10sC, are nevoie pentru a se evapora complet de 629 kilocalorii, formandu-se aproximativ 1600 - 1700 l abur.

Efectul maxim de stingere cu apa sub forma dispersata si pulverizata se poate obtine in incaperi inchise.

Marimea picaturilor de apa care alcatuiesc jeturile pulverizate (ceata) sunt de ordinul micronilor.

Pentru obtinerea acestui jet este nevoie de o presiune ridicata. Un asemenea jet se introduce greu in zona focarului deoarece forta de ascensiune jet se introduce greu in zona focarului deoarece forta de asecensiune a produselor de ardere antreneaza si particulele fine de apa.

Totusi, in multe tari s-a trecut la folosirea instalatiilor fixe de stingere cu apa pulverizata, tocmai datorita excelentului efect de racire si inabusire pe care-l prezinta apa refulata sub aceasta forma.

2. Apa usoara

Aceasta este constituita din apa in care se introduce mai multe combinatii organice ale fluorului, capabile sa favorizeze formarea de lanturi polimere. Ea se prezinta sub forma lichida. Desi are greutatea specifica supraunitara, pluteste la suprafata hidrocarburilor lichide, datorita proprietatii de a forma o pelicula continua, fapt pentru care s-a numit "apa usoara".

Aceasta proprietate ii confera valoare deosebita la stingerea incendiilor. Formarea unei pelicule la suprafata unui rezervor cu hidrocarburi, incendiat, are drept rezultat impedicarea producerii de vapori si deci stingerea incendiului.

Pelicula este rezistenta din punct de vedere chimic, iar in cazul unei distrugeri mecanice se autogenereaza. Noul agent de stingere permite prepararea solutiei din timp si conservarea ei in stare diluata. Apa usoara poate fi folosita la prevenirea aprinderii unui lichid inflamabil prin refulare pe o suprafata libera, cat si la stingerea unui rezervor cuprins de flacari.

3. Apa imbunatatita chimic

Marirea capacitatii de patrundere a apei in diferite materiale se obtine prin folosirea unei mici cantitati de substanta chimica speciala, care reduce tensiunea superficiala a apei.

Proprietatile agentilor de umectare depind, in principal, de natura chimica si de structura moleculelor, criterii care care, de fapt stau la baza clasificarii lor. Dupa aceste criterii, agenti activi de suprafata se impart in doua grupe: prima grupa cuprinde substantele a caror molecule dizolvate in apa se disociaza in ioni cu sarcini diferite si egale ca marime. Asemenea substante se numesc ionogene (anioactive, cationactive).

Cea de-a doua grupa inglobeaza substantele care se dizolva si nu formeaza particule incarcate electric. Toate aceste produse au denumiri prescurtate sau comerciale, care difera de la tara la tara. In general se folosesc solutii de 1 - 2 %.

4. Aburul

Aburul ca agent stingator este raspandit in industria chimica si petroliera. Stingerea cu abur se bazeaza in special pe reducerea volumului aerului din spatiul in care are loc arderea. Pentru ca aburul sa aiba eficacitate la stingerea incendiilor este necesar a se crea o concentratie de cel putin 35% in volum.

Se poate folosi ca agent stingator, atat aburul saturat cat si cel supraincalzit.

Este indicat si economic a se folosi instalatii fixe de stingere cu abur, acolo unde exista deja, pentru procesul tehnologic o instalatie de cazane.

5. Spume pentru stingerea incendiilor

a) Spuma chimica este formata dintr-o masa de bule de dimensiuni reduse, fiecare bula fiind formata dintr-o membrana lichida umpluta cu bioxid de carbon. Bioxidul de carbon se formeaza pe cale chimica in urma reactiei dintre substantele care genereaza spuma (substanta acida si substanta bazica).

Substanta acida este formata de obicei din sulfatul de aluminiu sau acidul sulfuric de o anumita concentrantie, iar cea bazica, din bicarbonatul de sodiu sau de potasiu.

Al₂ (SO₄) 3 + 6 CO₂ H Na₂ = 6 CO₂ + 3 Al (OH)₃ + H₂O + 3 Na₂SO₄

H₂SO₄ + 2 CO₃HNa₂ = Na₂SO₄ + 2 CO₂ + H₂O

Prin reactia bicarbonatului de sodiu cu sulfatul de aluminiu ia nastere hidroxidul de aluminiu gelatinos care reprezinta masa vascoasa in care sunt inglobate bulele de bioxid de carbon rezultat din aceeasi reactie. Ca substanta stabilitzatoare, care se adauga solutiilor din care se obtine spuma chimica, se intrebuinteaza, de obicei, una din urmatoarele substante: glucoza, saponina, extrasul de lemn dulce, spumantii pe baza de albumine etc.

Spuma chimica se mai poate obtine si dintr-un praf chimic (la noi in tara denumit praf unic) si apa, cu ajutorul unor generatoare speciale. Praful este format dintr-un amestec, dupa o anumita reteta, format din sulfat de aluminiu, bicarbonat de sodiu si stabilizatori. Praful unic se livreaza in doua tipuri: tipul I pentru instalatii mobile de stins incendii si tipul II pentru instalatii fixe si semifixe.

Pentru stingatoare, substantele chimice din care se obtine spuma alcatuiesc asa-zisele incarcaturi: A (acid) si B (baza). Acestea, inainte de a se introduce in stingatoare se dizolva in apa, conform instructiunilor care insotesc produsul. In urma reactiei dintre cele doua solutii introduse separat in stingator se produce spuma chimica cu un anumit coeficient de infoiere.

Coeficientul de infoiere reprezinta raportul dintre volumul spumei formate si volumul solutiilor produselor A si B in ml.

Coeficientul de infoiere = ___V ___.

V_A + V_B

O spuma eficace trebuie sa aiba anumite calitati: fluiditate, coeficient de infoiere, densitate, persistenta, aderenta, timp de stingere minim etc.

Spuma trebuie sa curga bine pentru a acoperi rapid suprafata lichidului incendiat, ea avand o greutate specifica de 0,10 - 0,15 kgf/mm³.

Eficienta spumei mai depinde si de o serie de factori cum ar fi: caracteristicile instalatiilor si aparatelor folosite, presiunea apei, proportia de spumant si apa, temperatura etc.

Efectele de stingere. Spuma ca agent de stingere actioneaza asupra incendiului (arderii) prin efectul de racire, de inabusire si de izolare.

Efectul de racire se bazeaza pe preluarea unei anumite cantitati de caldura din focar, necesara evaporarii apei, ca si pe separarea lichidului din spuma, in general apa, care se evapora prin absorbtie de caldura.

Spuma realizeaza efectul de racire cand temperatura focarului este de aproape 1000sC.

Efectul de inabusire este realizat de vaporii de apa rezultati din contactul apei cu combustibilul care arde. Acest efect se produce mai ales cand temperautara focarului este mai mica de 1000sC.

Spuma are o conductibilitate termica redusa, din aceasta cauza impiedica reaprinderea materialelor combustibile, precum si reincalzirea substantelor combustibile sub influenta corpurilor solide incadescente din apropiere. Aceasta este de fapt efectul de izolare pe care-l manifesta spuma chimica.

Spuma chimica se foloseste la stingerea incendiilor de produse petroliere precum si de materiale combustibile solide, care nu reactioneaza cu solutiile apoase ale sarurilor.

b) Spuma mecanica se obtine prin amestecarea unei substante generatoare de spuma cu aerul si apa. La noi in tara ca spumant se utilizeaza spumogenul obtinut din faina de coarne si copite, in urma unui proces de degradare cu acizi minerali, neutralizare si stabilizare cu substante chimice.

Spumogenul este un lichid vascos de culoare rosie-bruna.

Spuma mecanica se obtine prin trecerea solutiei de substanta spumanta, antrenata de un curent de aer, printr-o teava generatoare de spuma. In general, spuma mecanica se obtine din 92% aer, 6% apa si 2 % spumant.

La noi in tara s-a reusit obtinerea spumogenului sub forma de praf care prezinta unele avantaje (volum redus, inlaturarea coroziunii etc.).

Spuma mecanica actioneaza asupra focarului, in special prin efectul de racire, datorita apei pe care o contine, precum si prin efectul de inabusire in urma formarii vaporilor de apa.

Pentru obtinerea spumei mecanice este nevoie de tevi generatoare de spuma, de diferite debite (2500 litri, 5000 litri, 10000 litri pe minut).

c) Spuma cu coeficient mare de infoiere. Pentru formarea spumei cu coeficient mare de infoiere este nevoie de un spumant de foarte buna calitate, de o presiune relativ scazuta a apei si de un utilaj si accesorii speciale. Solutia spumanta a se trimite pe un panou (retea), dintr-o tesatura de ochiuri, unde curentul de aer de la un ventilator produce pe fiecare ochi al retelei bule de spuma, care trec apoi intr-un tub de panza (furtun cu diametru de la 0,5 - 3 m), al carui capat se asaza la intrarea in incaperea unde urmeaza sa se introduca spuma.

Spuma cu coeficient mare de infoiere exercita un efect de racire prin preluarea unei cantitati de caldura necesara evaporarii apei si un efect de izolare fata de radiatia termica.

Spuma cu coeficient mare de infoiere prezinta avantaje ca: utilizarea unei cantitati minime de apa (1/2 litri pe circa 1000 litri spuma); stingerea rapida a incendiului si impiedicarea reaprinderii; lipsa actiunii corosive; usurinta de patrundere in locuri greu accesibile (pivnite, coridoare, calele navelor, tunele de cabluri etc.).

Ca dezavantaje se citeaza: greutate redusa si deci instabilitate atunci cand bate vantul; distanta de actiune a generatoarelor relativ limitata; indepartarea greoaie dupa stingerea incendiului etc. c) Spuma cu coeficient mare de infoiere

6. Gaze inerte

a) Bioxidul de carbon (CO₂). Bioxidul de carbon este un gaz incolor si inodor. Se dizolva usor in apa, solubilitatea scazand o data cu cresterea temperaturii. Nu arde si nici nu intretine arderea. Un litru de bioxid de carbon in stare normala are greutatea de 1,976 kg; deci este mai greu decat aerul, proprietate care-l face foarte util pentru stingerea incendiilor.

Temperatura lui critica fiind de + 31sC se poate lichefia cu usurinta.

Temperatura de fierbere a bioxidului de carbon lichid, la 760 mm kg, este de - 78,5sC.

La o temperatura de - 56,2sC si la o presiune de 5,45 at, CO₂ poate fi solid, lichid sau gazos.

Dintr-un litru de bioxid de carbon lichid se obtin 462 litri de gaz (dintr-un kilogram se obtin 500 l).

Daca bioxidul de carbon comprimat i se da posibilitatea sa se destinda pana la presiunea atmosferica, in acest caz se obtine bioxidul de carbon solid, sub forma de zapada carbonica. Fenomenul se numeste detenta, bioxidul de carbon avand greutatea specifica de 1,53. Bioxidul de carbon comprimat se transporta in butelii de otel. Presiunea bioxidului de carbon in butelie nu depinde numai de temperatura ci si de gradul de umplere a buteliei respective. Prin grad de umplere a buteliei se intelege raportul intre volumul buteliei in litri si bioxid de carbon in kilograme.

In tabela 20 sunt date presiunile, greutatile specifice si volumul specific ale CO₂ in butelii, la diferite temperaturi.

Tabela 20

Presiunea, greutatea specifica si volumul specific CO₂

Efectul de stingere al bioxidului de carbon se bazeaza, in principal, pe inabusirea focarului. Bioxidul de carbon introdus in focar inlatura aerul si ca urmare incendiul se stinge.

Cele mai bune rezultate la stingerea incendiilor cu bioxid de carbon se obtin in spatii inchise. Asa cum s-a mai aratat 1 kg de CO₂ in stare gazoasa la temperatura obisnuita ocupa un volum de 500 litri.

Bioxidul de carbon are asupra focarului si un efect de racire. In medie, se poate admite ca efectul de racire al unui kilogram de CO₂ corespunde cu 15% din efectul de racire al unui kilogram de apa (circa 629 kcal/kg), considerand ca intreaga cantitate de apa se evapora.

Bioxidul de carbon, ca agent de stingere are urmatoarele calitati: nu distruge obiectele si materialele atinse, fiind mai greu decat aerul patrunde usor in toate orificiile obiectului aprins; este rau conductor de electricitate; nu se deterioreaza la consevare indelungata; nu este sensibil la actiunea temperaturilor scazute.

El prezinta si dezavantaje: greutatea prea mare a buteliei de otel (o butelie plina de 40 litri cantareste 110 kg); prin frecare de conducte, ajutaje, se formeaza electricitate statica, care poate initia explozii si incendii in anumite conditiii.

Bioxidul de carbon este foarte eficace la stingerea inceputurilor de incendiu, la stingerea incendiilor de instalatii electrice, la stingerea incendiilor in calele navelor, la generatoarele de curent, transformatoare, in industria petroliera, muzee etc.

In spatii inchise stingerea incendiilor se face mult mai usor decat in aer liber, pentru ca in incaperile inchise, concentratia necesara se mentine mult timp si se poate completa cu usurinta.

In medie se poate admite, ca pentru stingerea incendiilor, la majoritatea substantelor este suficienta o concentratie de 30 - 35% CO₂, in volum.

Nu este recomandabil a se folosi bioxidul de carbon la stingerea incendiilor de: substante chimice care contin oxigen, metale reactive (sodiu, potasiu, magneziu, titan, kaliu etc.).

b) Azotul este un gaz incolor, inodor si mai usor ca aerul. Solubilitatea in apa a azotului este foarte redusa, abia 2% in volum.

Ca agent de stingere se foloseste in special in instalatii fixe de stingere a incendiilor. Se mai utilizeaza ca agent de stingere.

La iesirea din recipiente se destinde de maximum 15 ori.

7. Pulberi stingatoare

Dintre agentii stingatori cunoscuti si folositi cu succes fac parte si pulberile stingatoare.

Rezultatele excelente, chiar si in cazul incendiilor de proportii de gaze sau lichide combustibile, posibilitatile bune de conservare cat si alte insusiri ale lor, fac ca pulberile stingatoare, in specail cele pe baza de bicarbonat de sodiu, sa constituie un agent de stingere deosebit de eficace.

Componentul de baza al majoritatii pulberilor stingatoare este bicarbonatul. In afara pulberii pe baza de bicarbonat de sodiu, se produc si se folosesc pulberi pe baza de bicarbonat de potasiu, sulfat de amoniu, carbonat de sodiu, sulf, uree, diferiti produsi ai borului etc.

Pe plan mondial s-au stabili trei grupe de pulberi stingatoare, in raport de natura incendiilor la care pot fi folosite: pulberi stingatoare B.C.E., eficace la stingerea incendiilor de lichide combustibile, la instalatii si aparate electrice; pulberi stingatoare A.B.C.E., folosite la categoriile de incendiu aratate mai sus, in plus sunt eficace si la stingerea incendiilor de materiale combustibile solide ca lemn, carbuni, paie etc.; pulberi stingatoare A.B.C.D.E., eficace la toate categoriile de incendii specificate mai sus, precum si la incendiile de metale usoare si aliajele acestora.

La noi in tara se fabrica si se foloseste o pulbere stingatoare pe baza de bicarbonat de sodiu, de tipul B.C.E., denumita "pulvogen".

Cu cat procentul de bicarbonat de sodiu este mai mare cu atat capacitatea pulberii ca agent stingator creste, deoarece restul componentilor au rolul de a ameliora mobilitatea pulberii si de a o feri de aglomerare la umiditate.

Sub actiunea caldurii bicarbonatul de sodiu se descompune dupa urmatoarea formula:

2 Na H CO₃ ↔ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Dintr-un kilogram de pulbere de bicarbonat de sodiu se degaja 0,26 kg bioxid de carbon. Acestei descompuneri ii corespunde un efect de racire de circa 95 kcal.

In general, se considera ca intr-o pulbere eficace la stingere, proportia de bicarbonat de sodiu trebuie sa fie de circa 95%, continutul de carbonat sa nu depaseasca 3,4%, iar adaosurile de alte pulberi sa varieze intre 0,5 si 3%.

Pentru utilizarea bicarbonatului de sodiu la obtinerea pulberilor stingatoare de mare eficacitate, o mare importanta are gradul de puritate a acestuia. Produsele comerciale au un grad de puritate de 98%.

Mecanismul stingerii incendiilor cu pulbere. In legatura cu efectul de stingere al pulberii stingatoare au aparut mai multe teorii.

Prima teorie, cea mai veche de altfel, se refera la actiunea componentilor, rezultati prin descompunerea termica a pulberii, asupra flacarilor. Efectul de stingere se bazeaza pe reducerea concentratiei de oxigen prin aparitia bioxidului de carbon si a vaporilor de apa, prin absorbtia de caldura si acoperirea pe cale mecanica a materialului aprins cu un strat de pulbere topita. Potrivit acestei teorii efectul de racire si de inabusire a focarului de catre produsele rezultate se considera neesential.

Cea de-a doua teorie ia in considerare factorii mentionati la prima teorie, insa considera factor esential formarea stratului protector, in care are loc echilibrarea temperaturilor si a schimbului de caldura, in urma descompunerii pulberii.

Cea de-a treia teorie, considera efectele de racire si de inabusire ca secundare si explica stingerea prin intreruperea reactiilor in lant, de ardere, ca urmare a patrunderii norului de pulbere in flacari. Radicalii activi rezultati din ardere se ciocnesc cu particulele de pulbere, transmitand acestora energia lor si drept consecinta mecanismul reactiei in lant se intrerupe.

Stingerea incendiilor cu pulbere este in realitate stingerea flacarilor.

Totdeauna se va putea stinge cu pulbere numai asemenea volum de flacari care poate fi "acoperit" cu pulbere deodata. Metoda de stingerea incendiului timp indelungat si folosind pulbere cate putin, nu da rezultate.

Factorii care determina eficacitatea pulberii stingatoare. Printre factorii cei mai importanti se citeaza:

- suprafata specifica a unei pulberi reprezentand suma suprafetelor tuturor granulelor, care constituie unitatea de masa a produsului. In general ea se exprima in cm/g. Pulberile cele mai fine au suprafata specifica cea mai mare, dar cresterea excesiva a suprafetei influenteaza negativ asupra mobilitatii pulberilor de refulare. Suprafata specifica cea mai convenabila este de 2000 - 2500 cm/g;

- granulozitatea pulberii influenteaza mobilitatea si conservarea produsului. Marimea granulelor poate varia intre 50 - 100 μ;

- mobilitatea (fluiditatea) consta in opunerea unei rezistente mai mari sau mai mici la refularea pulberii prin diferite ajutaje. Ea depinde de granulozitate si trebuie sa se mentina ridicata, chiar in cele mai grele conditii de utilizare si dupa o depozitare indelungata.

Dintre proprietatile negative se enumera: higroscopicitatea, aglomerarea, neuniformitatea granulatiei.

8. Hidrocarburi halogenate

Hidrocarburile halogenate sunt hidrocarburile la care atomii de hidrogen se substituie cu atomii de halogeni (clor, fluor, brom).

Cele mai cunoscute si folosite hidrocarburi halogenate sunt: tetraclorura de carbon (CCl₄) si monoclorbromfluormetanul (CHFClBr).

In ultimul timp, in strainatate, industria chimica a produs o serie de alte hidrocarburi halogenate care ar putea fi utilizate la stingerea diferitelor categorii de incendii.

Aceste hidrocarburi au fost denumite "haloni" de la prescurtarea denumirii in limba engleza "halogenated hydrocarbon". Fiecare halon este reprezenta de un numar. De exemplu, diflourclorbrommetan (CF₂ClBr) - halon 1211; trifluordibrommmetan (CF₂BrCF₂Br) - halon 2402.

Cifrele se refera la compozitia halonilor.

- prima cifra arata numarul de atomi de C;

- cea de-a doua de F, a treia de Cl si a patra de Br.

Atomii lipsa sunt indicati printr-un zero.

In comparatie cu tetraclorura de carbon si monoclorbrommetanul, restul halonilor halogenati sunt mai eficace. Ei au o mai mare capacitate de stingere si ca atare sunt necesare cantitati mai mici. De asemenea, nu lasa nici un fel de reziduuri si practic sunt lipsiti de toxicitate.

Efectul de stingere al halonilor se bazeaza, in principal, pe efectul anticatalitic (inhibitie) si in secundar pe inabusire si suflu.

Halonii la contactul cu flacarile, deci cu caldura, elibereaza atomii activi ai halogenilor respectivi (clor, brom, fluor etc.), care franeaza dezvoltarea reactiilor complexe ale arderii.

Pe timpul stingerii unor anumite categorii de incendii, sub actiunea caldurii si flacarii si in prezenta urmelor de vapori de apa, de oxid de carbon si de alte gaze sau in contact cu unele corpuri puternic incalzite, cum sunt tabla de otel, lemnul incandescent etc., anumiti haloni pot degaja substante toxice. Cazul tipic il ofera tetraclorura de carbon care in contact cu tabla de otel inrosita reactioneaza asupra vaporilor de apa dand acid clorhidric si fosgen.

CCl₄ + H₂O ↔ CO Cl + 2 H Cl

Conditiile de producere a fosgenului se intrunesc destul de rar, printre ele numarandu-se existenta vaporlor de apa si a unei temperaturi de 600 - 700sC.

Halonilor ca agent de stingere li se cer anumite calitati: de stingere, fizice, chimice, fiziologice.

Ca agenti de stingere, halonii sunt indicati a se folosi la stingerea incendiilor declarate la: cazanele fixe de fier uleiuri, cazanele de topit ceruri, instalatiile electice, autovehicule, automoatoarele de cale ferata, bordul avioanelor si salile masinilor navelor.

Proprietatile fizice ale halonilor se refera la usurinta de a se putea refula de la distanta asupra focarului, raspandirea facandu-se suficient de repede pentru ca efectul de stingere sa se exercite pe o suprafata cat mai mare, intr-un timp minim.

Printre calitatile chimice se enumera, stabilitatea la temperaturi scazute (asigurarea conservarii produsului in timp), stabilitatea la cald si degajarea de halogeni in timp scurt.