Введение
Пена для пожаротушения – это пена, используемая для подавления пожаров. Её роль заключается в охлаждении огня и покрытии топлива, предотвращая его контакт с кислородом, тем самым обеспечивая прекращение горения. Пена для пожаротушения была изобретена русским инженером и химиком Александром Лораном в 1902 году. Используемые поверхностно-активные вещества должны образовывать пену в концентрациях менее 1%. Другие компоненты противопожарной пены включают органические растворители (например, триметилтриметиленгликоль и гексиленгликоль), стабилизаторы пены (например, лауриловый спирт) и ингибиторы коррозии.
Firefighting foam is a foam used for fire suppression. Its role is to cool the fire and to coat the fuel, preventing its contact with oxygen, thus achieving suppression of the combustion. Firefighting foam was invented by the Russian engineer and chemist Aleksandr Loran in 1902. The surfactants used must produce foam in concentrations of less than 1%. Other components of fire retardant foams are organic solvents (e. g., trimethyl trimethylene glycol and hexylene glycol), foam stabilizers (e. g., lauryl alcohol), and corrosion inhibitors.
Обзор
Низкорасширяющиеся пены, такие как водяно-пленочные пены (AFFF), имеют коэффициент расширения менее 20, обладают низкой вязкостью, подвижны и способны быстро покрывать большие площади. Пена средней степени расширения имеет коэффициент расширения от 20 до 200. Высокорасширяющиеся пены имеют коэффициент расширения более 200–1000 и подходят для закрытых помещений, таких как ангары, где необходимо быстрое заполнение. Алкогольностойкие пены содержат полимер, который образует защитный слой между горящей поверхностью и пеной, предотвращая разрушение пены спиртами, содержащимися в горящем топливе. Алкогольностойкие пены применяются для тушения пожаров, возникающих при горении топлива, содержащего кислородсодержащие добавки, например, метил-трет-бутилового эфира (MTBE), или жидкостей на основе полярных растворителей, либо содержащих их.
Пенопласты класса А
Пенообразователи класса А были разработаны в середине 1980-х годов для тушения лесных пожаров. Пенообразователи класса А снижают поверхностное натяжение воды, что облегчает смачивание и пропитку материалов водой. Они проникают и тушат тлеющие угли в глубине. Это способствует подавлению пожара и может предотвратить повторное возгорание. Положительный опыт привел к их применению для тушения других типов пожаров класса А, включая пожары в зданиях и сооружениях.
Пенопласты класса B
Пена класса B предназначена для тушения пожаров класса B – горючих жидкостей. Применение пены класса А на пожаре класса B может дать непредсказуемые результаты, так как пена класса А не предназначена для удержания взрывоопасных паров, выделяемых горючими жидкостями. Пена класса B имеет два основных подтипа.
Синтетические пены
Синтетические пены основаны на синтетических поверхностно-активных веществах. Они обеспечивают лучший поток и растекание по поверхности жидкостей на основе углеводородов, что способствует более быстрому тушению пламени. Они обладают ограниченной пожарной безопасностью после тушения и являются токсичными загрязнителями грунтовых вод. Водопенные пленкообразующие пены (AFFF) имеют водную основу и часто содержат поверхностно-активные вещества на основе углеводородов, такие как алкилсульфат натрия, и фторсодержащие поверхностно-активные вещества, такие как флюоротеломеры, перфтороктановая кислота (PFOA) или перфтороктансульфоновая кислота (PFOS). Алкогольностойкие водопенные пленкообразующие пены (AR AFFF) устойчивы к воздействию спиртов и способны формировать защитную пленку. Бесфторные пены (FFF, также называемые F3) в основном основаны на углеводородных поверхностно-активных веществах и не содержат фторсодержащих поверхностно-активных веществ.
Белокочанная пена
Белковые пены содержат натуральные белки в качестве пенообразующих веществ. В отличие от синтетических пен, белковые пены биоразлагаемы. Они текут и распространяются медленнее, но обеспечивают пенное покрытие, более устойчивое к высоким температурам и более долговечное. Белковые пены включают обычную белковую пену (P), флюоропротеиновую пену (FP) (смесь белковой пены и фторированных поверхностно-активных веществ), пленообразующий флюоропротеин (FFFP), спиртоустойчивую флюоропротеиновую пену (AR FP) и спиртоустойчивый пленообразующий флюоропротеин (AR FFFP).
Приложения
Каждый тип пены имеет своё применение. Высокорасширяющиеся пены используются, когда необходимо быстро заполнить замкнутое пространство, например, подвал или ангар. Низкорасширяющиеся пены применяются для тушения горящих разливов. AFFF наиболее эффективен для разливов авиационного топлива, FFFP лучше подходит для случаев, когда горящее топливо может образовывать более глубокие слои, а AR AFFF – для тушения горящих спиртов. Высокоэффективные ФФФ являются жизнеспособной альтернативой AFFF и AFFF AR для различных задач. Максимальная универсальность достигается при использовании AR AFFF или AR FFFP. AR AFFF необходимо использовать в местах, где бензин смешан с оксигенатами, так как спирты препятствуют образованию плёнки между пеной FFFP и бензином, разрушая пену и делая пену FFFP практически неэффективной.
История
Вода давно является универсальным средством для тушения пожаров, но не всегда оптимальным. Например, вода обычно неэффективна при тушении нефтяных пожаров и может быть опасна. Для тушения нефтяных пожаров были разработаны пожарные пены. В 1902 году русский инженер и химик Александр Лоран представил метод тушения возгораний легковоспламеняющихся жидкостей путем накрытия их пеной. Лоран преподавал в школе в Баку, центре российской нефтяной промышленности того времени. Под впечатлением от крупных, трудно тушимых нефтяных пожаров, которые он там видел, Лоран попытался найти жидкое вещество, способное эффективно с ними бороться. Он изобрел пожарную пену, которая была успешно испытана в экспериментах в 1902 и 1903 годах. Изначально пена представляла собой смесь двух порошков и воды, образуемую в генераторе пены. Она получила название химической пены из-за химической реакции, необходимой для ее создания. В основном использовались порошки бикарбоната натрия и сульфата алюминия с небольшим добавлением сапонина или солодки для стабилизации пузырьков. Ручные пенные огнетушители использовали те же два химических вещества в растворе. Для активации огнетушителя необходимо было сломать пломбу и перевернуть устройство, позволяя жидкостям смешиваться и реагировать. Химическая пена – это стабильный раствор мелких пузырьков, содержащих углекислый газ, с плотностью ниже, чем у нефти или воды, обладающий способностью удерживаться на плоских поверхностях. Благодаря своей легкости по сравнению с горящей жидкостью, она свободно растекается по поверхности и тушит огонь, перекрывая доступ кислорода. Химическая пена считается устаревшей в настоящее время из-за большого количества необходимого порошка, даже для тушения небольших пожаров. В 1940-х годах Перси Лавон Джулиан разработал улучшенный тип пены, названный аэропеной. С использованием механического воздействия, жидкий белковый концентрат, полученный из соевого белка, смешивался с водой в пропорционаторе или аэрирующей насадке для образования пузырьков воздуха с хорошей текучестью. Высокая кратность расширения и простота использования сделали ее популярной. Белковая пена легко загрязняется некоторыми горючими жидкостями, поэтому необходимо соблюдать осторожность и наносить ее только поверх горящей жидкости. Белковая пена обладает относительно медленными характеристиками подавления, но экономична для обеспечения пожарной безопасности после тушения. В начале 1950-х годов Герберт Эйснер в Англии, в Исследовательском учреждении по безопасности в шахтах (ныне Лаборатория здравоохранения и безопасности), разработал пену с высоким расширением для тушения пожаров в угольных шахтах. Уилл Б. Джеймисон, инженер-горняк из Пенсильвании, прочитал о предлагаемой пене в 1952 году и запросил дополнительную информацию. Он начал сотрудничать с Бюро по горному делу США, протестировав 400 формул, пока не была найдена подходящая. В 1964 году компания Walter Kidde & Company (ныне Kidde) приобрела патенты на пену с высоким расширением. В 1960-х годах компания National Foam, Inc. разработала фторбелковую пену. Ее активным компонентом является фторированный поверхностно-активный агент, обеспечивающий маслоотталкивающие свойства для предотвращения загрязнения. В целом, она превосходит белковую пену, поскольку более длительный срок ее действия обеспечивает большую безопасность при необходимости проведения спасательных работ. Фторбелковая пена обладает быстрыми характеристиками подавления и может использоваться совместно с сухими химическими веществами, разрушающими белковую пену. В середине 1960-х годов ВМС США разработали водно-пленочную пену (AFFF). Эта синтетическая пена имеет низкую вязкость и быстро растекается по поверхности большинства углеводородных топлив. Под пеной образуется водяная пленка, охлаждающая жидкое топливо и предотвращающая образование воспламеняющихся паров. Это обеспечивает быстрое подавление пожара, что является важным фактором при тушении пожаров при авиакатастрофах. В начале 1970-х годов компания National Foam, Inc. изобрела технологию AFFF, устойчивую к спирту. AR AFFF – это синтетическая пена, разработанная для использования как с углеводородными, так и с полярными растворителями. Полярные растворители – это горючие жидкости, разрушающие обычную пожарную пену. Эти растворители извлекают воду из пены, разрушая пенный слой. Следовательно, для тушения таких топлив требуется пена, устойчивая к спирту или полярным растворителям. Пена, устойчивая к спирту, должна отскакивать от поверхности и стекать по ней, образуя мембрану, в отличие от стандартной AFFF, которую можно распылять непосредственно на огонь. В 1993 году компания Pyrocool Technologies Inc. приобрела патентные права на смачивающий агент с превосходными охлаждающими свойствами, эффективный для классов A, B, D, а также для тушения объемных и трехмерных пожаров, связанных с углеводородным топливом и полярными растворителями, такими как спирт и этанол. Смачивающий агент продается под названием Pyrocool. В 1998 году компания Pyrocool Technologies Inc. была удостоена Президентской премии в области зеленой химии от USEPA. Кэрол Браунер, администратор USEPA в 1998 году, описала Pyrocool как "Технологию третьего тысячелетия: разработку и коммерческое внедрение экологически безопасного средства пожаротушения и охлаждения". В результате спора с производителем, Baum's Castorine, компания перебрендировала эту формулу под названием Novacool UEF и продает этот продукт под этим названием с 2008 года. В 2002 году BIOEX, французский производитель пожарной пены, пионер в области экологически чистых пен, представил на рынок первую пену, не содержащую фтора (ECOPOL). Концентрат пены обладает высокой эффективностью при тушении пожаров класса B, связанных с углеводородами и полярными растворителями, а также пожаров класса A. Их экологическая задача заключалась в том, чтобы убедить своих клиентов выбирать новое поколение экологически чистых продуктов, которые на 100% не содержат фтора и доказали свою эффективность. В 2010 году Orchidee International из Франции разработала первую FFHPF – пену с наивысшей производительностью, не содержащую фтора. Пена имеет степень биоразлагаемости 97% и в настоящее время продается компанией Orchidee International под брендом "BluFoam". Пена используется в концентрации 3% для тушения пожаров, связанных с углеводородами и полярными растворителями.
Проблемы окружающей среды и здоровья
Исследования показали, что ПФОС является стойким, биоаккумулирующимся и токсичным загрязнителем. В мае 2009 года он был включен в Приложение B Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях. Законодательство в Соединенных Штатах, Канаде, Европейском союзе, Австралии и Японии запретило новое производство продуктов на основе ПФОС, включая огнетушащую пену. Компания 3M прекратила производство ПФОС в 2002 году из-за опасений по поводу его токсичности. Одно исследование, опубликованное в 2015 году, показало, что у пожарных в крови чаще обнаруживаются фторированные поверхностно-активные вещества. В 2016 году ВВС США выделили 4,3 миллиона долларов на систему очистки воды для жителей, проживающих ниже по течению от авиабазы Питерсон в Колорадо. В Соединенных Штатах сброс AFFF судами в поверхностные воды регулируется Агентством по охране окружающей среды (EPA) и Министерством обороны в соответствии с Законом о чистой воде. В Австралии в 2015 году Управление по охране окружающей среды штата Новый Южный Уэльс опубликовало предупреждение для населения после загрязнения источника воды вблизи базы ВВС Уильямтаун. В поверхностных и грунтовых водах, а также в рыбе были обнаружены химические вещества из огнетушащей пены, выброшенной местной базой Королевских ВВС Австралии до внесения изменений в протоколы обучения в 2008 году. Жителям района рекомендовано не употреблять воду из скважин, а также яйца и морепродукты, полученные от животных, подвергшихся воздействию загрязненной воды. Это привело к запрету на любой вид рыбной ловли в водах залива Фуллертон до начала октября 2016 года. По состоянию на 2017 год, Министерство обороны Австралии рассматривало два коллективных иска, поданных пострадавшими от загрязнения в Уильямтауне и в Армейском авиационном центре Оуки. Наряду со многими аэропортами и пожарными службами, Министерство обороны проводит расследование возможного загрязнения на 18 военных объектах по всей Австралии. В Уильямтауне также проводятся исследования по изучению поглощения и остаточного загрязнения в растениях, курах и яйцах. В декабре 2017 года министр окружающей среды Новой Зеландии объявил об обнаружении в подземных водах двух баз Королевских ВВС Новой Зеландии уровней ПФОС и ПФОА, превышающих допустимые, что, предположительно, связано с историческим использованием огнетушащей пены, содержащей эти вещества. Жителям, проживающим вблизи авиабаз, было рекомендовано употреблять бутилированную воду до проведения более тщательного анализа. В 2020 году государственные органы США планируют утилизировать огнетушащую пену путем сжигания или захоронения. Почти вся пена будет утилизирована в США. Потенциальные риски для здоровья, связанные со сжиганием AFFF, все еще изучаются EPA и государственными агентствами.