CAFS (CompressorAirFoamSystem) Компрессионная пена

Об отличиях компрессионной пены и пены, получаемой "классическим путем".

Технология Compressed air foam systems (CAFS) изначально появилась и стала активно развиваться за рубежом около 20 лет назад, и к настоящему времени уже даже обзавелась собственной нормативной базой: NFPA 11 Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam - 2010 Edition - Chapter 7: Compressed Air Foam Systems, а так же ISO 7076‒5:2014 Fire protection — Foam fire extinguishing systems — Part 5: Fixed compressed air foam equipment. По инициативе ДНД МЧС России и на основании положений п. 2 ст. 16.1 и ст. 44 Федерального закона от 27.12.2002 № 184 –ФЗ перевод на русский язык 7 главы NFPA 11 Приказом Росстандарта от 26.11.2014 № 1894 был включен в перечень документов по стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований «Технического регламента о требованиях пожарной безопасности». В действующей редакции этого перечня (Приказ Росстандарта от 03.06.2019 года № 1317) указанный перевод значится под номером 225.

Сначала о самой компрессионной технологии формирования воздушно-механической пены, о её основных отличительных особенностях и свойствах в сравнении с классическими способами генерирования пены в целях тушения пожаров.

При классическом способе формирования пены для тушения пожаров (пеногенероторы или водопенные стволы с естественной или принудительной инжекцией воздуха) значительная часть водного раствора пенообразователя практически неизбежно остаётся жидкостью. Опыт подсказывает, что чем ниже кратность формируемой пены, тем большая часть раствора остаётся жидкостью. При этом так сложилось, что этот параметр никак не отражен в существующих нормативных требованиях, ни к соответствующему пеногенерирующему оборудованию, ни к пенообразователям. Наличие в структуре пены остаточной жидкой фазы делает пену сильно текучей, особенно при её попадании на наклонные поверхности – пена интенсивно скатывается с защищаемых поверхностей. 

Кроме того, структура классической пены, как правило, имеет широкую дисперсность – сильный разброс размеров «мыльных пузырей». В результате коэффициенты натяжения пленки внутри пены сильно разнятся, что приводит к наличию «слабых мест» и, как следствие, к ускоренному саморазрушению пены. Дисперсность пены тоже никак не регламентируется действующими нормативными требованиями. Показатель устойчивости пены при испытаниях пенообразователей и пеногенерирующего оборудования определяется, но требования к его значению не нормируются (ГОСТ Р 50588-2012).

Оба указанных эффекта при генерировании пены классическим способом приводят к тому, что для достижения приемлемой эффективности тушения подача пены необходима в течение довольно продолжительного времени, постоянно и с довольно большой интенсивностью. Согласно СНИП 2.11.03-93, СП 4.13130.2013, СП 155.13130.2014 интенсивность подачи может достигать 0,25 л/м2*с, при продолжительности подачи до 10 минут.

Кроме того, в классических пенных установках при прохождении раствора пенообразователя через сетки пеногенераторов принципиально невозможно обеспечить подачу пены на большое расстояние – скорость струи гаснет на сетках пеногенераторов. Например, дальность подачи пены от ГПС-2000 не превышает 13 м, высота подачи составляет не более 6 м. Конечно работа водопенных стволов с инжекцией воздуха обеспечивает гораздо большие дальности, но такая пена низкой кратности всегда весьма низкого качества (широкая дисперсность и большое количество остаточной, не превращенной в пену жидкой фазы пенообразователя). Такие системы «берут количеством, а не качеством» и требуют больших мощностей и запасов.

Компрессионная технология формирования воздушно-механической пены заключается в том, что в специальном пеногенерирующем устройстве в контролируемых условиях под давлением, в специально организованном динамическом процессе происходит смешивание в заданных пропорциях воды, пенообразователя и сжатого воздуха (либо азота или иного не поддерживающего горения газа).

Известно несколько таких технических и технологических решений формирования компрессионной пены, и во всех на выходе оборудования формируется пена низкой кратности, имеющая избыточное давление, с узкой дисперсной характеристикой и с гарантированным отсутствием в структуре пены остаточной жидкой фазы раствора пенообразователя.

Благодаря, прежде всего, отсутствию в структуре пены жидкой фазы компрессионная пена обладает повышенной адгезией, даже к горячим поверхностям, имеющим отрицательные углы наклона и покрытым маслянистой пленкой.

Благодаря узкой дисперсности (практически одинаковому размеру ячеек/пузырей) такая пена имеет повышенную устойчивость - долго не разрушается. При этом такое свойство проявляется даже при таких внешних воздействиях, как орошение водой. Это позволяет одновременно с тушением пожара компрессионной пеной в случае необходимости орошать (охлаждать) водой отдельное технологическое оборудование (например, баки с маслом) или несущие конструкции без снижения эффективности самого пенного тушения. Такой режим работы специально подтвержден протоколами испытаний.

Избыточное давление пены на выходе пеногенерирующего оборудования обеспечивает транспортировку пены по трубопроводам на значительные расстояния и её подачу, например лафетными стволами, на дальности, соизмеримые с работой водопенными стволами.

Поскольку транспортируемая по трубопроводам пена является сжимаемой средой, то динамическое сопротивление при её движении по трубопроводам, а, следовательно, и динамические потери давления существенно ниже, чем для жидкости, что позволяет обходиться трубопроводами сравнительно небольших диаметров. Статические потери давления при необходимости подъема пены по трубам так же в несколько раз меньше, чем при подъёме раствора пенообразователя, поскольку плотность пены в несколько раз ниже плотности воды.

Ввиду отсутствия жидкой фазы имеются и другие преимущества, к примеру, низкая электропроводимость такой пены.

Высокая скорость движения пены по трубопроводам и низкая теплопроводность обеспечивают возможность в условиях отрицательных температур обходиться  трубопроводами без утепления или с утеплением, но без подогрева, в том числе и для трубопровода Ду350 для зоны 1Б по карте климатического районирования с максимальной низкой температурой -55 град. C.

Согласно нормам 7 главы Международного стандарта NFPA 11 интенсивность орошения компрессионной пеной составляет 0,027 л/с*м2, и как следствие сниженный расход воды и пенообразователя (меньше в 3-5 раз). Инерционность включения установки не превышает 3 с. Использование данной технологии позволяет построить энергонезависимую установку, т. е. установку, не требующую подвода какой-либо энергии на всё расчетное время её работы.

После распределения компрессионной пены по горящей поверхности гарантируется устойчивость к повторному воспламенению за счет образования плотного барьера, эффективно препятствующего доступу кислорода к очагу пожара и обеспечивающему экранирование тепловой энергии.

Классическая пена	Компрессионная пена

Поскольку транспортируемая по трубопроводам пена является сжимаемой средой, то динамическое сопротивление при её движении по трубопроводам, а, следовательно, и динамические потери давления существенно ниже, чем для жидкости, что позволяет обходиться трубопроводами сравнительно небольших диаметров. Статические потери давления при необходимости подъема пены по трубам так же в несколько раз меньше, чем при подъёме раствора пенообразователя, поскольку плотность пены в несколько раз ниже плотности воды.

Классическая пена	Компрессионная пена

Ввиду отсутствия жидкой фазы имеются и другие преимущества, к примеру, низкая электропроводимость такой пены. Высокая скорость движения пены по трубопроводам и низкая теплопроводность обеспечивают возможность в условиях отрицательных температур обходиться  трубопроводами без утепления или с утеплением, но без подогрева, в том числе и для трубопровода Ду350 для зоны 1Б по карте климатического районирования с максимальной низкой температурой -55 град. C.

Согласно нормам 7 главы Международного стандарта NFPA 11 интенсивность орошения компрессионной пеной составляет 0,027 л/с*м2, и как следствие сниженный расход воды и пенообразователя (меньше в 3-5 раз). Инерционность включения установки не превышает 3 с. Использование данной технологии позволяет построить энергонезависимую установку, т. е. установку, не требующую подвода какой-либо энергии на всё расчетное время её работы.

После распределения компрессионной пены по горящей поверхности гарантируется устойчивость к повторному воспламенению за счет образования плотного барьера, эффективно препятствующего доступу кислорода к очагу пожара и обеспечивающему экранирование тепловой энергии.

ООО «СТАЛТ» разработало и несколько лет поставляет оборудование «Smart Foam», предназначенное для построения установок пожаротушения и обеспечения генерирования воздушно-механической пены компрессионным способом (компрессионной пены). Более половины из реализованных нами проектов, станции пенного пожаротушения поставлялись в полной заводской готовности.

Эффективность применения данной технологии доказана как отдельными испытаниями производителя, так и пробными пусками смонтированного оборудования на многих объектах:

Огневые испытания тушения резервуара РВС-2000: https://youtu.be/m9z1BAG4zRE

Испытания применения Smart Foam на Белоярской АЭС: https://youtu.be/F_sv2I4z37U

Испытание оборудования пенного пожаротушения STALTfireflex (г.Нижнекамск): https://youtu.be/2BXUHGGDJSM

И другие видео на нашем канале.