Физико-химический механизм тушения

Любое обычное горение представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, для поддержания которой необходимы три элемента: горючее вещество, окислитель и тепловая энергия для активации процесса. Чаще всего окислителем выступает атмосферный кислород, концентрация которого в воздухе составляет около 21 процента. Если снизить эту концентрацию примерно до 14–15 процентов или сбить температуру вещества ниже точки воспламенения, самоподдерживающаяся цепная реакция горения прекращается.

Вытеснение кислорода из зоны огня

Диоксид углерода химически инертен по отношению к большинству горючих материалов. В молекуле CO2 атом углерода уже находится в высшей степени окисления плюс четыре, поэтому соединение само по себе не горит и окисление поддерживать не способно.

Второй ключевой фактор здесь — плотность. Молярная масса углекислого газа составляет 44 грамма на моль, тогда как средняя молярная масса воздуха равна 29 граммам на моль. Поскольку углекислый газ примерно в полтора раза тяжелее окружающего воздуха, при выбросе он быстро опускается к основанию пламени, растекается по поверхности и выталкивает кислород вверх, создавая вокруг очага плотную изолирующую газовую подушку.

Термодинамика и эффект Джоуля — Томсона

Внутри стального баллона углекислота хранится в жидком состоянии под давлением насыщенных паров от 5,8 до 15 мегапаскалей (около 60–150 атмосфер). Когда ты нажимаешь на пусковой рычаг, открывается клапан, и жидкость устремляется через сифонную трубку наружу.

На выходе из сопла давление мгновенно падает до атмосферного. Происходит резкое адиабатическое расширение газа, известное в физике как эффект Джоуля — Томсона. Расширяясь и переходя из жидкой фазы в газообразную, углекислота совершает внутреннюю работу против сил молекулярного сцепления, расходуя на это собственную тепловую энергию. В результате температура выброса падает до диапазона от минус 70 до минус 78 градусов Цельсия. Часть углекислоты при этом замерзает прямо в воздухе, образуя хлопья мелкодисперсного сухого льда. Эта ледяная масса моментально забирает из зоны пожара огромное количество тепла.

С какими пожарами справляется углекислота

Углекислотные огнетушители обозначаются аббревиатурой ОУ. Они узкоспециализированы и рассчитаны на ликвидацию строго определённых классов возгораний.

  • Пожары класса В — воспламенение жидких веществ, таких как бензин, растворители, мазут, лаки, спирты и плавящиеся полимеры.
  • Пожары класса С — загорание газообразных углеводородов вроде бытового газа, пропана или метана.
  • Пожары класса Е — электроустановки и оборудование под напряжением до 1000 вольт (а при наличии особых раструбов и насадок — до 10 киловольт), так как углекислый газ является диэлектриком и не проводит электрический ток.

Меры безопасности при использовании

Работа с баллоном высокого давления и экстремально низкими температурами требует соблюдения конкретных правил.

  • Не прикасайся голой рукой к металлической трубке или диффузору-раструбу огнетушителя во время распыления, иначе мгновенно получишь тяжелейшее обморожение кожи.
  • При тушении в небольших закрытых комнатах держись ближе к выходу и покидай помещение сразу после распыления, так как повышение концентрации CO2 во вдыхаемом воздухе свыше 4–5 процентов вызывает головокружение, потерю сознания и удушье.
  • Следи за накоплением статического электричества на раструбе при интенсивном истечении газа, используя предусмотренную производителем диэлектрическую рукоятку.

Частые вопросы

Почему при тушении углекислотным огнетушителем слышен сильный свист?

Внутри баллона давление составляет порядка десятков атмосфер. Жидкий газ вырывается через узкое сопло с огромной скоростью, переходит в газообразное состояние и увеличивается в объёме почти в 500 раз, создавая громкий аэродинамический шум.

Можно ли тушить углекислотой человека, если на нём горит одежда?

Использовать огнетушитель ОУ непосредственно на теле человека строго запрещено. Струя газа температурой около минус 70 градусов Цельсия мгновенно вызывает термический ожог и некроз тканей в дополнение к уже имеющимся ожогам от пламени. В таких случаях пламя сбивают плотной тканью, пальто или водой.

Почему углекислотные баллоны делают такими толстостенными и тяжёлыми?

Жидкий диоксид углерода обладает высоким коэффициентом теплового расширения. При нагревании баллона летом или вблизи батареи давление паров внутри резко растёт, поэтому корпус делают из прочной бесшовной легированной стали с толщиной стенки в несколько миллиметров, способной выдерживать давление до 20–25 мегапаскалей.

Как понять, что углекислотный огнетушитель пуст, если на нём нет манометра?

На баллонах ОУ редко ставят механические стрелочные манометры, так как давление паров над жидкостью остаётся постоянным, пока в ёмкости есть хоть немного жидкой углекислоты. Единственный способ узнать остаток заряда — взвесить баллон на весах. На металле выбита масса пустого корпуса, а разница между текущим весом и весом корпуса указывает на точную массу содержащегося CO2.