Щелочноземельные металлы чем тушить
Тушение горящих щелочных металлов
При выборе способа пожаротушения следует различать горение собственно щелочных металлов, горение водорода, выделяющегося в процессе взаимодействия металла с водой, и горение органического растворителя в присутствии щелочного металла. Наиболее опасно, когда загорается сам щелочной металл, хотя такие случаи происходят редко.
Тушение натрия, калия и сплава натрий-калий.
Наилучшие результаты при тушении этих металлов достигаются путем использования огнетушителей, снаряженных порошками ПС-1 и ПС-2. Порошок должен полностью покрыть поверхность горящего металла.
Горение прекращается также при засыпании металлов мелким сухим кварцевым песком, кальцинированной содой, мелкой поваренной солью. Поваренная соль предпочтительнее песка, поскольку при высокой температуре натрий и калий могут реагировать с диоксидом кремния.
Рекомендуемый иногда в качестве огнегасительного средства порошкообразный графит пригоден для тушения горящего натрия, но не калия. При горении калия и сплава калий-натрий образуется надпероксид калия, реагирующий с графитом со взрывом. Непригодны для подавления горения натрия и калия порошковые огнетушители, заряженные составом ПСБ на основе бикарбоната натрия и составом СИ-2, содержащим тетрафтордибромэтан.
Натрий и калий можно тушить аргоном и азотом. Аргон эффективнее, поскольку существенно тяжелее воздуха.
Диоксид углерода непригоден для тушения натрия и калия, однако углекислотным огнетушителем можно успешно потушить горящий растворитель в присутствии натрия. Обычно натрий не воспламеняется, пока не выгорит весь растворитель, так как пары растворителя защищают металл от контакта с кислородом воздуха. Иногда этот эффект удается использовать при тушении горящего металла. Если на горящий в какой-либо емкости натрий вылить небольшое количество керосина, образовавшийся в результате очаг пламени можно полностью загасить с помошью углекислотного огнетушителя.
Щелочной металл считается потушенным только после полного остывания. Несгоревшие остатки металла тщательно собирают в толстостенный фарфоровый стакан и уничтожают обычным способом.
Тушение лития.
Серьезную опасность представляет загоревшийся металлический литий. Использование обычных средств пожаротушения (вода, пена, диоксид углерода, галогенпроизводные углеводородов) либо усиливает горение, либо ведет к взрыву. При температуре выше 950 °С литий быстро разрушает стекло, кварц, бетон, огнеупоры, реагирует с песком. Литий продолжает гореть в атмосфере азота и диоксида углерода. Непригодны для тушения хлорид и карбонат натрия, поскольку при контакте с этими солями горящий литий вытесняет натрий. Нельзя применять также порошковые огнетушители, снабженные составами ПС-1 и ПС-2, хотя во многих инструкциях их ошибочно рекомендуют для тушения всех щелочных металлов.
Для тушения горящего лития разработаны специальные порошковые составы ПС-11, ПС-12 и ПС-13 на основе различных флюсов и графита с гидрофобизирующими добавками. Не следует использовать также порошкообразный графит, хлорид лития, хлорид калия. При работе с литием помимо обычных средств пожаротушения необходимо иметь наготове достаточное количество одного из перечисленных порошков.
Литий можно потушить также, вытеснив воздух из очага горения аргоном. Подавать аргон следует так, чтобы струя газа не разбрызгивала жидкий металл. После прекращения горения остатки металла следует остудить в токе аргона.
Способ тушения горячих щелочных и щелочноземельных металлов
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Подписная группа Лг0 289
В. М. Кучер, М. В. Казаков и Е. И, Федина
СПОСОБ ТУШЕНИЯ ГОРЯЩИХ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
Заявлено 13 сентября 1950 r, за ЛЪ 578858/23 в Комитет по дела я изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Опубликовано в «Бюллетене изобретений» Хю 9 за 1951 г.
Затруднения, возникающие при тушении горящих щелочных и щелочно-земельных металлов, вызываются их высокой реакционной способностью, высокой температурой (свыше 1000 ), развиваемой при горении, а также возможностью взрыва при попадании на поверхность горящего металла, даже незначительных количеств воды.
Для успешного тушения горящего металла его поверхность изолируют от доступа воздуха путем нанесения на нее веществ, способных образовывать плотную несгораемую пленку.
Такую пленку образует, например, состав, содержащий соду, стеклоэмаль и сухой альбумин. Этот состав обладает высокой огнегасительной способностью, но возможность его применения ограничена из-за высокой стоимости компонентов смеси, изготовляемых промышленным путем.
B предложенной новой композиции огнегасительного порошка, ооразующего на поверхности горящих щелочных и щелочно-земельных металлов плотную изолирующую пленку, основным пенообразующим материалом служит дешевый природный минерал перлит или перлит в смеси с кальцинированной содой.
Перлит является природным минералом, доступные запасы которого имеются во многих районах Советского Союза. Перлит хорошо дробится и размалывается, он абсолютно негигроскопичен, не склонен к слеживаник> и его насыпной вес несколько превышает единицу.
При нагревании перлита свыше 1000 он увеличивается в объеме, вспенивается и образует так называемую «твердую пену».
При нанесении порошков перлита на горящий натрий вначале возникает небольшое пламя, расплавляющее перлит. Расплавленный порошок вспенивается и покрывает горящую поверхность плотной пенистой пленкой, полностью прекращая горение.
Полученная на поверхности пленка пены толщиной 10 — 15 льи обладает большой механической прочностью и надежно предохраняет 4 138143 потушенный металл от повторного загорания. Размеры зерен порошка перлита не превышают 0,25 мм.
Для сравнения было проведено тушение горящего натрия составом на основе кальцинированной соды. Наилучшие результаты получены при использовании как чистого перлита, так и смесей перлита с
10 — 20% 1по весу) кальцинированной соды; эти порошки обладают хорошей текучестью, что позволяет использовать их в действующих аппаратах пожаротушения.
Вследствие негигроскопичности перлита отпадает необходимость в
его обработке гидрофобными составами. В случае использования смеси, состоящей из перлита и соды, последнюю необходимо обрабатывать известными гидрофобными составами.
Редактор Н. И. Мосин Texpeд А. А. Камышникова Корректор В. П. Фомина
Цена 3 Koll открытий
Формат бум. 70 108 /,с
ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и при Совете Министров СССР
Москва, Центр, М. Черкасский пер., д.
Поди. к пен, 4/V — 61 г
Типография, пр. Сапунова, 2.
Способ тушения горящих щелочных и щелочно-земельных металлов с помощью огнегасительных порошков, образующих при нанесении их на поверхности горящих металлов изолирующую плотную пленку, отл и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения механической прочности пленки, в качестве огнегасительного порошка применяют природный минерал перлит, либо смесь его с кальцинированной содой.
Пожары класса D: горят ли металлы?
Фраза «горение металлов» у многих вызывает недоумение. Люди далекие от вопросов пожарной безопасности уверены, что металлы не горят. Однако это не совсем так. Некоторые металлы способны не просто гореть, но даже самовоспламеняться.
Основные опасности, которые несут в себе разные металлы:
Как видно, гореть способны в основном измельченные металлы в виде порошка, стружки, опилок. Помимо указанных опасностей, металлы могут также стать причиной травм, ожогов и увечий людей.
Тушение пожаров класса D
Горение класса D происходит на поверхности металла при очень высокой температуре и сильным искрообразованием.
Вода как огнетушащее вещество совершенно не подходит для металлических изделий и порошков, так как многие из них вступают в реакцию с ней, вследствие чего пожар может только усилиться. Также попадание воды на горящий металл может способствовать разбрызгиванию его на людей и окружающие предметы.
Песком также нельзя тушить горящие металлы. Его применение может привести к взаимодействию этих двух материалов и усилить горение.
Для тушения металлов чаще всего используют специальные сухие порошки. Причем для каждого метала необходимо подбирать свой состав.
Горение магния и сплавов на его основе подавляется посредством сухих молотых флюсов, применяемых при их плавке. Флюсы способствуют отделению очага возгорания от воздуха с помощью образующейся жидкой пленки.
Натрий, калий и их сплав тушатся огнетушителями или установками с огнетушащими порошками ПС-1 и ПС-2. Нередко для борьбы с возгоранием этих щелочных металлом используют поваренную соль, аргон и азот.
Горящий натрий можно потушить порошкообразным графитом.
Металлический литий в случае его воспламенения потушить очень непросто. Все самые распространенные огнетушащие вещества для этого не подходят (вода, углекислота, пена и т. д.).
Для устранения возгорания металлического лития были разработаны специальные порошковые смеси ПС-11, ПС-12 и ПС-13. В их основе – различные флюсы и графит с примесями.
Возгорание лития также можно подавить путем вытеснения воздуха из очага горения при помощи аргона.
Металл считается потушенным после охлаждения всех поверхностей.
Тушение горящих металлов
Возгорание металлов происходит в редких случаях. Для этого требуется наличие сразу двух факторов: нужное физическое состояние и высокая температура. Явление воспламенения металлов характерно лишь для «нестабильных» веществ, способных выпустить энергию.
Золото, например, плавится, а при высоких температурах улетучивается. Титан, точнее, его стружка, самопроизвольно воспламеняется даже при отсутствии кислорода. По причине различия металлов пожары с их горением выделяют в отдельную категорию – класс D.
Если разобраться в вопросе, из-за чего горят металлы, становится ясно, что реакция, вызывающая огонь, химического происхождения. Допускается ли тушение металлов водой – зависит от обстоятельств горения.
Большинство строительных металлических конструкций тушат при помощи обычного водного гидранта. Но когда речь заходит о металлосодержащих соединениях, применяют порошковые составы со специальной маркировкой «D».
Опасность воспламенения металлов
На предприятиях по переработке металлов и их соединений не понаслышке знают о взрывоопасности этих соединений. Персонал учитывает особенности окисления, воспламенения, горения веществ, а также применяет «правильные» огнетушители при пожаре.
Причин, по которым нагретый металл становится опасным, несколько.
Пожары класса D подразделяются на несколько подгрупп. В первую относят горение легких и условно тяжелых металлов (D1). Это самая взрывоопасная категория соединений. Находясь в состоянии стружки или порошка, они легко самовоспламеняются. Если металл оформлен в лист (профиль) или слиток, то пожары возникают только в результате несоблюдения нужного теплообмена. То есть физическое трение не может привести к возгоранию.
Вторая категория (D2) – горение щелочных металлов, которые характеризуются в большей массе как способные к самовоспламенению. На своей поверхности они имеют неокисленную пленку. Чтобы добиться протекания реакции, этот слой должен истончиться до минимума.
Третья категория (D3) – горение металлосодержащих веществ, например, органические соединения или гидриды, связывающиеся с металлами. Образуют обширный класс материалов, различающихся как по природе горения (тление, активное пламя), так и по способности взрываться. Некоторые пожары сопровождаются выделением взрывного водорода, другие же – наполняют помещение пылевой взвесью, реакция ее предсказуема.
На заметку. Для тушения пожаров класса D выбирают ОПСН «D 1, 2, 3» (огнетушители порошковые специального назначения класса D). В качестве основного их свойства называют способность поглощать тепло без вступления в реакцию с металлом. Вещество создает на поверхности очага пожара слой, полностью покрывающий металл. Плотность и толщина реагентного состава регулируется с учетом рекомендованного расхода на 1 кв. м. в кг.
Особенности тушения пожаров класса D
Воспламенения с горением металлов происходят при высоких температурах и с выраженным искрообразованием. Чтобы потушить огонь, необходимо сбить температуру по всему периметру металла (стружки, порошка, опилок), а не только с поверхности.
Гашение пламени водой или песком почти всегда усугубляет ситуацию, так как вещества вступают в реакцию – происходит либо ошпаривание расположенных вблизи поверхностей, либо разрастание пламени.
Некоторые металлы огнетушащие средства не в состоянии погасить, так как порошки, в отличие от воды, не охлаждают поверхности. Процесс пожаротушения занимает много времени – пожарные удерживают горение до тех пор, пока температура не опустится ниже температуры самовоспламенения металла.
По результатам исследования пирофорности веществ этот недостаток ставит под сомнение эффективность некоторых порошковых составов и огнетушителей. К тому же тушение по современным меркам производят в помещениях объемом всего 300–600 куб. м. ввиду технических возможностей пожарных автомобилей. Высота струи – 10–25 м, под углом – не более 40–60 м, что также ограничивает подведение порошка к очагу.
Огнетушащие порошковые составы
На вопрос, какими огнетушащими порошковыми составами (ОПС) можно потушить горящие металлы, специалисты отвечают: порошком спецназначения типа D, за неимением используют универсальные (условно). Согласно ППБ, в частности, ГОСТ Р 53280.5 и НПБ174-98, металлы и их сплавы тушат ОПС с определенным набором характеристик – влажностью, плотностью, огнетушащей способностью, текучестью.
Состав порошка (реагент) подбирается производителем самостоятельно: это хлорид калия, окись магния, графит, фосфорно-калийные соли, карбонаты, сульфаты, силикагель. При этом ОПС обозначаются маркировкой «D», что говорит о невозможности использовать состав при тушении высоковольтных установок свыше 1000 В.
Реагенты подбираются с учетом рекомендаций по конкретному горючему металлу и общему своду правил для огнетушителей. Например, чтобы определить, какой порошок подействует на литий, требуется определить, к какой группе этот металл будет относиться – d1, d2 или d3. Так как литий – щелочное соединение, ОПС должен быть промаркирован отметкой «D2». В эксплуатационных документах к составу обычно указывается весь спектр применения.
Кстати. Плотность ОПС по сравнению с плотностью взрывоопасных (измельченных) металлов выше, благодаря чему он тонет в сплаве, увеличивается общая поверхность «очага». В результате расход огнетушащего вещества увеличивается в кратном размере. Подсчитано, что при разрастании площади металла (толщины) на 6 см потребуется в 5 раз больше порошка, чем за первый подход. Поэтому часто металлы предлагают не тушить. Если пространство ограничено (защищено), соединения со временем выгорают самостоятельно.
Использование воды допускается при внешнем источнике зажигания металла, например, когда горит железная конструкция в результате разлива ГСМ. Для предупреждения распространения пожара водонапорная струя – лучшее решение. Однако, данный метод подходит лишь для тяжелых и благородных металлов, удаленных на достаточное расстояние от человека.
Меры безопасности при пожаротушении
Порошковые составы допускаются для эксплуатации в любых помещениях: производственных, складских, лабораторных. Вещества невредны для здоровья, но имеют целый ряд недостатков, ограничивающих их применение. Поэтому важно знать, как правильно пользоваться порошковыми средствами защиты.
Меры безопасности приводятся в таблице.
Внимание. В помещениях до 40 кв. м порошковые огнетушители использовать не рекомендуется. Вещества образуют густую завесу (белую), усложняющую эвакуацию. Состав повреждает микродетали, выводит из строя аппаратуру, забивает поверхности минеральной пылью. После тушения человек должен показаться врачу.
Самостоятельно с горением не справляются. На подмогу вызывают пожарных, которые владеют техникой и приемами пожаротушения.
Особенности горения и тушения металлов и гидридов металлов
Производства, связанные с получением и переработкой металлов, их сплавов, гидридов металлов и металлоорганических соединений характеризуются повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью. При выборе безопасных условий проведения технологических процессов, в которых обращаются указанные выше вещества и материалы, необходимо учитывать особенности их воспламенения, горения и тушения.
Результаты и обсуждение
Горение металлов, их сплавов, металлосодержащих веществ, в т.ч. металлоорганических веществ согласно ГОСТ 27331-87 подразделяются на 3 класса:
Каждый из перечисленных металлов и их гидридов в обычном состоянии представляет собой твердое вещество, кроме металлоорганических соединений (МОС), представляющих собой жидкости.
Из особенностей металлов, которые имеют прямое отношение к их пожаро-, взрывоопасности и горению необходимо отметить следующие:
Способностью самовоспламеняться обладают щелочные металлы, стружка, металлические порошки, имеющие неокисленную активную поверхность, гидриды металлов, МОС (классы пожаров Д2, Д3).
Наиболее пожаро-, взрывоопасными металлами, горение которых происходит по классу Д1, являются легкие металлы в виде продуктов их переработки: порошков разной дисперсности, стружки. Металлы в виде изделий различной конфигурации (листы, профили и т.п.) поджечь практически невозможно, если обеспечиваются условия преобладания теплоотвода над теплоприходом.
Гидриды металлов занимают промежуточное положение между металлами и органическими соединениями. Связано это с тем, что при их разложении выделяется водород, что можно рассматривать как аналогию процесса выделения горючих газов при пиролизе органических материалов, сгорающих в газовой фазе [1].
При этом гидриды металлов значительно различаются между собой по своим физико-химическим свойствам, по механизму горения и воспламенения. Так, гидриды титана, ниобия, тантала и т. д. являются по существу растворами водорода в металле и имеют переменный состав с металлическим типом связи. Они горят в основном в тлеющем режиме, пламенное горение водорода практически отсутствует.
В то же время литий-алюминий гидрид (ЛАГ), гидриды алюминия (ГА) и лития (ГЛ) – ярко выраженные индивидуальные соединения с ионной (для ГЛ – частично ковалентной) связью, характеризующиеся наличием режимов пламенного и гетерогенного горения [2].
ГА и гидриды щелочных металлов проявляют пирофорные свойства, активно взаимодействуют с влагой воздуха, при небольшом нагреве активно выделяют водород и вследствие этого в состоянии аэровзвеси образуют гибридные взрывоопасные смеси с воздухом.
При повышенных температурах и при горении возможно взаимодействие азота с наиболее активными гидридами, например, ГА.
Небольшое разбавление азота воздухом может привести к очень «жесткому» взрыву аэровзвеси ГА, поэтому не для всех гидридов металлов можно использовать азот в качестве защитной атмосферы. Иногда для этого приходится использовать аргон.
Таким образом, характер горения металлов и металлосодержащих веществ исключает применение воды, водопенных средств тушения и ряда газовых огнетушащих составов, т. к. при контакте этих средств с горящими металлами происходит их взаимодействие, приводящее к разгоранию.
В России и мировой практике для тушения пожаров классов Д1, Д2, Д3 применяются огнетушащие порошковые составы специального назначения (ОПСН). При создании рецептуры таких составов учитываются следующие факторы:
В настоящее время наиболее распространены для тушения пожаров классов Д1, Д2, Д3 ОПСН на основе хлоридов щелочных металлов (KCl – Россия и NaCl – Европа, США). В качестве огнетушащих составов для металлов существует ряд жидкостных составов (например, на основе борных эфиров), но они не нашли широкого применения в практике пожаротушения.
Основным принципом достижения положительного результата при тушении металлосодержащих веществ (по классам Д1, Д2, Д3) является создание с помощью ОПСН защитного полного покрытия очага горения, препятствующего доступу кислорода воздуха в зону горения. Такое покрытие должно быть достаточно плотным, иметь необходимую толщину слоя порошка по всей поверхности очага горения, что достигается при определенном удельном расходе порошка (кг/м 2 ).
Тушение металлов и металлосодержащих веществ имеет ряд особенностей, присущих каждой группе веществ по классам Д1, Д2, Д3 в т.ч.:
0,7-0,8 г/см 3 ), что обеспечивается введением в состав порошка негорючей добавки с низкой плотностью (перлит, вермикулит), что также способствует адсорбции МОС и улучшает надежность тушения.
При тушении натрия [3] возникает так называемый «капиллярный» или фитильный эффект горения за счет роста оксидных образований, прорастающих через слой порошка, по которым жидкий натрий проникает и горит в виде фитиля. Для предотвращения роста оксидов обычно используют специальные добавки.
Тушение металлов и металлосодержащих соединений ОПСН коренным образом отличается от тушения, например, углеводородных ЛВЖ, ГЖ (классы пожаров A, B, C) порошками общего назначения. В случае тушения пожаров класса Д (Д1, Д2, Д3) основная задача при подаче ОПСН заключается в создании на поверхности очага горения слоя порошкового покрытия, желательно равной высоты, что достигается путем использования так называемых успокоителей, присоединяемых к подающему устройству (на выходе подающего ствола) огнетушителей, порошковых автомобилей. Использование насадки-успокоителя при подаче ОПСН необходимо при тушении порошков металлов и их гидридов, при этом практически предотвращается образование аэровзвеси огнетушащего порошка. Для тушения пожаров классов A, B, C применяется распылительное устройство типа «пистолет», при этом создается порошковое облако над очагом горения, которое способствует достижению тушения.
ОПСН можно применять для тушения радиоактивных металлов. При использовании, например, огнетушащего состава на основе хлорида калия, значительно снижается выделение радиоактивных аэрозолей.
Однако использование порошкового пожаротушения тоже имеет свои недостатки: