Классификация газов

Газовое пожаротушение начинается не с оборудования, а с вещества. Модуль, коллектор, труба и насадок подбираются под газ, а не наоборот. От того, хранится газ сжатым или сжиженным, зависят рабочее давление, число баллонов, диаметр трубопровода, время подачи и то, допустимо ли ставить такую установку в помещении, где работают люди.

Поэтому классификация огнетушащих газов — не справочная таблица в конце книги, а первое инженерное решение проекта. Ошибка здесь не исправляется на монтаже: она исправляется переделкой проекта и повторной закупкой модулей.

Глава отвечает на три вопроса. По каким признакам огнетушащие газы делятся на группы. Какие составы разрешено применять в России и по какому документу. Что означает цифра концентрации, которую проектировщик переписывает из норматива в расчёт.

21.1 Как газ тушит пожар

Первый признак деления — механизм действия. Их два.

Разбавление окислителя. Газ вытесняет часть воздуха, доля кислорода в помещении падает, и горение прекращается, потому что окислителя не хватает. Так работают азот, аргон и смеси на их основе. Само огнетушащее вещество в реакции не участвует — оно только занимает объём.

Химическое торможение реакции горения. Молекула распадается в пламени и связывает активные частицы, которые поддерживают цепную реакцию. Так работают галогенсодержащие углеводороды — хладоны — и фторкетон. Здесь важна не столько доля вытесненного воздуха, сколько химия самой молекулы.

Двуокись углерода стоит между этими группами: она разбавляет окислитель и одновременно отбирает тепло при испарении.

Разница механизмов видна по цифрам. Чтобы потушить пожар инертным газом, его нужно ввести в объём помещения на треть и более. Хладону хватает семи–десяти процентов объёма, фторкетону — четырёх с небольшим. Отсюда и разница в числе баллонов, и разница в стоимости станции пожаротушения, и разница в том, что происходит с человеком, оставшимся в помещении.

21.2 Сжатый газ и сжиженный газ

Второй признак деления — агрегатное состояние в сосуде. Он определяет почти всю газовую часть установки. Термины «сжиженный газ» и «сжатый газ» применительно к огнетушащим веществам заданы ГОСТ Р 53281-2009, на который ссылается приложение Д СП 485.1311500.2020.

Сжатые газы в сосуде остаются газом. Это азот, аргон и их смеси. Чтобы разместить расчётную массу, нужен большой объём и высокое давление, поэтому батарея из шести-двенадцати баллонов на одно направление здесь обычное дело, а не признак крупного объекта.

Сжиженные газы в сосуде находятся в жидкой фазе и испаряются при выпуске. Это двуокись углерода, хладоны, фторкетон и шестифтористая сера. Плотность жидкости в десятки раз выше плотности газа, поэтому та же защищаемая площадь закрывается одним-двумя модулями.

Из этого различия следуют три вещи, которые проектировщик встречает дальше по проекту.

Первое — газ-вытеснитель. Сжиженное вещество само по себе не создаёт давления, достаточного для подачи по трубопроводу, поэтому модуль наддувают. По п. 9.3.2 СП 485.1311500.2020 в качестве газа-вытеснителя для сжиженных веществ, кроме двуокиси углерода и хладона 23, следует применять азот по ГОСТ 9293-74. Воздух допускается только с разрешения изготовителя вещества и при точке росы не выше минус 40 °C.

Второе — время подачи. По п. 9.7.4 СП 485.1311500.2020 установка должна подать не менее 95 % расчётной массы за 10 с для модульных установок на сжиженных газах, за 15 с — для централизованных на сжиженных газах и за 60 с — для установок на двуокиси углерода и на сжатых газах. Номинальное значение определяется при температуре сосуда 20 °C. Шестикратная разница по времени — это шестикратная разница в диаметрах труб и в требованиях к креплению трубопровода.

Изменение № 2 к своду правил добавило к п. 9.7.4 примечание: временной интервал разрешено увеличить до 120 с для модульных и централизованных установок на сжатых газах, если пожар тушится в помещении с параметром негерметичности не более 0,001 м⁻¹ и с пожарной нагрузкой подкласса A1 по ГОСТ 27331-87. Послабление касается только сжатых газов и только герметичных помещений с твёрдой горючей нагрузкой — архивов, хранилищ, библиотек.

Третье — избыточное давление в защищаемом помещении. Методика расчёта проёма для сброса дана в приложении Ж СП 485.1311500.2020. Для сжиженных газов коэффициент k3 в этой методике равен 1, для азота — 2,4, для аргона — 2,66. То есть при одинаковом объёме помещения сжатый газ нагружает ограждающие конструкции заметно сильнее.

21.3 Составы, разрешённые к применению

Перечень огнетушащих газов, для которых в России заданы исходные данные для расчёта, приведён в приложении Г СП 485.1311500.2020, таблицы Г.1–Г.13 и Г.15. Состава, которого в этом перечне нет, в проекте по общим нормам не будет: для него нет ни нормативной концентрации, ни плотности паров, ни методики.

В таблице ниже сведены значения из приложения Г для одного и того же горючего материала — нормального эталонного гептана по ГОСТ 25828-83. Гептан выбран не случайно: по примечанию к таблице Г.15 нормативную концентрацию для тушения пожара подкласса A2 по ГОСТ 27331-87 следует принимать равной концентрации для гептана.

Во втором столбце — нормативная огнетушащая концентрация по гептану в объёмных процентах, в третьем — плотность паров при давлении 101,3 кПа и температуре 20 °C. Оба значения даны по приложению Г СП 485.1311500.2020 в редакции с изменением № 2.

До изменения № 2 величина называлась в приложении Г нормативной объёмной огнетушащей концентрацией. Изменение убрало слово «объёмная» из наименования раздела, из наименований таблиц Г.1—Г.15 и из первой строки правого столбца каждой из них. В примечаниях 1 и 4 к приложению Д прежний термин остался, поэтому в одном своде правил встречаются оба написания. Величина при этом не изменилась: это по-прежнему объёмная доля в процентах.

Хладона 13J1 (CF₃J) в таблице больше нет, и это не опечатка. Изменение № 2 исключило его из таблицы 9.1 свода правил и отменило пункт Г.14 приложения Г вместе с таблицей нормативной концентрации. Вещества нет ни в перечне применяемых огнетушащих газов, ни в исходных данных для расчёта, поэтому нового проекта на нём по общим нормам не сделать. До 09.07.2026 для него действовала нормативная концентрация 4,6 % (об.) при плотности паров 8,16 кг/м³.

Три замечания к таблице, без которых ей нельзя пользоваться.

Состав «Инерген» по таблице Г.10 — это смесь азота 52 % (об.), аргона 40 % (об.) и двуокиси углерода 8 % (об.). Состав «Аргонит» по таблице Г.15 — азот 50 % (об.) и аргон 50 % (об.). Проценты здесь объёмные, а не массовые, и это разные числа.

Для фторкетона пункт Г.12 изменением № 2 изложен заново. Прежняя формулировка называла величину минимальной нормативной объёмной огнетушащей концентрацией и оговаривала, что при 20 °C и давлении 760 мм рт. ст. фторкетон — жидкость, а фактическая концентрация зависит от оборудования, обеспечивающего распыл и испарение. Теперь пункт назван как остальные, оговорки в нём нет, а значение по гептану поднято с 4,2 до 5,4 % (об.). Плотность паров осталась 13,6 кг/м³. Проект, посчитанный по 4,2 %, даёт массу газа примерно на четверть меньше требуемой.

Плотность в третьем столбце — это плотность паров при нормальных условиях, а не плотность вещества в модуле. Для расчёта массы по приложению Д СП 485.1311500.2020 берётся плотность с поправкой на минимальную температуру помещения и на высоту объекта над уровнем моря.

21.4 Минимальная огнетушащая и нормативная концентрация

Голая цифра «8 %» в проекте не значит ничего, пока не сказано, какая это концентрация и по какому горючему материалу она получена. Величин две, и путать их нельзя.

Минимальная огнетушащая концентрация — экспериментальная величина. Её определяют экспериментально на конкретном горючем материале по методике ГОСТ Р 53280.3-2009 «Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 3. Газовые огнетушащие вещества. Методы испытаний», названного в приложении Д СП 485.1311500.2020: гептане, этаноле, ацетоне, толуоле, бензине, машинном или трансформаторном масле. Это порог, ниже которого пламя не гаснет в лабораторных условиях. В нормативных документах она сокращается до трёх букв (МОК).

Нормативная огнетушащая концентрация — расчётная величина, которая идёт в проект. По примечанию 1 к приложению Д СП 485.1311500.2020 она вычисляется как произведение минимальной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности, равный 1,2 для всех огнетушащих газов, кроме двуокиси углерода; для двуокиси углерода коэффициент равен 1,7.

Там же сказано главное для практики: значения из таблиц приложения Г — уже нормативные, и повторно умножать их на коэффициент безопасности не следует. Это частая ошибка в расчётах: коэффициент применяют дважды, масса вырастает почти на четверть, а вместе с ней вырастают число модулей, площадь станции и смета.

Ещё одно уточнение — из примечания 3, которое изменение № 2 изложило заново. Если горючее вещество жидкое, в приложении Г его нет и по определению ГОСТ 12.1.044-2018 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» оно не относится к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), разрешено принять концентрацию как для гептана и не проводить эксперимент. Прежняя редакция примечания отсылала к ГОСТ 12.1.004-91 и говорила о жидкостях, которые относятся к горючим (ГЖ). Круг веществ и стандарт, по которому его определяют, изменились оба: проверять теперь надо не принадлежность к горючим жидкостям, а отсутствие принадлежности к легковоспламеняющимся.

Все проценты в приложении Г — объёмные. Массовые проценты в газовом пожаротушении встречаются только при описании состава смесей у отдельных производителей, и там это оговаривается отдельно. Массовая величина в разделе о газовом тушении встречается один раз — это нормативная массовая концентрация при локальном тушении по объёму двуокисью углерода, 6 кг/м³ по п. 9.15.4 СП 485.1311500.2020.

21.5 Чего газом не тушат

Ограничения заданы п. 9.1.1 СП 485.1311500.2020. Установки газового пожаротушения применяются для ликвидации пожаров классов A и B по ГОСТ 27331-87 и класса E по Федеральному закону №123-ФЗ — с учётом п. 5.11 свода правил, введённого изменением № 2 (см. главу 25: установки применяются только для защиты помещений без постоянного пребывания людей). При этом их не применяют для тушения:

• волокнистых, сыпучих, пористых и других горючих материалов, склонных к самовозгоранию и тлению внутри объёма вещества — древесных опилок, хлопка, травяной муки;
• химических веществ и их смесей, а также полимерных материалов, склонных к тлению и горению без доступа воздуха;
• гидридов металлов и пирофорных веществ;
• порошков металлов — натрия, калия, магния, титана.

Логика запрета одна: газ работает в объёме и по поверхности, а внутрь тлеющей массы он не проникает. Потушив видимое пламя, установка оставит очаг, который разгорится снова после проветривания.

Отдельно стоит запрет из п. 9.1.2 СП 485.1311500.2020, относящийся только к двуокиси углерода. Объёмное углекислотное пожаротушение запрещено применять в помещениях, которые не могут быть покинуты людьми до начала работы установки, и в помещениях с пребыванием более 50 человек. Причина прямая: в огнетушащей концентрации двуокись углерода смертельна для человека. Подробно об этом — в главе 24.

21.6 Что классификация меняет в проекте

Группа газа определяет четыре параметра, которые дальше тянутся через весь проект.

Герметичность помещения. По п. 9.1.3 СП 485.1311500.2020 установки объёмного тушения применяются в помещениях с параметром негерметичности не выше значений таблицы Г.16. Для азотного пожаротушения требование жёстче — не более 0,001 м⁻¹, и оно вынесено в отдельную строку. Тот же порог 0,001 м⁻¹ по п. Д.3 приложения Д действует при тушении пожаров подкласса A1. Если помещение разделено на зоны фальшполом или подвесным потолком, параметр негерметичности считается для каждой зоны.

Число сосудов и площадь станции. Сжатый газ требует батарей, сжиженный — единичных модулей. По п. 9.6.5 СП 485.1311500.2020 наполнение модуля должно составлять не менее 44 % от максимального, указанного в документации изготовителя, то есть недогруженный модуль нормой не считается.

Резерв и запас. По п. 9.6.2 централизованная установка кроме расчётного количества должна иметь стопроцентный резерв огнетушащего вещества. По п. 9.6.3 модульная установка должна иметь стопроцентный запас, который хранится в модулях, аналогичных рабочим, и подготовленных к монтажу. Для инертных газов это удваивает и без того большую батарею — фактор, который на стадии выбора газа обычно забывают.

Сброс избыточного давления. Проём для сброса рассчитывается по приложению Ж СП 485.1311500.2020, и для сжатых газов расчётное давление выше. Помещение с лёгкими перегородками под инертный газ приходится либо усиливать, либо оснащать сбросным клапаном большей площади.

Дальше эти четыре параметра разбираются подробно: инертные газы — в главе 22, химические агенты — в главе 23, двуокись углерода — в главе 24, воздействие на человека — в главе 25.