Кейсы

Как борются с огнем, когда пожарные бессильны: водяной автомат, ядерные бомбы, труба для взрывов и колонка для звуковых волн

Далее

Советский Союз стал первой страной, использовавшей атомный взрыв для тушения пожара — когда три года на территории современного Казахстана полыхал газовый факел. Уже в XXI веке австралийский изобретатель Грэм Дойг предложил тушить огонь с помощью взрывной волны. Концепт его устройства предполагает ликвидацию огня, например, верхового лесного пожара, с помощью взрыва в огромной металлической трубе. В качестве более мобильного варианта такой пушки американские студенты предложили использовать звуковые волны. «Хайтек» рассказывает об альтернативных методах тушения пожаров и о том, где их можно применять.

Тушение бытового пожара: сквозь замочную скважину

Пожар –– процесс неконтролируемого горения, температура огня в котором достигает 800–900 °С, если это происходит внутри зданий. Во время пожара в комнате категорически нельзя находиться: материалы отделки начинают плавиться, в помещении становится нечем дышать из-за угарного газа и испаряющихся химических элементов.

Бытовой пожар можно попытаться потушить самостоятельно, лишив его сначала топлива –– газа или электричества, а затем и кислорода. Маленький очаг заваливают, например, тканью, а с более крупным справляются огнетушители со специальным составом. Стоит помнить о том, что водой заливают твердое топливо –– дерево, листья, уголь. Если горят маслянистые легковоспламеняющиеся субстанции, использовать нужно огнетушитель.


В состав порошка для огнетушителя входят фосфорно-калийные соли, щелочные металлы и их хлориды, насыщенный хладоном силикагель. После использования порошкового огнетушителя использовать горевший предмет не получится. Более дорогая альтернатива –– углекислотные ОУ, газ из которых испаряется после распыления.

Все огнетушители, в том числе и водные, имеют один недостаток –– трудность утилизации. Это взрывопожароопасный лом, который требует очистки и разбора на части. Обычные потребители часто не знают об этих сложностях.


В безветренных условиях пожарные используют распыление воды или непрямую струю, которую направляют на потолок. Прямая струя бьет прямо в очаг пожара, «удушая» пламя. Через два шланга пожар можно тушить и обычной струей, и распыленной –– этот метод популярен в условиях быстрого распространения огня.

У пожарных обычно есть одна или две точки, из которых они подают воду. При этом большая площадь дверного или оконного проема становится скорее минусом, чем плюсом –– тушение происходит на небольшом участке, в который прямо направляется струя. Пожар зависит от интенсивности пламени, но ликвидировать его мгновенно не получится в любом случае.

Меньше и быстрее: «водяные автоматы»

Парадоксальное решение: для тушения пожара нужно всего одно отверстие диаметром в несколько миллиметров. Технология «водяного автомата» была разработана компанией PyroLance в 2006 году. Сначала технология использовалась ВМС и ВМФ США, а после военного теста стала применяться гражданскими пожарными. Стоимость установки колеблется от $15 тыс. до $80 тыс.


Принцип работы «водяного автомата» основывается на гидроабразивной резке. Это технология разрезания материалов с помощью водной струи, выпускаемой под большим давлением в 4 тыс. ат. На твердую поверхность –– бетон, сталь или пуленепробиваемое стекло — направляют смесь воды и гранитной крошки, которая пробивает небольшое отверстие.


Разработке придумали пафосный слоган: «Вода огненной мощности», и это отчасти имеет право на жизнь. Струя из капель размером 1/64 от обычной под высоким давлением в 4 тыс. ат направляется на стену и проделывает в ней небольшую трехмиллиметровую «скважину», через которую вода разбрызгивается по помещению. Дополнительно «сжатая» вода набирает скорость примерно в три-четыре раза выше скорости звука. Результаты впечатляют –– с пожаром в 700 °C устройство справляется за минуту.

Площадь разбрызгивающей поверхности растет в 16–20 раз: обычная пожарная струя расходует около 90% воды впустую, попадая в зону уже потушенного пожара. «Водяной автомат» стреляет струей так, что 90% воды поглощают тепловую энергию, а оставшиеся 10% переходят в пар. Такой переход из одного состояния в другое действует как дополнительный фактор охлаждения, потому теплоемкость водяного пара достигает 56 530 Дж/кг·°C, в то время как подобный показатель воды равен 4 220 Дж/кг·°C.

«Водяной автомат» можно применять как для тушения бытовых пожаров, так и в случаях более серьезных возгораний, когда прямо подобраться к очагу нельзя. Большой плюс этой технологии –– ее безопасность. Пожарным не нужно заходить в горящее помещение для установки оборудования, и потому риск для жизни серьезно снижается.

Кроме того, «воздушные автоматы» не распыляют химические элементы, которые могут постепенно отравлять человека, использующего комнату в дальнейшем. Прицельность применения этой разработки не наносит вреда и окружающей среде. Зато следующий метод альтернативного тушения огня сильно влияет на экологическую обстановку той среды, где применяется.

Как задуть пожар: бомбы и волны

Хотя пожары разнятся и по интенсивности, и по масштабу, принцип их появления одинаков: триада «тепло — топливо — кислород». По такому же принципу появляются промышленные пожары, ликвидировать которые сложнее и опаснее. Самый эффективный способ избавиться от бушующего огня –– перекрыть поступление топлива. Вопрос в том, как это сделать.

В век «мирного атома» его применение было повсеместным и касалось, в том числе, промышленности. Использовать ядерные заряды в мирных целях начали в 1965 году, на Семипалатинском полигоне. Одним из первых испытаний стала попытка создания пригодного для жизни озера. В скважине на глубине 178 м был заложен заряд мощностью 170 кт. В результате взрыва на карте появилось 400-метровое озеро Чаган, практически непригодное для жизни живых организмов –– 90% позднее подселенных в воду организмов погибло, а выжившие мутировали. Стало ясно, что создавать жизнь с помощью атома нельзя. Зато можно спасать.

Озеро Чаган

Один из самых знаменитых пожаров, потушенных взрывом, начался 1 декабря 1963 года на газовой скважине Урта-Булак на территории нынешнего Узбекистана. Из-за аномального подземного давления в 300 ат буровая установка вошла в породу слишком резко: вышка опрокинулась, а газ поднялся над землей и воспламенился. Пожар продолжался 1074 дня, и каждый день в Урта-Булаке сгорало 12 млн куб. м газа –– этого достаточно для обеспечения города-миллионера. Газовый факел даже пытались сбить с помощью баллистического оружия, но попытки оказались провальными.

Наконец, осенью 1966 года, после испытаний технологий бурения дополнительной штольни, рядом со скважиной был размещен ядерный заряд. Взрыв мощностью 30 кт сместил пласты породы, которые перекрыли выход газа, остановив горение. 22 секунды после взрыва –– столько времени потребовалось на прекращение пожара, длившегося три года.


Самые долгие пожары, из-за которых людям приходилось покидать города, начинались не на земле, а под ней. Недры города Сентрейлия в штате Пенсильвания горят 57 лет: подземное возгорание началось из-за халатности пожарных. Еще дольше пылает Горящая гора, каменное ущелье в Зульцбахе: место стало достопримечательностью из-за 331-летнего пожара. Это не единственный горный огонь: на территории Канады находятся Дымящиеся холмы, пожар в которых обнаружили в 1826 году. Сколько на самом деле длится горение, не знает никто.


Ядерные взрывы не проходят бесследно. Если скважина на Урта-Булаке была сразу запечатана для того, чтобы остановить распространение радиации, то повторные попытки применения зарядов в нефтегазовой промышленности оказались причиной губительного радиоактивного загрязнения.

Летом 1972 года, чтобы перекрыть газовый столб на месторождении в Харьковской области, нефтегазовщики использовали заряд с мощностью 3,8 кт. Он выпустил из-под земли фонтан газа, создал ядерный «гриб» и стал причиной радиационного загрязнения окружающей среды. Непотушенный газовый факел был ликвидирован закапыванием скважины. Жители ближайших сел Крестище и Першотравневое, впоследствии обратившиеся за медицинской помощью, не были признаны пострадавшими непосредственно от взрыва.

Механизм подземного взрыва основан на принципе смещения пластов породы. Мощный заряд «встряхивает» и обрушивает соседние слои земли, изменяя ее микроструктуру. Новые каналы оказываются открыты, а старые, которые требовалось «перекрыть» –– запечатаны. Взрыв утрамбовывает почву, делая ее непроницаемой как с глубины, так и с поверхности.

Неважно, как люди используют ядерные заряды. Важно, что они продолжают быть ядерными. Это значит, что взрыв, происходящий из-за атомного деления и синтеза, чреват радиационным загрязнением среды. Несмотря на то, что этот метод может помочь в тушении подземных пожаров, его цена слишком велика.

Более безопасный метод тушения пожаров с помощью взрывов был изобретен австралийским ученым Грэмом Дойгом из Университета Нового Южного Уэльса. Его разработка –– четырехметровая стальная труба, в которой производится подрыв снаряда. Концентрированная ударная волна выдавливается из трубы в направлении открытого огня.

Пламя гаснет не из-за самого воздуха, но потому, что оказывается оторванным от источника топлива. В демонстрационном эксперименте Дойга им была пропановая горелка. Ученый объясняет: «Как только пламя лишается топлива, оно перестает пылать».


Скорость распространения верхового лесного пожара начинаются от 4 500 м/час. Если технологию получится освоить, то огонь будут сдувать с верхушек горящих деревьев, а затем тушить нижние слои леса.


Пока технология Дойга не выглядит, как нечто способное тушить лесные пожары: труба позволяет сдуть небольшое пламя, в то время как в лесу может гореть больше 100 кв. м. К тому же, вертолеты не способны поднимать большие объемы топлива для взрыва на высоте. Эти факторы стимулируют продолжать исследования в области воздействия волн на пожар.

Австралийская «взрывная» пушка –– не единственная противопожарная установка, использующая силу волн для погашения огня. Два американских студента из Университета Вирджинии, Вьет Трэн и Сэт Робертсон, разработали специальную ручную колонку, позволяющую тушить пламя. На огонь воздействуют низкими частотами от 30 до 60 Гц. Звуковые волны перемещают кислород, а специфическая частота звука отделяет молекулы пламени от среды.

Акустические волны ускоряют скорость испарения топлива, снижая температуру огня. Кроме того, волны смещают необходимый для горения кислород, уменьшая его концентрацию вокруг пламени. Хотя огонь может разгореться с новой силой после выключения колонки, звук приостанавливает процесс горения. В отличие от классических огнетушителей, эта технология действует прицельно и не расходует лишние ресурсы.

Сегодня технологии позволяют сделать классические устройства для тушения огня компактнее и эффективнее, но все они работают по одному принципу химического или водного распыления. Радикально-альтернативные методы тушения пламени узкоспециализированы. Одни, как экологичные волновые устройства, пока находятся на стадии проектной разработки. Другие, как ядерные взрывы, слишком опасны для человека и окружающей среды. Тушение пожаров –– та область, которой постоянно нужны новые и более эффективные методы.

Загрузка...