مواد خاموش‌ کننده‌ حریق: با چه خاموش کننده‌هایی حریق را مهار می‌کنند؟ – بخش دوم

در بخش قبلی با عنوان معرفی مواد خاموش‌کننده‌ی اعلام حریق، اشاره کردیم که برای خاموش‌کردن حریق از مواد مختلفی استفاده می‌شود که این مواد به 4 دسته تقسیم می‌شوند. مواد خاموش‌کننده شامل مواد سردکننده، مواد خفه‌کننده، مواد رقیق‌کننده‌ی هوا و مواد محدودکننده‌ی واکنش‌های زنجیره‌ای شیمیایی می‌شود. در بخش قبلی به معرفی آب و مزایا و معایب آن، کف آتش‌نشانی و انواع آن (کف شیمیایی و کف مکانیکی) و گاز CO₂ پرداختیم. در این مطلب به معرفی سایر مواد خاموش‌کننده حریق می‌پردازیم.

مواد خاموش‌کننده حریق – پودرهای خاموش‌کننده

یکی از راه‌های ساده و متداول برای خاموش‌کردن حریق، خفه‌کردن آن است. این پودرهای خاموش‌کننده معمولا پودر برخی از مواد شیمیایی مانند بی‌کربنات سدیم، بی‌کربنات پتاسیم با پایه‌ی اوره، کلرید سدیم یا فسفات منوآمونیوم تکمیل شده به وسیله‌ی فرآیندهای ویژه هستند. از این مواد برای ایجاد مقاومت نسبت به سفت شدن و فشرده شدن و جذب رطوبت و سیالیت استفاده می‌شود که عاملی برای اطفاء آتش از طریق کاهش غلظت اکسیژن یا بخار سوخت در هوا و ایجاد حائل برای دسترسی مواد سوختنی به هوا هستند.

از ترکیبات پودری می‌توان برای خاموش کردن انواع حریق نوع A، B و C استفاده کرد و در استفاده‌های عمومی معمولا از این ترکیب مواد خاموش‌کننده حریق استفاده می‌شود. به این ترکیبات پودر شیمیایی یا Chemical Powder گفته می‌شود و با پودر خشک یا Dry Powder متفاوت است. از پودر شیمیایی برای اطفاء حریق دسته‌ی A استفاده می‌شود اما از آنجایی که این پودرها اثر سردکنندگی کمی دارند و با ریختن روی مواد، کالاها و تجهیزات از خود اثر به جا می‌گذارند اغلب به دلایل اقتصادی استفاده از آنها توصیه نمی‌شود؛ مگر اینکه استفاده از آب محدودیت داشته باشد. بعلاوه برای حریق دسته‌ی A، اگر آتش در عمق مواد سوختنی نفوذ کرده باشد کارآیی پودر بسیار کم خواهد بود. ترکیبات بسیار ریزی که با نام تجاری آئروسل پودری معروف به DSPA نیز در این دسته قرار می‌گیرد.

شیوه‌ی عملکرد پودرهای خاموش‌کننده

پودرهای شیمیایی روی حریق پاشیده می‌شوند و باعث پوشاندن آتش و جلوگیری از رسیدن اکسیژن به آن (به اصطلاح خفه‌شدن آتش) می‌شوند. عملکرد پودرها به عنوان یکی از مواد خاموش‌کننده حریق بر روی سطح حریق است و آتش را به صورت سطحی خاموش می‌کنند. به همین خاطر استفاده از پودرها برای خاموش‌کردن حریق‌های عمقی که اغلب دمای بالایی نیز دارند، توصیه نمی‌شود. پودرها به علاوه در دمای بالاتر از 60درجه‌ی سانتی‌گراد پایداری کافی ندارند و امکان چسبیدن آنها در محفظه‌ی کپسول زیاد است.

قطر دانه‌های پودر، بسته به نوع و شرکت سازنده‌ی آن حدود 10 تا 75 میکرون است. هرچه قطر این ذرات کوچک‌تر باشد کارآیی پودر بیشتر خواهد بود. پودرهای شیمیایی تحت فشار ازت یا CO₂ در سطح قاعده‌ی حریق به صورت جارویی پاشیده می‌شوند. اگر فرد آموزش کافی دیده باشد به راحتی می‌تواند آتش را خاموش کند. فرمولاسیون پودرها عمدتا به صورت زیر است:

• کربنات‌ها: شامل کربنات و بی‌کربنات سدیم و پتاسیم – ترکیب فراوان‌تر در این فرمولاسیون، کربنات پتاسیم است.
• سولفات‌ها: شامل سولفات سدیم و سولفات پتاسیم
• فسفات‌ها: شامل مونوآمونیوم فسفات و دی آمونیوم فسفات
• پودر مانکس (Monnex): ترکیبی از اوره و بی‌کربنات یا کربنات دوپتاس و مواد دیگری که از حدود 14 عامل تشکیل شده و 6 برابر پودرهای خاموش‌کننده دیگر موثرتر هستند. سمّیت این نوع پودر کم و قدرت پاشش و سیّالیت آن زیاد است.

مقدار پودر خاموش‌کننده به عنوان یکی از مواد خاموش‌کننده حریق استفاده می‌شود با توجه به پاشش روی سطح ماده‌ی سوختنی، بر اساس اطفاء بنزین، 2 کیلوگرم در هر مترمربع سطح حریق است. این مقدار با توجه به سرعت گسترش حریق و اهمیت اطفاء، تا 10 کیلوگرم به ازای هر مترمربع از سطح حریق نیز قابل افزایش است.

مواد خاموش‌کننده حریق – پودر خشک

یکی از مواد خاموش‌کننده حریق، پودر خشک است که برای خاموش کردن حریق فلزات قابل اشتعال مثل سدیم، پتاسیم، منیزیم و مانند آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. پودر خشک از طریق قطع دسترسی مواد آتش‌گیر به اکسیژن هوا کار می‌کند. انواع پودر خشک شامل گروه‌های زیر است:

• نوع S: شامل مخلوط کلرورسدیم، کلرورپتاسیم و کلرورباریم است. این پودر پس از پاشیده‌شدن روی فلز، پوسته‌ی ضخیمی روی فلز آتشین ایجاد می‌کند. این نوع پودر با اسامی تجارتی مانند TEC² عرضه می‌شود.
• نوع C: این پودر مخلوط گرانیت، کلرورسدیم، گل خشک و خون خشک‌شده‌ی حیوانات است. پودر نوع C با نام‌های تجاری DX و آلومایت عرضه می‌شود. برای جلوگیری از کلوخه شدن این پودر، مواد دیگری هم به آن می‌افزایند.
• پودرهای خالص: گرافیت، تالک، نمک، Na₂CO₃ (سودا اش) از این دسته‌اند.

غیر از این سه نوع پودر که اشاره کردیم، ترکیبات تجاری دیگری به صورت محلول و با نام TMB (تری منوکسی بروکسین) در اطفاء حریق فلزات استفاده می‌شود. این پودر کاملا بی‌رنگ است. بعلاوه اسید بوریک نیز با غلظت 9 تا 17 درصد موثر است اما خود این دو ترکیب ایجاد حریق ثانویه می‌کنند که می‌توان آنها را با آب کنترل کرد.

مواد خاموش‌کننده حریق – پودر تر

برای اطفاء حریق گروه F از روشی برای بکارگیری از پودر استفاده می‌شود که به آن پودر تر می‌گویند. پودر تر ترکیبی از پودر کربنات پتاسیم یا استات پتاسیم در آب است که برای خاموش کردن آتش روغن‌های آشپزخانه‌ای کاربرد دارد. این پودر به عنوان یکی از مواد خاموش‌کننده حریق از طریق قطع دسترسی ماده‌ی آتش‌گیر با اکسیژن هوا عمل می‌کند.

مواد خاموش‌کننده حریق – ترکیبات هالوژنه (هالن و HFC)

مواد هالوژنه از مشتقات CH₄ یا C₂H₆ است که به جای یک یا چند هیدروژن، یک یا چند عنصر هالوژنه (شامل I-CL-Br-F) در آن جایگزین شده است. وجود فلئور در این ترکیبات باعث افزایش پایداری و بی‌اثر بودن آنها می‌شود. مواد هالوژنه به عنوان یکی از مواد خاموش‌کننده حریق، در هنگام اطفاء هیچ اثر تخریبی‌ای از خود به جای نمی‌گذارند و برای اطفاء حریق بسیار خوب عمل می‌کند. اما استفاده از این ماده به خاطر داشتن اثرات مخرب زیست محیطی ترکیبات آن، ممنوع شده است.

برخی از سیستم‌های اتوماتیک اطفاء حریق با استفاده از ترکیبات هالوژنه طراحی شده‌اند. مکانیسم اثر این نمونه از مواد خاموش‌کننده حریق تا حدودی شبیه CO₂ است. البته مواد هالوژنه اثربخشی قوی‌تری دارد و از آنجایی که سنگین‌تر از هواست می‌تواند به سرعت روی حریق را پوشانده و مانع رسیدن اکسیژن به آن و گسترش حریق شود. پاشیدن مواد هالوژنه روی حریق می‌تواند باعث رقیق‌شدن اکسیژن هوا در اطراف حریق شده و آن را مهار کند.

مزیت استفاده از مواد هالوژنه

مزیت مواد هالوژنه به خاطر کنترل واکنش‌های زنجیره‌ای در فرآیند سوختن است. این ماده در هنگام تغییر فاز از حالت مایع به بخار، افزایش حجمی حدودا 1500 برابری دارد که در مقایسه با دی‌اکسیدکربن بیش از 3 برابر تغییر حجم محسوب می‌شود. به این ترتیب در یک وزن مساوی قدرت خاموش‌کنندگی آنها 2 تا 3 برابر بیشتر از CO₂  و معادل پودر شیمیایی مانکس است. ترکیبات هالوژنه با کنترل سرعت واکنش‌های زنجیره‌ای به صورت موثری آتش را مهار می‌کنند. در شرایط یکسان، برای خاموش کردن آتش میزان مورد نیاز مواد هالوژنه یک چهارم میزان مورد نیاز CO₂ است. برای اطفاء حریق با ترکیبات هالوژنه به ازای هر مترمکعب از فضای محدوده‌ی حریق، تقریبا حدود 150 تا 250 گرم مایع مورد نیاز است.

ترکیبات هالوژنه علاوه بر اینکه خفه‌کننده‌ی خوبی برای حریق هستند، فلئور موجود در آنها باعث ثبات حرارتی خاموش‌کننده تا 900 درجه‌ی سانتی‌گراد و جلوگیری از متلاشی‌شدن آن می‌شود. به این ترتیب استفاده از مواد هالوژنه خاموش‌کننده برای حریق مواد پرارزش یا موادی که واکنش‌های زنجیره‌ای در آنها زیاد است، کاربرد دارد. خاموش کننده‌ی ترکیبات هالوژنه برای استفاده در محدوده‌های کوچک ولی مهم، تجهیزات یا مواد قابل اشتعال مانند ماشین‌های الکتریکی و الکترونیکی، حریق‌های مواد جامد پرارزش، سایت‌های دیسپاچینگ، مراکز مخابراتی و مانند آن کاربردی دارد.

هالن‌ها

استفاده از هالن‌ها به عنوان مواد خاموش‌کننده حریق از اوایل قرن بیست مرسوم شد. اولین هالن مورد استفاده نیز تتراکلرورکربن بود که به خاطر ایجاد فسژن (ترکیبی سمّی) در هنگام اطفاء مورد استقبال قرار نگرفت. بعدها هالن‌های دیگری نیز تولید شد که در دهه‌ی پنجاه میلادی تعداد آنها به بیش از 60 نوع رسید. برای معرفی هالن‌ها از فرمول بسته یا کد 5 رقمی استفاده می‌شود. در این نامگذاری روش اختصاص کد از چپ به راست به ترتیب زیر است:

• اولین عدد نماینده‌ی تعداد کربن C
• دومین عدد نماینده‌ی تعداد فلئور F
• سومین عدد نماینده‌ی تعداد کلر Cl
• چهارمین عدد نماینده‌ی تعداد برم Br
• پنجمین عدد نماینده‌ی تعداد ید I

اگر عدد سمت راست یا عدد آخر صفر باشد، نوشته نمی‌شود. به همین خاطر برخی از کدها 4 رقمی نوشته می‌شوند. هالن‌ها برای مهار انواع حریق کاربرد دارند ولی به خاطر گران‌بودن یا ملاحظات زیست محیطی، به طور محدود و تنها برای حریق‌های دسته‌ی E مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از ترکیبات هالن سنتی مانند  (CBrF₃ (1301)، CBrClF₂ (1211 و (C₂F₂Br₂ (2402 به علت اثرات سمی مخربی که دارند، ممنوع است.

برای این هالن‌ها از جایگزین‌های مناسب‌تری مانند هیدروفلوروکربن‌ها HFCs و گازهای بی‌اثر IG سازگار با محیط زیست و متداول استفاده می‌شود. هیدروفلوروکربن‌ها به دلیل ملاحظات قانونی زیست محیطی به عنوان جایگزین هالن‌ها استفاده می‌شوند که اکثر آنها از نظر ساختمان مولکولی شبیه آنها هستند ولی اثر تخریبی محدودی دارند. معروف‌ترین این دسته با نام‌های تجاری (HFC-227(EA با فرمول CF₃CHFCF₃ و FM-200 با فرمول CF₃CHCH₃ هستند.

برخی ترکیبات جامد مانند جوش شیرین، کلرورپتاسیم و کربنات پتاسیم نیز در این گروه قرار می‌گیرند. کنترل واکنش‌های زنجیره‌ای توسط ترکیبات HFC برای مهار حریق بسیار موثر است اما گران‌تر از سایر روش‌ها است و می‌توان از آن به صورت مکمل یا حتی انحصاری برای خاموش‌نمودن حریق مواد، کالاها یا تجهیزات پرارزش بکار رود.

هالن‌های سنتی معروف

1. 1301 یا CF₃Br برومو فلورومتان یا فلوژکس 13B1 یا همان فرئون – این هالن در حالت فشرده به شکل مایع است و پس از رها شدن به صورت گاز متصاعد می‌شود.
2. 104 یا CCL₄ تترا کلرور کربن –  این نمونه از مواد خاموش‌کننده حریق علیرغم کارآیی خوب، به علت تولید گاز فسژن (COCL₂) در هنگام مواجهه با حریق که یک گاز سمّی و خطرناک است، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
3. 1001 یا CH₃Br متیل بروماید – این هالن یک خاموش‌کننده‌ی بسیار سریع است و در تراکم 3.5 تا 5 درصد از ادامه‌ی حریق جلوگیری می‌کند.
4. 1202 یا CF₂Br₂ دی برومو دی فلورو متان
5. 1211 یا CF₂BrCL برومو کلرو دی فلورو متان
6. 2402 یا C₂F₄Br₂ دی برومو تترا فلورو اتان

در تحقیقات وسیعی که توسط آمریکایی‌ها در گروه شیمی ارتش انجام شد، مشخص شد که 4 هالن به طور خاص قابلیت زیادی برای اطفاء حریق دارند؛ این هالن‌ها شامل 1202، 1211، 1301 و 2402 می‌شوند. در بین این موارد، هالن 1202 موثرترین و سمی‌ترین هالن و 1301 (برومو تری‌فلورومتان یا فلوژکس) دومین هالن موثر و دارای کمترین سمّیت است. بنابراین به تدریج این ترکیب جایگزین سایر ترکیبات هالوژنه گردید. خاموش‌کردن حریق توسط هالن بر اساس مکانیسم‌های زیر انجام می‌گیرد:

• رقیق‌سازی اکسیژن هوا
• نشستن روی آتش (بخاطر چگالی بالا)
• مکانیسم رادیکالی: رادیکال‌های آزاد حاصل از هالن با مولکول‌های سوخت واکنش می‌دهد و رادیکال‌های هیدروژنی و اکسیژن را از بین برده و رادیکال‌هایی با فعالیت کم تولید می‌کند.
• مکانیسم یونی: در این حالت یون‌های حاصل از هیدروکربن‌ها توسط برم (Br) جذب می‌شوند و باعث تاخیر در اکسیداسیون می‌شوند.

ملاحظات زیست محیطی در استفاده از هالن‌ها

یکی از عواملی که استفاده از هالن‌ها را محدود می‌کند، اثرات زیست محیطی آنهاست. اگرچه ترکیبات هالن به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند اما می‌توانند با انتشار در جو به خاطر عمر طولانی و ترکیب با ازن استراتوسفر، باعث تخریب آن شده و ایمنی جو در برابر پرتوهای ماوراءبنفش را کاهش دهند. معاهده‌های بین‌المللی به خصوص معاهده‌ی مونترال استفاده از این ترکیبات را محدود کرده است. برخورد برخی از ترکیبات هالن‌ها با آتش نیز می‌تواند ترکیباتی به وجود آورد که باعث مسمومیت افراد می‌شود.

در میان عناصر هالن‌ها، کلر از همه فعال‌تر است و بیشتر باید مورد توجه قرار گیرد. اگرچه هالن‌ها به خاطر خواص ویژه‌ای که دارند در اطفاء حریق بسیار مناسب هستند اما توصیه می‌شود فقط در مواردی از آن‌ها استفاده شود که بکارگیری CO₂ امکان‌پذیر یا موثر نیست و یا ترکیبات HFC در دسترس نیستند. به طور کلی استفاده‌ی وسیع از هالن‌ها توصیه نمی‌شود. این مورد از مواد خاموش‌کننده حریق در مقایسه با CO₂ بسیار گران است و اغلب توجیه اقتصادی ندارد. امروزه جایگزین‌های هالن که اکثر آنها نیز از نظر ساختمان مولکولی شبیه هالن‌ها هستند ولی تخریب کمتری دارند، معرفی شده‌اند. این گروه تحت نام کلی هیدروفلوروکربن‌ها (HFCs) و گازهای بی‌اثر (IG) که مخلوطی از آرگون و ازت است معرفی می‌شوند ولی از نظر تجاری فراگیر نشده‌اند.