Časopis 112 ROČNÍK XXII ČÍSLO 8/2023

V Pardubickém kraji došlo 16. března 2023 k dopravní nehodě, při které sjel řidič s osobním automobilem do rybníka. Svědkem nehody byl řidič sypače, který právě projížděl okolo a bez váhání skočil do vody, doplaval k vozidlu, které mělo přední část již pod vodou. Podařilo se mu otevřít přední dveře a vytáhnout ven řidiče, který byl neplavec, pomohl mu na břeh rybníka, který byl asi 15 m od potopeného vozidla. V Českém Vrbném se 15. května 2023 pod záštitou MV-generálního ředitelství HZS ČR uskutečnil praktický výcvik při práci na vodě. MV-generální ředitelství HZS ČR spolu s vybranými partnery v České republice a v Polsku realizuje projekt „Společné řešení krizového řízení a spolupráce bezpečnostních složek v rámci uprchlické vlny osob z Ukrajiny na česko-polské hranici“. Projekt si klade za cíl vytvořit systémový a institucionálně udržitelný nástroj pro efektivní přeshraniční spolupráci institucí veřejné správy při zajištění bezpečnosti a krizového řízení na společné hranici v rám 

Celoevropský trend v oblasti hasicích pěnidel směřuje k urychlenému omezování a úplnému zákazu fluorovaných pěnidel (např. typ AFFF, AFFF/AR), která obsahují perfluorované a polyfluorované sloučeniny, jež se souhrnně označují zkratkou PFAS. Tato pěnidla budou v nadcházejících letech nahrazována bezfluorovými pěnidly nové generace. Problematika byla popsána v časopisu 112, 1/2023 v článku „Bezfluorová pěnidla – nová výzva“. Aktuální článek se zaměřuje na jeden z důležitých kroků v rámci přechodu na bezfluorová pěnidla, a to ověření správné funkčnosti a kompatibility vybraného pěnidla s technikou a věcnými prostředky.

CAS 30/9000/540-53VH použitá při zkouškách

U Hasičského záchranného sboru České republiky (HZS ČR) probíhají zkoušky a testování přiměšovačů pro ověření kompatibility s bezfluorovými pěnidly, které zajišťuje pracoviště chemické služby při MV-generálním ředitelství HZS ČR, Technický ústav požární ochrany a HZS Středočeského kraje (stanice Beroun). Dosavadní poznatky jsou shrnuty v následujícím textu.

Důvody testování a jeho cíle
Testování bylo zaměřeno na bezfluorová pěnidla odolná vůči alkoholu (FFF/AR), protože jsou předmětem budoucího zájmu při nakupování a používání u HZS ČR vzhledem k jejich univerzálnímu použití pro hašení požárů polárních i nepolárních hořlavých kapalin. Dalším důvodem pro výběr těchto pěnidel je nutnost obměny skladových zásob fluorovaných pěnidel typu AFFF/AR.
Bezfluorová pěnidla FFF/AR jsou v současnosti vždy pseudoplastické kapaliny a obecně vykazují vysoké hodnoty dynamické viskozity, a to při různých teplotách a smykových rychlostech. Tato vlastnost může negativně ovlivňovat kvalitu a přesnost přimíšení těchto pěnidel s vodou a rovněž jakost generované pěny. Přesnost přimíšení pěnidla s vodou a jakost generované pěny závisí zejména na použitém pěnidlu, příměšovacím a pěnotvorném zařízení a fyzikálních parametrech přimíšení (např. průtok vody a pěnidla, tlak na přiměšovacím a pěnotvorném zařízení, teplota pěnidla).
Ověření kompatibility a správné funkčnosti bezfluorového pěnidla s technikou a věcnými prostředky je stěžejní a nezbytný krok zejména při přechodu na bezfluorová pěnidla FFF/AR.
Cílem testování bylo zhodnotit, zda reálné procento přimíšení pěnidel s vodou odpovídá nastavenému procentu přimíšení na daném typu přiměšovacího zařízení a zda je pěnotvorným zařízením generována kvalitní a stabilní pěna.

Aranžmá a parametry zkoušek
V rámci testování byla použita bezfluorová pěnidla FFF/AR tří předních evropských výrobců, z nichž jeden poskytl dva vzorky pěnidel. Všechna testovaná pěnidla jsou pseudoplastická a oproti dříve používaným fluorovaným pěnidlům typu AFFF/AR mají vyšší viskozitu. Testovaná pěnidla pro účely tohoto článku označujeme jako pěnidlo A, pěnidlo B, pěnidlo C a pěnidlo D.
HZS ČR disponuje vestavěnými stacionárními přiměšovacími zařízeními v cisternových automobilových stříkačkách (CAS) a rovněž přenosnými přiměšovacími zařízeními. Oba tyto typy přiměšovačů fungují na principu podtlaku, kdy je pěnidlo strháváno proudem vody. Některé HZS krajů disponují jinými systémy přimíšení (např. PRO/pak, či One Seven), ale tato zařízení byla předmětem testování pouze okrajově.
Pro testování byla použita následující přiměšovací zařízení a způsoby přimíšení:
a)    Stacionární přiměšovač v CAS
Čerpání pěnidla a jeho přimíšení s vodou pro­bíhalo za pomocí pevně zabudovaného čerpadla a přiměšovače v CAS 30/9000/540-S3VH. Přimíšení bylo možné regulovat ve dvou režimech, manuálně pomocí rekalibrované stupnice¹ nebo elektronicky pomocí zabudovaného regulátoru.
b)    Přenosné externí přiměšovače
Přimíšení pěnidel s vodou bylo rovněž realizováno pomocí různých typů přenosných externích přiměšovačů. Jedná se o proudové obtokové přiměšovače, které jsou navrženy pro konkrétní průtok (400 l/min nebo 200 l/min) s možnou regulací přimíšení (1 až 6 %). Tyto přiměšovače jsou ve standardní výbavě CAS a jednotek požární ochrany (PO). Pěnidlo je čerpáno savičkou z externího zdroje (sud, kanystr).

Zkoušky přiměšovačů byly navrženy tak, aby reflektovaly reálné podmínky při použití pěnidel u zásahu, a to jak z hlediska aranžmá testu, tak z pohledu nastavených parametrů.
Pěnidlo bylo vždy čerpáno z externího zdroje (sud, kanystr), který byl umístěn na vahách za účelem měření hmotnostního úbytku pěnidla v čase. Zdrojem vody byla nádrž CAS. V případě stacionárního přiměšovače zabudovaného v CAS probíhalo přimíšení pěnidla s vodou přímo v CAS a vzniklý pěnotvorný roztok byl po výstupu z CAS veden 5m hadicí typu B přes průtokoměr a dále distribuován 40m hadicí typu C na proudnici, kde byla generována střední či těžká pěna. V případě testování přenosných proudových přiměšovačů, jež jsou ve standardní výbavě jednotek PO, byly přiměšovač spolu s externím zdrojem pěnidla a vahami zařazeny až za průtokoměrem a přimíšení probíhalo mimo CAS. 
Stěžejními parametry pro vyhodnocení testů byly zejména hmotnostní úbytek pěnidla, resp. vypočtené reálné procento přimíšení, průtok vody, tlak na čerpadle a proudnici a teplota pěnidla:
a)    Procento přimíšení
Pseudoplastická bezfluorová pěnidla FFF/AR jsou v současnosti v drtivé většině případů vyráběna pro použití v 3% přimíšení s vodou, a to v celém rozsahu jejich použití (hašení různých druhů hořlavých kapalin a tvorba pěny s různým číslem napěnění). V případě hašení hořlavých kapalin se u HZS ČR obecně i nyní používají většinově pěnidla v 3% přimíšení. Z tohoto důvodu se při pokusech v rámci regulace nastavovalo zejména 3% přimíšení. Nastavené procento přimíšení bylo porovnáno s reálným procentem přimíšení, které bylo vypočteno na základě úbytku hmotnosti pěnidla a průtoku vody či pěnotvorného roztoku během pokusu.
b)    Průtok
Průtoky vody, resp. směsi vody a pěnidla, byly zvoleny tak, aby simulovaly podmínky u zásahu a vyhovovaly požadavkům použitých pěnotvorných a přiměšovacích zařízení. Pozornost tak byla soustředěna na průtoky 400 l/min a 200 l/min, které reprezentují standardní a běžnou zásahovou činnost a současně jsou minimálními a kritickými průtoky pro správnou činnost stacionárního přiměšovače zabudovaného v CAS. Výsledky pro tyto průtoky byly porovnány rovněž s vyššími průtoky: 800 l/min, 1600 l/min, 2000 l/min.
c)    Tlak
V rámci dosažení optimálních podmínek byl rovněž regulován a měřen tlak na výstupu čerpadla CAS. Pro kontrolu byl při vybraných pokusech měřen tlak na proudnici.
d) Porovnání přiměšování pro newtonské a pseudoplastické kapaliny
Veškeré testy byly pro porovnání a kontrolu prováděny kromě pseudoplastických bezfluorových pěnidel FFF/AR také s vodou. Pěnidlo bylo v těchto kontrolních pokusech nahrazeno vodou, a docházelo tak k přiměšování vody s vodou. Voda má jakožto newtonská kapalina obdobné tokové vlastnosti jako u HZS ČR nejhojněji a bezproblémově používaná víceúčelová syntetická pěnidla. Postup ověření funkčno­sti a kalibrace přiměšovačů za použití vody v řadě případů rovněž využívají i jejich výrobci.
e)    Teplota a podmínky prostředí
Při zkouškách byla zaznamenána teplota pěnidla a prostředí z důvodu zjištění možné závislosti teploty pěnidla na přimíšení. 

Výsledky
Stěžejní kritérium pro vyhodnocení testů představovala přesnost přimíšení. Ta byla vyhodnocována na základě porovnání reálně měřeného procenta přimíšení pěnidla s vodou a nastaveného procenta přimíšení na daném příměšovacím zařízení. Kontrolní a porovnávací pokusy, kde bylo pěnidlo nahrazeno vodou jako newtonskou kapalinou a kde byla přiměšována voda s vodou, jsou v grafech zobrazeny modrým sloupcem.

Výsledky měření

Stacionární přiměšovač CAS
Přimíšení na stacionárním přiměšovači v CAS bylo regulováno manuálně nebo elektronicky pomocí automatického regulátoru. Byla zkoušena jednotlivá pěnidla, a to za různých průtoků. 
Z grafu 1 pro CAS při manuálním nastavení 3% přimíšení a průtoku 400 l/min vyplývá, že přimíšení s vodou je přesnější v porovnání s přimíšením pěnidel FFF/AR. Přimíšení za použití pěnidla B je přesnější a není výrazně podhodnocené oproti ostatním pěnidlům. V případě zbývajících pěnidel je při nastavení 3% přimíšení reálně spotřebováno takřka 3× menší množství pěnidla, než je očekáváno.
Graf 2 prezentuje výsledky pro obdobné manuální 3% nastavení stacionárního přiměšovače CAS, avšak pro nižší průtok a proudnici na těžkou pěnu. Znovu je přimíšení s vodou přesnější v porovnání s přimíšením pěnidel FFF/AR. Přimíšení pěnidel je výrazně podhodnocené, a to ještě více než v případě předchozí konfigurace při průtoku 400 l/min. Nastavený průtok je již na kritické minimální hranici průtoku čerpadla CAS, což je důvodem vyšší nepřesnosti.
Výsledky testování automatického regulátoru stacionárního přiměšovače CAS při nastavení 3% přimíšení a průtoku 400 l/min pro jednotlivá pěnidla jsou uvedeny v grafu 3. Přimíšení pěnidel není podhodnocené, reálně měřené procento přimíšení je vyšší než nastavené procento přimíšení. V grafu je uvedeno průměrné procento přimíšení. V řadě případů byla zjištěna fluktuace při generování pěny, rozdílná kvalita generované pěny a rychlost výtoku pěny. Z principu funkce regulátoru dochází k fluktuacím, které bývají zpočátku výraznější, poté obvykle nastává relativní ustálení sledovaných parametrů. Fluktuace jsou patrné i v případě nahrazení pěnidla vodou, takže nejsou způsobeny samotným pěnidlem. Časový záznam okamžitého přimíšení vody s vodou pomocí automatického regulátoru stacionárního přiměšovače CAS je zobrazen v grafu 5. Zpočátku dochází k výrazným fluktuacím, než se reálné procento přimíšení ustálí nad hodnotou 3 %.

Graf 5 - Časový záznam okamžitého přimíšení vody pomocí stacionárního přiměšovače CAS s patrnými fluktuacemi na začátku testu.

Sérií testů pro CAS 30 v manuálním nastavení 3% přimíšení pěnidla bylo ověřeno, že přesnost přimíšení při vyšších průtocích není závislá na zvoleném průtoku. Při zkouškách bylo zjištěno, že přimíšení newtonské kapaliny (voda) odpovídá nastavenému procentu přimíšení 3 %. Přimíšení pseudoplastického pěnidla FFF/AR je asi třikrát podhodnocené. Zvýšením průtoku nedojde ke zlepšení a ani zhoršení přimíšení pěnidla (tab. 1). 

Přesnost přimíšení v závislosti na průtoku u stacionárního přiměšovače CAS

Přenosné externí přiměšovače
Přenosný proudový přiměšovač pro průtok 400 l/min, jež je standardně ve výbavě CAS, byl zkoušen s proudnicí na střední pěnu, pěnidlo bylo přiměšo­váno standardně dodávanou savičkou.
Výsledky přimíšení jednotlivých pěnidel proudovým přiměšovačem v grafu 4 mají obdobný trend jako v případě stacionárního přiměšovače CAS s manuální regulací. Kontrolní pokus s vodou je přesnější v porovnání s přimíšením bezfluorových pěnidel FFF/AR. Přimíšení za použití pěnidla B je přesnější a není výrazně podhodnocené oproti ostatním pěnidlům. Při nastavení 3% přimíšení je spotřeba pěnidel A, C téměř dvakrát menší, než se při daném nastavení předpokládá. V případě přimíšení pomocí přenosného proudového přimě­šovače byla indikována významná tlaková ztráta na proudnici, a to až 50 %.

Graf 6 - porovnání přesnosti pro Newtonskou kapalinu a pseudoplastické bezfluorové pěnidlo FFF/AR pro přenosný proudový přiměšovač

Pro přenosný proudový přiměšovač při průtoku 400 l/min byla zhodnocena přesnost přimíšení pro newtonskou kapalinu (voda) a pseudoplastické bezfluorové pěnidlo FFF/AR při nastavení různých procent přimíšení. Z grafu 6 je patrné, že modrá křivka představující přimíšení newtonské kapaliny se blíží ideálnímu stavu (černá křivka), oproti tomu oranžová křivka představující pěni­dlo C se odchyluje od ideálního stavu a přimíšení je ve všech bodech významně podhodnocené. Přimíšení newtonské kapaliny (vody) je přesnější oproti pěnidlu FFF/AR v případě použití přenosného proudového přiměšovače.

Graf 7 - Časový záznam okamžitého přimíšení pěnidla A pomocí přenosného proudového přiměšovače pro pseudoplastická pěnidla

V rámci testování byl pro pěnidlo A vyzkoušen také speciální proudový přenosný přiměšovač určený pro pseudoplastická pěnidla. Pro porovnání jsou uvedeny výsledky pro průtok 400 l/min. Ty ilustrují, že při použití přiměšovačů konstruovaných pro daný účel použití je docíleno přesného přimíšení a kvalitní pěny, avšak pouze při použití správného vybavení. Graf 7 ukazuje rozdíl v přimíšení při použití savičky o průměru 38 mm (dodávána s přiměšovačem) a savičky o průměru 20 mm (z výbavy CAS pro standardní proudový přiměšovač). Při použití savičky o větším průměru se procento přimíšení pěnidla blíží nastavenému procentu přimíšení. Při použití úzké savičky je za obdobných podmínek výsledek podprůměrný.

Závěr
Hlavním cílem testování bylo zhodnotit přesnost přimíšení pseudoplastických bezfluorových pěnidel FFF/AR s vodou a ově?it kvalitu řit kvalitu generované pěny za využití techniky a věcných prostředků HZS ČR. 
Prezentované výsledky nelze zobecňovat. Každý uživatel pěnidel by si měl ověřit kompatibilitu vlastních pěnidel (zejména FFF/AR) a svých používaných přiměšovacích zařízení.
Viskozita a typ pěnidel hrají zásadní roli v přesnosti jejich přimíšení s vodou. V případě použití newtonské kapaliny reprezentující kontrolní testy bylo obecně docíleno významně lepších výsledků v podobě relativně přesného přimíšení, a to při různých nastavených parametrech testování (průtok vody / pěnotvorného roztoku, tlak na čerpadle, procento přimíšení, typ použitého přiměšovače a způsob přimíšení a regulace).
Naproti tomu naměřené procento přimíšení bezfluorových pěnidel FFF/AR s vodou je v porovnání s nastaveným procentem přimíšení v řadě případů značně podhodnocené, a to dvojnásobně až trojnásobně. Při nevhodně nastavených parametrech tak může být generována nekvalitní pěna.
Provedené zkoušky představující první etapu testování naznačují, že požadovaného přimíšení bezfluorových pěnidel FFF/AR s vodou a tvorbu kvalitní pěny je možné docílit za určitých limitujících podmínek volbou vhodných parametrů (průtok vody / pěnotvorného roztoku, tlak na čerpadle, procento přimíšení, typ použitého přiměšovače a způsob přimíšení a regulace).
Přiměšovače používané u HZS ČR jsou většinou výrobci ověřované a kalibrované na newtonské kapalině (voda), a to i z důvodu jejich předpokládaného účelu použití ve spojení s newtonskými nízkoviskózními pěnidly. Při použití pseudoplastických bezfluorových pěnidel tak může být jejich funkčnost omezená. 
Nadcházející etapa testování se bude dále zaměřovat na ověření kompatibility pěnidel a další techniky a věcných prostředků používaných u HZS ČR, zkoušení nových přiměšovacích zařízení určených pro pseudoplastická bezfluorová pěnidla FFF/AR a také případně na nová bezfluorová pěnidla FFF/AR.

Pozn 1      Jaroslav Šantora. Hasič v praxi. Dostupné z: https://sites.google.com/view/ppcas15mb/

kpt. MSc. Johana SOCHOROVÁ, Technický ústav požární ochrany, kpt. Ing. Jiří MATĚJKA ml., MV-generální ředitelství HZS ČR, foto archiv autorů

Print  E-mail  X Corp.   Facebook