Časopis 112 ROČNÍK XVI ČÍSLO 6/2017

Začneme gratulací ke jmenování do generálských hodností plk. Mgr. Josefu Slavíkovi a plk. Ing. Františku Pavlasovi. A dále všem, kteří z rukou prezidenta republiky převzali ocenění Zlatého záchranářského kříže. V POŽÁRNÍ OCHRANĚ se dočtete o sesuvu svahu na statku v obci Přestavlky. Dále o zkušenostech z tréninku vyšetřovatelů požárů v USA pořádaný NAFI. V INTEGROVANÉM ZÁCHRANNÉM SYSTÉMU Vás seznámíme o výhodách a nevýhodách ultra-stopové detekce výbušnin. Přinášíme reportáž z kongresu „Spolupráce IZS při mimořádných událostech a katastrofám – cvičení versus realita". Rubrika OCHRANY OBYVATELSTVA A KRIZOVÉHO ŘÍZENÍ vám nabídne Analýzu zdravotních rizik pro území hl. m. Prahy. V INFORMACÍCH jsou z 13. ročník mezinárodní výstavy požární, záchranářské a zabezpečovací techniky FirEco, který se nesl v duchu oslav 15. výročí vzniku Hasičského a záchranného sboru Slovenské republiky. Opět si můžete přečíst článek o poskytnutí pomoci další rodině prostřednictvím Nadace policistů a hasičů. 

Oddělení výzkumu a vývoje Technického ústavu požární ochrany (TÚPO), v rámci řešení svých výzkumných projektů, zavedlo v minulých letech nové zkušební postupy potřebné mimo jiné i k posuzování a certifikaci výrobků využívaných v rámci Hasičského záchranného sboru ČR (HZS ČR). Významnou skupinou výrobků podléhajících povinnému posouzení, na které se TÚPO při řešení výzkumného projektu s názvem „Výzkum efektivnosti vybraných hasiv“ zaměřil, jsou pěnidla.

Obr. 1a Schéma PN 300 12 cm	Obr. 1b Schéma MZF 300 12 cm

Obr. 2a Kroužek 300 20 cmPěnidla jsou kapalné povrchově aktivní látky, jejichž smíšením s vodou se připraví pěnotvorný roztok. Přimíšením určitého množství vzduchu do pěnotvorného roztoku při hašení požáru vzniká lehká, střední nebo těžká hasební pěna. Pěna jako hasicí prostředek se uplatňuje především v boji proti požárům třídy B, čili při hoření hořlavých kapalin. Uhlovodíky nerozpustné ve vodě (benzín, mazací oleje, topné oleje, mazut, nafta) mají nižší hustotu než voda, a proto budou plavat na jejím povrchu. Za této situace není voda účinným hasicím prostředkem. Hořlavé kapaliny ve vodě rozpustné (alkoholy a jiné kapaliny - tzv. polární rozpouštědla) rozkládající obyčejné pěny, vytvářejí při hašení ještě další problémy. Pro tyto případy byla zavedena speciální pěnidla, která alkoholu a podobným látkám odolávají. Dále se pěny používají pro zabezpečení výrobních provozů, skladů i přepravních zařízení v petrochemickém průmyslu, což ovšem vyžaduje odpovídající předpisy. Pěny jsou také nezbytnou hasicí látkou v různých odvětvích chemického průmyslu, letecké a silniční přepravě a při hašení lesních ploch.

Pěnidla a prostředky pro tvorbu hasicích pěn mají dnes běžně ve výbavě všechny jednotky HZS ČR. A proto je nesmírně důležité, aby hasiči měli potřebné znalosti o vlastnostech a užití hasicích pěn a byli schopni je efektivně a bezpečně využít.

Česká technická norma ČSN EN 1568 části 1-4 určuje požadavky na chemické a fyzikální vlastnosti a na minimální hasicí schopnost lehkých, středních i těžkých pěn vhodných k aplikaci na povrch kapalin nemísitelných i mísitelných s vodou. Obecným cílem technických požadavků, vzhledem ke všem používaným hasicím látkám, je záruka minimálního hasicího efektu ve vztahu k definovaným druhům požárů, a to v průběhu předvídané doby jejich použití. Normativní požadavky na pěnidla se proto týkají nejenom vybraných fyzikálně­ chemických parametrů pěnidla, ale také vlastností pěn vytvořených z jeho vodného roztoku. Patří sem především hasicí účinnost ve vztahu k požárům hořlavých kapalin.
Obr. 2b Čištění kroužku 200 20 cm
Mezi sledované vlastnosti pěnidel podle požadavků ČSN EN 1568 patří:

• hustota [kg/m3]
• hodnota pH
• součinitel kinematické viskozity [mm2/s]
• obsah sedimentu [obj. %]
• součinitel vlivu koroze [g/m3/den]
• teplota tuhnutí [°C].

K důležitým parametrům vodných roztoků pěnidel tzv. pěnotvorných roztoků (PR) z pohledu použití v požární ochraně patří:

• povrchové napětí vodného roztoku pěnidla v pracovní koncentraci [mN/m]
• součinitel rozprostření [mN/m]
• číslo napěnění pro pracovní vodný roztok pěnidla
• stanovení času rozpadu pěny
• stanovení zkušební hasicí schopnosti
• odolnost vůči tvrdé vodě a mořské vodě (v případě potřeby).

Všechny druhy pěny určené k výše uvedeným zkouškám je třeba vytvořit standardní proudnicí popsanou v technické normě a při odpovídajícím průtoku pěny pro daný typ pěnidla.

Obr. 3 Tenziometr 300 15 cmVýznam stanovení povrchového napětí a koeficientu rozprostření
Z výše uvedených parametrů je zejména povrchové napětí pěnotvorných roztoků pěnidel důležitou charakteristikou pro jeho možnosti použití. Jeho hodnota a hlavně pak hodnota vypočteného součinitele rozprostření nám dává informaci, zda je pěnidlo vhodné k hašení hořících organických kapalin tzv. filmotvorné. Aby mohl být pěnotvorný roztok použitelný pro hašení hořlavých kapalin nemísitelných s vodou, musí být u něj ověřena schopnost vytvořit na povrchu hašené kapaliny celistvý vodní film. Podmínkou vytvoření „vodního filmu“ je odpovídající stav mezifázového a povrchového napětí. Teoreticky vyjádřeno, musí být rozdíl povrchových napětí hořlavé kapaliny a roztoku pěnidla větší než mezifázové napětí mezi těmito kapalinami.

kde:
palivo = povrchové napětí paliva (palivem při zkouškách podle ČSN EN 1568 je cyklohexan)
roztok = povrchové napětí roztoku pěnidla
palivo­ roztok = mezifázové napětí na hranici paliva a roztoku pěnidla.

Tyto veličiny se mění zároveň s teplotou. V závislosti na druhu hořlavé kapaliny a použitého pěnidla se nemusí „vodní film“ vytvořit na hořlavých kapalinách zahřátých na vysokou teplotu. Může být rovněž narušen plameny a silným větrem.

Popis zkoušky stanovení povrchového napětí
Povrchové napětí je v literatuře definováno jako nerovnoměrné silové působení částic na povrchu kapalin, tj. na rozhraní mezi kapalinou a vzduchem. Mezifázové napětí je definováno jako napětí na rozhraní mezi dvěma nemísitelnými kapalinami. Obě veličiny se vyjadřují v jednotkách mN/m.
Stanovení povrchového a mezifázového napětí vychází obecně z evropské technické normy ISO 304. Povrchové napětí se stanoví jako minimální síla potřebná k odtržení zkušebního tělíska (kroužku nebo destičky) od hladiny roztoku. Měření se provádí speciálním siloměrem – tenziometrem (viz obr. 3) při teplotě 20 °C a výsledky jsou uváděny v jednotkách mN/m.
Měřená kapalina se nalije do krystalizační misky o průměru 80 mm a umístí se na stolek tenziometru pod odtrhovací tělísko. Odtrhovacím tělískem používaným ve Zkušební laboratoři TÚPO je platinový kroužek standardních rozměrů.
Zkouška pokračuje zanořením kroužku minimálně 3 mm pod hladinu kapaliny.
Po vytárování siloměru tenziometru se šroubem ručního posuvu stolku pohybuje stolkem směrem dolů a tím se pomalu a plynule vytahuje kroužek až do odtrhnutí od hladiny měřené kapaliny. Na displeji přístroje se přitom kontinuálně zaznamenává aktuální a maximální měřená hodnota síly.

Popis zkoušky stanovení mezifázového napětí
Na roztok pěnidla, do kterého je vtlačeno zkušební tělísko, se nalije opatrně vrstva cyklohexanu. Nesmí dojít ke kontaktu mezi prstencem a cyklohexanem. Po ustálení šesti minut se změří napětí mezi vrstvami (schéma viz obr. 1b) stejným postupem jako při stanovení povrchového napětí.
Přitom je důležité dodržení čistoty odtrhovacího tělesa. Aby nebyly výsledky ovlivněny nečistotami z předcházejících měření, je před každým stanovením platinový kroužek očištěn v rozpouštědlech různé polarity a nakonec vyžíháním plynovým hořákem (viz obr. 2b).

Popis výpočtu součinitele rozprostření
Součinitel rozprostření (S) je číselná hodnota, která uvádí schopnost jedné kapaliny samovolně se rozprostřít na povrchu jiné kapaliny.

Součinitel rozprostření mezi pěnotvorným roztokem a cyklohexanem se vypočítá podle rovnice:

S = Tc - Ts - Ti
kde:
S = součinitel rozprostření v mN/m
Tc = povrchové napětí cyklohexanu stanovené v jednotkách mN/m
Ts = povrchové napětí pěnotvorného roztoku v mN/m
Ti = napětí mezi vrstvami pěnotvorného roztoku a cyklohexanu v mN/m.

U filmotvorných roztoků pěnidel je zaveden normativní požadavek stanovení součinitele rozprostření. Pokud je dodavatelem pěnidlo deklarováno jako „filmotvorné“, musí podle ČSN EN 1568 vykazovat pozitivní součinitel rozprostření na cyklohexanu.

Vyjádření a interpretace výsledků
Výsledky stanovení povrchového a mezifázového napětí jsou vyjádřené v jednotkách mN/m s odhadem rozšířené nejistoty stanovení (U) odpovídající intervalu spolehlivosti 95 % (zhruba 0,2–0,5 mN/m). Výsledkem součinitele rozprostření (S) je bezrozměrná hodnota.

Experimentální část
1. Srovnávací experimenty prováděné s běžnými prostředky na mytí nádobí
Obecně platí, že s koncentrací detergentu významně klesá povrchové napětí roztoku. Z obr. 4 je vidět, že už při koncentraci detergentu 0,5 % a více se již povrchové napětí téměř nemění. Z této závislosti vyplývá, že koncentrace pracovních pěnotvorných roztoků hasicích pěn, ředěných na 1 až 6 % pěnidla, jsou dostatečné.

Obr. 4 Závislost PN na koncentraci2. Přehled výsledků stanovení tenziometrických charakteristik prováděných za podmínek ČSN EN 1568
Metody stanovení povrchového napětí () a součinitele rozprostření (S) byly ověřovány na souboru vybraných pěnidel a jejich pěnotvorných roztoků různých koncentrací. V tab. 1 je uveden přehled naměřených hodnot.

3. Ověření vlastností pěnidel v reálných podmínkách, čili závislost výsledků povrchového napětí a S na stupni tepelné degradace pěnidla
Důležitým hlediskem spojeným s užitím pěnidel je možnost zhoršení jejich užitkových vlastností v průběhu jejich skladování. Obecně je v normách uveden zjednodušený nebo zkrácený cyklus některých zkoušek, které se provádí za účelem průběžné kontroly kvality dlouhodobě skladovaných pěnidel. Protože ale ČSN norma nepředepisuje stanovení povrchového napětí a S s ohledem na stárnutí pěnidla, rozhodli jsme se tyto hodnoty na vybraných vzorcích experimentálně ověřit.

Zrychlené stárnutí pěnidel
Koncentráty pěnidel byly před přípravou pěnotvorných roztoků podrobeny zrychlenému stárnutí při vyšší teplotě. K těmto zkouškám byly připraveny dvě řady degradovaných koncentrátů ve dvou různých stupních stárnutí. Řada A představuje pěnidla po sedmidenní teplotní degradaci při 60 °C (odpovídá normativnímu způsobu vysokoteplotní kondicionace pěnidla stanovené před provedením některých zkoušek podle ČSN EN 1568). Řada B byla pěnidla degradovaná celkem 14 dní, z toho jeden týden při 60 °C a jeden týden při zvýšené teplotě 80 °C.

4. Ověření vlastností pěnidel v reálných podmínkách, čili závislost výsledků tenziometrických stanovení na zkušební teplotě
Důležité výsledky poskytuje i srovnávací stanovení povrchového napětí a S za různých teplot. Uvědomíme­ li si skutečnost, že reálné teploty při použití pěnidel v průběhu hašení jsou značně vyšší než normou předepsaná zkušební teplota 20 °C, pak bude jistě zajímavé zjistit, jak zvýšená zkušební teplota může ovlivnit výsledky stanovení, a tudíž i reálné filmotvorné vlastnosti vyrobené pěny. Proto byl zkoumán vliv zkušební teploty na výsledky tenziometrických stanovení v rozmezí teplot 20 až 35 °C. Pro temperaci pěnotvorných roztoků a cyklohexanu na vyšší teploty byla použita horkovzdušná sušárna s teplotní regulací.

5. Ověření závislosti výsledků tenziometrických stanovení na iontové síle vody použité k naředění pěnotvorného roztoku
V evropské legislativě se připravují změny ve způsobu přípravy pěnotvorných roztoků pro zkoušky pěnidel. Z nich lze očekávat, že i u nás by PR pro zkoušky pěnidel neměly být nadále připravovány z destilované vody jako doposud, ale z roztoků solí simulujících buď pitnou, případně mořskou vodu. Proto jsme v rámci testování tenziometrických metod provedli i řadu porovnávacích měření s pěnotvorným roztokem pěnidla STAMEX AFFF F-15 (3 %) vyrobených z vody s různou koncentrací solí. Výsledky zkoušek uvedené v tab. 4 napovídají, jakým způsobem bude koncentrace solí ve vodě, použité k přípravě pěnotvorného roztoku, ovlivňovat hodnoty jeho povrchového napětí a koeficientu rozprostření.

Závěr
Metody k hodnocení povrchového napětí a součinitele rozprostření pěnotvorných roztoků připravené v rámci řešení výzkumného projektu OVV TÚPO jsou zařazeny mezi akreditované zkušební postupy Zkušební laboratoře TÚPO pro účely kontroly kvality a certifikace nových pěnidel zaváděných do používání v jednotkách HZS ČR. V experimentální části byla prezentována závislost výsledků stanovení na stupni tepelné degradace pěnidla, na zkušební teplotě a na koncentraci solí ve vodě použité k přípravě pěnotvorného roztoku. Z výsledků porovnávacích zkoušek vyplývá, že všechny zkoumané vlivy na přípravu pěnotvorného roztoku a podmínky při provádění zkoušek jsou zanedbatelné.

Tab. 1 Souhrnná tabulka výsledků naměřených na vybraných pěnidlech

Tab. 2 Závislost naměřených hodnot na stupni degradace pěnidla

Tab. 3 Závislost naměřených hodnot na zkušební teplotě

Tab. 4 Závislost naměřených hodnot iontové síli použité ředicí vody

Ing. Milan RŮŽIČKA, kpt. Ing. Romana FRIEDRICHOVÁ, Ph.D., Technický ústav požární ochrany

Print  E-mail  X Corp.   Facebook