Как известно, процесс горения протекает при наличии в атмосфере кислорода, являясь реакцией быстрого окисления, источника воспламенения (искра, электрическая дуга, химическая реакция со значительным выделением теплоты). Поэтому для устранения горения требуется реакцию прекратить. Существует несколько основных принципов прекращения горения, которые положены в основу любого способа тушения пожара. Это охлаждение очага горения, ингибирование скорости химических реакций, срыв пламени, изоляция очага от воздуха или разбавление воздуха.

К сожалению, несмотря на новые разработки, отработанные системы предупреждения и ликвидации пожаров, многие технологии борьбы с пожаром оказываются недостаточно эффективными. Не существует единого средства или метода тушения пожаров, универсального для всех случаев. Дело в том, что каждый из методов (водяной, пенный, ингибиторный и газовый), получивший распространение, имеет свою эффективную область применения.

Наиболее недорогие и широко известные огнетушащие вещества (далее ОТВ) пенные, ингибиторные и водяные. Несмотря на многие их преимущества, они не лишены недостатков. Основной из них заключается в том, что в результате тушения установками на основе этих методов может быть причинен вред помещению или технологическому объему и находящемуся внутри оборудованию. Кроме того, традиционные ОТВ не способны предотвращать возгорание, борясь только с уже появившимся очагом горения. По этим причинам на протяжении длительного времени разрабатывались средства пожаротушения, способные не только эффективно бороться с огнем, но и предотвращать само возгорание. Весьма перспективным направлением оказалась разработка систем на основе газовых огнетушащих веществ (далее ГОТВ). Достоинства, газового пожаротушения полное отсутствие ущерба защищаемому объекту, пригодность для защиты дорогостоящего электрооборудования под напряжением, тушение очага возгорания в труднодоступных местах.

Огнетушащее действие водяных установок тушения пожара сопровождается понижением температуры, образованием водяных паров и механическим срывом пламени. Образующийся в результате испарения воды пар разбавляет окружающий очаг горения воздух, что приводит к понижению концентрации кислорода. Благодаря высокому коэффициенту теплоемкости воды происходит понижение температуры окружающего пространства и пламени. Несмотря на относительную простоту установок водяного пожаротушения, их применение ограничено. Например, тушение ими нефтепродуктов и многих других горючих жидкостей оказывается малоэффективным. Причина заключается в том, что плотность горючих веществ часто оказывается ниже плотности воды, поэтому они всплывают и их горение продолжается на поверхности. Кроме того, использование водяных установок тушения пожара ограничено ввиду высокой электропроводности воды тушение пожаров водой в помещениях с оборудованием, находящимся под напряжением, недопустимо.

Установки пенного тушения пожара применяются для тушения как твердых, так и жидких веществ. Пожаротушение на основе образования пены широко распространено на открытых площадях нефтепродуктов. Пена, в зависимости от способа получения, делится на химическую и воздушно-механическую. Химическая пена образуется в результате взаимодействия щелочного и кислотного растворов в присутствии пенообразователей. Воздушно-механическая пена представляет собой смесь воздуха, воды и небольшого количества пенообразователя. Огнетушащие свойства пены определяются несколькими характеристиками отношением объема пены к ее объему в жидком состоянии, дисперсностью, вязкостью, стойкостью и др. Пена, растекаясь по твердому или жидкому веществу, блокирует очаг, не допуская доступа кислорода. Это и обусловливает ее свойства тушить пожар. Большое влияние на эффективность тушения пеной, помимо ее состава, оказывает механизм ее подачи.

В настоящее время для борьбы с пожаром широко используются установки ингибиторного действия, снижающие скорость протекания окислительных реакций в пламени. В качестве ингибиторов чаще всего применяются соединения на основе предельных углеводородов с замещенными атомами водорода или мелкодисперсные порошковые составы на основе неорганических солей щелочных металлов. Галоидоуглеводородные огнегасительные средства достаточно эффективно тормозят реакции горения. Кроме того, они обладают рядом важных преимуществ, а именно имеют большую плотность, что повышает их эффективность, а низкие температуры замерзания позволяют использовать их при низких температурах. С помощью галоидоуглеводородных средств можно тушить пожары в помещениях с электрооборудованием, находящимся под напряжением.

Порошковые составы, получающие все большее признание, в отличие от галоидоуглеводородных обладают в несколько раз более высокой огнетушащей способностью. Преимущество порошковых составов их универсальность, ими можно тушить любые вещества, даже металлы.

Принцип действия установок газового пожаротушения основан на разбавлении воздуха инертным газом, поступающим в зону горения, и снижении в воздухе содержания кислорода до концентрации, при которой горение прекращается. Огнетушащий эффект при использовании установок газового пожаротушения обусловлен расходом теплоты на нагревание разбавляющего газа и уменьшением удельного теплового эффекта реакции. Снижение концентрации кислорода до 10% оказывается достаточным, чтобы горение подавляющего количества твердых, жидких и газообразных веществ (бензин, керосин, ацетон, природный газ и др.) было невозможным. В качестве инертного газообразного разбавителя чаще всего применяют углекислый газ, отработавшие газы, аргон, азот и др.

По способу получения инертные газовые разбавители условно разделяются на искусственные и естественные. К недостаткам первых относится нестабильность молекул при высоких температурах образуются токсичные коррозионно-активные продукты пиролиза. Естественные разбавители, такие как азот и углекислый газ, выгодны тем, что стоимость их получения относительно небольшая при достаточно высокой эффективности.

Предотвращение и тушение пожаров посредством азота или инертной среды на основе азота имеют ряд преимуществ по сравнению с использованием других ГОТВ. Основные преимущества невысокая стоимость азота, его химическая нейтральность, токсическая безопасность. Как уже было сказано выше, тушение очага возгорания при помощи азота не наносит ущерба помещению, размещенному в нем оборудованию и материальным ценностям. Газообразный азот может использоваться для тушения высоковольтного оборудования, находящегося под напряжением. Кроме того, азот не переходит в жидкую фазу во всем диапазоне давлений и температур эксплуатации станций пожаротушения. Это свойство газа позволяет подавать его под высоким давлением при возникновении пожара, вытесняя взрывоопасные газы из закрытых помещений. Таким образом, борьба с возгоранием и его предотвращение с использованием азота практически идеальный метод пожаротушения.

К сожалению, несмотря на высокую эффективность, методы газового пожаротушения пока имеют ограниченную область применения. Прежде всего, это связано с относительно высокой стоимостью установок. Тушение пожара ГОТВ эффективно в помещениях с достаточно высокими параметрами герметичности, что не всегда возможно, в некоторых помещениях нежелательно из-за того, что концентрация кислорода в них может понизиться до недопустимого для дыхания уровня. Хотя в большинстве случаев это не представляет проблемы, поскольку тушение происходит всего за несколько секунд, и сразу после ликвидации очага пожара помещения проветривают.

За последние годы пожаротушение на основе азота стало бурно развиваться и совершенствоваться. Это связано с успехами в области технологий получения газообразного азота. Дело в том, что ранее практически единственный метод получения азота был криогенный, позволяющий получать жидкую фракцию вещества с последующей газификацией, заполнением газообразным азотом баллонов под давлением 15 МПа (150 атм) и транспортированием их до потребителя. Метод остается самым дорогостоящим, кроме того, криогенные системы очень громоздки, сложны в использовании, требуют специальных помещений и постоянного обслуживания.

Появившийся немного позднее альтернативный метод получения газообразной фракции азота на базе короткоцикловой адсорбции также не позволил существенно удешевить себестоимость получаемого газа. Основной недостаток невысокая надежность и значительные габариты установки, невозможность размещения на удаленных объектах и небольших производствах. В то время как предотвращение возгораний и тушение пожаров на нефтехимических производствах и удаленных объектах добычи нефти требовали создания передвижных установок пожаротушения, позволяющих не только быстро развертывать их на участке и автономно использовать, но и эксплуатировать азотные станции в самых жестких климатических условиях.

Все это стимулировало поиск новых способов получения инертной газообразной среды, в частности азота, и на рубеже 80-х годов способ был найден. Им стал метод газоразделения на базе полимерных мембран. Принципиально метод может быть описан так. Нагнетаемый компрессором воздух поступает в газоразделительный блок, где происходит выделение азота. Газоразделительный блок состоит из мембранных картриджей, каждый из которых представляет собой полимерную мембрану в металлическом корпусе. Мембрана это полое синтетическое волокно, особым образом наматываемое на катушку. Благодаря свойствам волокна газы, входящие в состав воздуха, проникают сквозь мембрану с разной скоростью. Так, кислород проникает в несколько раз быстрее азота, водород, углекислый газ в десятки раз быстрее. Вследствие этого подаваемый воздух разделяется на два потока: остаточный (осушенный азот) и проникший (воздух, обогащенный кислородом). Потери давления в остаточном потоке (азоте) практически не происходят, составляя не более 0,1 МПа (1 атм). Проникший поток (воздух, обогащенный кислородом) под небольшим избыточным давлением выводится в атмосферу, остаточный поток (азот) поступает потребителям.

Основные достоинства метода высокая надежность, малые габариты, отсутствие эксплуатационных затрат. Все это позволило существенно снизить себестоимость получаемого газа и размещать установки в небольших производствах, не отводя для них отдельного помещения.

Но главное достоинство нового метода возможность создания мобильных, полностью автономных систем, без потери надежности установки и с сохранением низкой себестоимости получаемого газа. Мембраны показали высокую устойчивость к перепадам температур, тряскам, вибрациям. Они способны работать в широком диапазоне давлений, системы на основе нового метода не требовали использования энергоносителей за исключением электроэнергии, вырабатываемой дизельным двигателем. Установки не нуждались в подводе водяного охлаждения и могли эксплуатироваться в широком диапазоне температур в любых климатических поясах.

Эксплуатация подобных систем в нашей стране началась сравнительно недавно. Это вызвано прежде всего высокой стоимостью зарубежных мембранных установок и отсутствием отечественного производителя, способного предложить на рынке конкурентоспособные системы по более низкой стоимости и с обеспечением недорогого сервиса.