Как работает огнетушитель CO₂ тележки и каков механизм выброса CO₂?

В CO₂-огнетушитель на тележке CO₂ (диоксид углерода) хранится в баллоне высокого давления в жидкой форме. Этот CO₂ под давлением хранится примерно при давлении от 50 до 60 бар (от 725 до 870 фунтов на квадратный дюйм), чтобы гарантировать, что достаточное количество CO₂ может быть упаковано в цилиндр в жидком состоянии. Хранение CO₂ в жидкой форме увеличивает количество газа, которое может содержаться в меньшем и более удобном баллоне. Баллон изготовлен из прочной стали или аналогичных материалов, способных выдерживать внутреннее давление, и спроектирован таким образом, чтобы газ оставался в жидкой форме до тех пор, пока он не будет выпущен. CO₂ остается в жидкой форме в условиях высокого давления из-за критических характеристик температуры и давления газа.

Работа углекислотного огнетушителя тележного типа начинается при срабатывании механизма спуска. Обычно для этого нужно потянуть за ручку или нажать на выпускной рычаг, который, в свою очередь, открывает клапан, расположенный в верхней части цилиндра. Клапан предназначен для регулирования потока газа CO₂ из баллона. Когда оператор задействует ручку или рычаг, клапан открывается и позволяет CO₂ под давлением выйти из цилиндра. Это контролируется предохранительным штифтом или запорным механизмом, который предотвращает случайный выстрел и гарантирует, что огнетушитель не будет использован, если он не активирован намеренно. Клапан, шланг или сопло спроектированы таким образом, чтобы направлять CO₂ контролируемым образом, что позволяет пользователю направлять и выпускать газ точно в источник огня.

Как только CO₂ выходит из баллона, жидкий CO₂ быстро претерпевает фазовый переход из жидкости в газ. Это изменение происходит из-за резкого падения давления, когда CO₂ выходит из среды цилиндра с высоким давлением в окружающую атмосферу с более низким давлением. Этот фазовый переход приводит к быстрому расширению жидкого CO₂ в газ — процесс, известный как испарение. Когда CO₂ превращается в газ, он расширяется примерно в 450 раз по сравнению с объемом жидкости. Именно это расширение позволяет огнетушителю выделять большой объем CO₂, охватывая большую площадь и эффективно снижая концентрацию кислорода вблизи пожара. Быстрый переход из жидкости в газ также приводит к резкому охлаждению CO₂, при этом газ выходит из сопла при чрезвычайно низкой температуре (около -78,5°C / -109,3°F). Этот охлаждающий эффект способствует подавлению огня, удушая пламя и снижая температуру окружающей среды.

Когда CO₂ переходит из жидкого состояния в газообразное, он поглощает тепло из окружающей среды благодаря эффекту Джоуля-Томсона, в результате чего газ становится очень холодным. Этот охлаждающий эффект имеет решающее значение для тушения пожара, поскольку он снижает температуру вокруг огня, что еще больше помогает замедлить процесс горения. Сильный холод также может помочь заморозить огонь или горячие поверхности, создавая барьер для дальнейшего горения. Охлаждение окружающих материалов и самого пожара еще больше снижает вероятность повторного возгорания, особенно в ситуациях, когда огонь разжигается легковоспламеняющимися жидкостями или летучими химическими веществами. Охлаждающий эффект не только тушит огонь за счет вытеснения кислорода, но и помогает стабилизировать окружающую среду и предотвратить распространение огня.

Основным методом тушения пожара CO₂ является вытеснение кислорода из окружающей среды пожара. Для продолжения горения пожарам необходимы три ключевых элемента: топливо, тепло и кислород, известные под общим названием «огненный треугольник». Снижая концентрацию кислорода вокруг огня, CO₂ напрямую нарушает химическую реакцию, поддерживающую огонь. CO₂ — газ тяжелее воздуха, а это означает, что он имеет тенденцию оседать у основания огня, где может эффективно перекрыть подачу кислорода. Этот процесс удушья быстрый и эффективный, поскольку CO₂ снижает уровень кислорода до уровня ниже необходимого для горения, обычно ниже 15%. Как только уровень кислорода упадет, пожар погаснет. CO₂ особенно эффективен при тушении пожаров, связанных с электрическим оборудованием или легковоспламеняющимися жидкостями, поскольку он не содержит никаких проводящих элементов (например, воды), которые могли бы вызвать короткое замыкание или распространение огня.