ملف العدد 1 المواد المستخدمة في إطفاء الحرائق

ملف العدد 1 المواد المستخدمة في إطفاء الحرائق(الخصائص والاستخدامات)

المواد المستخدمة لإطفاء الحرائق كثيرة ومتعددة، كلٌّ منها يستعمل لإطفاء نوعٍ من الحرائق، وبما يتناسب مع مكونات الحريق وخصائصه ومميزاته, فقد نجد بعض مواد الإطفاء مناسبةً لإطفاء عدَّة أصناف من الحرائق؛ لما تمتاز به هذه المواد من خصائص مشتركة، وكفاءة وقدرة عالية في السيطرة على الحريق، ومنع انتشاره, وعند اكتشاف سلبيات بعض المواد يتمُّ تحسينها، وإضافة بعض المكونات، أو جعلها مستخدمةً لإطفاء حرائق محدودة، وأهم عاملٍ في إيجاد تنوُّع لمواد الإطفاء هو إيجاد مواد ووسائل إطفاء آمنة، وبما يتناسب مع التطوُّر والحاجة والضرورة التي أدَّت مع مرور السنين، ومواكبة التطورات إلى تنوُّع مواد ووسائل الإطفاء, أتت تدريجيًّا وما زالت في تقدُّم وتحسين وتطور لإيجاد أفضل المواد كفاءة وفاعلية, كل مادة مُخصَّصة لإطفاء صنفٍ أو أكثر من أصناف الحرائق، وحسب التأثيرات والتفاعلات أثناء عملية إطفاء الحريق، وتغطيته بمواد الإطفاء على نوعية الاشتعال، ومدى نجاح عملية الإخماد دون تأثيرات سلبية، ومردودات عكسية مُتمثِّلة في تفاعلات جديدة، أو ترسُّبات وضرر على المواد التي كانت مشتعلةً، وتمَّ إطفاؤها، ومن ثَمَّ تلقت تأثيرات وضررًا من جرَّاء تلقِّيها مواد الإطفاء، إضافةً إلى تأثير النار عليها.

ومن هذا المنطلق تمَّ التفريق بين مواد الإطفاء وفصلها، وتحديد مواد إطفاء خاصة ومناسبة لإطفاء حريقٍ أو صنفٍ معينٍ حسَب مكوناته وملاءمة خصائصه مع مكونات وخصائص مادة الإطفاء, وكلما كان التخصيص في نطاق معين ومحدود، كانت النتائج ترتقي إلى طموح الباحثين والمختصين في علم الحريق؛ من حيث القضاء على النار في وقت قياسي، وبدون تأثيرات جانبية؛ لأنَّ بعض المواد لها تأثيرات سامَّة، ونتائج ضارَّة وسلبية على البشرية نتيجة انبعاث الغازات السامَّة والخانقة والإشعاعات الضارَّة.

ولكي يتم اختيار المادة المناسبة لإطفاء الحرائق، لابد من التعرُّف على مبدأ الإطفاء الملائم لكل حريقٍ، والمتمثل في نظرية الإطفاء في معظم الحرائق، وملاءمة مواد ووسائل الإطفاء،

• وهذا يتمُّ بإزالة أحد العناصر المكونة للاشتعال: 

•  إزالة وإبعاد الحرارة Removing The Heat :

 بالتبريد، وهي عمليه امتصاص الحرارة من المادة المشتعلة.

•  إزالة الوقود Removing/Stopping The Fuel :

التجويع، ويمكن أن تطبق بعده طرق بتجزئة المادة المشتعلة إلى أجزاء، أو سحب الوقود وإبعاده عن الحريق إلى مناطق آمنة، أو إغلاق مصدر الوقود والغاز.

•  إزالة الأكسجين Removing Oxygen :

 الخنق، أي: عزل الأكسجين بتغطية المادة المشتعلة، ومنع وصول الأكسجين.

•   إيقاف سلسلة التفاعل الكيميائية Stop Chemical Chain Reaction :

عن طريق كسر سلسلة التفاعلات الكيميائيَّة في المادة المشتعلة وإيقافها نتيجة حدوث تفاعل كيميائي جديد أثناء عملية إخماد الحريق بإلقاء مواد الإطفاء عليه, ‏فمن المعروف أن جزيئات المادَّة تنقسم إلى أجزاء نشطة, يطلق عليها: الشقوق ‏الطليقة, وهي تتفاعل بدورها مع الجزيئات غير المحترقة، فإذا أمكن مَنْع حدوث هذه التفاعلات, يتمُّ بالتالي إيقاف عملية الاحتراق, أو إبطاؤها بشكلٍ ملحوظٍ, وذلك ‏لأنَّ أبخرة هذه السوائل تقوم بإيقاف نشاط الشقوق الطليقة التي تُسبِّب استمرار ‏الاشتعال، ويكون هذا بالتفاعل الكيميائي معها, من خلال هذه المبادئ، والتي تُسمَّى: (نظرية الإطفاء)، وعلى ضوئها يتمُّ تحديد طريقة وكيفيَّة إخماد أنواع الحرائق، كلًّا على حدة باستخدام المادة المناسبة, ويمكن أن تُطبَّق بإزالة عنصرٍ من عناصر تكوين الاشتعال، أو أكثر من عنصرٍ في آنٍ واحدٍ, هذا ما كان يُعمَل به قبل استخدام مواد الإطفاء الحديثة والجديدة؛ حيث كان الماء هو الوسيلة الوحيدة لإطفاء أيِّ حريقٍ, ولكن رغم أن السوائل المتبخرة لم تلقَ قبولًا كوسائط إطفاء، إلا أن نوعًا من الكيماويات الهيدروكربونية الهالوجينية في صورة غازات مُسَالة قد ظهرت ولاقت نجاحًا وانتشارًا واسعًا، وتُعرَف هذه الوسائط تجاريًّا الآن باسم: (الهالون)، وبدائل الهالونات والمواد النظيفة التي اعتمدت موخرًا على مواد صديقة للبيئة؛ كالمثبطات، وخافضات التوتر السطحي، وبعض المركزات والإضافات المائية، ومواد التبليل والأيروسولات.

• الصفات والخصائص التي تمتاز بها مواد الإطفاء النظيفة

1. احتمالية استنفاد طبقة الأوزون قليلة (يستحسن صفر).
2. احتمالية مخاطر الاحتباس الحراري منخفضة. 
3. عديمة التوصيل للتيار الكهربائي.
4. آمنة على البيئة، وغير سامَّة.
5. سريعة التبخُّر والتغطية، ولا تترك أيَّ أثرٍ بعد المكافحة.
6. أن تكون معتمدةً من أحد المختبرات العالمية، أو المنظمات المشرعة لمواد الإطفاء؛ مثل: NFPA، أو غيرها من الجهات المُصدِّقة على مواد الإطفاء.
7. ألَّا تترك أي أثرٍ أو مخلفات بعد المكافحة. 
8. كفاءة إطفاء حريق عالية، وفي وقت قياسي.
9. تفاعل كيميائي منخفض، واستقرار تخزين طويل الأجل.
10. غير مؤثرة في تآكل المعادن، وتوافق المواد العالية (معادن، بلاستيك).
11.  سُميَّة منخفضة جدًّا. 
12. تكلفة التصنيع المعقولة.

الماء Water (H2O)

يُعتَبر الماء عنصرًا أساسيًّا لجميع الكائنات والمُكوِّنات، وأهم وأكثر المُركَّبات الكيميائية انتشارًا في هذا الكون الفسيح, ويدخل في تكوينات جميع الكائنات الحيَّة, ويوجد الماء نقيًّا وعذبًا ومالحًا, فالماء هو المادة الوحيدة من وسائل الإطفاء الأرخص والأسهل، والمتوفر بشكل واسع في معظم المناطق والأماكن التي من المحتمل أن تحدث فيها حرائق, ورغم التقدُّم التقني في إيجاد واستعمال وسائل جديدة في مجال مكافحة الحرائق، فلا يزال الماء الوسيلة البسيطة والرخيصة والمتيسرة دومًا لإطفاء معظم أنواع الحرائق؛ لأنَّ الماء يمتاز بقدرةٍ تبريديةٍ فائقةٍ وتأثيرٍ إيجابيٍّ بتقليل وامتصاص درجة حرارة المادة المشتعلة. 

رقم تسجيل الماء 7732-18-5 CAS No الأيوباك صيغة كيميائية H2O 

تركيبة الماء – Structure Of Water: الماء مُركَّب كيميائي يتكون من عنصرين؛ هما: الهيدروجين والأكسجين, ذرة واحدة أكسجين, وذرَّتان هيدروجين (H2O)، ويحتوي جزيء الماء الواحد على هذه الثلاث ذرات مرتبطة ببعضها، وهذه الذرات المتناهية في الصِّغر هي التي تُكوِّن الجزيئات, وجزيئات الماء بدورها تكون القطرات, ويتكوَّن الماء من أجسامٍ متناهيةٍ في الصِّغر تُسمَّى: (جزيئات)، وقطرة الماء الواحدة تحتوي على الملايين من هذه الجزيئات, وكل جزيء من هذه الجزيئات يتكوَّن من أجسام أصغر تسمى: (ذرات).

ويتواجد الماء في ثلاث حالات: السائلة (ماء)، والغازية (بخار ماء)، والصُّلبة (ثلج), والماء مذيبٌ لمعظم المواد السائلة, يتمدَّد بالحرارة، وينكمش بالبرودة مثل كثيرٍ من السوائل.

الصفات والخواص الكيميائية والفيزيائية للماء Properties Of Water :

الماء مادَّة شفافة، وسائل عديم الطعم واللون والرائحة, ويكون في الحالة السائلة عند درجات الحرارة العادية, وفي الحالة الغازية عند درجة التبخُّر والغليان (100 مئوية), وفي حالة التجمُّد عند درجة صفر مئوية, ودرجة غليانه (100 مئوية), والماء له قدرةٌ عالية لامتصاص الحرارة، وبالتالي التبريد, ويزداد حجم الماء عند تجمُّده، وتنقص كثافته, وله خواص كيميائية؛ مثل: التبخر والتجمد والغليان والحرارة النوعية, وله خواص فيزيائية طبيعية؛ مثل: التوتر السطحي، وخاصية اللُّزوجة، وخاصية النفاذ, وهو جيِّد التوصيل للكهرباء؛ ولهذا يُنصَح بشدة بقطع التيار الكهربائي أولًا قبل القيام بعمليات الإطفاء, وهو مذيبٌ جيدٌ للمواد الأيونية، ويدخل في التفاعلات الكيميائية؛ حيث إنَّ له أهمية قصوى في دورة الحياة؛ كعملية البناء الضوئي, والماء يحتوي على هواء ذائب فيه، وهذه الأجزاء التي يشغلها الهواء الذائب هي ما تشغل بما يذيبه من سكر أو ملح مثلًا, والماء يتفاعل مع الفلزات والفحم.

الخصائص الفيزيائية للماء Physical Characters

1. درجة الحرارة: السَّعة الحرارية للماء تبلغ قيمة السعة الحراريَّة النوعيَّة للماء 4181.3 جول (كغ·كلفن).
2.  قابلية التوصيل: موصلٌ جيدٌ نسبيًّا (كلما كان الماء نقيًّا، كان ضعيف التوصيل). 
3. اللون والطعم والرائحة: عديم اللون والمذاق والرائحة، وإذا وُجِدَ مذاق ورائحة للماء، فهذا يدلُّ على شوائب مذابة.
4. الكثافة للماء: كثافة مقدارها (1000 كغ/م3 تعادل 1 غ/مل عند الدرجة 4° س).
5.  درجة الغليان: 100 درجة.
6. الخاصية الشعرية: للماء قدرة سريان وتحرُّك إلى الأعلى والأسفل.
7.  اللُّزوجة للماء: 0,01 (Mpas 1).
8.  خاصية النفاذ: الماء يمتاز بخاصية نفاذ فعالة.
9. قابلية الذوبان: يستطيع الماء إذابة الكثير من المواد. 
10.  الشفافية:عديم اللون.

الحرارة النوعية: هي كمية الحرارة اللَّازمة لرفع غرام واحد من الماء النقي بمقدار درجة حرارة مئوية واحدة.

الحرارة النوعية للماء تساوي (1 كالوري/جم)، بمعنى أنه لرفع حرارة واحد جرام من الماء درجة مئوية واحدة، فإنَّنا نحتاج إلى واحد كالوري, فالحرارة النوعية للماء تساوي (1 كالوري/جم).

• الموصلية الكهربائية للماء Electrical Conductivity

هي قدرة السائل أو المحلول – سواء كان ماءً أو غيره – على توصيل ونقل الكهرباء من المصدر إلى السوائل أو عبرها, وترتبط قدرة التوصيل للكهرباء للسوائل بمدى النَّقاوة، وبنسبة تركيز الأملاح المعدنيَّة المُذابة فيها. 

وهي تتراوح ما بين 1159 (ميكروسيمنس/سم)، وحتى 9065 (ميكروسيمنس/سم) بمعدل 3417,4 (ميكروسيمنس/سم).

الكثافة: كثافة الماء عالية، ولكن عند التجمُّد يتمدَّد الماء ويزداد حجمه، فتقل كثافته ويطفو إلى الأعلى كما هو معروفٌ في طبقات الجليد, وتُحدَّد قيمة كثافة الماء حسَب درجة الحرارة والملوحة والضغط, وتبلغ كثافة الماء النقي قيمتها العظمى عند (4 °س), وإذا أخذنا حجمًا مُعيَّنًا من الماء، وقمنا بتبريده، فإنَّ حجمه ينكمش، وبالتالي تزداد كثافته، مثله مثل أي سائل آخر، وتتوقَّف عندما تصل درجة حرارة الماء إلى (4مْ)، وإذا قُمْنا بتبريد الماء أكثر فإنَّ حجمه بدلًا من أن ينكمش، يتمدد وتقل كثافته، وهذا يُفسِّر انفجار عبوات المياه عند تبريدها وتجميدها كون أحجامها تغيَّرت.

درجة الغليان: درجة الغليان للماء هي 100 درجة مئوية، وتعتمد على الضغط الجوي المحيط، ونسبة المواد المختلطة مع الماء وصفاتها, فعند اختلاط الماء بالمواد القابلة للانحلال والذوبان في الماء، ترتفع نقطة غليان الماء، وتنخفض نقطة تجمُّده, وحرارة تبخر الماء مرتفعة (2257 كيلوجول/كغ).

الخاصية الشعرية: هي انجذاب سطح السائل إلى سطح مادة صلبة, وهي خاصية فيزيائية يتمُّ بواسطتها ارتفاع أو انخفاض السائل داخل الأنابيب الشعرية (دون التأثير عليه بقوة خارجية). 

اللُّزوجة للماء: اللُّزوجة هي مقياس قابلية السائل للانسياب والجريان والتدفق وحركة واحتكاك جزيئاته، فكلما زادت لُزوجة السائل، كانت قدرة جريانه قليلة؛ لأنَّ جزئيات السائل عالي اللُّزوجة تكون مرتبطةً ببعض بشكل قوي, ويُوصَف الماء بأنه من السوائل السَّلِسَة، وله لُزوجة خفيفة, وتُقَاس قيمة لُزوجة السوائل بالضغط في أنابيب اختبار (باسكال في الثانية) أو نيوتن ث/م2، فالماء في درجات الحرارة الاعتيادية له قيمة خاصة باللُّزوجة هي (Mpas 1)، أو عَبْر جهاز فيسكوميتر (Viscometer).

قوة النفاذ للماء: يمتاز الماء بقوة نفاذ فائقة، خاصةً لبعض المواد والأسطح غير الصُّلبة وغير المتماسكة الأجزاء.

الشفافية للماء: الماء عديم اللون عندما يكون بكميات صغيرة، إلا أنَّه يأخذ لونًا أزرق عند ازدياد عمق الطبقات، وتلك خاصية في أصل وجوهر الماء، ويعود سببها إلى امتصاص انتقائي في المجال الأحمر من الطيف المرئي، وتبعثر للضوء الأبيض, عكس بخار الماء، فهو – أساسًا – غاز عديم اللون؛ لهذا فالشفافية للماء تعتبر عاليةً في المجال المرئي (عديم اللون), والامتصاص يتمُّ في المجال تحت الأحمر، وفوق البنفسجي، وهذه خاصية مهمة من أجل التركيب الضوئي.

قابلية الذوبان (الإذابة): يعتبر الماء مذيبًا جيدًا لمعظم المواد والمُركَّبات، ويُطلَق عليه: (المذيب العام)، ويُعتَبر من المذيبات القطبية الجيِّدة, والمواد القابلة للانحلال والذوبان في الماء تُعتَبر مواد مُحبَّة للماء (هيدروفيليَّة)؛ مثل: الأملاح والسُّكريات والأحماض والقلويَّات وبعض الغازات؛ مثل: الأكسجين، وثنائي أكسيد الكربون، وفي المقابل فإنَّ المواد التي تكون غير قابلةٍ للامتزاج مع الماء – مثل: الدهون والزيوت والشحوم وغيرها – تعتبر كارهةً للماء (هيدروفوبيَّة)، ويمتزج الماء مع العديد من السوائل كالكحوليات، ولكن لا يمتزج الماء مع أغلبية الوقود والسوائل والزيوت العضويَّة؛ إذ تُشكِّل الأخيرة طبقةً ذات كثافة أقل تطفو على سطح الماء. والرقم الهيدروجيني PH يعتبر الماء سائلًا متعادلًا كيميائيًّا؛ إذ إنَّ درجة الحُموضة أو القاعديَّة فيه هي (7)، وهذا يعني أنَّه لا يمكن اعتبار الماء مادةً حمضيَّة أو قاعديَّة؛ لأنه مادة متعادلة كيميائيًّا.

ظاهرة التوتر السطحي في الماء (Surface Tension):

 التوتر السطحي أو الشد السطحي: هو التأثير الذي يجعل الطبقة السطحية لأيِّ سائل تتصرَّف كورقة، أو غشاء مرن، أو قطعة من الجلد مشدودة ومتوترة في إطارٍ، وتقاوم اختراق الأجسام الخفيفة، وهذا هو السببُ في تسمية هذه الظاهرة باسم: (التوتر السطحي), وهذا التأثير يسمح للحشرات خفيفة الوزن بالسَّير على الماء، وكذا الأشياء المعدنية الصغيرة، أو أجزاء ورق القصدير من الطفو على الماء، وهو المُسبِّب أيضًا للخاصية الشعرية.

والتوتر السطحي هو خاصيَّة الترابط بين جزيئات المادة؛ سواءً كانت مادة واحدة، أو متجانسة, وهي أيضًا تلك القوى الَّتي تُسمَّى: قوى الجذب الجزيئية (قوى التماسك)، والتي تعمل على تماسك جزيئات هذه المادة بعضها ببعض. ويحدث التوتر السطحي بسبب التجاذب بين جزيئات السائل التي في الداخل، وتتعرَّض لقوى متساوية في جميع الاتِّجاهات، بينما الجزيئات التي على سطح السائل تتعرَّض لقوى تجذبها نحو عمق السائل إلى الأسفل، الأمر الذي يجعل جزيئات السطح تتصرَّف وكأنَّها غشاء كروي مشدود، وهذا ما يُفسِّر شكل قطرات الماء الكُروية؛ لأن الكرة هي الشكل الهندسي ذو المساحة السطحية الأقل.

وتفسير التوتر السطحي في ضوء النظرية الجزيئية من حيث الشحنات، فذرة الأكسجين أعلى من ذرة الهيدروجين، وتحمل ذرَّة الأكسجين شحنة سالبة جزيئية، في حين تحمل ذرة الهيدروجين شحنة موجبة جزيئية، وبالتالي يكون الماء جزيئًا قطبيًّا ذا عزمٍ ثنائي القطب يبلغ مقداره (1.84ديباي)، وبهذا يُشكِّل الماء روابط هيدروجينيَّة قوية بين جزيئاته، ويؤدِّي هذا النشاط إلى وجود قوة ترابط وتماسك قوية بسبب قوى ثنائية القطب والروابط الهيدروجينية ممَّا يفسر ظهور خاصية التوتر السطحي الكبيرة للماء، والتي هي (72 نيوتن/للمتر). وتحدث ظاهرة التوتر السطحي عمومًا على السطح الفاصل بين السائل والهواء، أو بين سائلين غير قابلين للامتزاج، أو سائل مع سطح صلب.

(خاصية التماسك) Cohesion: هي الجذب بين جزيئات المادة الواحدة.

(خاصية التلاصق) Adhesion: قوة تجاذب بين جزيئات مختلفة، ويختلف مقدارها باختلاف المواد، فمثلًا: قوة تلاصق الصمغ مع الورق أكبر من قوة تلاصق الماء مع الورق.

مميزات المياه وإيجابياتها Characterizes & Advantages Of water :

• مميزات وفوائد وخصائص المياه كثيرة؛ منها:

• • أقل تكلفة مادية للحصول عليه مقارنةً بتكاليف مواد الإطفاء الأخرى.
  • سهولة الحصول على المياه في أيِّ مكان يتواجد فيه الإنسان؛ نظرًا لحاجته للمياه؛ سواءً للمعيشة، أو التأمين من أخطار الحرائق أو التصنيع، وغيره من الاحتياجات.
  • يمتاز بقوة تبريدية فائقة، وامتصاص الحرارة من النار، ومن محتويات الاحتراق، وبهذا يساعد على إبعاد الحرارة من المادة المشتعلة، وهذا يُسمَّى بخاصية الارتفاع العالي لمستوى السَّعة الحرارية.
  • سهولة نقل وحمل المياه إلى الأماكن المراد تأمينها، ولا يحتاج لمواد ومُركَّبات أخرى لجعله مادة مناسبة لإطفاء الحرائق.
  • عند تبخُّره فإنه يغطي مساحةً كبيرةً جدًّا حول مكان الاشتعال، وبهذا يُقلِّل من خطورة تراكمات الدخان والغازات المتصاعدة، ويُقلِّل من سخونة المكان المشتعل.
  • يمتاز بقوة نفاذ وتسرُّب إلى أعماق المواد المحترقة.
  • لا يعتبر سامًّا، ولا يُشكِّل خطورةً عند تحوُّله من حالة إلى أخرى. 
  • مناسب وفعال جدًّا لإطفاء الحرائق الكربونية الصلبة؛ مثل: الأعشاب والأشجار والأنسجة والأوراق والبلاستيك، وغيرها من المواد المشابهة.

سلبيات استخدام الماء في عملية إطفاء الحرائق 

1.  موصل للكهرباء؛ لذلك يُفضَّل قطع التيار الكهربائي خوفًا من التعرُّض للصدمات والصعقات الكهربائية. 
2.  يعمل على انتشار حرائق السوائل القابلة للاشتعال، وخصوصًا أثناء استخدام الماء على شكل عمود مائي (استقامة المجرى)؛ ممَّا يُسبِّب تبعثر ألسنة النار، وكشف الغطاء السطحي للرغوة، وظهور المواد المشتعلة وتوسعها.
3.  لديه قابلية التجمُّد في المناخات الباردة جدًّا.
4.  لا يناسب إلا حرائق الفئة (أ) فقط.
5.  وسائل استخدامه قابلة للصدأ، وبحاجة لنوعٍ من الأصباغ من الداخل.
6.  قابليَّته لنقل الملوثات أثناء التدفق، وتصاعدها فوق المياه.
7.  إضافةً إلى عدم استعمال الماء على المعادن الساخنة جدًّا، أو الذائبة، والتي من المحتمل أن يَنْجُم عنها انفجار وغازات سامَّة، خصوصًا إذا كان المكان منغلقًا.
8. لا يمكن استخدام الماء في مكافحة حرائق الكهرباء والأجهزة الإلكترونية والحساسة؛ لأنه موصلٌ للتيار الكهربائي ممَّا يعرض رجال الإطفاء للصعق الكهربائي.
9.  من المهم جدًّا الانتباه إلى مجرى الماء الناتج عن خراطيم الإطفاء وانحداره، فقد يحمل الماء معه في جريانه موادَّ كيماويةً حمضيةً أو قاعديةً أو أكالةً، فتصيب فريق إطفاء الحرائق. 

الاستعمالات Water Applications 

يتمُّ استخدام المياه في كلِّ نواحي الحياة منذ الأزل، ومنذ أنْ عرف الإنسان نفسه، وكل شيءٍ في هذا الكوكب يحتاج المياه, ويستعمل الماء في عدَّة مجالات؛ منها: 

1. عمليات مكافحة الحرائق الصغيرة والكبيرة والمنتشرة، وإخماد النار والإطفاء.
2. عمليات التبريد وامتصاص الحرارة من النار؛ سواء تبريد خزانات السوائل المشتعلة، أو تبريد جسم الطائرة؛ لأنه يعمل على تقليل الحرارة، وعدم ارتفاعها على جسم الطائرة وتأثُّرها بالنار والحرارة المجاورة.
3. يستعمل أثناء عمليات الإنقاذ كحمايةٍ لركاب الطائرة أثناء الإخلاء، أو أثناء إنقاذ الساكنين في البنايات من تأثيرات نيران الحرائق المشتعلة.
4. يستعمل في عمليات التنظيف لعربات الإطفاء و المعدات والتجهيزات كافَّة الخاصة بمكافحة الحرائق بعد الانتهاء من عملية إطفاء الحرائق لإعادة جاهزيَّة معدات الإطفاء، وجعلها نظيفةً ومُرتَّبةً وجاهزةً لمواجهة أي حرائق قادمة.
5. يستعمل للتبريد أثناء القيام بعمليات القطع والنشر؛ لعدم إحداث شررٍ أو تصاعد الحرارة.

فكرة عمل الماء في إطفاء الحرائق Theory Of Extinguishment:

فكرة عمل الماء ونظريَّة الإطفاء أثناء استخدامه لمكافحة الحرائق تأتي من قدرته على امتصاص الحرارة من النار وتقليلها, وكون الماء يتبخَّر إلى أبخرة تعمل على تقليل الأكسجين في محيط الحريق، فعند تبخُّر لتر واحد من الماء قد ينتج ما يساوي 1600 حجم منتشر على هيئة بخار ماء.

• أصناف الحرائق المناسبة للإطفاء باستخدام الماء

1. مناسب جدًّا لإطفاء حرائق الأعشاب وحرائق الأوراق.
2. مناسب لإطفاء حرائق المواد الصلبة؛ مثل: الأخشاب والأنسجة والمنسوجات.
3. غير مناسبٍ لإطفاء الحرائق الكهربائية.
4. مناسب لأغراض تبريد خزانات الوقود في شكل ضباب مائي.
5. مفيد لمتابعة الحرائق العميقة والشائكة.

• نظام إخماد الحرائق بجزيئات الماء المتناهية في الصِّغر (الضباب المائي)Water Mist 

ما يزال الماء الوسيلة المُفضَّلة لإطفاء الحرائق، ونظام رش الماء بجزئيات متناهية في الصغر تمَّ تطبيقه لسنوات عديدة, ومع التخلُّص التدريجي من Halon-1301، أثار الاهتمام المتجدد البحث في تطبيق نظام رش الماء المطبق بشكل صحيح كوسيلة فعالة واقتصادية لإطفاء الحرائق. وأنظمة رش الماء عبارة عن إصدارات مُصغَّرة بشكل أساسي من أنظمة رش المياه ذات المساحة المحدودة، أو التطبيقات المحلية التي تعتمد على خصائص إطفاء الحرائق لقطرات الماء الدقيقة (أقل من 1000 ميكرون)، وتسرد بعض الشركات المصنعة أحجام قطرات النظام المصممة مسبقًا، والتي يتمُّ إنتاجها في نطاق (100-150 ميكرون), ويوفر الحجم الصغير لقطرات الماء هذه مساحةً كبيرةً لنقل الحرارة؛ مما يسمح بتبخُّر الكثير من رذاذ الماء، وتحويله إلى بخار، وتوفير تأثير التبريد اللازم لإطفاء الحرائق, وتتميَّز أنظمة رذاذ الماء بأنها أكثر فعاليةً من أنظمة الرش التقليدية؛ مثل: الأنابيب الرطبة، والأنابيب الجافة، والحركة المسبقة، والتدفق، ونظام الغمر الكلي, وعلى عكس نظام الرش التقليدي يتم استخدام أنظمة رذاذ الماء للتطبيق المحلي (فُوَّهة موجودة في مصدر الإشعال المحتمل)، أو تطبيق المقصورة (على غرار نظام الفيضانات الكلي لـ CO2 أو العامل النظيف)، أو التطبيق المخصص (نظام ضباب مائي يحمي جزءًا من المكان المراد حمايته)، وتعتمد أنظمة الرش التقليدية على شبكة من الأنابيب لتوفير إخماد كامل أو شامل لحرائق المباني – عادةً – من رؤوس رشاشات مثبتة في السقف.

وقد تمَّ تصنيف أنظمة رذاذ الماء إما على أنها أنظمة ضغط مرتفع، أو منخفض، أو متوسط الضغط.

وتعرف أنظمة الضغط العالي بأنها تلك التي تعمل عند (500 رطل لكل بوصة مربعة)، أو أعلى.

ويتمُّ تعريف أنظمة الضغط المنخفض على أنها تلك الأنظمة التي تعمل بين (175 إلى أقل من 500 رطل لكل بوصة مربعة), وتعمل أنظمة الضباب المائي على إطفاء الحرائق وفقًا لمعيار:

NFPA 750, Standard on Water Mist Fire Protection Systems 

 باستخدام كميات صغيرة من المياه المنبعثة على شكل قطرات صغيرة، تحت ضغط منخفض، أو متوسط، ​​أو مرتفع, وتشمل طرق الإطفاء: التبريد، وتخفيف الأكسجين عن طريق تمدُّد البخار، وترطيب الأسطح، وتقليل تأثيرات الحرارة, وتَستخدم هذه الأنظمة فُوَّهات مُصمَّمة خصيصًا لإنتاج قطرات أصغر كثيرًا من تلك التي تنتجها أنظمة الرش العادية، وتعتبر القطرات الصغيرة أكثر فاعليةً في إطفاء الحرائق؛ لذلك هناك حاجة إلى كميات أقل من المياه.

وهناك نوعان من أنظمة إطفاء الضباب المائي: أنظمة السوائل المفردة والمزدوجة, وقد ثبت أن كلا النظامين فعالان، بالإضافة إلى ذلك عند تثبيتها بشكل صحيح يمكنها اختراق – بفعالية – الحرائق العميقة, ونتيجةً لذلك يتم تقليل الأضرار التي تلحق بالمعدات الحساسة للمياه, وتستخدم مطفأة Water Mist الماء غير المُتأيِّن الذي يتم رشُّه كرذاذ ناعم على أماكن الاحتراق، وهو مُصمَّم كبديل للهالون في المناطق التي يجب تقليل التلوُّث إلى الحد الأدنى دون حساب بدائل الهالون, وتستخدم فُوَّهة خروج الضباب المائي نمط رش عريضًا مع قطرات دقيقة لإضفاء سلاسة وتحكُّم في التفريغ, ولقد اجتازت أنظمة الضباب المائي اختبار UL للتوصيل الكهربائي، ويجب أن يكون لعامل الماء معدل موصلية يبلغ (1 ميكروسيمين) أو أقل، كما هو مطلوب بواسطة معيار NFPA 10، والخاص بأسطوانات الإطفاء المُتنقِّلة؛ ممَّا يسمح بإدراجها في تطبيقات الفئة (C) رذاذ الماء الناعم/رذاذ الماء, وتنقسم أنظمة رش المياه الدقيقة إلى فئتين: أنظمة فردية، وأنظمة مزدوجة.

ويكون استخدام المياه المخزنة عند ضغط (40-200 بار)، وفُوَّهات الرش التي تُوفِّر أحجام قطرات في نطاق يتراوح من (10 إلى 100 ميكرون)؛ وتستخدم الأنظمة المزدوجة الهواء أو النيتروجين، أو أي غاز آخر لرذاذ الماء في الفُوَّهة في كلتا الحالتين، ويُعرَف الضباب الكثيف الناتج في بعض النواحي كغاز كثيف، ولكنه لن ينتشر في المناطق غير المحميَّة، وبالتالي يجب تصميم كل نظام ضباب مائي بشكل فردي، وقد يظلُّ هناك مطلب لتدخل فريق الاستجابة لإطفاء الحرائق الصغيرة المعوقة, ويمكن أن تصل كمية المياه المطلوبة إلى (100 مرة) أقل من تلك الموجودة في نظام الرش، والنتيجة هي أنَّ رذاذ الماء لا يوصل الكهرباء بنفس الطريقة التي توصل بها تيار صلب من الماء؛ لذلك يمكن استخدام البخاخات في المُعدَّات الكهربائية الحيَّة، ويمكن أيضًا استخدام البخاخات الدقيقة على حرائق السوائل القابلة للاشتعال، ولكن لا ينبغي استخدامها مع المواد التي تتفاعل بعنفٍ مع الماء؛ مثل: المعادن التفاعليَّة. إنَّ الصعوبات الرئيسة في أنظمة رذاذ الماء هي تلك المرتبطة بالتصميم والهندسة, وتعني: متطلبات توليد وتوزيع والحفاظ على تركيز مناسب من القطرات ذات الحجم الصحيح والفعال في جميع أنحاء المحيط المحمي, وأن حلول الحماية من الحرائق يجب أن تكون مُصمَّمة بشكل هندسي.

مزايا أنظمة ضباب الماء Advantages of water mist systems

1.  تُعَدُّ القطرات الصغيرة أكثر فاعليةً في إطفاء الحرائق، ويمكن أن تخترق بفعالية الحرائق العميقة.
2.  هناك حاجة إلى كميات أقل من المياه من أنظمة الرش القياسية.
3.  يتم تقليل الأضرار التي ستلحق بالمُعدَّات الحسَّاسة بسبب المياه إلى أقل مستويات.
4.  أنظمة عوامل إطفاء رذاذ الماء التي يمكن استخدامها لتحلَّ محل هالون 1301، وهالون 1211. 
5.  نظام رذاذ الماء هو نظام إطفاء حريق آلي قائم على الماء، ولا يشكل خطورةً صحيةً على العاملين. 
6.  رذاذ الماء عبارة عن رذاذ ناعم مع (99) النسبة المئوية لحجم الماء الموجود في قطرات الماء التي يقل قطرها عن ملليمتر واحد (1000 ميكرون).
7. رذاذ الماء يمكن تصميم الأنظمة كنظام غمر كلي، وأماكن حماية موضعية بنظام حاوية كبيرة برؤوس رشاشات، أو رؤوس رش، أو يتم وضع الفُوَّهات على فترات.
8.  يحتوي هذا النوع من الأنظمة على أدوات تطبيق، أو فُوَّهات مُوجَّهة مباشرة إلى قطعة مُعيَّنة من الآلات أو المعدات المطلوب حمايتها.
9.  استخدام مياه أقل من النظام الاعتيادي، والقدرة الفعالة على الوصول إلى أماكن بعيدة.
10. يتمُّ قذف مياه الضباب المائي بقواذف خاصة؛ ممَّا يسمح بتجزئتها إلى عدد كبير من الذرات من (100-150 ميكرون)، في حين يبلغ حجم قطرات المياه العادية أكثر من (5000 ميكرون).

• السلبيات

1.  لا يُفضَّل استخدام النظام على المعادن التفاعلية.
2.  الحجم المثالي لجزيئات الماء (100-150 ميكرون), وإن كانت أقل من (50 ميكرون)، فإنه لا يمكنها التغلغل في اللهب، وتكون غير فعالة, وإن كانت أكبر من (200 ميكرون)، فإنها تطير إلى حدٍّ بعيدٍ فوق اللهب.

• كيف تعمل أنظمة رذاذ الماء (الضباب المائي)

يخلق الماء المقسم إلى قطرات دقيقة جدًّا مساحة سطح أكبر من القطرات القياسية المنبعثة من رؤوس نظام الرش الاعتيادية, ويمكن أن تكون قطرات نظام رذاذ الماء أصغر بمقدار (20 مرة)، وتبلغ مساحة سطحها (400 مرة) أكبر من قطرات الماء في نظام الرش, وتسمح هذه المنطقة المحسَّنة لمزيدٍ من الماء بامتصاص الحرارة من النار، وبالتالي ستتحوَّل كمية أكبر من الماء إلى بخار، ممَّا يوفر ما يُعرَف باسم: (الحرارة الكامنة للتبخُّر) عندما يتغيَّر الماء من سائل إلى غاز، فإنَّه يمتصُّ ما يقرب من (970 وحدة حرارية بريطانية) (Btus) من الطاقة الحرارية لكل رطل, وكل جالون من الماء يزن حوالي (8.3 رطل) سوف يمتص أكثر من (9000 Btus) (الطاقة المطلوبة لرفع كل رطل من الماء إلى 212 درجة فهرنهايت بالإضافة إلى الطاقة الممتصَّة لتغيير حالتها المادية)، وهذا يُقلِّل بشكلٍ كبيرٍ من مُعدَّل الاحتراق، وسيحتل البخار أيضًا حجمًا أكبر بكثير ممَّا لو كانت القطرة في صورة سائلة. وتتـراوح نسبة تمدُّد الغاز إلى السائل من (1700 إلى 1)، وسيخلق البخار أيضًا جوًّا خاملًا؛ حيث يقوم بإزاحة الأكسجين من منطقة اللهب، ويحل محلَّه، وبالتالي تجويع النار من عاملٍ مؤكسدٍ، وهو عنصر حيوي آخر في مثلث النار. NFPA 750: Standard on Water Mist Fire Protection Systems.

وتعتمد أنظمة إخماد حرائق ضباب الماء على رذاذ قطرات الماء الناعم والصغيرة المتجزئة نسبيًّا (<200 ميكرومتر) في إخماد الحرائق، ويسمح حجم القطرة الدقيق للرش بالتحرُّك حول العوائق في طريقة مماثلة للأنظمة الغازية، وتتكوَّن آليَّات إطفاء الحريق من التبريد من تبخُّر قطرات الماء، ونفاد الأكسجين مع توسُّع البخار الناتج عن تبخُّر الماء.

وتتكوَّن أنظمة رذاذ الماء ذات التقنية الحالية إمَّا من سائل مفرد عالي الضغط، أو سائل مزدوج منخفض الضغط، حيث يتمُّ دفع السائل من خلال فُوَّهات مُصمَّمة خصيصًا لإنتاج أحجام القطرات المطلوبة، ويمكن أن تكون أنظمة الضغط العالي رطبةً أو جافةً، حيث تكون الأنظمة الرطبة هي تلك المضغوطة حتى الفُوَّهة, وتعمل أنظمة الضغط العالي عند ضغوط تتراوح بين (100 و200 بار)، ويتكوَّن من خزان لتخزين المياه، ومضخَّة ضغطٍ عالٍ لإجبار الماء عبر فُوَّهة وأنابيب التوزيع والصمامات والفُوَّهات ونظام التحكم, وأنظمة الضغط المنخفض تفعل ذلك، ولا تتطلَّب عمومًا مضخات خارجية لإنتاج رذاذ الماء والهواء المضغوط والماء، ويتم تغذيتها من فُوَّهة مُصمَّمة خصيصًا، ويتمُّ رش الماء عن طريق التفاعل بين الاثنين (سوائل أنظمة الضغط المنخفض جافة مع غاز الضغط)؛ وتبقى خطوط التوزيع غير مضغوطةٍ حتى تُفعَّل وتنشط, وضباب الماء له ميزةٌ كبيرةٌ عند مقارنته بالمُثبِّطات الكيميائية التقليدية, فإنَّه غير سامٍّ، ولا يتحلل إلى منتجات ثانوية سامَّة، بالإضافة إلى ذلك لا توجد مخاوف بيئية سلبية مع استخدامه، والجدير بالذِّكر أن أنظمة رذاذ الماء مناسبة لحرائق الوقود والآلات الكهربائية، ومساحات غرف المحرك، وتطبيقات الكمبيوتر والإلكترونيات، ومع ذلك فهي غير مناسبةٍ للحرائق التي تنطوي على المعادن التفاعلية؛ مثل: الصوديوم والبوتاسيوم.

مخفضات التوتر السطحي (Surfactants)

هي أملاح الحموضة الدسمة التي تحتوي على سلسلة هيدروكربونية تحمل مجموعات ذات خواص قطبية شاردية أو غير شاردية؛ حيث إنَّ السلسلة الهيدروكربونية غير مُحبَّة للماء، وتُسمَّى: (هيدروفوبيك) Hydrophobic، أما الجزيء القطبي فينحل في الماء ويسمى: (هيدروفيل) Hydrophilic محب للماء – والمواد المُنشِّطة للسطوح (Surface Active) عناصر ومكونات إضافية إلى مواد الإطفاء وتُسمَّى مُنشِّطات؛ لأنها تُقوِّي أسطح المكونات، وتقلل من قوى التوتر السطحي للسوائل لتتغلب وتخترق أسطح السوائل المشتعلة، وبالإمكان تسميتها: مُخفِّضات التوتر السطحي عندما نقصد تخفيض خاصيَّة التوتر السطحي للماء أَو لأي سائلٍ، وهي عبارة عن مكونات ومواد وإضافات إذا أضيفت لمادةٍ جعلت خاصية التوتر السطحي أو الشد السطحي ضعيفةً, أما إذا اختلطت مع مواد مشتعلة، فإنَّ خاصية التوتر السطحي لها تكون أقل من مادة الإطفاء، فتعمل على اختراق جزيئاتها المتماسكة لتقليل فعالية اندفاع الأبخرة والغازات، وبالتالي تتلاشى وتنطفئ.

وتعرف المواد الفعَّالة سطحيًّا على أنها مجموعةٌ من المُركَّبات التي يمكنها الانتشار في محلول أو سائل بحيث يكون تركيزها على السطح أعلى منه في الداخل، مؤدِّية لخفض التوتر السطحي؛ مثل: المُسْتحلَبات Emulsifiers، وتتكوَّن مُنشِّطات السطوح من تركيب جزيئين ذي نوعين من المجاميع أصل طرفيه أنَّ أحدهما مُحبٌّ للماء (Hydrophilic)، والآخر محب للدهون (Hydrophobic)، ويكون الجزء المحب للماء ذا تركيب قطبي مثل حامض كربوكسيلي أو سلفونات أو كحولات، أمَّا الجزء الكاره للماء ومحب للدهون فإنَّه يتألَّف من سلسلة هيدروكاربونية اليفاتية طويلة أو حلقية أو متفرعة أو هيدروكاربونية اليفاتية، وهي عبارة عن أملاح الحموضة تحتوي على سلسلة هيدروكربونية تحمل مجموعات ذات خواص قطبية شاردة أو غير شاردة، وغير مُحبَّة للماء تُسمَّى: (هيدروفوبية)، أما الجزيء القطبي فينحل في الماء، ويسمى: (هيدروفيلية)، وزمرة السلفونات تقسم مخفضات التوتر السطحي بحسب انحلاليتها في الماء إلى أيونيَّة وغير أيونيَّة، وتُصنَّف ضمن أربع مجموعات، هي: 

• مُخفِّضات التوتر السطحي الأيونيَّة Anionic Surfactants (منظفات صابونية).
• مُخفِّضات التوتر السطحي الكاتيونية Cationic Surfactants (ثلاثي ميثيل الأمونيوم).
• مُخفِّضات التوتر السطحي المذبذبة Amphoteric Surfactants (البوتين).
• مُخفِّضات التوتر السطحي غير المتأيِّنة Non-ionics Surfactants (الكيل بولي غليكول ايتر).

خافض توتر سطحي بولي أكريل أميدات مسلفنة أو بيتين معالج بالكربوكسيل، أو بيتين معالج بالكربوكسيل، أو خافض التوتر السطحي (البوليمر)، وبوليمر مشترك من أكريلاميد وسلفونات بوتيل أكريلاميد يمكن أن يتضمَّن خليط خافض التوتر السطحي البوليمر زانثان بوليمرات خافضة التوتر السطحي القلويَّة, العامل المُنشِّط للسطح دوداكيل بنزين سلفونات الأمونيوم (Dodecyl Benzene Ammonium Sulphonate)

تكوين المواد الفعالة سطحيًّا

بنية المواد الفعَّالة سطحيًّا: تتمتَّع المواد الفعالة سطحيًّا ببنيةٍ غير متناظرة، بحيث يمكننا تقسيم الجزيئيَّة إلى قسمين:

1.  رأس قطبي شغوف بالماء Hydrophilic، وكاره للطور الزيتي.
2.  ذيل أو سلسلة كربونية كارهة للماء، وشغوفة للطور الزيتي (مُحبَّة للدهون) Lipophilic 

آليَّة عمل المواد الخافضة للتوتر السطحي:

تقوم آليَّة عمل المواد الخافضة للتوتر السطحي على تجمُّع جزيئاتها على شكل طبقةٍ عازلةٍ بين الطورين غير القابلين للامتزاج، أمَّا عند انتشار العامل الفعَّال سطحيًّا داخل المحلول، فإنَّنا نجد أن هناك تجاذبًا بين الأقسام الهيدروفوبية لجزيئات العامل الفعَّال سطحيًّا مع الطور الزيتي أو البقعة الزيتية، ممَّا يؤدي لخفض مساحة التَّماسِّ بينها وبين الماء إلى أن تتمكَّن جزيئات العامل الفعال سطحيًّا من تشكيل طبقةٍ غَرويَّةٍ معلقةٍ تلعب دور الحاجز، ويُرمَز لتركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي للحدِّ الأدنى الحرج اللازم لتشكيل هذه الطبقة المعلقة بـ (CMC)؛ لأنَّ قوة التوتر السطحي تثبت عند تجاوز التركيز الحرج، والذي تتغيَّر عنده خواص السائل مثل التوتر السطحي، والناقلية الكهربائية، والنفوذية، والضغط، والانحلال بالماء, وتكون قيمته CMC 1.14 مول/ليتر، وتعتمد فعالية المواد الفعالة سطحيًّا على حالات غرويَّة مُعقَّدة فيها نظريات عدة. وأغلب وأهم صفة مميزة للمواد الفعالة سطحيًّا هي كون أحد طرفي الجزيء شديد القطبية أو أيوني الارتباط Hydrophylic، والباقي سلسلة كربونية دسمة لا قطبية Hydrophobic، فإننا نجد مَيْلًا للنهاية القطبية الشغوفة بالماء لجعل الجزيئية قريبة من الماء، بينما تميل السلسلة اللَّاقطبية الدسمة الشغوفة بالزيوت، أو الدفوعة للماء لتجعلها قريبةً من بالزيت، وقد بُرْهن على أنَّ قطرةً من حمض دسم تنتشر فوق سطح الماء لتُشكِّل رقاقة ثخنها ثخن جزيئة واحدة، وتصطف الجزيئات كسياجٍ بحيث يغطس الطرف القطبي في الماء، وينفر الطرف اللَّاقطبي من الماء، وهكذا تنحلُّ جزيئات المواد الفعالة سطحيًّا في الماء، وهي ذات نهايات قطبية أكثر وضوحًا من النهايات المقابلة في الحموض الدسمة الحرة، وتُشكِّل محاليل أقرب للغَرويَّة منها للحقيقة.

العدد 27- أبريل 2023