نظام رغوة الهواء المضغوط

يُستخدم نظام رغوة الهواء المضغوط في مكافحة الحرائق لتوصيل رغوة مثبطة للهب بهدف إخماد الحريق أو حماية المناطق غير المحترقة.

تشمل المكونات النموذجية مصدر مياه، ومضخة طرد مركزي ، وخزانات مركز الرغوة، ونظام حقن مباشر لنسبة الرغوة على جانب التفريغ من المضخة، وغرفة أو جهاز خلط، وضاغط هواء دوار ، وأنظمة تحكم لضمان الخلطات الصحيحة من المركز والماء والهواء.

يُعرَّف نظام رغوة الهواء المضغوط بأنه نظام ضخ مياه قياسي مزود بنقطة دخول يُضاف إليها الهواء المضغوط إلى محلول الرغوة لتوليد رغوة إطفاء الحرائق، ثم تُضخ عبر مدفع أو فوهة. وهذه إحدى الطرق العديدة المستخدمة لتوليد الرغوة في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك أجهزة الحقن المدمجة.

تهدف تقنية الرغوة المضغوطة ذاتية الاحتراق (CAFS) إلى مهاجمة جميع جوانب مثلث الاحتراق الثلاثة في آنٍ واحد. تُغطي الرغوة الوقود ، مما يُقلل من قدرته على البحث عن مصدر للأكسجين . وبفضل خصائصها السطحية ، يتميز محلول CAFS بتوتر سطحي أقل مقارنةً بالماء. وهذا يسمح للمحلول بتكوين طبقة رقيقة على سطح أي وقود يُطبق عليه، مما يُساعد على خفض الحرارة بسرعة أكبر .

قد يشير مصطلح CAFS أيضًا إلى أي مطفأة حريق تعمل بالماء المضغوط ويتم شحنها بالرغوة وضغطها بالهواء المضغوط.

يعتقد بعض الخبراء أن نظام الرغوة المضغوطة بالهواء (CAFS) ليس أكثر فعالية في إخماد الحرائق الداخلية من الماء العادي، بل قد يكون ضارًا في عمليات مكافحة الحرائق الداخلية. تعتمد عمليات نظام الرغوة المضغوطة بالهواء على الهواء، وهو أحد عناصر مثلث النار، وقد يؤدي ذلك إلى زيادة شدة الحريق، فضلًا عن إنتاج بخار زائد قد يُعرّض رجال الإطفاء للخطر. ^{[ 1 ]}

لطالما لوحظ أن الماء ليس أداة مثالية لإطفاء الحرائق، كما ذكر دبليو إي كلارك (1991): "إن عملية إطفاء الحرائق بالماء عملية شاقة ومكلفة عموماً... فتكلفة تركيب أنابيب مياه كبيرة بما يكفي للتدفق المطلوب، وتركيب وصيانة صنابير إطفاء الحرائق ، وشراء وصيانة مضخات الإطفاء وخراطيم المياه والفوهات، تجعل الماء عامل إطفاء مكلفاً إلى حد ما... إن استخدام الماء ليس الطريقة المثلى لإطفاء الحرائق... لا بد من وجود طريقة أفضل لم يتم اكتشافها بعد." (ص 75)

ويضيف ليبسون (1996): "الماء عامل إطفاء غير فعال. فهو يتطلب استخدام كميات كبيرة منه، مما يترتب عليه تكاليف مالية وجسدية. وتُفرض هذه التكاليف على رجال الإطفاء والمجتمع." (ص 5)

يعود استخدام إضافات الرغوة إلى الماء لإطفاء الحرائق إلى براءة اختراع إنجليزية عام 1877 لطريقة إنتاج رغوة كيميائية (ليبسون، 1991، ص. 11). وقد أجرت البحرية الملكية تجارب على مواد رغوية مُنتجة بواسطة الهواء المضغوط في ثلاثينيات القرن العشرين (دارلي، 1994)، بينما استخدمت البحرية الأمريكية أنظمة رغوة الهواء المضغوط (CAFS) في أربعينيات القرن العشرين لإطفاء حرائق السوائل القابلة للاشتعال. وبحلول ستينيات القرن العشرين، كانت محطات غسيل السيارات المنزلية تستخدم أنظمة رغوة الهواء المضغوط (CAFS) بضغط منخفض وخراطيم وفوهات صغيرة القطر، حيث كانت تضخ حوالي 15 لترًا من المحلول و 0.11 متر ^{مكعب من الهواء المضغوط في الدقيقة} ، بمدى فوهة يصل إلى 12 مترًا تقريبًا (روكنا وشلوبوم، 1992).   

في منتصف سبعينيات القرن الماضي، قام مارك كامينز، أثناء عمله في دائرة الغابات بولاية تكساس، بتطوير نظام لتمديد المياه يُعرف باسم "تكساس سنو جوب". اخترع السيد كامينز نظام CAFS وحصل على براءة اختراع أمريكية رقم 4318443 عام 1982. استخدم هذا النظام الرائد من الفئة (أ) منظفات غسيل الأطباق أو مشتقات صابون الصنوبر ، المتوفرة بكثرة كنفايات من صناعات الورق المحلية ، كعامل رغوي بنسبة 8 إلى 9 أجزاء من العامل إلى 91 إلى 92 جزءًا من الماء، بمعدل تدفق يصل إلى 110 لترات (30 جالونًا أمريكيًا ) في الدقيقة. كانت مدة التشغيل محدودة بسبب استخدام أسطوانات الهواء المضغوط بدلًا من الضواغط (شملت براءة الاختراع الأمريكية والأجنبية الصادرة لمارك كامينز أيضًا جميع أنواع ضواغط الهواء ومولدات الغاز الخامل). بحلول منتصف ثمانينيات القرن العشرين، أدت الأبحاث التي أجراها مكتب إدارة الأراضي التابع لوزارة الداخلية الأمريكية بالتعاون مع مارك كامينز إلى تطوير خصائص تصميمية حديثة لضواغط الهواء الدوارة، والمضخات الطاردة المركزية، وأنظمة حقن الرغوة المباشرة (فورنيل، 1991؛ IFSTA، 1966). حظيت أنظمة الرغوة المضغوطة (CAFS) باهتمام وطني عام 1988 خلال حرائق غابات منتزه يلوستون، عندما تمت حماية فندق أولد فيثفول إن المكون من أربعة طوابق بنجاح عن طريق تغطيته برغوة الهواء المضغوط (دارلي، 1994).   

في ربيع عام ١٩٩٤، قام تروي كاروثرز بجولة في أمريكا الشمالية على متن مركبة تجريبية تعمل بنظام رغوة الهواء المضغوط، من إنتاج شركة دبليو إس دارلي وشركاه. كان الهدف من هذه الجولة التعريف بنظام رغوة الهواء المضغوط وعرض هذه التقنية الحديثة نسبيًا على فرق الإطفاء في الولايات المتحدة وكندا . قبل ذلك بسنوات عديدة ، تعاونت شركة دارلي مع شركة كومينز في تطوير مركبة تجريبية لنظام ضخ المياه المتمددة. وقد قاد تروي كاروثرز المركبة التجريبية لعام ١٩٩٤، وهو الذي شارك في التصميم الأولي وتجميع منتج دارلي أوتو كافس. يشغل كاروثرز حاليًا منصب مدير دارلي أوتو كافس، ويشرف على جميع جوانب تطوير نظام رغوة الهواء المضغوط في شركة دارلي. وقد استمر هذا المشروع التجريبي سنويًا منذ عام ١٩٩٤.

تُتيح تقنية CAFS إنتاج مجموعة متنوعة من قوامات الرغوة المفيدة، مُصنّفة من النوع 1 (جاف جدًا) إلى النوع 5 (رطب)، ويتم التحكم بها من خلال نسبة الهواء إلى المحلول، وبدرجة أقل، من خلال نسبة المُركّز إلى الماء. تتميز رغوة النوعين 1 و2 بفترة تصريف طويلة، مما يعني أن الفقاعات لا تنفجر وتُطلق الماء بسرعة، كما أنها تدوم لفترة طويلة. أما الرغوة الرطبة، مثل النوعين 4 و5، فتُصرّف بسرعة أكبر في وجود الحرارة .

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام نظام الرغوة المضغوطة (CAFS) في قدرته الفريدة على إنتاج مجموعة واسعة من أنواع الرغوة المختلفة، مما يوفر الاستجابة الرغوية الأنسب لكل حالة حريق على حدة. وهذا يمنح مسؤول الإطفاء ميزة اختيار نوع الرغوة الأمثل للاستخدام التكتيكي ونوع الحريق المطروح .

بعد اختبار رغوة جافة من النوع 2 في عدة مواقف، لاحظ جوني موردوك أن "الإجماع الناشئ هو أنه ينبغي استخدام الرغوات الأكثر جفافًا (النوع الثاني؛ ربما النوع الأول) لقمع الأبخرة، وحماية الهياكل غير المحترقة، وبناء خطوط حرائق الغابات التي تشمل الوقود غير المحترق؛ ... وأن إخماد الحرائق الهيكلية يتطلب رغوة أكثر رطوبة (النوع الرابع أو النوع الخامس)؛ وأن كلًا من الإصلاح الهيكلي وإصلاح حرائق الغابات يتطلب رغوة من النوع الخامس".

لإخماد الحرائق الهيكلية باستخدام رغوة الهواء المضغوط، يوصي دومينيك كوليتي بنسبة 0.5 قدم مكعب (0.014 متر ^مكعب ) في الدقيقة إلى 1 جالون أمريكي (3.8 لتر) في الدقيقة من الهواء إلى محلول الرغوة، مع نسبة 0.5% من رغوة الفئة أ. ينتج عن ذلك معدلات تدفق من خرطوم نموذجي بقطر 1.75 بوصة تبلغ 120 جالونًا أمريكيًا (450 لترًا) في الدقيقة من محلول الرغوة و 60 قدمًا مكعبًا (1.7 متر ^مكعب ) في الدقيقة من الهواء المضغوط. تُنتج هذه النسبة رغوة رطبة سريعة التصريف تُخمد اللهب بسرعة وتُخفض درجة حرارة حجرة الحريق. كما تسمح هذه النسبة بمعدل تدفق أعلى نسبيًا لمحلول الرغوة (السائل) للمساعدة في الحفاظ على أعلى مستويات السلامة الممكنة لرجال الإطفاء. (دليل أنظمة رغوة الهواء المضغوط، كوليتي 2005).          

على الرغم من أن ادعاءات كوليتي بشأن معدلات التدفق لا تحظى بإجماع العديد من خبراء الصناعة، كما ظهر في ندوة CAFS التي عُقدت في روزنبرغ، تكساس، في فبراير 2007، فقد اتفقت لجنة من الخبراء هناك على أن تدفق 3.8 لتر (غالون أمريكي واحد ) من محلول الرغوة في الدقيقة بالتزامن مع 0.028 متر مكعب ( قدم ^مكعب واحد ) من الهواء في الدقيقة يُنتج غطاءً فعالاً للغاية. كما تم الاتفاق على أن الحد الأقصى لمزيج تدفق الهواء مع تدفق محلول الرغوة من خط قطره 1.75 بوصة تحت ضغوط مضخة عادية تتراوح بين 100 و125 رطل لكل بوصة مربعة لا يمكن أن يتجاوز فعلياً 140-150 رطل لكل بوصة مربعة. بعبارة أخرى، فإن التدفق المتزامن لـ 2.0 متر مكعب (70 قدم ^مكعب ) من الهواء و 260 لتر (70 غالون أمريكي ) من الماء في الدقيقة يقترب من الحد الأقصى أو سعة خرطوم بهذا القطر (1.75 بوصة). (ندوة CAFS في تكساس، فبراير 2007)             

تُحوّل طفايات الحريق التي تعمل بالماء المضغوط (APW) عادةً إلى طفايات CAFS مؤقتة عن طريق حفر فتحتين بقطر 1/8 إلى 1/16 بوصة في أنبوب السحب فوق مستوى الماء. ثم تُملأ الوحدة بـ 1.5 جالون أمريكي (5.7 لتر) من الماء، ويُضاف إليها رغوة من الفئة A، أو رغوة AFFF ، أو رغوة FFFP ، أو منظف تجاري بنسبة 1% لحرائق الفئة A، وبنسبة 3% إلى 6% لحرائق الفئة B. عادةً، يُقطع طرف فوهة الرش الملساء للسماح للرغوة بالتمدد بشكل صحيح. يُؤدي الإبقاء على الفوهة إلى رغوة أكثر رطوبة ولكن بمدى أطول. أما قطع الفوهة فيُؤدي إلى رغوة جافة متمددة، ولكنها تفتقر إلى مدى فوهة الماء القياسية. يمكن أيضًا تزويد طفايات CAFS بأجهزة شفط هواء، شائعة الاستخدام في طفايات رغوة AFFF وFFFP، مما يُؤدي إلى رغوة أكثر تمددًا، ولكنها تفتقر إلى مقاومة الحرارة التي تتمتع بها الرغوة غير المُشفطة، والتي لا تُكسر فقاعاتها. 

في 17 ديسمبر/كانون الأول 2005، لقي اثنان من رجال الإطفاء من مدينة توبنغن الألمانية حتفهما داخل مبنى محترق إثر انفجار أحد خراطيم المياه، ما تركهما دون أي وسيلة لإطفاء الحريق. وفي إعادة تمثيل الحادثة، فوجئ الخبراء باكتشاف أن خراطيم المياه المملوءة برغوة الرغوة المضغوطة (CAFS) أكثر عرضة للانفجار تحت تأثير الحرارة، لأن الرغوة لا تستطيع تبريد الخراطيم بشكل كافٍ. ^{[ 2 ]}

جميع أنواع خراطيم الإطفاء عرضة للانفجار والتمزق، مما قد يؤدي إلى إصابات ووفيات بين رجال الإطفاء. يُشترط إجراء اختبار هيدروستاتيكي سنوي للخراطيم لضمان قدرتها على تحمل الضغوط الساكنة لفترة زمنية محددة. لا يُعد اختبار مقاومة خراطيم الإطفاء للحرارة الداخلية جزءًا من معايير الاختبار، ويجب اعتباره دليلًا غير رسمي في حالات الحرائق التي يحدث فيها عطل في الخراطيم. جيرالد هيوز، رئيس كتيبة (متقاعد)، إدارة إطفاء شيكاغو

• التقرير الفني رقم 98: أنظمة رغوة الهواء المضغوط في ظروف نقص الموظفين - إدارة الإطفاء الأمريكية ، وزارة الأمن الداخلي ، حكومة الولايات المتحدة
• معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) - Forschungsstelle für Brandschutztechnik: التقارير البحثية رقم 140، رقم 150 - [انظر أيضًا العرض التقديمي: https://www.ffb.kit.edu/download/DLS2003.pdf ]
• مركز أبحاث حرائق الغابات الأسترالي - استخدام نظام CAF لمكافحة حرائق المراعي (خدمة الإطفاء الريفية في إقليم العاصمة الأسترالية)