СПОСОБ ТУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1998 года по МПК A62D1/00 

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к способам тушения горячих металлов, и может быть применено при тушении щелочноземельных металлов, например алюминия, магния и их сплавов, или щелочных металлов, в частности натрия.

Известны способы тушения металлов путем обработки очага пожара огнетушащим средством. В качестве огнетушащих средств известно применение (см., например, Баратов А. Н., Вогман Л.П. Огнетушащие порошковые составы. - М.: Стройиздат, 1982) огнетушащих порошков на основе карбоната натрия (состав ПС ОСТ 6-18-175-76 с огнетушащей способностью 30 - 40 кг на 1 м² горящей поверхности), хлоридов калия и натрия (состав ПГС ТУ 18-18.0-78 с огнетушащей способностью 25 - 30 кг/м², состав ПХ ТУ 6-18-12.0-78 с огнетушащей способностью 30-40 кг/м²), окиси алюминия (глинозем ГОСТ 6912-74 с огнетушащей способностью 50 кг/м²).

Обработка очага пожара этими составами обеспечивает прекращение горения путем изоляции поверхности металла от окружающего очаг воздуха. Выбор компонентов огнетушащего средства осуществляется исходя из условия отсутствия химических реакций с горящим металлом.

Указанные порошковые средства тушения имеют недостаток, выражающийся в необходимости большого (от 25 до 50 кг/м²) их расхода на тушение 1 м² горящей поверхности, так как при меньших расходах тонкие слои этих порошковых составов не обеспечивают формирование эффективной газонепроницаемой поверхности.

Известен способ тушения горящих металлов путем обработки очага пожара огнетушащим средством, в котором используется расширенный графит или его комплексы, разлагающиеся при температуре горения с выделением расширенного графита (патент СССР "Способ тушения металлов", N 686598, опубл. 15.09.79, кл. A 62 D 1/00). Это средство обеспечивает изоляцию поверхности горящего металла при малых расходах, однако технология его получения имеет высокую себестоимость.

Известен "Способ предотвращения воспламенения металлических порошков" (авт. св. 1690794, кл. A 62 D 1/00), согласно которому в качестве огнетушащего средства используют порошок из смеси оксида бора (95-50 мас.%) с высокотемпературной добавкой, выбранной из ряда оксидов алюминия, магния, титана, кремния. Этот состав эффективнее известных серийных составов, так как при нагревании смеси ее легкоплавкая компонента (оксид бора имеет температуру плавления ~ 450^oC), расплавляясь, формирует газонепроницаемый слой, частицы оксида в котором играют армирующую роль. Огнетушащая способность такого состава выше, чем у серийных огнетушащих порошков.

Способ по а.с. 1690794, как совпадающий с заявляемым по большему числу признаков, выбран за прототип.

Признаки прототипа, общие с заявляемым способом, - выбор в качестве огнетушащего средства смеси двух веществ, одно из которых является при температуре пожара физически стабильным, в другое изменяет свое состояние, формируя газонепроницаемую оболочку.

Указанный прототип имеет недостаток, выражающийся в следующем: образуемый при расплавлении оксида бора слой, состоящий из смеси оксида бора с частицами высокотемпературной добавки, создает на поверхности горящего металла твердую корку, коэффициент линейного расширения которой отличается от коэффициента линейного расширения твердых материалов (из которых, в частности, изготавливаются емкости для хранения пирофорных металлов и т.д.). Это приводит к тому, что в зонах контакта расплава с инородными материалами при формировании изолирующего слоя образуются трещины, по которым в зону горения поступает воздух, и реакция горения не прекращается.

Кроме того, для создания эффективного огнетушащего слоя требуется использовать в составе от 50 до 95 мас.% количества окиси бора, что приводит к высокой стоимости огнетушащего состава.

Использование в составе меньшего (в процентном отношении) количества оксида бора не обеспечивает требуемой газонепроницаемости изолирующего слоя, формируемого на горящей поверхности металла.

В отличие от известного способа, в котором используется огнетушащее средство, состоящее из смеси оксида бора с высокотемпературной добавкой, взятой в количестве 5 - 50 мас.%, в предлагаемом способе используется огнетушащее средство, состоящее из смеси цианурата меламина в количестве 10 - 60 мас.% с высокотемпературной добавкой, взятой из ряда: оксидов (алюминия, магния, титана, кремния), хлоридов (магния, натрия, калия), нитридов (бора, алюминия, кремния), графита.

Аналогов, имеющих признаки, сходные с заявляемым решением, не обнаружено, следовательно, можно считать, что заявляемый способ является новым и обладает достаточным изобретательским уровнем.

При тушении металлов с применением предлагаемого способа наносимый на горящую поверхность огнетушащий состав формирует эффективную изолирующую поверхность за счет расплавления и разложения цианурата меламина (t_{разло жения} - 380 - 420^oC) на аммиак, углекислый газ и мелем, который в свою очередь при температуре ~450^oC разлагается на аммиак и мелон, причем последний при температурах выше 600^oC также выделяет аммиак и образует негорючий обуглившийся углеродистый остаток (кокс). Все реакции разложения идут с поглощением тепла, что в свою очередь приводит к дополнительному охлаждению поверхности горения.

Образовавшиеся в зоне контакта огнетушащего состава с поверхностью горения аммиак и углекислый газ изолируют поверхность горения от поступления кислорода воздуха, чем увеличивает эффективность пожаротушащего действия слоя, формируемого из высокотемпературной добавки и расплавленных продуктов разложения цианурата меламина. Газообразные продукты разложения цианурата меламина, в случае возникновения трещин в изолирующем слое и подсоса через эти трещины окружающего воздуха в зону горения, заполняют эти трещины и препятствуют проникновению туда кислорода воздуха.

В случае, если температура выходящего из изолирующего слоя аммиака превышает температуру его воспламенения (t_св - 650^oC), аммиак горит в воздухе с образованием азота и паров воды, дополнительно уменьшая концентрацию кислорода в воздухе вблизи зоны горения.

Проведенные эксперименты показали, что количество цианурата меламина в составе должно находиться в пределах 10 - 60 мас.%, (количество добавки - 40 - 90 мас.%). При меньшем, чем 10 мас.% количестве цианурата меламина, изолирующее действие состава недостаточно. При большем, чем 60 мас.% количестве цианурата меламина, горение, выходящее из слоя аммиака (если оно возникает), создает высокое пламя, препятствующее эффективному тушению металла. Значительное количество теплоты, выделяющееся при этом, способно привести к воспламенению горючих предметов, расположенных вне зоны горения металла. В случае, если воспламенения аммиака не происходит, большое количество выделяющего аммиака может отрицательно повлиять на окружающую атмосферу и самочувствие персонала, проводящего тушение.

В качестве подтверждения вышесказанного приведен ряд примеров, взятых из технического отсчета "Исследование возможности тушения порошка алюминия порошковыми составами, содержащими глинозем" ГосНИИМАШ, г.Дзержинск, Нижерогодской обл., 1994, 10 с. (1 этап), 1995 - 7 с. (2 этап).

Постановка экспериментов:
В толстостенный (~10 мм) стальной круглый поддон диаметром 80 мм и глубиной 40 мм запасался алюминиевый порошок массой 40 г. Образец поджигался от промежуточного поджигающего состава. После того как 90 - 95% площади поверхности образца воспламенялось, производилось тушение. Исследуемый состав высыпался на горящую поверхность равномерно из совка. Определялся расход порошка и состояние образца через 10 минут после начала тушения. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Выбор высокотемпературной добавки осуществляли исходя из экономических или физических сооружений. Так для тушения расплавленного натрия составы с добавками из ряда оксидов, хлоридов и карбонатов имеют свойство тонуть в расплаве из-за того, что плотность этих веществ выше плотности расплавленного натрия, в связи с чем с увеличением толщины горящего металла требуется увеличить расход огнетушащего средства. Поэтому в качестве высокотемпературной добавки в составе для тушения горящего расплавленного натрия применен малоплотный порошок графита. Насыпная плотность экспериментального состава цианурат меламина + графит (50/50 мас.%) составила ~0,31 г/см³.

В экспериментах по тушению натрия описанный выше поддон предварительно разогревался до температуры выше точки плавления натрия (t_пл ~98^oC), после чего в него помещался образец металлического натрия массой ~50 г. Образец расплавлялся и самовоспламенялся. Огнетушащий состав наносился на поверхность слоем ~ 15 мм (расход ~5 кг/м²). После чего горение натрия полностью прекратилось.

Осмотр состояния огнетушащего состава в изолирующем слое показал отcутствие его смачивания расплавленным натрием (отсутствие видимого капиллярного эффекта).

Таким образом, применение состава из 10 - 60 мас.% цианурата меламина с высокотемпературной добавкой облегчает тушение горящих металлов. Наличие в составе цианурата меламина обеспечивает снижение расхода требуемого состава в 1,5 - 2 раза по сравнению с составами на основе указанных высокотемпературных добавок. Это позволит повысить эффективность используемых систем пожаротушения металлов за счет увеличения величены защищаемой площади до двух раз без изменения конструкции систем.

В качестве высокотемпературной добавки к цианурату меламина могут быть применены серийные огнетушащие порошки специального назначения, типа ПС, ПГС, ПХ, основой которых являются карбонаты и хлориды натрия и калия.

Изобретение относится к тушению горящих металлов. Способ тушения металлов осуществляют путем обработки очага пожара огнетушащим средством, в котором в качестве огнетушащего средства используют состав, состоящий из цианурата меламина, взятого в количестве 10-60 мас.%, и высокотемпературной добавки. Выбор высокотемпературной добавки осуществляется из следующего ряда веществ: оксиды алюминия, магния, титана, кремния, хлориды калия, натрия, магния, нитриды бора, алюминия, кремния, графит. Применение способа обеспечивает тушение горящих щелочных и щелочноземельных металлов при сниженном в 1,5-2 раза расходе состава по сравнению с составами на основе указанных высокотемпературных добавок. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ тушения металлов путем обработки очага пожара огнетушащим средством, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего средства используют состав, состоящий из цианурата меламина, взятого в количестве 10 - 60 мас.% и высокотемпературной добавки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературной добавки выбраны оксиды алюминия, магния, титана, кремния. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературной добавки выбраны хлориды калия, натрия, магния. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературной добавки выбраны нитриды бора, алюминия, кремния. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературной добавки выбран порошок графита.