АЭРОЗОЛЬНЫЙ ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ Российский патент 1998 года по МПК A62D1/00 A62D1/02 

Изобретение относится к области разработки аэрозольных огнетушащих составов для объемного пожаротушения в замкнутых или полузамкнутых объемах, в частности для тушения пожаров в двигательных отсеках самолетов, автомобилей, электроустановках, складах, гаражах и в других объемах.

Генераторы пожаротушащих систем (ГОА) должны работать при атмосферном давлении. При этом величина пламени и температура его должны быть минимальными для обеспечения безопасности.

С другой стороны, с этой целью продукты сгорания должны быть безвредны. Кроме того, ГОА различного назначения должны обеспечивать различный секундный расход аэрозоля за счет регулирования скорости горения огнетушащего состава.

Известны аэрозольные огнетушащие составы (АОС), включающие окислитель и горючее - связующее, например, состав (ТУ 080-192-33-91), состоящий из следующих компонентов, мас.%:
Горючее связующее (дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30 марки А - 12
Идитол - 12
Окислитель калий азотнокислый - 51
Калий хлорнокислый - 25
Технологические добавки - Сверх 100
Состав представляет собой твердую смесь, полученную прессованием при температуре 100^oC и выше.

При горении указанного состава образуются высокодисперсные огнетушащие продукты, которые подавляют пожар.

Однако указанный состав характеризуется невозможностью регулирования скорости горения из-за отсутствия катализатора горения. Недостатком этого состава является и то, что из-за низкого α - коэффициента обеспечения состава окислителем (кислородом) примерно равного 0,6, при горении его происходит неполное окисление продуктов горения. В результате, в продуктах сгорания содержится до 40% водорода и оксида углерода, при окислении (горении) которых до воды и диоксида углерода за счет кислорода воздуха образуется большое диффузионное пламя (от 0,5 до 1,0 м). Поэтому применение таких составов затруднено для тушения в небольших объемах, требует специальных приспособлений для защиты от пламени.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является аэрозольный состав (патент РФ N 2005516) с α = 0,9 - 1,0, выбранный нами за прототип, содержащий следующие компоненты, мас.%:
Углеводородное горючее - связующее - 13,5 - 20,0
Окислитель (хлорнокислый или азотнокислый калий или их смесь) - 70,0 - 82,0
Специальные добавки (в том числе катализатор горения - оксид меди) - 5,0 - 10,0.

Состав обладает возможностью регулирования скорости горения за счет ввода катализатора, достаточно чистых продуктов сгорания. Но все же в продуктах сгорания имеется водород и оксид углерода (водорода 2-5%, оксида углерода 12-18%). И как следствие этого - наличие пламени. Кроме того, состав имеет очень высокую температуру горения 2500 - 2700 К, что затрудняет его применение в генераторах, выбор материалов для корпуса генераторов и т.д.

В основу изобретения положена задача разработать аэрозольный огнетушащий состав, при горении которого не образуется диффузионное пламя - за счет снижения содержания в продуктах сгорания оксида углерода и полного отсутствия водорода (продуктов неполного окисления), характеризуемый повышенной экологической безопасностью за счет обеспечения более полного окисления продуктов сгорания, безопасностью обращения и применения состава и изделий из него. Кроме того, в состав вводится катализатор скорости горения, что позволяет регулировать секундный расход аэрозоля, а значит повысить универсальность применения данного состава в различных изделиях (генераторах).

Задача решена тем, что аэрозольный состав включает окислитель (хлорнокислый или азотнокислый калий или их смесь), безводородное горючее (сажа), взятые в соотношении c α = 0,95 - 1,0; катализатор скорости горения - оксид меди. Дополнительно в состав вводится связующее - цементатор (жидкое стекло, гипс, мел или их смесь) в качестве клеющего компонента, при следующих соотношениях исходных компонентов, мас.%:
Окислитель (азотнокислый или хлорнокислый калий или их смесь) - 63,5 - 66,5
Безводородное неорганическое горючее (сажа) - 9,0 - 11,0
Связующее - цементатор (жидкое стекло, гипс, мел или их смесь) - 24,0 - 26,0
Катализатор скорости горения (оксид меди) - 0,5 - 2,0
С целью обеспечения полного окисления (сгорания) продуктов выбрано соотношение горючее/окислитель, обеспечивающее α = 0,95 - 1,0. Причем горючее именно безводородное. Так как окислитель и горючее не содержат водород, устранен один из компонентов, участвующих в образовании пламени. Имеющаяся в гипсе или жидком стекле вода (остаточная влага) является уже продуктом полного окисления.

Высокое значение α состава обеспечивает практически полное окисление углерода (сажи) до диоксида углерода в процессе горения за счет собственного углерода состава. Таким образом, горение состава происходит в конденсированной фазе с полным отсутствием горения в газовой фазе (диффузионное пламя).

Количество связующего - цементатора определено из технологических и эксплуатационных факторов. Причем содержание связующего - цементатора выводится из условия обеспечения монолитности состава и сохранения целостности после просушки.

Введение связующего - цементатора влияет на температуру горения состава. Это происходит вследствие отбора тепла из зоны реакции в конденсированной фазе на плавление, разложение компонентов связующего - цементатора.

Количество катализатора окиси меди выбрано экспериментально таким образом, чтобы регулировать скорость горения в пределах 1-2 мм/с. Дальнейшее (более 2%) увеличение катализатора, практически не сказывается на увеличении скорости горения. Процесс изготовления элементов состава производится по технологии смесевого твердого топлива и заключается в следующем.

1. Приготовление массы окислитель - связующее:
1.1 Окислитель заливается водой из расчета 100 г окислителя - 20 г воды. Смесь перемешивается.

1.2. В смесь добавляется гипс, мел, жидкое стекло или их смесь.

2. В приготовленную по п. 1 смесь вводится горючее - сажа, катализатор скорости горения.

Смесь перемешивается.

Из этой смеси формуются элементы, которые подвергаются естественной сушке до постоянного веса.

Заявленные варианты аэрозольного огнетушащего состава и его характеристики приведены в таблице.

Как следует из таблицы, коэффициент α предлагаемого состава находится в пределах 0,95 - 1,0, температура состава максимальная 2056 К, что значительно ниже температуры горения прототипа.

За счет катализатора горения скорость горения регулируется в требуемых пределах. Сравнение газовой фазы продуктов сгорания прототипа и предлагаемого состава подтверждает факт резкого уменьшения газов, способных к догоранию за счет кислорода воздуха, и как следствие, подавление диффузионного пламени.

Проведение испытаний предлагаемого состава, как отдельно, так и в составе генератора, подтвердили беспламенный характер его горения, высокую эффективность тушения. Так генератор с 200 г элементов предлагаемого состава потушил огонь горения смеси ацетон - масло, бензин - масло в вытяжном шкафу объемом 1,5 м³.

Данное технологическое решение использовано в аэрозольных огнетушителях на стадии производственного внедрения.

Аэрозольный огнетушащий состав предназначен для тушения пожаров в замкнутых или полузамкнутых объемах. Состав содержит окислитель - нитрат и/или перхлорат калия в количестве 63,5-66,5 мас.% безводородное горючее углерод-сажу 9,0-11,0 мac.%, связующее - цементатор 24,0-26,0 мас.%, катализатор горения 0,5-2,0 мас.%. Соотношение между горючим и окислителем должно обеспечивать коэффициент обеспечения состава кислородом α = 0,95-1,0. В качестве цементатора используют жидкое стекло, гипс, мел или их смесь. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Аэрозольный огнетушащий состав, включающий окислитель - нитрат и/или перхлорат калия и горючее, отличающийся тем, что в качестве горючего состав содержит безводородное горючее - углерод-сажу, дополнительно содержит катализатор горения - оксид меди и связующее - цементатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель - 63,5 - 66,5
Безводородное горючее - 9,9 - 11,0
Цементатор - 24,0 - 26,0
Катализатор горения - 0,5 - 2,0
а соотношение между горючим и окислителем обеспечивает коэффициент обеспечения состава кислородом α =0,95-1,0. 2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве цементатора он содержит жидкое стекло, гипс, мел или их смесь.