ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК A62D1/00 

Группа изобретений, связанных единым замыслом, относится к противопожарным средствам, к составам огнетушащих порошков, применяющихся для тушения твердых, жидких и газообразных веществ, электроустановок, находящихся под напряжением, как в закрытых пространствах, так и на открытом воздухе, а также к способам приготовления порошковых композиций на основе модифицированного добавками аммофоса.

Уровень техники данной области характеризуют композиции из высокодисперсных (25-50, 50-100, 100-150 мкм) порошков аммофоса, гидрофобизатора и целевого антифрикционного наполнителя, описанные в ТУ 6-18-2 марки "Пирант" и в изобретении SU 652945, A 65 D 1/00, 1979 г.

Недостатком указанных аналогов является несбалансированное соотношение компонентов состава, содержание которых не оптимизировано для получения стабильных основных технических характеристик назначения: текучести, эффективности пожаротушения, склонности к слеживаемости и комкованию.

Отмеченный недостаток устранен изобретением по патенту RU 2149665, A 62 D 1/00, 2000 г., в котором описан нефелиновый порошковый концентрат с аэросилом, имеющий повышенную функциональную надежность в течение более длительного срока эксплуатации. Основой известного огнетушащего состава является аммофос в котором диспергированы предварительно осушенные порошки гидрофобного диоксида кремния (аэросил) и нефелина (алюмосиликат натрия и калия) - целевого наполнителя, взятые в оптимизированном количественном соотношении.

В качестве ближайшего аналога способу приготовления порошкового огнетушащего состава на основе аммофоса, содержащего гидрофобизатор и целевой наполнитель, выбран тот же патент, в котором описана промышленная технология, включающая операции подготовки структурных элементов (осушивание, модификация), сепарации порошков по гранулометрическим размерам, загрузки их в смеситель и механического перемешивания.

Известный огнетушащий состав приготавливают механическим перемешиванием аммофоса, размолотого до частиц 25-50 и 50-100 мкм, включая 2 мас.% частиц до 200 мкм, с порошками гидрофобизатора и наполнителя фракционностью частиц до 50 мкм. Обе добавки модифицированы трихлорсиланом в газовой фазе, в динамических условиях.

Все структурные компоненты состава измельчают последовательно на молотковой мельнице, а затем на струйно-вихревой, после чего их просеивают через сита с сетками N02K, N005K по ГОСТ 6613.

Аммофос сушат в фильтр-сушилке при температуре 80-90 градусов С, а порошки добавок осушают от молекулярно-адсорбированной воды на поверхности частиц в наклонной, вращаемой со скоростью 1-2 оборота в минуту, колонной печи, нагреваемой до температуры 180-200 градусов С в течение двух часов, продувкой сухого инертного газа аргона, пропускаемого через ловушку с концентрированной серной кислотой.

Затем в линию продувки вводят модифицирующий агент - триметилхлорсилан, через который пропускают газ-носитель, насыщаемый парами нагретого до температуры 200-220 градусов С модификатора. Продувку парами триметилхлорсилана порошков-добавок во вращающейся печи осуществляют в течение двух часов с линейной скоростью 1-2 м/мин. По окончании описанного процесса порошковая композиция гигроскопична, что снижает склонность к слеживанию, исключает набухание от впитывания влаги и, следовательно, комкование, которое затрудняет распыление состава из огнетушителя.

Далее порошковую смесь продувают газом для освобождения от хлоридов при температуре реакции в течение двух часов.

Измельченный и высушенный аммофос засыпают в барабан смешивания, куда к нему добавляют модифицированные порошки аэросила марки А-380 и флогопита, минерала из группы слюд, равной фракционности частиц 25-50 мкм, в количествах оптимизированного диапазона содержания. Смешивание проводят в течение двух часов, после чего готовую механическую смесь выгружают и затаривают.

Однако недостатком известного огнетушащего состава является высокая потребительская стоимость из-за больших капитальных затрат на технологическое оборудование и сложность его приготовления при трудоемком и длительном процессе подготовки порошков композиции по осушиванию и модификации для обеспечения защиты активной основы состава от влагопоглощения при хранении.

Задачей, положенной в основу предложенной группы изобретений, является упрощение технологии приготовления огнетушащего состава, обладающего повышенными служебными характеристиками назначения и функциональной надежностью в течение более продолжительного срока хранения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном огнетушащем составе из высокодисперсных порошков на активной основе аммофоса, содержащем гидрофобизатор и целевой наполнитель, согласно изобретению в качестве целевого наполнителя используется кварц, а компоненты состава введены в следующем соотношении, мас.%:
Аммофос - 81 - 94
Гидрофобизатор - 3 - 12
Кварц - 3 - 7
притом, что в способе приготовления огнетушащего состава на активной основе аммофоса, содержащего гидрофобизатор и кварц, включающем подготовку структурных элементов в виде осушенных порошков заданных гранулометрических размеров, загрузку их в смеситель и механическое перемешивание в течение двух часов, по предложению авторов, аммофос в смеситель загружают тремя частями последовательно с прослойками: на первые две части аммофоса загружают поделенный гидрофобизатор и проводят дополнительное механическое перемешивание в течение 0,3 часа, а на третью часть аммофоса загружают кварц, причем перемешивание порошков проводят при температуре 55-65 градусов С до содержания влаги не более 3,5 мас.%.

Отличительные признаки физически обеспечивают равномерное распределение компонентов смеси в объеме предложенного огнетушащего состава, достигаемое технологически на обычном производственном оборудовании без специальных приемов и средств. При этом улучшаются основные служебные характеристики огнетушащего состава: повышается текучесть, которая увеличивает коэффициент технического использования; снижается склонность к слеживанию, увеличивающая водоотталкивание, что предотвращает комкование для более эффективного распыления и тушения пожаров.

Срок эксплуатационной сохранности нового порошкового огнетушащего состава, сравнительно с прототипом, продлен на две трети, а остаток порошка в огнетушителе после полного выброса сократился в полтора раза.

Количественный состав компонентов смеси оптимизирован согласно теории планирования эксперимента из условия достижения наилучших показателей назначения.

Содержание аммофоса в составе на нижнем пределе диапазона 81 мас.% гарантированно обеспечивает тушение пожаров всех классов.

При содержании в составе аммофоса выше 94 мас.% получаются неудовлетворительная текучесть, повышенный остаток композиции в огнетушителе после полного выброса огнетушащего состава и снижается эффективность пожаротушения.

При содержании в составе гидрофобизатора ниже 3 мас.% не обеспечивается устойчивое водоотталкивание при хранении смеси, теряется возможность к распылению из-за разбухания порошкового состава, комкования и слипания образующихся конгломератов, чем ограничиваются технологические возможности его использования от снижения пробивного напряжения меньше чем 5 кВ.

При содержании в составе гидрофобизатора выше 12 мас.% достигаются неудовлетворительные свойства пожаротушения из-за уменьшения минимально необходимой доли активной основы - аммофоса, который определяет функциональность, ингибирующее действие в очаге пожара.

Минимально необходимое содержание в составе кварца ограничено 3 мас.% для обеспечения заданной текучести 0,28 кг/с, требуемой для нормального распыления смеси, а также сокращается срок функциональной сохранности.

При содержании в составе кварца выше 7 мас.% происходит повышение насыпной плотности и склонности к влагопоглощению, что приводит к увеличению остатка тушащего состава в огнетушителе после полного выброса, без улучшения текучести композиции, то есть снижается эффективность основного действия.

Порционная загрузка порошковых элементов состава заданной фракционности в смеситель в предложенной последовательности действий при автономном перемешивании в течение необходимого промежутка времени: аммофоса тремя частями с прослойками из поделенной функциональной и технологической добавок, - создают пространственно сложную мицеллаобразную структуру, в центре которой расположена частица активной основы с диспергированными на ее поверхности сателитами, частицами гидрофобизатора.

Частицы аммофоса взаимодействуют при этом через равновесную по толщине антифрикционную прослойку гидрофобизатора, что повышает пластичность состава и обеспечивает практически неограниченную седиментационную устойчивость, то есть сохраняется стабильность его структуры в процессе хранения и не происходит расслоения составляющих порошков и образования осадка.

Дополнительное перемешивание двух частей порошкового аммофоса с высокодисперсными частицами поделенного гидрофобизатора обеспечивает функциональную надежность их коагуляционных контактов.

Введение кварцевого песка в объем предварительно сформированной структуры пространственно связанных частиц порошков двух составляющих элементов смеси позволяет равномерно его распределить механическим перемешиванием с нагревом, создавая своеобразную стабилизированную взвесь, имеющую пониженное внутреннее трение, то есть лучшую текучесть, необходимую для динамичного распыления состава в очаг пожара.

Перемешивание огнетушащего состава в течение двух часов при температуре 55-65 градусов С обеспечивает удаление из смеси влаги до остаточного содержания воды не выше 3,5 мас. %, что сохраняет диэлектрические свойства и обеспечивает возможность использования предложенного состава для тушения пожаров всех классов при минусовой температуре, предотвратив смерзание смеси порошков в конгломераты, препятствующие распылению.

Предложенный огнетушащий состав сохраняет стабильность своих служебных характеристик в течение 8 лет, что продолжительнее на 3 года, сравнительно с прототипом.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества как нового сверхэффекта, неприсущего признакам в разобщенности, то есть эффекта суммы, а не суммы эффектов.

Сущность изобретения поясняется конкретным примером получения огнетушащего состава, который имеет лишь иллюстративные цели и не ограничивает объема прав независимых пунктов формулы.

Огнетушащий состав приготавливали механическим перемешиванием в смесителе А-1804, представляющем собой установленную на несущей раме металлическую емкость вместимостью 600 куб. дм, снабженную паровой рубашкой и лопастным ворошителем с электроприводом.

Порошковую смесь приготавливают из предварительно рассеянного на сите сырья: (307+6) кг аммофоса по ГОСТ 18918-85 размером частиц 25-50 мкм и 50-100 мкм, включая 6 мас.% частиц до 200 мкм для улучшения текучести состава; (16+1) кг модифицированного осажденного кремнезема марки ОКН-М, ТУ 6-00-0204868-6-91 (гидрофобизатора) фракционностью частиц до 50 мкм; (10+0,5) кг кварцевого песка для стекольной промышленности марки Б.100-1, ГОСТ 22551-77 гранулометрических размеров 50-100 мкм и 100-200 мкм соответственно 36 и 64 %.

Обе добавки к аммофосу имеют различное назначение, но общую химическую основу для совместимости, то есть представляют собой разновидности кремнезема: гидрофобизатор - гидрофобный диоксид кремния и целевой наполнитель - кварцевый песок, содержание которых в огнетушащем составе в сумме определено диапазоном 6-19 мас.%.

Порошки в смеситель загружают в следующей последовательности: (117+2) кг аммофоса, затем (6+0,5) кг гидрофобизатора, новую порцию (95+2) кг аммофоса и сверху (10+0,5) кг гидрофобизатора. После этого включают ворошитель и перемешивают компоненты в течение 0,3 часа.

Далее после остановки привода ворошителя последовательно загружают оставшиеся сырьевые компоненты состава: (95+2) кг аммофоса и (10+0,5) кг кварцевого песка. Суммарная загрузка составляет (333+7,5) кг исходных порошковых компонентов.

Затем включают привод лопастного ворошителя и подачу пара в рубашку емкости смесителя. Температуру смеси при этом поддерживают в диапазоне 55-65 градусов С, а перемешивание ведут в течение двух часов до достижения влажности готового огнетушащего состава не более 3,5 мас.%.

Готовый порошковый огнетушащий состав выгружают из смесителя и расфасовывают массой не более 30 кг в полиэтиленовые мешки, ГОСТ 17811-78, вложенные в многослойные бумажные мешки марки БМ или НМ по ГОСТ 2226-88, герметично упаковывая.

Компоненты состава относятся к 4 классу опасности, пожаро- и взрывобезопасны. Высокая дисперсность частиц порошков требует оснащения рабочего помещения приточно-вытяжной вентиляцией с шестикратным обменом воздуха в час в соответствии с ГОСТ 12.4.021.

Готовый огнетушащий состав выдерживает испытание на водоотталкивание в течение регламентированных нормативом двух часов.

Огнетушащий состав по предложенному изобретению приготавливают на обычном, стандартном оборудовании промышленного предприятия с использованием известных технологических приемов, из отечественного сырья.

Новый oгнетушащий состав предназначен для эффективного тушения пожаров классов А, В и С, а также электроустановок под напряжением до 1000 В, при относительной влажности до 90% и температуре окружающей среды от минус 50 до плюс 60 градусов С.

Огнетушащий состав из смеси порошков по своим основным показателям назначения (текучесть 0,28 кг/с и тушащая способность 0,42 кг/кв.м) удовлетворяет требованиям норм пожарной безопасности НТБ 170-98 "Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний", а по эксплуатационным свойствам (склонность к влагопоглощению - не более 3%, слеживаемость - не более 2% и способность к водоотталкиванию), которые сохраняются в течение 8 лет, превышает известный уровень.

Остаток порошкового состава после полного выброса из огнетушителя составляет не более 10%, что ниже 15% по прототипу, согласно ТУ 4854-179-21352393-97.

Сопоставительный анализ группы предложенных технических решений, связанных общим изобретательским замыслом, с выявленными аналогами уровня техники, из которого не следуют явным образом для специалистов пожаротушения, показал, что они не известны, а с учетом возможности промышленного приготовления порошкового огнетушащего состава можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к составам огнетушащих порошков и к способам приготовления порошковых композиций. Огнетушащий состав содержит аммофос, гидрофобизатор и целевой наполнитель. В качестве целевого наполнителя используют кварц. Компоненты состава введены в следующем соотношении, мас.%: аммофос 81-94, гидрофобизатор 3-12, кварц 3-7. Аммофос загружают в смеситель тремя частями последовательно с прослойками. На первые две части аммофоса загружают гидрофобизатор. Проводят дополнительное механическое перемешивание в течение 0,3 ч. На третью часть аммофоса загружают кварц. Перемешивание порошков состава проводят при температуре 55-65^oС до содержания влаги не более 3,5 мас.%. Изобретение позволяет упростить технологию. Состав имеет повышенную функциональную надежность. 1 з.п. ф-лы.

Огнетушащий состав из высокодисперсных порошков на активной основе аммофоса, содержащий гидрофобизатор и целевой наполнитель, отличающийся тем, что в качестве целевого наполнителя используют кварц, а компоненты состава введены в следующем соотношении, мас. %:
Аммофос - 81 - 94
Гидрофобизатор - 3 - 12
Кварц - 3 - 7
2. Способ приготовления огнетушащего состава на активной основе аммофоса, содержащего гидрофобизатор и кварц, включающий подготовку структурных элементов в виде осушенных порошков заданных гранулометрических размеров, загрузку их в смеситель и механическое перемешивание в течение двух часов, отличающийся тем, что аммофос загружают тремя частями последовательно с прослойками: на первые две части аммофоса загружают поделенный гидрофобизатор и проводят дополнительное механическое перемешивание в течение 0,3 ч, а на третью часть аммофоса загружают кварц, причем перемешивание порошков проводят при температуре 55-65^oC до содержания влаги не более 3,5 мас. %.