ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2006 года по МПК A62D1/02 

Изобретение относится к водным растворам пенообразователей на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) и предназначено для тушения горючих материалов и легковоспламеняющихся жидкостей как на открытом пространстве, так и в условиях объемных очагов возгорании в помещениях при хранении раствора в условиях низких температур (до минус 35°С).

В настоящее время известны различные виды огнетушащих составов. Так, например, из авторского свидетельства SU 865303 (МПК-3: A 62 D 1/02, опубл. 23.09.1981) известен состав пенообразователя, включающий анионное поверхностно-активное вещество, воду и добавку - смесь хлорида кальция и хлорида магния, - при следующем соотношении компонентов в весовых %: ПАВ - 0,75÷2,2 вес.%; хлорид кальция - 0,02÷0,12 вес.%; хлорид магния - 0,005÷0,04 вес.%; вода - остальное. В результате добавления в состав смеси хлорида кальция и хлорида магния сокращается время тушения пожара, минимизируются затраты огнетушащего состава, что в целом повышает огнетушащую эффективность состава.

Из описания к авторскому свидетельству SU 1780774 (МПК-5: A 62 D 1/00, опубл. 15.12.1992) известен состав для тушения пожаров, содержащий гидратированный хлорид магния. Повышение огнетушащей эффективности в известном решении достигается за счет использования водорастворимых полярных жидкостей (спирты, эфиры, гликоли, амины) для растворения бишофита (природная кристаллическая соль, содержащая 88-99% MgCl₂·6H₂O).

Данный состав обладает высокой огнетушащей эффективностью, однако его нельзя использовать для тушения пожаров в условиях хранения при низких температурах. Кроме того, вследствие образования крайне неустойчивой пленки происходит поступление окислителя из окружающей среды к поверхности горения. В результате этого не исключено повторное возгорание.

Из патента RU 2157710 С1 (МПК-7: A 62 D 1/02, опубл. 20.10.2000) известен огнетушащий состав, содержащий поверхностно-активное вещество - 12÷24 вес.%, высший жирный спирт (С₆-С₁₂) - 1,5÷3,0 вес.% и воду. С целью повышения морозоустойчивости и снижения коррозионной активности в состав пенообразователя вводят уксуснокислый аммоний в количестве 10÷52 вес.%.

Следует отметить, что при повышении содержания в известном составе уксуснокислого аммония, влияющего на морозоустойчивость и коррозионную активность огнетушащего состава, происходит снижение устойчивости пены и, соответственно, снижается огнетушащая эффективность генерируемой пены.

Известен также пенообразователь (авторское свидетельство SU 1790421, МПК-5: A 62 D 1/00, опубл. 23.01.1993), содержащий поверхностно-активное вещество - 6,5÷7,0 вес.%, основной хлорид алюминия 14,0÷14,6 вес.%, уксуснокислый аммоний 30,0÷36,5 вес.%, и воду (остальное). Для тушения очагов возгорания применяют водный раствор, состоящий из 2÷3% пенообразователя и 20% хлорида магния. При этом огнетушащие свойства состава сохраняются при длительном хранении состава в условиях низких температур - до -32°С. Однако за счет включения в состав основного хлорида алюминия, данный огнетушащий состав является коррозионно-активным, что приводит к сокращению сроков эксплуатации пожарно-технического оборудования.

Следует отметить, что известные огнетушащие составы не образуют устойчивую водную пленку на всей поверхности горения, которая должна препятствовать поступлению кислорода к горючему материалу и испарению летучих веществ с поверхности горения. Вследствие этого тушение пожаров происходит недостаточно эффективно и не исключается вероятность повторного воспламенения и загрязнения атмосферы токсичными веществами, выделяющимися при горении.

Наиболее близким аналогом патентуемого изобретения является огнетушащий состав, описанный в международной заявке WO 0147604 (МПК-7 A 62 D 1/02, опубл. 05.07.2001). Известный состав приготовляется на основе водного пленкообразующего пенообразователя, в который добавляют для снижения точки замерзания раствора 50÷60% водный раствор ацетата калия и этиленгликоль или пропиленгликоль в количестве 15÷20 вес.%. Состав не замерзает до -50°С. Однако пленкообразование на поверхности возгорания возможно лишь при температурах до -1°С. При более низких температурах пленка на поверхности возгорания не образуется.

В результате при тушении возгораний происходит испарение летучих органических паров в атмосферу, которые вызывают загрязнение окружающей среды токсичными веществами, а поступление кислорода к горящей поверхности приводит к увеличению времени тушения, т.е. к снижению огнетушащей эффективности состава.

Задачей, решаемой патентуемым изобретением, является образование на поверхности горения устойчивой теплоизолирующей водной пленки, препятствующей поступлению кислорода из атмосферы к очагу возгорания и испарению летучих веществ с горящей поверхности в окружающее пространство. При этом огнетушащий состав должен храниться и эксплуатироваться без снижения огнетушащей эффективности в широком диапазоне низких температур - до -35°С. Кроме того, изобретение направлено на исключение возможности осаждения солей в огнетушащем составе при использовании неочищенной водопроводной воды в процессе приготовления раствора.

Технический результат, достигаемый при использовании патентуемого изобретения, заключается в повышении эффективности тушения очагов возгорании низкократной пеной и сокращении времени тушения возгорании при хранении пенообразующего состава в условиях низких температур (до -35°С) как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях за счет образования охлаждающей теплоизолирующей водяной пленки и повышения гидростатической стойкости пены.

Данный технический результат достигается за счет использования огнетушащего состава, состоящего из пленкообразующего пенообразователя на водной основе и добавки, снижающей температуру замерзания раствора. Согласно настоящему изобретению в качестве добавки используют гидрат хлорида магния в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов в объемных процентах от общего объема огнетушащего состава:

- водный раствор гидрата хлорида магния - 85÷88%,

- пленкообразующий пенообразователь на водной основе - остальное.

При этом содержание хлорида магния в огнетушащем составе составляет 15÷25 вес.% от общего количества огнетушащего состава.

В качестве пленкообразующего пенообразователя на водной основе могут использоваться пенообразователи на основе фторорганических кислот, например, «ПО-6А3F», «Легкая вода», «Sthamex-AFFF» и другие подобные пенообразователи.

При тушении возгораний с помощью патентуемого состава пена из огнетушителя подается на очаг возгорания и, стекая, образует на горящей поверхности водную пленку, покрытую сверху пеноэмульсией. Образующаяся на горящей поверхности пленка предотвращает испарение паров топлива и прекращает поступление окислителя к поверхности горящей жидкости. К тому же эта пленка способствует охлаждению поверхности очага возгорания. Вследствие этого интенсифицируется процесс гашения пламени и, соответственно, сокращается время тушения пожара.

Пленкообразующий пенообразователь с водным раствором гидрата хлорида магния при заданном процентном содержании компонентов позволяет эффективно подавлять очаги возгорания за счет устойчивого пленкообразования на поверхности горения при хранении состава в условиях низких температур.

Для получения огнетушащего состава необходимо предварительно приготовить водный раствор гидрата хлорида магния с плотностью 1,21±0,01 г/см³ и объемом не более 300 л. Смешение солевого раствора осуществляется в емкостном смесителе, оснащенном мешалкой. Перед приготовлением водного раствора в смеситель подают неочищенную водопроводную воду и гидрат хлорида магния. Сначала в смеситель подают воду в количестве , а затем гидрат хлорида магния (например, шестиводный хлорид магния MgCl₂·6H₂O). При этом количество подаваемого гидрата хлорида магния и воды берут примерно в равных частях:

где - масса подаваемого гидрата хлорида магния, кг;

- масса воды, подаваемой в смеситель, кг.

Требуемое соотношение компонентов в растворе обеспечивается путем весового дозирования. Объем приготавливаемого водного раствора гидрата хлорида магния рассчитывают по формуле:

где ρ=1,21 г/см³=1,21 кг/л - заданная плотность водного раствора гидрата хлорида магния;

- масса подаваемого гидрата хлорида магния, кг;

- масса воды, подаваемой в смеситель, кг.

При приготовлении водного раствора гидрата хлорида магния допускается также использование объемного метода дозирования компонентов. В этом случае сначала подается вода объемом (V - полный объем получаемого раствора). Затем подается гидрат хлорида магния до достижения полного объема V раствора. Однако этот метод требует точного поддержания температуры воды и гидрата хлорида магния в диапазоне 18±2°С.

Проверка компонентного состава раствора гидрата хлорида магния производилась путем определения плотности полученного раствора с помощью ареометра. Среднюю плотность раствора определяют по результатам трех измерений. При этом погрешность измерений должна составлять ±0,01 г/см³, то есть плотность полученного водного раствора гидрата хлорида магния должна находиться в диапазоне (1,2÷1,22) г/см³.

После получения необходимого количества водного раствора гидрата хлорида магния производят заправку средств пожаротушения, в качестве которых могут использоваться огнетушители, ранцевые установки пожаротушения, мобильные установки пожаротушения и т.п. Для этого в заправляемую емкость сначала заливают 85÷88 об.% раствора гидрата хлорида магния (от общего объема состава), а затем добавляют соответственно 12÷15 об.% готового пленкообразующего пенообразователя на водной основе. Такая последовательность подачи смешиваемых компонентов позволяет уменьшить вспенивание раствора в емкости огнетушителя. При этом содержание хлорида магния в огнетушащем составе поддерживается в диапазоне (15÷25) вес.% от общего количества огнетушащего состава.

В качестве пленкообразующих пенообразователей на водной основе могут использоваться различные известные пенообразователи, например: «Sthamex-AFFF 3%» (производитель - германская фирма «Dr. Sthamer-Hamburg»), «ПО-6А3F», который может быть применен в трех модификациях «ПО-6А3F (1,5%)», «ПО-6А3F (3%)» и «ПО-6А3F (6%)» (производитель - ЗАО «Эгида-ПТВ»), «Легкая вода» (производитель - американская компания «3М») и иные подобные пленкообразующие пенообразователи.

Перед использованием огнетушащий состав хранился в течение 30 дней при температуре -35°С. Эффективность тушения очагов возгорания при использовании огнетушащего состава подтверждается приведенными ниже примерами.

Пример №1

Для заправки огнетушителя объемом 6 л использовалось 0,8 л (6 л×0,133) пленкообразующего пенообразователя и 5,2 л (6 л×0,867) водного раствора гидрата хлорида магния. Для получения 5,2 л водного раствора гидрата хлорида магния в смеситель сначала подавали 3,25 кг неочищенной водопроводной воды и 3,042 кг гидрата хлорида магния (MgCl₂·6H₂O). Требуемое соотношение компонентов в растворе обеспечивается путем весового дозирования. Проверку правильности получения водного раствора гидрата хлорида магния с необходимой концентрацией компонентов производили путем измерения плотности полученного раствора с помощью ареометра. Плотность полученного раствора составила 1,21 г/см³.

Далее 5,2 л водного раствора гидрата хлорида магния заливали в огнетушитель (86,7% от общего объема огнетушителя) и добавляли 0,8 л пленкообразующего пенообразователя на водной основе. В рассматриваемом примере использовался синтетический фторсодержащий пленкообразующий пенообразователь российского производства «ПО-6А3F (3%)» (ЗАО «Эгида-ПТВ») в соответствии с ТУ 24 1279-002-49888 190-98.

Данный пенообразователь характеризуется как негорючее, невзрывоопасное, умеренно опасное вещество 3 класса опасности по ГОСТ 12.1.007. Температура вспышки в открытом тигле отсутствует. Температура самовоспламенения отсутствует до температуры кипения.

«ПО6А3F» (3%)» обладает следующими свойствами:

1) внешний вид - однородная жидкость без осадка и расслоения;

2) плотность при 20°С - 1000÷1200 кг/м³;

3) кинематическая вязкость при 20°С - не более 200 мм²/c;

4) рН=6,5÷10,0;

5) кратность пены низкой кратности с использованием воды - не более 20;

6) гидростатическая стойкость пены низкой кратности с использованием воды - не менее 60 с;

7) время тушения н-гептана пеной низкой кратности при интенсивности подачи рабочего раствора (0,059±0,002) л/(м²·c) - не более 120 с.

Полученный огнетушащий состав обладал следующими характеристиками:

- содержание хлорида магния в огнетушащем составе - 20,6 вес % от общего количества состава;

- кратность пены - 10;

- гидростатическая стойкость пены - 23 мин;

- время тушения н-гептана при интенсивности подачи рабочего раствора (0,059±0,002) л/(м²·с) - 35 с;

- температура хранения огнетушащего состава - -35°С.

Как видно из приведенных выше характеристик, при применении патентуемого состава обеспечивается снижение времени тушения н-гептана по сравнению с чистым пенообразователем марки «ПО-6А3F (3%)» при одинаковой интенсивности подачи рабочего раствора (0,059±0,002) л/(м²·с).

Для приготовления водного раствора гидрата хлорида магния использовался шестиводный хлорид магния MgCl₂·6H₂O. Осаждение солей в огнетушащем составе не наблюдалось. Сравнение проводилось с исходным раствором пенообразователя марки «ПО-6А3F (3%)» без добавок.

Пену для каждого опыта готовили путем взбивания 100 мл приготовленного раствора в стальной цилиндрической емкости в течение 20 с. Полученная пена подавалась сжатым воздухом по трубопроводу из емкости на поверхность горящей жидкости (н-гептана). Расход пены варьировался изменением расхода воздуха.

Поскольку плотность рабочего раствора пенообразователя практически не отличается от плотности воды, в ходе исследований принималось, что объем раствора в литрах численно равен его массе в килограммах. Масса израсходованного раствора определялась взвешиванием емкости вместе с пеной до и после каждого опыта.

Сравнение раствора пенообразователя, содержащего водный раствор гидрата хлорида магния, и готового раствора пенообразователя «ПО-6А3F (3%)» проводили по следующим критериям.

1. Кратность пены - отношение полученного объема пены к общему объему раствора. Кратность пены в рассматриваемых примерах определялась как отношение высоты слоя пены в емкости к толщине слоя пенообразователя в емкости до получения пены.

2. Гидростатическая стойкость. Оценка стойкости производилась по времени выделения из пены 50% жидкости.

3. Критическая интенсивность подачи раствора. Оценка производилась по интенсивности разрушения пены в условиях тушения.

Значение интенсивности определялось по формуле, характеризующей зависимость времени тушения н-гептана в резервуаре от интенсивности подачи огнетушащего состава.

Интенсивность подачи растворов J рассчитывали по формуле:

где m₀ и m₁ - масса емкости с пеной до и после тушения очага возгорания, кг;

S_p - площадь резервуара, м²;

τ_T - время тушения, с.

При этом время тушения τ_T зависит от соотношения интенсивности подачи и гидростатической стойкости пены.

4. Эффективность тушения. Оценка производилась по соотношению времени и удельных затрат огнетушащего состава на прекращение горения единицы площади очага возгорания.

Для оценки использовался показатель П_ЭТ эффективности тушения очага возгорания:

где q_уд - удельный расход раствора, л/м²,

τ_Т - время тушения при выбранной интенсивности подачи, с.

Полученные результаты представлены в таблице №1.

Таблица №1№Критерии оценкиСостав на основе «ПО-6А3F (3%)»Состав, содержащий «ПО-6A3F(3%)» и MgCl₂·6H₂O1.Кратность пены10102.Гидростатическая стойкость пены, мин2,3233.Время тушения н-гептана при интенсивности подачи раствора 0,059±0,002 л/(м²·с), с  85354.Эффективность пожаротушения, м²/(л·с)0,0020,0135

Пример №2

Заправку огнетушителя емкостью 6 л производили огнетушащим составом, состоящим из 5,28 л (6 л×0,88) водного раствора гидрата хлорида магния и 0,72 л (6 л×0,867) пленкообразующего синтетического фторсодержащего пенообразователя «Sthamex-AFFF (3%)», выпускаемого германской фирмой «Dr. Sthamer-Hamburg». Пенообразователь «Shtamex-AFFF (3%)» создан на основе поверхностно-активного вещества - тензида. «Sthamex-AFFF» служит для тушения пожаров классов А и В посредством создания газонепроницаемой пленки на горящей поверхности. Данный пенообразователь устойчив и стабилен по отношению к тепловому излучению горючих веществ с высоким содержанием полярных добавок, таких как спирт.

В зависимости от требуемого качества концентрат пенообразователя смешивался с неочищенной водопроводной водой в объемах от 3 до 6%.

Раствор пенообразователя имел следующие характеристики:

1) внешний вид - однородная жидкость без осадка и расслоения;

2) гидростатическая стойкость пены - 310 с;

3) плотность при 20°С - 1045 кг/м³;

4) рН=6,5÷8,5;

5) кратность пены - 10;

6) морозостойкость - до -15°С;

7) время тушения н-гептана при интенсивности подачи рабочего раствора (0,059±0,002) л/(м²·с) - 79 с.

Приготовление водного раствора гидрата хлорида магния проводили аналогично примеру №1. Полученный огнетушащий состав имел следующие характеристики:

- содержание хлорида магния - 25 вес.% от общего количества огнетушащего состава;

- плотность полученного раствора - 1,22 г/см³;

- кратность пены - 10;

- гидростатическая стойкость - 25 мин;

- время тушения н-гептана при интенсивности подачи рабочего раствора (0,059±0,002) л/(м²·c) - 35 с.

Температура хранения полученного огнетушащего состава, при которой состав в течение длительного времени сохранял эти свойства, составляла -35°С.

Полученный раствор, содержащий 25 вес.% хлорида магния от общего количества огнетушащего состава, сравнивали с исходным водным раствором пленкообразующего пенообразователя «Shtamex-AFFF (3%)». Условия приготовления сравниваемых растворов и критерии оценки соответствовали примеру №1. Полученные результаты представлены в таблице №2.

Таблица №2№Критерии оценкиСостав на основе «Shtamex-AFFF (3%)»Состав, содержащий «Shtamex-AFFF (3%)» и MgCl₂·6H₂O1Кратность пены10102Гидростатическая стойкость пены, мин5,2253Время тушения н-гептана при интенсивности подачи раствора  0,059±0,002 л/(м²·с), с79354.Эффективность пожаротушения, м^2/(л·с)0,0030,0135

Пример №3

В огнетушитель объемом 6 л был заправлен 5,1 л (6 л×0,85) водного раствора гидрата хлорида магния и 0,9 л (6 л×0,15) раствора пенообразователя на основе фторорганических кислот марки «Легкая вода», выпускаемого американской фирмой «3М» (Minnesota Mining and Manufacturing Co).

Пенообразователь марки «Легкая вода» представляет собой водный раствор жидкого концентрата ПАВ на основе соединений фтора, образующий на поверхности горящих жидкостей стойкий слой пены, изолирующей горящую поверхность.

Пенообразователь без добавления гидрата хлорида магния имеет следующие характеристики:

1) гидростатическая стойкость пены - 4÷5 мин;

2) плотность при 20°С - (1,01÷1,16)·10³ кг/м³;

3) кинематическая вязкость при 20°С - не более 30÷35 мм²/с;

4) рН=6,5÷8,5;

5) концентрация рабочего раствора - 3÷6 об.%;

6) поверхностное натяжение - 17,5 мН/м;

7) кратность пены - 6÷10;

8) гидростатическая стойкость пены - 5 мин;

9) время тушения н-гептана при интенсивности подачи рабочего раствора (0,059±0,002) л/(м²·c) - 150 c.

Полученный огнетушащий состав, содержащий гидрат хлорида магния, обладал следующими характеристиками:

- содержание хлорида магния - 15 вес.% от общего количества огнетушащего состава;

- кратность пены - 10;

- гидростатическая стойкость - 25 мин.

Температура хранения полученного огнетушащего состава, при которой состав в течение длительного времени сохранял огнетушащие свойства, составляла -35°С.

Сравнительный анализ полученного раствора, содержащего 25 вес.% хлорида магния от общего количества огнетушащего состава, проводили с исходным водным раствором пенообразователя «Легкая вода» без добавок. Результаты сравнительного анализа представлены в таблице №3.

Таблица №3№Критерии оценкиСостав на основе «Легкой воды»Состав, содержащий «Легкую воду» и MgCl₂·6H₂O1Кратность пены8102Гидростатическая стойкость пены, мин5233Время тушения н-гептана при интенсивности подачи раствора  (0,059±0,002) л/(м²·с), с150354.Эффективность пожаротушения, м²/(л·с)0,00070,0135

Как видно из представленного сравнительного анализа (см. таблицы №№1-3), введение в пенообразователь гидрата хлорида магния (MgCl₂·6H₂O) не повлияло на пенообразующую способность раствора. Кратность пены, полученная при одинаковых условиях, не изменилась.

Исследования показали, что низкократная пена на основе водного раствора гидрата хлорида магния при прочих равных условиях обладает большей гидростатической стойкостью по сравнению с исходным раствором пенообразователя. Было установлено также, что огнетушащий состав, содержащий пленкообразующий пенообразователь на водной основе и гидрат хлорида магния, обеспечивает более высокую эффективность пожаротушения, характеризуемую меньшим временем тушения н-гептана.

В ходе проведенных сравнительных испытаний было установлено, что максимальная эффективность тушения пеной при использовании исходного водного раствора пленкообразующего пенообразователя «ПО-6А3F», «Sthamex-AFFF», «Легкая вода» и др. без добавок достигается при значительно большей интенсивности подачи, чем при использовании огнетушащего состава, содержащего пенообразователь и водный раствор гидрата хлорида магния. Требуемая интенсивность подачи исходного раствора пенообразователя примерно в два раза превышает интенсивность подачи состава, содержащего раствор пенообразователя и гидрат хлорида магния. Кроме того, было установлено, что при использовании для подготовки огнетушащего состава неочищенной водопроводной воды в условиях длительного хранения состава в огнетушителе при низких температурах не происходит осаждение солей.

Из полученных экспериментальных данных также следует, что патентуемый огнетушащий состав обладает высокой эффективностью пожаротушения при длительном хранении в условиях низких температур (до -35°С) и может использоваться в средствах пожаротушения различного назначения для тушения возгораний легковоспламеняющихся жидкостей и иных горючих материалов в различных климатических условиях.

Изобретение относится к водным растворам пенообразователей на основе поверхностно-активных веществ и предназначено для тушения горючих материалов и легковоспламеняющихся жидкостей на открытом пространстве и в условиях объемных очагов возгорании в помещениях. Огнетушащий состав содержит гидрат хлорида магния в виде водного раствора и пленкообразующий пенообразователь на водной основе при следующем соотношении компонентов в объемных процентах от общего объема огнетушащего состава: водный раствор гидрата хлорида магния - 85÷88%, пленкообразующий пенообразователь на водной основе - остальное. При этом содержание хлорида магния в огнетушащем составе составляет 15÷25 вес.% от общего количества огнетушащего состава. Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности тушения очагов возгорании низкократной пеной и сокращение времени тушения возгораний, как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях при хранении пенообразующего состава в условиях низких температур. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Огнетушащий состав, содержащий пленкообразующий пенообразователь на водной основе и добавку, снижающую температуру замерзания огнетушащего состава, отличающийся тем, что в качестве добавки используют гидрат хлорида магния в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов, % от общего объема огнетушащего состава:

Водный раствор гидрата хлорида магния85÷88Пленкообразующий пенообразователь на водной основеОстальное

при этом содержание хлорида магния в огнетушащем составе составляет 15÷25% от общего количества огнетушащего состава.