Изобретение относится к нанотехнологиям в области противопожарной техники. Заявляемое техническое решение может быть использовано при тушении пожаров для подачи огнегасящих порошков, выполненных в виде нанопорошка, на очаг возгорания в зонах с присутствием или отсутствием людей.
Среди существующих средств пожаротушения - водных, пенных, газовых, аэрозольных и порошковых, порошковые имеют ряд принципиально важных преимуществ (http://www.tungus.net/ Преимущества порошковых средств пожаротушения). Они универсальны, имеют высокую эффективность и невысокую стоимость. В отличие от систем объемного пожаротушения (газового, аэрозольного) для них не требуется обеспечение условий герметичности защищаемых объектов и трубной разводки для подачи внутрь защищаемого объекта огнетушащего порошка, а в отличие от водных и пенных они имеют значительно более широкий диапазон температурного использования (особенно в области низких температур) и длительный срок эксплуатации. При этом они не причиняют значительного ущерба для окружающих предметов, не содержат в своем составе токсичных веществ и могут использоваться практически на любых объектах.
Поэтому именно порошковые огнетушители являются наиболее распространенным средством тушения очагов пожара и составляют свыше 80% от всех выпускаемых в мире огнетушителей.
Известно (Порошковое пожаротушение, dic.academic.ru), что огнетушащая способность порошков общего назначения зависит не только от химической природы порошков, но и степени их измельчения. Огнетушащая способность порошков специального назначения практически не зависит от степени их измельчения. Возможность подачи очень мелких порошков в зону горения затруднена, поэтому промышленные огнетушащие порошки общего назначения содержат фракцию 40-80 мкм, обеспечивающую доставку мелких фракций в зону горения.
При тушении из расположенных над очагом горения модулей на порошковую струю воздействуют восходящие конвективные потоки. При данных условиях подачи серийного порошка газопорошковая струя проникнет в зону горения, если скорость ее фронта превышает скорость восходящих конвективных потоков.
Недостатком сухих огнетушащих материалов является их низкая охлаждающая способность. Поэтому при порошковом тушении возможны повторные вспышки от раскаленных в огне предметов. Реальный охлаждающий эффект порошкового облака составляет не более 10…20% тепла очага. Модули порошкового пожаротушения кратковременного действия подают порошок в течение 5…30 секунд, тушение пожара такими модулями происходит через 2…8 секунд после подачи огнетушащего порошка. В дальнейшем происходит охлаждение конструкций. Модули порошкового пожаротушения импульсного действия создают высокую концентрацию огнетушащего порошка на время не более 1 секунды. В дальнейшем концентрация порошка снижается и при наличии конструкций, которые имеют температуру выше температуры воспламенения горючих материалов, возможно повторное воспламенение. В условиях развитого пожара на участках, которые были потушены порошками, через 20…30 секунд возникает повторное горение и пожар развивается с прежней интенсивностью.
В работе (А.Н. Баратов, Ε.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 117) отмечено, что огнетушащая эффективность некоторых порошков в ряде случае выше, чем бромхладонов.
В работе (bent.ru>modules/Articles/article.php/ Глава 9. Тушение пожаров строительных материалов) указано, что быстрый нагрев и испарение частиц размером 20 мкм и более маловероятны. Для крупнодисперсных порошков, по-видимому, предпочтение следует отдать гетерогенному механизму ингибирования.
Это подтверждается данными, приведенными на рис. 9.13 ("bent.ru>modules/Articles/article.php/ Глава 9. Тушение пожаров строительных материалов), из которых следует, что для частиц с d>20 мкм нагрев не превышает ~200°С. Очевидно, что при таком разогреве частицы не успевают расплавиться (для K2SO4 Тпл=1359 К) и испариться. Поэтому возможность гомогенного ингибирования пламени реальными порошками (с частицами размером более 20 мкм) незначительна.
Отсюда можно сделать вывод, что дальнейшее повышение эффективности современных огнетушащих порошков лежит в применении нанопорошков, обладающих значительным ингибирующим воздействием на пламя.
Известен способ порошкового пожаротушения (Патент RU №2419471, кл. А62С 3/10 (2006.01), опубл. 27.05.2011), принятый за прототип заявляемого технического решения, заключающийся в подаче огнетушащего порошка в очаг пожара, в котором тушение производят комбинацией нанодисперсного порошка минеральной соли цезия, например, CS2SO4 и обычного порошка на основе минеральных солей щелочных металлов, например, NaHCO3, причем в качестве рабочего газа при эжектировании используют не только газ, но и газовзвесь обычного порошка на основе минеральных солей щелочных металлов, обеспечивая не только подсос нанопорошка, но и обволакивание частиц обычного порошка на основе минеральных солей щелочных металлов нанопорошком. Причем нанодисперсный порошок минеральной соли цезия, благодаря физико-химической специфике щелочных металлов, имеет низкий потенциал ионизации и значительно (примерно в 104-105 раз) большую дисперсность по сравнению с обычными порошками, и обладает очень сильным ингибирующим воздействием на пламя.
Для создания равномерной смеси нано- и обычного порошков можно использовать известное эжекторное устройство (А.Н. Баратов «Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность», изд. ВНИИПО, 2003 г., с. 362), в котором к зоне смешения присоединяются два штуцера для подачи нано- и обычного порошка с расчетными их расходами.
Однако дальнейшее повышение эффективности этого способа порошкового пожаротушения ограничено тем, что процесс создания при эжектировании комбинации нанопорошка и обычного порошка путем обволакивания частицами обычного порошка на основе минеральных солей щелочных металлов нанопорошком ограничен суммарной площадью поверхности обычного порошка - матрицы. В результате чего часть частиц нанопорошка при эжектировании будут «отскакивать от матрицы», не достигая при этом очага пожара при его подаче.
Известно (Огнетушащие вещества.mht), что любой огнетушащий порошок можно использовать для тушения пожара совместно с другими огнетушащими порошками. Но разные порошки не следует смешивать в одной емкости, так как некоторые из них имеют кислотную основу, другие щелочную и их перемешивание может вызвать повышение давления в емкости или образование крупных комков.
Известен закачной порошковый огнетушитель (А.П. Карпов. Огнетушители. Устройство, испытания, выбор. Применение, техническое обслуживание и перезарядка. Учебно-методическое пособие / Под общей редакцией Н.П. Копылова. ВНИИПО МЧС России - М., 2003, с. 108, рис. 11а), принятый за прототип заявляемого устройства.
Огнетушитель состоит из корпуса, заполненного огнетушащим порошком, устройства его вытеснения и подачи в очаг пожара, запорно-пускового устройства и устройства для распыления названного порошка в контролируемой зоне.
Устройство вытеснения и подачи огнетушащего порошка в очаг пожара содержит сифонную трубку, погруженную в порошок до самого дна корпуса. Внутренний канал сифонной трубки соединен через запорно-пусковое устройство с гибким шлангом, на конце которого установлено устройство для распыления огнетушащего порошка.
В дежурном режиме запорно-пусковое устройство удерживается фиксатором, смонтированным на корпусе.
На запорно-пусковом устройстве смонтирована ручка для переноски огнетушителя и подвижный рычаг. Рычаг опирается в толкатель запорно-пускового устройства и фиксируется чекой от возможного поступающего перемещения толкателя.
На корпусе устройства для распыления огнетушащего порошка смонтирована рукоятка для регулировки подачи струи распыленного порошка в контролируемую зону.
В дежурном режиме корпус закачен в верхней зоне рабочим телом - газом, например сжатым воздухом. Эта зона до срабатывания запорно-пускового устройства находится под давлением.
Указанный огнетушитель работает следующим образом.
При обнаружении очага пожара оператор выдергивает чеку и перемещает рычаг по направлению к ручке, толкатель перемещается и срабатывает запорно-пусковое устройство.
Под действием избыточного давления рабочего газа в верхней зоне огнетушащий порошок выдавливается через сифонную трубку и, беспрепятственно проходя через каналы запорно-пускового устройства, поступает в гибкий шланг.
В дальнейшем оператор освобождает из фиксатора устройства для распыления огнетушащего порошка и ориентирует последнее в направлении контролируемой зоны. При этом он с помощью рукоятки регулирует подачу струи распыленного порошка в контролируемую зону, создавая порошковое облако из огнетушащего порошка.
В дальнейшем при тушении порошками наблюдаются следующие явления (А.Н. Баратов, Ε.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 113): разбавление горючей среды газообразными продуктами разложения порошка или порошковым облаком, охлаждение зоны горения, возникновение эффекта огнепреграждения, обусловленное прохождением пламени через узкие каналы между частицами порошка, а также ингибирование химических реакций в пламени. Последнее может осуществляться как в газовой фазе, так и на поверхности частиц.
В зависимости от выбранного способа тушения, огнетушащего состава и т.д., при тушении порошками доминирует один из указанных выше процессов.
При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения огнетушащей способности порошковых огнегасящих средств далеко не исчерпаны. Как показывает анализ научной литературы (Сабинин Олег Юрьевич. Оптимальные характеристики огнетушащих порошков и параметры их подачи для импульсных модулей порошкового пожаротушения: диссертация кандидата технических наук: 05.26.03 / Сабинин Олег Юрьевич; [Место защиты: Акад. гос. противопожарной службы МЧС России]. - Москва, 2008. - 176 с: ил. РГБ ОД, 61 09-5/300), в настоящее время в достаточной степени не определены и научно не обоснованы требования к химическому и дисперсному составу огнетушащих порошков в зависимости от области их применения, в частности для использования их в импульсных порошковых модулях.
Задача изобретения состоит в повышении эффективности средств борьбы с пожарами за счет применения огнетушащего порошка, выполненного в виде нанопорошка, обладающего повышенной ингибирующей способностью по сравнению с обычным крупнодисперсным огнетушащим порошком.
Сущность заявляемого способа тушения заключается в том, что в способе тушения пожара нанопорошками с помощью огнетушителя порошкового, заключающемся в заполнении огнетушащего порошка в герметичную оболочку, доставке его в очаг пожара с помощью средства вытеснения из оболочки, и распылении огнетушащего порошка в зоне горения, в очаг пожара подают огнетушащий порошок в виде нанопорошка
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в огнетушителе порошковом, содержащем корпус, заполненный огнетушащим порошком, устройство его вытеснения и подачи в очаг пожара, запорно-пусковое устройство и устройство распыления порошка в контролируемой зоне, огнетушащий порошок выполнен в виде нанопорошка.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом тушения, обуславливается следующим.
При подаче в контролируемую зону огнетушащего порошка в виде нанопорошка доминирует ярко выраженное тушащее действие этих порошков. Использование огромной удельной поверхности нанопорошков позволяет значительно повысить эффективность объемного пожаротушения за счет того, что нанопорошки самым активным образом влияют на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения.
Известно (Нанопорошки.mht), что нанопорошки обладают огромной удельной поверхностью, а значит, и избыточной поверхностной энергией. Атомы на поверхности частиц находятся в особенном состоянии: они более активны и всегда готовы вступить в какое-нибудь взаимодействие. Поэтому применение нанопорошков в качестве огнетушащего порошка, по мнению автора, является наиболее перспективным игибирующим средством при объемном тушении на пожароопасных объектах.
Создание в контролируемой зоне концентрации нанопорошка, достаточной для ингибирования пожароопасной среды в течение времени, необходимого для подавления пламени позволяет повысить надежность тушения.
Известно (Патент RU, №2419471, опубл. 27.05.2011), что нанопорошки самым активным образом влияют на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения, и чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс.
Пример применения нанодисперсного порошка минеральной соли цезия CS2SO4 в комбинации с обычным порошком на основе минеральных солей щелочных металлов, например, NаНСО3 приведен в способе порошкового пожаротушения, принятым за прототип заявляемого способа.
Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством, обуславливается следующим.
Применение огнетушащего порошка, выполненного в виде нанопорошка в заявляемом устройстве, позволяет перейти на использование нового огнетушащего порошка, обладающего значительным эффектом ингибирования химических реакций в пламени, обуславливающих развитие процесса горения.
Отсюда очевидно, что создание в контролируемой зоне концентрации нанопорошка, достаточной для ингибирования пожароопасной среды в течение времени, необходимого для подавления пламени, является наиболее эффективным и перспективным путем применения нанопорошков в объемном пожаротушении.
Установлено (Сабинин О.Ю. Оптимальные характеристики огнетушащих порошков и параметры их подачи для импульсных модулей порошкового пожаротушения: диссертация кандидата технических наук: 05.26.03 / Сабинин О.Ю.; [Место защиты: Акад. гос. противопожарной службы МЧС России]. - Москва, 2008. - 176 с: ил. РГБ ОД, 61 09-5/300), что для обеспечения эффективного функционирования систем порошкового пожаротушения дисперсный состав применяемых порошков должен быть специально подобран в зависимости от техники, в которой он будет применяться. В этом, возможно, имеется значительный резерв в повышении эффективности порошкового пожаротушения.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с использованием наноразмерных огнетушащих порошков.
Известен способ порошкового пожаротушения нанопорошками (Заявка RU №2012142461 от 04.10.2012, опубл. 10.04.2014, кл. МПК A62D 1/00 (2006.01), заключающийся в подаче огнетушащего порошка в очаг пожара, причем тушение производят путем подачи в контролируемую зону нанопорошка в виде микрокапсулированного огнегасящего агента.
Однако применение указанного огнегасящего агента в обычном огнетушителе удорожает стоимость самого огнетушителя.
Это подтверждается данными (http://studopedia.net/10_8914_tseni-na-naibolee-chasto-proizvodimie-poroshki.html), где указано, что цена одного килограмма нанопорошка массового производства колеблется от 60 до 150$, а нанопорошков специального назначения доходит до 1500$.
Отличительным свойством названных порошков является возможность манипулирования с ними: нанопорошки можно сыпать, уплотнять, разрыхлять, склеивать и даже заставить течь. Отдельную наночастицу можно сравнивать с отдельной личностью, а нанопорошок - с толпой. Сама по себе частица - интересная, уникальная, особенная. Она характеризуется определенным химическим составом, твердостью, плотностью, электропроводностью, магнитными свойствами, гигроскопичностью и т.п. Наряду со свойствами вещества при описании частицы говорят о размере, форме, шероховатости поверхности, химическом составе поверхностного слоя, химическом составе слоев адсобированных веществ, смачиваемости, диэлектрической проницаемости и растворимости поверхностного слоя (Нанопорошки.mht).
Поэтому, по мнению автора, экономически целесообразней использовать в огнетушителе просто нанопорошок.
Известен способ получения огнетушащего порошка (Патент RU №2370295, кл. A62D 1/00 (2006.01), С01В 33/12 (2006.01), опубл. 22.09.2009), который получают смешением, сушкой и измельчением высокодисперсной добавки, гидрофобизирующей жидкости и основного компонента. В качестве высокодисперсной добавки используют гидрофобизированную смесь белой сажи с размером частиц 20-35 нм и микроталька в соотношении 1:(0,1-2), причем берут микротальк со следующим содержанием массовой доли частиц по седиментационному методу, %: менее 20 мкм - не менее 97; менее 10 мкм - не менее 82; менее 5 мкм - не менее 5. В качестве гидрофобизирующей жидкости используют сополимер силоксана и формальдегида. В качестве основного компонента используют аммофос, фосфориты природные, бикарбонат натрия, сильвинит, хлористый натрий, хлористый калий, талькомагнезит, магнезит, кремнезем, нефелин, флогопит, сульфат аммония.
Однако использование наноразмерных частиц только в высокодисперсной добавке в виде гидрофобизированной смеси незначительно повлияет на огнетушащую способность основного компонента (огнетушащего порошка).
Известна группа изобретений (Патент RU №2469761, кл. A62D 1/00 (2006.01), A62D 1/00 (2006.01), В82В 3/00 (2006.01), опубл. 20.12.2012), относящиеся к средствам тушения огня, а именно микрокапсулированному огнегасящему агенту, содержащему полимерную оболочку и ядро из огнегасящей жидкости, такой как перфторэтил-перфторизопропил-кетон или дибромметан, или смеси с другими бромфторсодержащими жидкостями. При этом полимерная оболочка выполнена из отвержденного пространственно сшитого полимерного материала, наполненного наночастицами минерального наполнителя в форме пластинок, имеющих толщину 1-5 нм, и обладает способностью взрывоподобного разрушения в диапазоне температур 90-270°С.
Однако такое использование наночастиц, по сравнению с заявляемым техническим решением, практически не влияет на огнетушащую способность микрокапсулированного огнегасящего агента.
В работе (M.Е. Краснянский. Порошковое пожаротушение.mht) отмечено, что ряд авторов предлагают получить порошковый аэрозоль непосредственно в очаге горения за счет терморазложения специальных неорганических смесей. Преимущество такого способа - малый размер образующихся частиц и «свежая» (ювинальная) их поверхность, имеющая высокую химическую активность. Недостатки - сложная технология, очень высокая стоимость.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом и устройством.
На основании изложенного, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
Осуществление технического решения, заложенного в способе тушения пожара нанопорошками с помощью огнетушителя порошкового, может быть реализовано следующим образом.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие общеизвестными сведениями из уровня техники.
В работе (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. М., ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003, с. 304) указано, что для подачи порошков (огнетушители, автомобили порошкового тушения и т.п.) также надо осуществлять с учетом оптимальных параметров подачи порошков.
Известно, если порошковое облако полностью покрывает пламя, то оно практически подавляется мгновенно. В этом случае дополнительно повышается эффективность в способе тушения, в котором диспергированный поток одновременно формируется во всем объеме очага пожара.
При тушении обширных очагов (Патент RU №2027452, кл. МПК А62С 2/00, опубл. 27.01.1995) в условиях ограниченного запаса огнетушащего состава наиболее эффективным будет являться способ тушения путем подачи состава по заранее заданному алгоритму, учитывающему форму, размеры очага и интенсивность горения, что значительно сократит непроизводительные потери огнетушащего состава при минимально необходимом его расходе. Значительный эффект также будет достигнут введением обратной связи в процесс тушения вышеуказанным способом, то есть оперативным изменением подачи огнетушащего состава (изменением плотности потока, изменением направлений подачи и т.д.) в зависимости от достигаемых результатов тушения.
Проведенными исследованиями (Исавнин Н.В. Средства порошкового пожаротушения. М., Стройиздат, 1983, с. 117) установлено, в какой степени изменяются основные параметры газового потока порошковой струи. Угол расширения струи с увеличением ее загрузки частицами порошка снижается с появлением ярко выраженного прямолинейного участка с полым углом расширения 8-12°. Относительный профиль скоростей струи отвечает закону Шлихлинга, а осевая скорость газового потока снижается по более пологой зависимости. В том же отношении падает и осевая плотность частиц порошка. Более плотные струи являются предпочтительными для тушения, поскольку имеют большую эффективную струю.
В работе (Исавнин Н.В. Средства порошкового пожаротушения. М., Стройиздат, 1983, с. 118) отмечено, что установление предельного значения плотности порошковой струи (порошкового облака) позволило судить об эффективной ее длине.
Там же приведены опытные данные, подтверждающие, что с увеличением концентрации порошковой струи эффективная длина возрастает.
Известно (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. М., ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003, с. 305), что в отличие от других средств, используемых для тушения по площади (например, пена или вода) и оказывающих изолирующее или охлаждающее действие на горящую поверхность, порошки оказывают ингибирующее воздействие на пламя. Поэтому расчет требуемого количества порошка надо вести не на площадь пожаротушения, а на объем пламени. При этом необходимое количество порошка Ms, кг будет определяться выражением:
где Cv - огнетушащая концентрация, принимаемая равной 0,25 кг/м2; V - объем пламени, м3.
Оценку V можно провести через характеристический размер пламени I=F0,5 (где F - площадь очага), но так как V~13, то получаем V=F3/2 или окончательно:
В настоящее время все отмеченные ранее порошковые огнетушащие составы могут быть выполнены в виде нанодисперсного порошка минеральной соли (Русские нанопорошки.mht; http://nano-info.ru/post/439/ Нанопорошки. Назначение, свойства, производство).
Однако в работе (Birchall. Y. Comb/ a Flame, 1970, v. 8, 257) приведены данные по исследованиям тушащего действия различных солей на диффузионное пламя городского газа. В результате было установлено, что наиболее эффективное действие из всех исследованных солей на диффузионное пламя оказывали соли щелочных металлов.
Высокая ингибирующая способность солей щелочных металлов иллюстрируется значениями коэффициентов гетерогенной рекомбинации атомов водорода (γн) и кислорода (γо) на поверхностях различных солей, приведенными в таблице 2. Эти данные получены экспериментально методом электронного парамагнитного резонанса (см. монографию А.Н. Баратова, А.П. Вогмана «Огнетушащие порошковые составы», М., Стройиздат, 1982, с. 66).
В качестве конкретных наиболее эффективными огнегасящими веществами, которые можно использовать в виде нанопорошка, являются соли щелочных металлов: сульфат калия (K2SO4) и сульфату цезия (Cs2SO4), обладающие наибольшим значением коэффициентов рекомбинации атомарных частиц водорода и кислорода, являющихся активными центрами цепных реакций при горении.
Известен метод Дюфресса (http://www.dslib.net/pozharn-bezopasnost/optimalnye-harakteristiki-ognetushawih-poroshkov-i-parametry-ih-podachi-dlja.html), основанный на проверке огнетушащей эффективности порошков. Она определялась по минимальному количеству порошка, достаточному для одного тушения. Эксперименты показали, что самыми эффективными оказались соединения калия, проверенные этим методом.
Пример применения нанодисперсного порошка минеральной соли цезия CS2SO4 в комбинации с обычным порошком на основе минеральных солей щелочных металлов, например, NaHCO3 приведен в способе порошкового пожаротушения (Патент RU, №2419471, МПК А62С 2/10 (2006.01), опубл. 27.05.2011).
По определению наночастицы должны иметь диаметр менее 100 нм. Почти половина нанопорошков имеет диаметр менее 30 нм. Девять процентов порошков, относящихся к группе «нано», имеют диаметр более 100 нм. Большинство производителей предлагают порошки диаметром от 5 до 100 нм. При определении цены не столь важен размер частиц, сколько важна чистота и однородность (http://nano-info.ru/post/439/ Нанопорошки. Назначение, свойства, производство).
Отсюда можно сделать вывод, что нанопорошки самым активным образом влияют на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения, и чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс.
Поэтому, по мнению автора, оптимальным размер частиц нанопорошка должен быть от 5 до 30 нм с учетом существующего уровня производства названных материалов. В дальнейшем с учетом развития производства нанопорошков следует переходить на применение нанопорошков размером частиц менее 5 нм.
Известно (Исавнин Н.В. Средства порошкового пожаротушения. М., Стройиздат, 1983, с. 130), что конструкция установок должна обеспечивать подачу порошка с наибольшей по возможности концентрацией. Обеспечение ее с учетом приведенных выше результатов исследований обуславливается правильным выбором аэрационных устройств и принятых режимов подпитки сосуда сжатым газом.
Насадки и распылители должны обеспечивать геометрические формы порошкового факела, способствующие получению оптимальной огнетушащей способности струи. В огнетушителях задачей этих устройств является превращение длинной узкой струи в несколько расширенный и укороченный факел. Наблюдается, что не имеющий опыта оператор в большинстве случаев стремится как можно ближе подойти к очагу пожара.
Исходя из приведенных научных данных и исследованного уровня техники, связанных с практическим применением огнетушащих порошков, можно сделать следующие предположения.
1. Использование огромной удельной поверхности нанопорошков позволяет значительно повысить эффективность объемного пожаротушения за счет того, что нанопорошки самым активным образом влияют на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения. При этом чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс.
2. Доставку нанопорошков непосредственно в очаг пожара с помощью огнетушителя можно осуществить путем создания компактной газовоздушной струи, что позволит свести к минимуму процесс отбрасывания восходящими конвективными потоками сверхлегких частиц, выполненных в виде нанопорошка, и облегчить их доступ в зону горения, образуя порошковое облако из мельчайших частиц наноразмерных порошков, в результате чего происходит процесс ингибирования химических реакций в пламени как в газовой фазе, так и на поверхности частиц (А.Н. Баратов, Ε.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 113).
В случае незначительного развитого очага пожара другая часть частиц наноразмерных порошков достигает горящей поверхности, рассыпается по горящей поверхности, часть его, попадая в конвективную колонку, увлекается спутным потоком. В результате чего происходит дополнительный процесс ингибирования химических реакций в зоне горения.
Оставшаяся часть частиц наноразмерных порошков создает на поверхности горящих материалов слой, предотвращающий доступ к ней кислорода воздуха (А.Н. Баратов, Ε.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 113).
В работе (А.Н. Баратов, Ε.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М: издательство «Химия», 1979, с. 110-121) описан широкий круг обычных порошковых огнетушащих составов. Дисперсность частиц этих составов колеблется по данным (А.Н. Баратов и др. Пожарная опасность строительных материалов. - М. Стройиздат, 1988, глава 9, табл. 9.20) в основном от 60 до 80 мкм
Известны применение порошков на основе минеральных солей щелочных металлов и аэрозольные составы (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 364). Указанные составы способны тушить пожары классов A1, А2 и В1, В2 (см. там же). Принцип тушения этими составами заключается в создании облака газовзвеси (аэрозоля) порошков в защищаемых объектах. Эти составы являются удовлетворительными средствами пожаротушения и широко применяются на практике. Они подаются в очаг пожара или в защищаемый объем путем пневматического выдавливания из герметичных сосудов с помощью газа под давлением или путем сжигания заряда аэрообразующего состава (АОС).
Недостатками этих составов и способов их использования являются невысокая огнетушащая способность, склонность к слеживанию и комкованию, а также неудобства применения, связанные с их быстрым оседанием и с проблемами создания равномерной концентрации из-за сравнительно высокой крупности частиц обычных порошков (дисперсность ~70-80 мкм).
Известно (Патент RU, №2160618, МПК А62С 13/12, опубл. 20.12.2000), что порошковые огнетушители закачного типа, с газогенератором и баллоном сжатого газа в отличие от импульсных имеют запорно-пусковое устройство, обеспечивают возможность неоднократно прерывать и вновь возобновлять подачу заряда огнетушащего вещества на очаг горения. При этом минимальная продолжительность подачи огнетушащего вещества в зависимости от объема огнетушителя составляет (5…10) с. Таким образом, у оператора есть время прицельно направить огнетушащую струю в нужное место, прекратить подачу огнетушащего вещества или, наоборот, возобновить ее в случае необходимости повторного загорания.
По мнению автора изобретения для подачи нанопорошка можно использовать конструкцию обычного порошкового огнетушителя, например, приведенную в работе (А.П. Карпов. Огнетушители. Устройство, испытания, выбор. Применение, техническое обслуживание и перезарядка. Учебно-методическое пособие / Под общей редакцией Н.П. Копылова. ВНИИПО МЧС России. - М., 2003, с. 108, рис. 11а).
Из работы (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 281) следует, что эффективность использования порошков зависит также от способа и условий их подачи в очаг пожара. В настоящее время доминирует пневматический способ подачи, заключающийся в выдавливании порошка из сосуда сжатым газом.
В работе (А.П. Карпов. Огнетушители. Класссификация, выбор, размещение, применение: Учебное пособие. - М., НОУ «Такир», 1998, с. 23, табл. 2) отмечено, что продолжительность работы переносного огнетушителя составляет 10-20 с, передвижного огнетушителя - 20-30 с.
Использование закачного огнетушителя является оптимальным для применения в нем нанопорошка. Данный тип огнетушителей по величине рабочего давления относится к огнетушителям низкого давления, при этом рабочее давление ниже или равно 2,5 МПа при температуре окружающей среды (20±2)°С (А.П. Карпов. Огнетушители. Класссификация, выбор, размещение, применение: Учебное пособие. - М., НОУ «Такир», 1998, с. 13). Причем выбор в качестве рабочего тела - газа инертного, по отношению к нанопорошку, например, азота, сжатого воздуха и т.п., позволяет осуществить длительное хранение нанопорошка в закрытом сосуде. Применение сжатого воздуха, по мнению автора, является экономически целесообразным.
Использование порошкового огнетушителя с газогенератором для подачи нанопорошков связано с проблемой, которая возникает при контакте образующихся при сгорании аэрозольного заряда газов и коксующихся веществ с наноразмерными частицами, обладающими, как было отмечено ранее, чрезвычайно высокой химической активностью.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его реализации, однако, не ограничивающим возможностей его осуществления.
На чертеже представлен заявляемый огнетушитель порошковый закачного типа, содержащий корпус 1, заполненный огнетушащим порошком 2, выполненным в виде нанопорошка, устройство 3 его вытеснения и подачи в очаг пожара, запорно-пусковое устройство 4 и устройство 5 для распыления нанопорошка 2 в контролируемой зоне.
Устройство 3 вытеснения и подачи нанопорошка 2 в очаг пожара содержит сифонную трубку 6, погруженную в нанопорошок 2 до самого дна 7 корпуса 1. Внутренний канал сифонной трубки 6 соединен через запорно-пусковое устройство 4 с гибким шлангом 8, на конце которого установлено устройство 5 для распыления нанопорошка 2 через распылитель 9.
В дежурном режиме устройство 5 удерживается фиксатором 10, смонтированным на корпусе 1.
На запорно-пусковом устройстве 4 смонтирована ручка 11 для переноски огнетушителя и подвижный рычаг 12. Рычаг 12 опирается в толкатель 13 запорно-пускового устройства 4 и фиксируется чекой 14 от возможного поступающего перемещения толкателя 13.
На корпусе устройства 5 смонтирована рукоятка 15 для регулировки подачи струи распыленного нанопорошка 2 в контролируемую зону.
В дежурном режиме корпус 1 закачан в зоне 16 рабочим телом - газом, например сжатым воздухом, инертным по отношению к нанопорошку 2, то есть не вступающим с последним в химическое взаимодействие в результате длительного хранения. Зона 16 до срабатывания запорно-пускового устройства 4 находится под давлением до 2,5 МПа при температуре окружающей среды (20±2)°С.
Заявляемый огнетушитель работает следующим образом.
При обнаружении очага пожара оператор выдергивает чеку 14 и перемещает рычаг 12 по направлению к ручке 11. В результате этого взаимодействия толкатель 13 перемещается и срабатывает запорно-пусковое устройство 4.
Под действием избыточного давления рабочего инертного газа в зоне 16 нанопорошок 2 выдавливается через сифонную трубку 6 и, беспрепятственно проходя через каналы запорно-пускового устройства, поступает в гибкий шланг 8.
В дальнейшем оператор освобождает из фиксатора 10 устройство 5 и ориентирует последнее в направлении контролируемой зоны. При этом он с помощью рукоятки 15 регулирует подачу струи распыленного нанопорошка 2 через распылитель 9 в контролируемую зону, создавая порошковое облако из мельчайших частиц наноразмерных порошков. Они создают необходимую концентрацию нанопорошка, достаточную для ингибирования пожароопасной среды в течение времени, необходимого для подавления пламени.
Анализ современных теоретических представлений о механизмах порошкового пожаротушения и общеизвестные сведения из уровня техники показали большую перспективу применения нанопорошков. Одним из путей этого применение является создание современных порошковых огнетушителей с использованием заявляемого технического решения.
Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано в обычном порошковом огнетушителе для подачи нанопорошка при пожаре в контролируемую зону.
Изобретение относится к области огнегасящих порошков, выполненных в виде нанопорошка. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в огнетушителе порошковом, содержащем корпус, заполненный огнетушащим порошком, устройство его вытеснения и подачи в очаг пожара, запорно-пусковое устройство и устройство распыления порошка в контролируемой зоне, огнетушащий порошок выполнен в виде нанопорошка. Огнетушитель порошковый содержит корпус, заполненный огнетушащим порошком, устройство его вытеснения и подачи в очаг пожара, запорно-пусковое устройство и устройство распыления порошка в контролируемой зоне, огнетушащий порошок выполнен в виде нанопорошка. Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано в обычном порошковом огнетушителе для подачи нанопорошка при пожаре в контролируемую зону. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
1. Способ тушения пожара нанопорошком с помощью огнетушителя порошкового, заключающийся в заполнении герметичной оболочки огнетушащим порошком, доставке его в очаг пожара с помощью средства вытеснения из оболочки и распылении огнетушащего порошка в зоне горения, отличающийся тем, что в очаг пожара подают огнетушащий порошок в виде нанопорошка и создают в контролируемой зоне концентрацию нанопорошка, достаточную для ингибирования пожароопасной среды в течение времени, необходимого для подавления пламени.
2. Огнетушитель порошковый, содержащий корпус, заполненный огнетушащим порошком, устройство его вытеснения и подачи в очаг пожара, запорно-пусковое устройство и устройство распыления порошка в контролируемой зоне, отличающийся тем, что огнетушащий порошок выполнен в виде нанопорошка.
| СПОСОБ ПОРОШКОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ | 2010 |
|
RU2419471C1 |
| US 8230937 B1, 31.07.2012 | |||
| RU 94044798 A1, 20.05.1997 | |||
| RU 140072 U1, 27.04.2014. | |||
