АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБЪЕМНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК A62D1/06 C06D3/00 C06B31/02 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к противопожарной области техники, а именно к средствам объемного пожаротушения, которые могут быть использованы для подавления очагов возгорания в закрытых объемах.

Уровень техники

Из уровня техники известен аэрозолеобразующий пиротехнический состав (см. RU2153376, кл. A62D1/06, публ. 27.07.2000 г. [1]).

Известное решение [1] относится к противопожарной области и раскрывает, в частности, способ получения пиротехнического аэрозолеобразующего состава для генерирования дисперсной огнетушащей смеси, который используется в генераторах огнетушащего аэрозоля при объемном тушении пожаров в замкнутых помещениях и объемах.

Известный пиротехнический состав [1] включает нитрат калия в качестве окислителя, горючее связующее - идитол (фенолформальдегидную смолу) и газогенерирующее при горении - дициандиамид, которые содержатся в следующем соотношении (мас. %): нитрат калия 67-73, идитол 9-13, дициандиамид 18-20.

Особенностью известного пиротехнического состава является использование идитола в виде спиртового лака, полученного предварительной его обработкой этиловым спиртом в массовом соотношении 60:40% (1:0,7). В спиртовом растворе лака легко и равномерно распределяются при смешивании структурные компоненты состава.

Известный из [1] пиротехнический состав ограничен в применении из-за образования цианистых соединений при горении дициандиамида, токсичности продуктов горения, действие которых в закрытых непроветриваемых помещениях могут отрицательно сказаться на здоровье людей, оказавшихся рядом с очагом горения без средств химической защиты и вдыхающих формируемую газоаэрозольную смесь в процессе тушения пожара.

Высокое содержание токсичных веществ в генерируемом тушащем аэрозоле образуется в результате неполного сгорания компонентов, соотношение которых не подобрано оптимально в отношении кислородного баланса, вместе с тем, при отрицательном кислородном балансе в газоаэрозольных продуктах горения содержатся токсичные соединения, такие как CO, NH3 и HCN.

Дополнительно следует отметить, что горение известного пиротехнического состава [1] происходит при повышенном пламеобразовании, что препятствует эффективному достижению пожаротушащей концентрации конденсированных ингибиторов горения в защищаемом помещении, снижая тем самым эффективность подавления очагов возгорания.

Кроме того, известный состав [1] содержит токсичный идитол (фенолформальдегидную смолу), способный выделять в атмосферу пары свободного фенола, представляющего собой токсичное вещество 2-го класса опасности.

Таким образом, известный пиротехнический состав [1] представляет собой экологическую и биологическую опасность, как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации непосредственно при тушении очагов возгорания.

Часть отмеченных выше недостатков устранены в пиротехническом аэрозолеобразующем составе, известном из RU2013151115, кл. A62D1/06, публ. 27.05.2015г. [2].

Известное решение относится к противопожарной области и описывает пиротехнический состав для объемного тушения пожаров в замкнутом объеме.

Известный из уровня техники пиротехнический состав [2] для объемного тушения пожаров в замкнутом объеме включает нитрат калия, токсичный идитол, а в качестве газообразователя гетерогенную смесь порошков йодида аммония и тиомочевины в соотношении 3:1, при следующем содержании компонентов (мас. %): нитрат калия 65-71, идитол 18-20, йодид аммония 9-11 и тиомочевина 2-4.

Известный из [2] аэрозолеобразующий пиротехнический состав характерен более высокой функциональной безопасностью и повышенной эффективностью объемного тушения пожаров в закрытых помещениях. Для этой цели использование в качестве газообразователя гетерогенной смеси йодида аммония с тиомочевиной, которые при горении не образуют токсичных соединений в генерируемой тушащей смеси, повысило функциональность и относительную безопасность аэрозолеобразующего состава.

Следует отметить, что эффективность действия известного состава по формированию пожаротушащей концентрации ингибиторов горения по сравнению с известным составом [1] увеличилась в полтора-два раза. Тиомочевина, содержащая в молекуле атом серы, повышает реакционную способность состава, а йодид аммония выполняет функции пламегасителя.

Однако, согласно практики применения известного состава [2] выяснилось, что необходимая для подавления пожара в закрытом защищаемом объеме концентрация ингибиторов горения формируется с замедлением из-за его пламенного горения, вследствие чего снижается выход в аэрозольное образование функциональной дисперсной фазы,

ухудшая при этом эффективность действия по прямому назначению, т.е. по тушению пожаров в закрытых объемах.

Помимо этого, известный пиротехнический состав [2], по сравнении с упомянутым составом [1], содержит еще большую долю идитола (18-20%), что обусловливает его ограниченное применение на таких защищаемых объектах, где могут находиться люди и животные, по причине содержания в составе идитола свободного фенола, являющегося по существу токсичным веществом 2-го класса опасности.

Большинство указанных выше функциональных недостатков решений [1] и [2] устранено в пиротехническом составе аэрозолеобразущем, известном из RU2605576, кл. A62D1/06, публ. 20.12.2016 г. [3], и который следует считать наиболее близким с точки зрения технической сущности к заявляемому изобретению.

Недостатками известного пиротехнического состава следует считать применение в качестве связующего компонента идитол, что ввиду его токсичности обусловливает его ограниченную область применения, повышенную опасность и сложность производства.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение экологической и биологической безопасности производства и эксплуатации аэрозолеобразующего пиротехнического состава путем замены токсичного связующего на безопасное, оптимизация скорости беспламенного горения пиротехнического состава, без образования токсичных веществ в генерируемом аэрозоле, путем динамичного формирования огнетушащей концентрации ингибиторов горения в закрытом объеме защищаемого помещения, повышение технологичности производства путем применения легкорастворимых компонентов, а также повышение гомогенности смеси за счет увеличения объема растворителя.

Техническими результатами предлагаемого изобретения являются достижение экологической и биологической безопасности, а также достижение в защищаемом объеме огнетушащей концентрации активных ингибиторов горения, прерывающих цепные реакции окисления, и, следовательно, получение эффективности подавления очагов возгорания.

Заданные технические результаты достигаются в результате того, что аэрозолеобразующий пиротехнический состав для объемного тушения пожаров в закрытых объемах включает нитрат калия, йодид аммония, тиомочевину и уротропин, при этом он содержит канифоль в качестве нетоксичного связующего, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- нитрат калия 69-71;

- канифоль 4-6;

- йодид аммония 14-16;

- тиомочевина 4-6;

- уротропин 4-6.

Предлагаемый аэрозолеобразующй пиротехнический состав, в соответствии с изобретательским замыслом, обеспечивает повышенную экологическую и биологическую безопасность за счет замены токсичного идитола на безопасную и нетоксичную канифоль, более высокую эффективность газообразования за счет подавления канифолью пламенного горения состава, более высокую эффективность пожаротушения за счет более быстрого достижения необходимой концентрации ингибиторов горения для подавления очагов возгорания, более высокую технологичность производства за счет более высокой растворимости канифоли в этиловом спирте по сравнению с идитолом и получения более гомогенной смеси за счет смешивания ее компонентов в более жидкой фазе.

В предлагаемом аэрозолеобразующем пиротехническом составе соотношение компонентов термической основы, близкое к стехиометрическому, максимально приближено к нулевому кислородному балансу, что обеспечивает наиболее полное окисление реагентов и газообразование по развитой поверхности горения зарядов, увеличивающие удельный выход генерируемой газоаэрозольной огнетушащей смеси.

Оптимизированное массовое соотношение йодида аммония и тиомочевины, канифоли и уротропина было выработано экспериментально, по результатам совместного влияния смеси газообразователей и органических горючих компонентов на эффективность объемного пожаротушения.

В предложенном пиротехническом аэрозолеобразующем составе несколько повышено содержание окислителя для достижения стехиометрического соотношения компонентов и кислородного баланса, а в качестве дополнительного органического горючего, в пределах установленного количественного содержания, повышено содержание уротропина, который служит в качестве активатора горения аэрозолеобразующего состава.

С целью повышения скорости горения, предлагаемого пиротехнического аэрозолеобразующего состава несколько увеличена массовая доля тиомочевины, содержащей азот и серу, что позволяет повысить реакционную способность предлагаемого состава в целом.

Повышенное содержание в предлагаемом пожаротушащем пиротехническом составе уротропина, оптимизированной массой 5%, в совокупности с увеличенным содержанием тиомочевины (активатором горения), обеспечило повышение скорости горения заряда до 4,2 мм/с, при сопутствующем дополнительном газообразовании экологически безвредных CO2 и паров H2O, которые дополнительно способствуют охлаждению газоаэрозольной струи и более быстрой доставки генерируемой дисперсной фазы функционального аэрозоля в очаг возгорания.

Таким образом, предлагаемый аэрозолеобразующий пиротехнический состав для тушения очагов возгорания в закрытых объемах с учетом качественного и количественного содержания компонентов формирует совокупность признаков достаточных для достижения заданного технического результата, заключающегося в обеспечении экологической и биологической безопасности, а кроме того сокращении времени для достижения в защищаемом объеме огнетушащей концентрации активных ингибиторов горения, прерывающих цепные реакции окисления, и следовательно, в повышении эффективности подавления очагов возгорания, а также для решения указанной технической проблемы по повышению экологической и биологической безопасности производства и эксплуатации аэрозолеобразующего пиротехнического состава путем замены токсичного связующего на безопасное, оптимизации скорости беспламенного горения пиротехнического состава, без образования токсичных веществ в генерируемом аэрозоле, путем динамичного формирования огнетушащей концентрации ингибиторов горения в закрытом объеме защищаемого помещения, повышению технологичности производства путем применения легкорастворимых компонентов, а также повышению гомогенности смеси за счет увеличения объема растворителя.

Осуществление изобретения

Предлагаемый аэрозолеобразующий пиротехнический состав для тушения очагов возгораний в закрытых объемах поясняется подробным вариантом реализации, а также дополненными экспериментальными данными примерами конкретного исполнения, которые, однако не являются единственно возможными, но наглядным образом демонстрируют достижение указанной совокупностью существенных признаков заданного технического результата, а также решение указанной технической проблемы.

Приготовление предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава производится по принятой в данной отрасли технологии с использованием стандартного оборудования. Смешивание компонентов производят в промышленном смесителе, в который последовательно загружают предварительно размолотые в дробилке до размера частиц 10-15 мкм порошкообразные компоненты мерными долями (мас. %): 70±1 нитрат калия, 15±1 йодида аммония, 5±1 тиомочевины и 5±1 уротропина, которые перемешивают в течении 10 минут до их равномерного распределения в объеме смеси.

Затем в смеситель в два приема добавляют предварительно приготовленный 20%-ый раствор 5±1 мас. % порошкообразной канифоли в этиловом спирте, и после каждого приема перемешивают в течении 10 минут, получая вязкую массу, которую выгружают на сито гранулятора с размером ячейки 0,5-1,5 мм и протирают под вытяжкой при постоянном принудительном обдуве потоком теплого воздуха температурой 45°С до испарения спирта и получения плотных гранул, которые затем выкладывают на поддоны слоем до 2-3 см и сушат в вытяжном шкафу до достижения содержания летучих компонентов не более мас. 1%.

Из полученных гранул аэрозолеобразующего состава, пригодных для точного дозирования, прессуют в формы функциональные пиротехнические шашки для снаряжения генераторов огнетушащего аэрозоля.

Для проверки достижения необходимых показателей были приготовлены и испытаны пиротехнические аэрозолеобразующие составы с содержанием компонентов как в границах, так и за границами пределов оптимизированных диапазонов.

Предложенный количественный состав компонентов усовершенствованного пиротехнического аэрозолеобразующего состава был рассчитан по экспериментальной математической модели и проверен в ходе испытаний опытных образцов зарядов, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для определения наибольшей эффективности пожаротушения, экологической и биологической безопасности.

Испытанный предпочтительный вариант пиротехнического состава для тушения возгораний в закрытых объемах представлен ниже в таблице 1.

При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе нитрата калия менее 69 мас. % происходит неполное сгорание компонентов из-за отрицательного кислородного баланса, что ухудшает экологичность генерируемых газоаэрозольных продуктов огнетушащей смеси, заполняющей закрытый объем помещения, где подавляется пожар. При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе нитрата калия больше 75 мас. % эффективность пожаротушения снижается от поступления в защищаемый объем свободного кислорода, избыток которого содержится в генерируемой огнетушащей смеси.

При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе канифоли больше 7 мас. % происходит неполное окисление углерода из-за отрицательного кислородного баланса с образованием угарного газа, оказывающего характерные негативные воздействия на организм человека. При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе канифоли менее 5 мас. % снижаются скорость и температура горения термической основы, создавая недостаток теплотворной способности и газообразования для генерирования огнетушащего аэрозоля.

При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе йодида аммония менее 9 мас. % и тиомочевины менее 3 мас. % ухудшается диспергирование продуктов горения, снижая эффективность объемного пожаротушения.

При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе йодида аммония более 17 мас. % и тиомочевины больше 6 мас. % увеличиваются температура и скорость его горения, в результате чего снижается вынос конденсированных частиц - высокоактивных ингибиторов горения из-за их термического разложения. Эффективность пожаротушения при этом заметно снижается.

Как видно, испытания опытного образца в оптимизированных диапазонах содержания компонентов гарантированно обеспечивают заданную скорость достижения огнетушащей концентрации ингибиторов горения в условно герметичном защищаемом объеме, при стабильном подавлении очагов возгорания твердых и жидких горючих веществ.

Следовательно, каждый приведенный существенный признак необходим, а их совокупность является обязательной и достаточной для достижения технического результата, который достигается не указанными признаками в отдельности, а объединенными в единую совокупность функционально несамостоятельными признаками.

Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами из уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Предложенные отличия предлагаемого аэрозолеобразующего огнетушащего состава не следуют из уровня техники явным образом для специалиста по пиротехнике.

Изготовление предлагаемого пиротехнического состава из совокупности компонентов в предложенном массовом соотношении возможно осуществлять на действующем производстве по отработанной технологии.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Положительные результаты испытаний на эффективность объемного пожаротушения предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава позволяют рекомендовать его для серийного производства в форме шашек различных форм-факторов, получаемых прессованием из аэрозолеобразующего вещества, для последующего оснащения ими генераторов огнетушащего аэрозоля.

Изобретение относится к противопожарной области техники, а именно к средствам объемного пожаротушения, которые могут быть использованы для подавления очагов возгорания в закрытых объемах. Аэрозолеобразующий пиротехнический состав для объемного пожаротушения содержит нитрат калия, йодид аммония, тиомочевину и уротропин. В качестве нетоксичного связующего он содержит канифоль, при следующем соотношении компонентов, мас. %: нитрат калия 69-71, канифоль 4-6, йодид аммония 14-16, тиомочевина 4-6, уротропин 4-6. Обеспечивается достижение экологической и биологической безопасности, достижение в защищаемом объеме огнетушащей концентрации активных ингибиторов горения, прерывающих цепные реакции окисления, и, следовательно, получение эффективности подавления очагов возгорания. 1 табл.

Аэрозолеобразующий пиротехнический состав для объемного пожаротушения, включающий нитрат калия, йодид аммония, тиомочевину и уротропин, отличающийся тем, что он содержит канифоль в качестве нетоксичного связующего, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

нитрат калия 69-71 канифоль 4-6 йодид аммония 14-16 тиомочевина 4-6 уротропин 4-6