АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2024 года по МПК A62D1/06 

Изобретение относится к автономным локальным средствам пожаротушения, а более конкретно, к средствам для объемного тушения пожаров, огнетушащий состав которых при горении генерирует активные вещества, ингибиторы горения и может быть использовано для подавления очагов возгорания в замкнутых объемах.

Основой аэрозолеобразующих огнетушащих составов является гетерогенная смесь горючего с окислителем, способная при горении образовывать огнетушащий аэрозоль. Подавление пламени происходит в процессе замедления цепной химической реакции горения с помощью химически активных добавок (ингибиторов), связывающих продукты реакции горения - активные частицы и понижающих скорость химической реакции. Ингибиторы, введенные в очаг горения, реагируя с активными частицами - радикалами превращают их в малоактивные молекулы.

Уровень данной области техники характеризуют аэрозолеобразующие составы для тушения пожаров на основе нитрата калия в количестве 40-80 мас. %, полимерного горючего, различных специальных технологических добавок и ингибиторов горения (см. например, патенты РФ №2022589, A62D 1/00 1992; №2185865, A62D 1/06, 2000; №2695982, A62D 1/00, 2018, №2761938, A62D 1/06, 2021).

Общим недостатком перечисленных составов является их структурная сложность, многокомпонентность, что вызывает практические трудности в оптимизации как качественного, так и количественного содержания, из-за паллиативного решения задачи по обеспечению функциональной надежности, простоты изготовления и безопасности использования по назначению.

Более простым и технологичным является гранулированный пиротехнический состав для объемного пожаротушения, описанный в изобретении по патенту RU 2686927, A62D1/06, опубликованном 06.05.2019, который включает окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол и газообразующий дициандиамид, причем идитол вводится в виде 50%-ного раствора в этиловом спирте в количестве 2,5-3,0 мас. % и в виде порошка в количестве 8,5-10,0 мас. % в соотношении 1:3 соответственно, в пересчете на сухое вещество. Перед прессованием зарядов состав высушивается до нормативного содержания летучих компонентов.

Указанные компоненты состава содержатся в следующем соотношении, мас. %:

нитрат калия 61-65 идитол 11-13 дициандиамид 24-26.

Основным недостатком описанного состава является образование цианистых соединений при горении дициандиамида.

Газоаэрозольные продукты, образующиеся в процессе неполного сгорания компонентов, обладают высокой концентрацией токсичных веществ - СО, NH₃ и HCN, которые негативно воздействуют на организм человека в закрытых непроветриваемых помещениях.

Кроме того, горение состава происходит в пламенном режиме, что тормозит достижение оптимальной концентрации конденсированных ингибиторов горения в процессе пожаротушения, снижая эффективность подавления очагов возгорания.

Отмеченные недостатки устранены в огнегасительном пиротехническом составе для подавления очагов возгорания в закрытых помещениях, описанном в изобретении по патенту RU 2618271, A62D 1/06, опубликованном 03.05.2017, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный огнегасительный пиротехнический состав включает окислители нитрат калия и йодат калия, горючее связующее - идитол, предварительно обработанный спиртовым раствором, связующее тиомочевину, повышающую воспламеняемость заряда и газообразующий сорбит. Указанные компоненты содержатся в следующем соотношении, мас. %:

нитрат калия 42-51 йодат калия 26-28 сорбит 16-18 идитол 6-10 тиомочевина 1-2

Для уплотненного контакта порошкообразных компонентов состава с горючим связующим, идитол предварительно обрабатывают этиловым спиртом, формируя 50%-ный раствор идитола в спирте, обеспечивающий при смешивании адгезионные связи липкой поверхности структурных компонентов состава, который прессуется в заряды.

Известный состав характеризуется повышенной эффективностью объемного тушения пожаров в закрытых помещениях. В генерируемом аэрозоле практически не содержится токсичных и вредных веществ, что расширяет область его применения.

Недостатком известного пиротехнического состава является повышенная скорость горения (более 3 мм/с), что определяет кратковременность эффективного огнетушащего воздействия на очаг возгорания. При этом создается высокое давление в камере генератора аэрозольного пожаротушения, что не безопасно для использования по назначению и приводит к необходимости использования сложных, упрочненных конструкций генераторов.

Кроме того, спиртовой лак на основе горючего связующего формирует композицию аэрозолеобразующего состава в виде конгломерата, который недостаточно сыпуч для объемного дозирования и, будучи вязкотекучим, неудовлетворительно прессуется в заряды, что затрудняет переработку состава в изделия.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков, повышение технологичности и безопасности производства, а также обеспечение максимальной эффективности объемного пожаротушения огнетушащем аэрозолем, генерируемым предложенным составом в закрытых помещениях, во всем диапазоне массового содержания компонентов, в оптимизированном их соотношении.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный аэрозолеобразующий состав для тушения пожаров, включающий окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол, и активатор горения - тиомочевину, согласно изобретению дополнительно содержит сорбат калия, а компоненты содержатся в следующем соотношении, мас. %:

нитрат калия 65-75 идитол 12-17 тиомочевина 5-10 сорбат калия 5-10

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышенное функциональное воздействие на очаг возгорания, упрощение конструкции и безопасность использования генераторов пожаротушения, за счет снижения температуры и скорости горения состава, уменьшения давления в камере генератора, уменьшение пламени от продуктов горения.

Предлагаемый количественный состав аэрозольного пожаротушения проверен испытаниями опытных образцов зарядов, при различном массовом соотношении компонентов и оптимизирован по нулевому кислородному балансу, при котором обеспечивается полное окисление продуктов горения.

В процессе проведенных испытаний выявлено, что каждый компонент в рецептуре смеси необходим в заявленном диапазоне, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны технического решения.

Нитрат калия в предложенном составе несет функцию окислителя, обеспечивает необходимую скорость горения состава, продукты его разложения являются ингибиторами горения и составной частью огнетушащего аэрозоля, способствуют более интенсивному диспергированию образующихся шлаков и выносу их из генератора вместе с аэрозолем.

При содержании в аэрозолеобразующем огнетушащем составе нитрата калия меньше 65 мас. % происходит неполное сгорание горючих веществ из-за отрицательного кислородного баланса, ограничивая целевое использование, снижается скорость горения состава, в результате чего медленно нарастает концентрация ингибиторов горения в защищаемом объеме, то есть эффективность пожаротушения не удовлетворяет заданным требованиям.

При содержании в составе нитрата калия больше 75 мас. % в огнетушащих продуктах горения негативно проявляется избыточный кислород, который поддерживает горение в очаге возгорания, увеличивая тем самым время его подавления.

Идитол в заявленной смеси обладает цементирующими свойствами, образуя при смешивании адгезионные связи компонентов. В термической основе идитол использован в качестве горючего связующего, его взаимодействие с нитратом калия проявляется при сравнительно низких температурах, происходит мгновенная реакция, с образованием значительного количества газообразных продуктов сгорания.

При содержании в аэрозолеобразующем огнетушащем составе идитола меньше 12 мас. %» снижается скорость горения, сопровождающаяся неполным разложением нитрата калия, в результате теплотворная способность недостаточна для эффективного выхода дисперсной фазы в пожаротушащий аэрозоль.

Содержание в составе идитола больше 17 мас. % избыточно, происходит неполное горение состава из-за отрицательного кислородного баланса с образованием угарного газа, оказывающего характерные негативные воздействия на организм человека.

Тиомочевина в предлагаемом составе обладает высокой реакционной способностью, которая повышает воспламеняемость заряда, разлагается при низкой температуре горения, сублимируя достаточное количество газов для генерирования дисперсной фазы функционального аэрозоля - ингибиторов горения, содержит серу способствующую ускорению разложения окислителя и азот, используемый в качестве активного пламегасителя.

Низкое содержание тиомочевины в составе - менее 5 мас. % ухудшает диспергирование продуктов горения, тем самым снижая интенсивность выброса аэрозоля. Увеличение содержания мочевины более 10 мас. % является балластным, при этом повышается температура и скорость горения состава, в результате снижается вынос конденсированных частиц -ингибиторов горения, из-за их термического разложения.

Для уменьшения скорости горения огнетушащего состава, стабилизации процесса горения, увеличения огнетушащей способности введен по настоящему изобретению дополнительный компонент - сорбат калия.

Сорбат калия (калий сорбиновокислый) в заявленной смеси - горючее, одновременно является пламягасителем, с температурой кипения 233°С. Снижает температуру горения, содержит пламягасящий элемент - атом калия. Использование сорбата калия способствует уменьшению пламени от продуктов сгорания, достигая тем самым высокую концентрацию выхода конденсированных ингибиторов горения, повышая эффективность подавления очагов возгорания.

Оптимальный диапазон процентного содержания сорбата калия в заявленной смеси эспериментально определен по результатам испытаний опытных образцов на эффективность пожаротушения.

При содержании в составе сорбата калия менее 5 мас. % резко повышается скорость горения смеси, достигая уровня 4 мм/с. При этом время тушения опытного образца остается неизменным, следовательно, для окончательного подавления очага возгорания потребуется большее количество пожаротушащей смеси. Увеличивая количество сорбата калия свыше 10 мас. %), скорость горения снижается до 1 мм/с, однако время тушения опытного образа значительно увеличивается и достигает значений, не удовлетворяющих потребителя для практического использования по назначению.

Сущность изобретения иллюстрируется технологическим режимом изготовления пиротехнического состава для аэрозольного пожаротушения.

Состав приготавливается на имеющемся в пиротехническом производстве стандартном оборудовании.

Для приготовления аэрозольного состава по изобретению используют следующие компоненты:

- нитрат калия, ГОСТ Р 53949, химическая формула KNO₃;

- идитол (фенолформальдегидная смола марки СФ-0112А), ГОСТ 18694, химическая формула С₁₃Н₁₂О₂;

- тиомочевина, ГОСТ 6344, химическая формула CH₄N₂S;

- сорбат калия, ГОСТ Р 55583, химическая формула C₆H₇KO₂.

Соотношение компонентов состава для смешивания выбирают согласно заявленным диапазоном их содержания.

Режим приготовления состава:

1. Нитрат калия технологически подготавливают к загрузке в смеситель с размером частиц 55±10 мкм и с содержанием влаги не более 0,08 мас. % для исключения ее флегматизирующего действия при окислении горючего, с целью стабилизации горения пиротехнического состава;

2. Засыпают в смеситель нитрат калия, идитол, тиомочевину, сорбат калия, перемешивают при температуре 40-60°С в течение 10-12 минут;

3. Приготовленный состав направляют на формование функциональных зарядов.

Оптимизированное расчетом массовое соотношение компонентов аэрозолеобразующего огнетушащего состава экспериментально проверено на опытных образцах прессованных зарядов, по методике проведения испытаний на огнетушащую способность образцов-свидетелей в соответствии с ГОСТ Р 53284.

Испытаны составы с различным сочетанием массового содержания компонентов в пределах границ предложенных диапазонов, на границах и вне этих границ, определяя показатели назначения, основные технические характеристики аэрозолеобразующих составов: скорость горения, время тушения, огнетушащую концентрацию генерируемой газоаэрозольной смеси и количество в ней дисперсной фазы.

Уплотненные прессованием составов заряды подвергли огневым испытаниям, в ходе которых генерировалась тушащая газоаэрозольная смесь, основные технические характеристики которой определялись в ходе испытаний.

Состав №1 характеризуется медленным нарастанием тушащей концентрации, при повышенной скорости горения.

Составы №№5-6 создают тушащую смесь с пониженным выходом дисперсной фазы, увеличенным временем пожаротушения, что определяет неудовлетворительную эффективность действия аэрозольных генераторов.

Испытания опытных образцов №№2-4 аэрозолеобразующих зарядов подтвердили достижение оптимальных характеристик и показателей по максимальному выходу дисперсной фазы ингибиторов горения в огнетушащем аэрозоле, генерируемом при горении зарядов и эффективному их быстродействию. Средняя скорость горения составляет 2,07 мм/с, время тушения - 10 с, количество выхода дисперсной фазы - 72% от массы составов, что на 5-6% выше чем у прототипа, при сопоставимой их огнетушащей концентрации.

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

Технологичность приготовления предложенного состава и изготовление из него прессованных зарядов, положительные результаты испытаний огнетушащих зарядов, при условии экологичности функционирования генераторов пожаротушения, позволяют рекомендовать изобретение на серийное промышленное производство огнетушащего состава, предназначенного для подавления очагов возгорания в закрытых помещениях.

Изобретение относится к химическим средствам тушения пожаров, а более конкретно к средствам для объемного тушения пожаров, огнетушащий состав которых при горении генерирует активные вещества, ингибиторы горения, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в замкнутых объемах. Аэрозолеобразующий огнетушащий состав для тушения пожаров в закрытых помещениях включает окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол и активатор горения - тиомочевину. Дополнительно содержит сорбат калия. Компоненты содержатся в следующем соотношении, мас. %: нитрат калия - 65-75, идитол - 12-17, тиомочевина - 5-10, сорбат калия - 5-10. Обеспечивается максимальная эффективность объемного пожаротушения, а также повышение технологичности и безопасности производства. 1 табл.

Аэрозолеобразующий огнетушащий состав для тушения пожаров в закрытых помещениях, включающий окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол и активатор горения - тиомочевину, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сорбат калия, а компоненты содержатся в следующем соотношении, мас. %:

нитрат калия 65-75 идитол 12-17 тиомочевина 5-10 сорбат калия 5-10