АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
AEROSOL-FORMING COMPOSITION FOR FIRE EXTINGUISHING

Изобретение относится к химическим средствам тушения пожаров, а более конкретно, к средствам для объемного тушения пожаров, огнегасительный состав которых при горении генерирует газоаэрозолеобразующие химически активные вещества, ингибиторы горения и может быть использовано для подавления очагов возгорания в замкнутом объеме.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический аэрозолеобразующий состав для объемного пожаротушения, описанный в изобретении по патенту RU 2153376, F62C 1/00, A62D1/06, 2000 г., который включает окислитель - нитрат калия, идитол (фенолформальдегидная смола) в качестве горючего связующего и газообразующий дициандиамид, причем идитол предварительно обработан этиловым спиртом в массовом соотношении 60:40 (1:0,7), с образованием спиртового лака, в котором легко и равномерно распределяются смешиваемые компоненты состава, после чего перед прессованием из него зарядов состав высушивается до нормативного содержания летучих компонентов.
Указанные компоненты состава содержатся в следующем соотношении, мас. %:
нитрат калия
67-73
идитол (сухой)
9-13
дициандиамид
18-20.
3
Недостатком описанного состава является ограничение по использованию в закрытых, непроветриваемых помещениях из-за высокой концентрации токсичных веществ в генерируемой газоаэрозольной смеси, образующейся в результате неполного сгорания компонентов, содержание которых в составе не оптимизировано по кислородному балансу. При отрицательном кислородном балансе в газоаэрозольных продуктах горения содержится много токсичных веществ - СО, NH и HCN, что небезопасно для людей, находящихся в защищаемых помещениях.
Кроме того, в составе содержание дициандиамида ограничено узким диапазоном, который затрудняет в промышленной технологии оптимизацию необходимого кислородного баланса и содержание конденсированной фазы в огнетушащем аэрозоле, в результате чего в продуктах горения состава из-за неполного окисления наблюдается повышенное содержание угарного газа.
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.
Известен пиротехнический аэрозолеобразующий состав для объемного тушения пожаров (патент RU 2392993 С1, A62D1/06, 2010г.), включающий нитрат калия - окислитель, горючее связующее - идитол, предварительно обработанный этиловым спиртом, и газогенерирующее вещество - дициандиамид, которые содержатся в следующем соотношении, мас.% :
нитрат калия
70-76
идитол
7-14
дициандиамид
13-20.
Для полноты плотного контакта порошкообразных компонентов состава с горючим связующим, идитол предварительно обрабатывают этиловым спиртом, формируя 25%-ный раствор идитола в спирте - технологичный материал, обеспечивающий при смешивании прочные адгезионные связи липкой поверхности со структурными компонентами состава.
Известный состав для тушения пожаров характеризуется хорошей сыпучестью при объемном дозировании зарядов, эффективным действием по назначению в замкнутых объемах, при допустимой концентрации вредных выбросов генерируемого при горении тушащего аэрозоля.
К недостаткам описанного состава следует отнести низкую продуктивность генерирования в рабочем аэрозоле ингибиторов горения из-за выгорания компонентов при избытке окислителя, в совокупности с замедленным выносом ингибиторов горения в очаг возгорания, особенно при содержании газообразующего дициандиамида на нижнем пределе диапазона, что снижает эффективность пожаротушения.
Более совершенным является гранулированный пиротехнический состав для объемного тушения пожаров по патенту RU 2686927 С1, A62D 1/06, 2018 г который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) предложенному составу.
Известный состав содержит окислитель - нитрат калия, горючее связующее идитол и газообразующий дициандиамид. При этом состав содержит идитол, вводимый 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, при соотношении компонентов, мас. %:
нитрат калия
61-65
идитол
11-13
дициандиамид
24-26.
Оптимизация массового соотношения компонентов известного состава, соответствует нулевому кислородному балансу, при котором обеспечивается полное окисление продуктов горения и практически отсутствуют вредные вещества в генерируемом при горении аэрозоле.
Недостатком состава является несбалансированность массового соотношения компонентов термической основы во всем диапазоне их содержания, в результате чего, при относительно малых скоростях горения и удельном выходе тушащего аэрозоля, достигается низкая эффективность объемного пожаротушения вследствие продолжительности времени достижения требуемой концентрации ингибиторов горения в защищаемом объекте, что приводит к неудовлетворительному диспергированию ингибиторов горения, содержащихся в продуктах горения.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности объемного пожаротушения аэрозолем, генерируемым предложенным пиротехническим составом во всем диапазоне массового содержания компонентов, в оптимизированном их соотношении.
Требуемый технический результат достигается тем, что аэрозолеобразующий состав для тушения пожаров, включающий окислитель - нитрат калия, горючее - связующее - идитол, вводимый в форме порошка и в виде спиртового раствора в соотношении 3,5:1, и не обязательно дициандиамид, согласно изобретению, дополнительно содержит смесь хлорида аммония с тиомочевиной, а компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
Окислитель
70-75
идитол
9-12
дициандиамид
0-12
хлорид аммония
5-11
тиомочевина
5-11
Другой особенностью предложенного состава является то, он содержит идитол в форме порошка в количестве 7-9 мае. % и в виде 60 % -ного спиртового раствора в количестве 2-3 мае % в пересчете на сухое вещество. Использование идитола в форме спиртового раствора, улучшает технологичность перемешивания сухих компонентов и прочность их сцепления при формовании зарядов. Также этим достигается заметное сокращение времени сушки состава по изобретению.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили функциональное быстродействие за счет увеличения выхода генерируемого пожаротушащего аэрозоля, при снижении температуры горения состава, что существенно важно для эффективности действия по назначению.
Нитрат калия в предложенном составе несет функцию окислителя, обеспечивает скорость горения состава, продукты его разложения являются ингибиторами горения и составной частью огнетушащего аэрозоля, способствует более интенсивному диспергированию образующихся шлаков и выносу их из генератора вместе с аэрозолем.
При содержании в аэрозолеобразующем составе для тушения пожаров нитрата калия меньше 70 мас. % происходит неполное сгорание горючих веществ из-за отрицательного кислородного баланса, ограничивая целевое использование, снижается скорость горения, и в результате медленно нарастает концентрация ингибиторов горения в защищаемом объеме, то есть эффективность пожаротушения не удовлетворяет заданным требованиям.
При содержании в аэрозолеобразующем составе нитрата калия больше 75 мас. % в огнетушащих продуктах горения появляется избыточный кислород, который поддерживает горение в очаге возгорания, увеличивая тем самым время его подавления.
Использование в аэрозолеобразующем составе идитола, в качестве горючего связующего в термической основе, обусловлено тем, что его взаимодействие с нитратом калия происходит при сравнительно низких температурах, происходит мгновенная реакция, с образованием значительного количества газообразных продуктов сгорания.
При содержании в аэрозолеобразующем составе идитола меньше 9 мас. % снижается скорость горения, сопровождающаяся неполным разложением нитрата калия, в результате чего теплотворная способность недостаточна для эффективного выхода дисперсной фазы в пожаротушащий аэрозоль.
Содержание в составе идитола больше 12 мас. % является избыточным, при этом происходит неполное горение состава с известными отрицательными последствиями пожаротушения в замкнутых объемах.
Функция дициандиамида в предложенным аэрозолеобразующем составе заключается в диспергировании ингибиторов горения конденсированных систем, образующихся при горении пиротехнического состава.
Однако содержание в составе дициандиамида больше 12 мас.% образуется повышенное количество цианистых соединений в газообразных продуктах горения, что ограничивает применение его по назначению для объемного пожаротушения в замкнутых помещениях из-за неприемлемой токсичности тушащей смеси.
Дополнительное введение в пожаротушащий состав смеси хлорида аммония с тиомочевиной позволяет значительно сократить содержание газообразующего дициандиамида в составе, по сравнению с прототипом, или вовсе исключить его, который опасен в применении по основному назначению.
С использованием гомогенной системы хлорид аммония - тиомочевина в равном соотношении, в сочетании с малым количеством дициандиамида, достигнуто оптимальное диспергирование продуктов сгорания в получаемом аэрозоле. Указанные компоненты обладают высокой реакционной способностью, которая повышает воспламеняемость заряда, при горении выделяют большое количество газов, выполняющих функции рабочего элемента для генерируемой дисперсной фазы ингибиторов горения.
Смесь хлорида аммония с тиомочевиной применяется в качестве горючего-газообразователя и разрыхлителя шлаков, что обеспечивает наиболее полный выход аэрозоля в защищаемый объем, содержит азот, следовательно служит в качестве активного пламягасителя. Тиомочевина дополнительно за счет наличия серы ускоряет разложение окислителя.
Суммарное содержание в аэрозолеобразующем составе горючих-газообразователей хлорида аммония с тиомочевинной в равном соотношении менее чем по 5 мас.% каждого, является малоэффективным и недостаточным  для полного выноса генерируемой тушащей смеси, при этом не исключается пламенное горение, снижая тем самым интенсивность выброса аэрозоля. Увеличение содержания в составе смеси хлорида аммония с тиомочевиной более чем по 11 мас.% каждого является балластным, при этом содержание вредных составляющих ингибиторов горения, в частности аммиака и серы может превысить предельно допустимую концентрацию в закрытом помещении в процессе газоаэрозолеобразования.
Предварительная частичная обработка идитола спиртом выбранной концентрации обеспечивает поверхностное растворение горючего связующего для повышения адгезионных связей со структурными компонентами состава, который лучше прессуется в заряды.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является необходимой и достаточной для достижения новизны заявляемого аэрозолеобразующего состава для тушения пожаров.
Сущность изобретения иллюстрируется технологическим режимом изготовления пиротехнического состава для аэрозольного пожаротушения.
Состав по изобретению приготавливается на имеющемся в пиротехническом производстве стандартном оборудовании.
Для приготовления аэрозольного состава по изобретению используют следующие компоненты:
3
- нитрат калия, ГОСТ Р 53949, химическая формула KNO;
- идитол (фенолформальдегидная смола марки СФ-0112А), ГОСТ 18694, химическая формула С^Н^Ог;
2
4
4
- дициандиамид технический, ГОСТ 6988, химическая формула CHN;
4
- хлорид аммония, ГОСТ 3773, химическая формула NHCI;
4
2
- тиомочевина, ГОСТ 6344, химическая формула CHNS;
Мерную навеску идитола в количестве 2-3 мас.% предварительно измельчают и обрабатывают в течение 7-10 минут в лопастном смесителе орошением изоприловым спиртом в количестве 3-4 мас.%, получая лаковую смесь, при этом поверхность частиц горючего связующего приобретает дополнительную липкость к остальным компонентам состава при смешивании.
Соотношение компонентов состава для смешивания выбирают согласно заявленным диапазонам 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, дициандиамид, с размером частиц 140±20 мкм, идитол, хлорид аммония с тиомочевинной, перемешивают при температуре 40-60°С в течение 10-12 минут;
3. Добавляют спиртовой раствор идитола в виде липкого лака и перемешивают в течение 10-12 минут, формируя конгломераты с покрытием из горючего и газообразователя, налипших на комках термической основы;
4. Приготовленную смесь гранулируют протиранием через сетку 3,2×0,5 мм;
5. Гранулированный состав отправляют на сушку слоем 1-2 см в течение 10-12 часов при температуре 35-45°С, достигая при этом содержание летучих компонентов и влаги не более 0,35%;
6. Повторное гранулирование состава через сетку 3,2×0,5 мм с последующим формированием функциональных зарядов.
Количественное соотношение компонентов предложенного пожаротушащего пиротехнического состава рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов, которые показали достижение улучшенных характеристик по максимальному выходу функционального аэрозоля при горении состава и быстродействию подавления очагов возгорания в замкнутых объемах.
Были испытаны составы с различным сочетанием массового содержания компонентов: в пределах границ предложенных диапазонов и на границах, определяя показатели назначения, скорость горения, огнетушащую концентрацию генерируемой газоаэрозольной смеси и количество в ней дисперсной фазы.
Таблица аэрозолеобразующих составов по изобретению
Уплотненные прессованием составов заряды подвергли огневым испытаниям, в ходе которых генерировалась тушащая газоаэрозольная смесь, основные технические характеристики которой определялись по результатам испытаний.
Количество дисперсной фазы предложенной смеси составила 71% от массы составов, что на 7% выше, чем у прототипа, при сопоставимой их огнетушащей концентрации.
Предложенный аэрозолеобразующий состав для тушения пожаров образует гасящую концентрацию ингибиторов горения достаточную для эффективного подавления очагов возгорания, не генерируя при этом вредных и токсичных веществ, поэтому пригоден для подавления очагов возгорания в замкнутом объеме.
Положительные результаты испытаний высокоэффективного и технологичного пиротехнического состава для аэрозолеобразующих пожаротушащих зарядов позволяют рекомендовать его для серийного производства.