Жидкий огнетушащий состав для тушения пожаров класса D1
LIQUID FIRE-EXTINGUISHING COMPOSITION FOR FIRE EXTINGUISHING OF CLASS D1

Изобретение относится к средствам для тушения пожаров, в частности к жидким огнетушащим составам для тушения пожаров класса D1. Данное средство предназначено для тушения легких металлов и сплавов на их основе, относящихся к подклассу D1 по ГОСТ 27331-87. К таким металлам относятся легкие металлы (за исключением щелочных) - магний, алюминий, титан и их сплавы, где в качестве основного выбран один из этих металлов.
Такой жидкий огнетушащий состав представляет собой однородный раствор, содержащий сульфат меди основной, сульфат алюминия, аммиачную воду, сульфат щелочного металла (натрия или калия), остальное - воду в качестве растворителя. Дополнительными компонентами могут выступать поверхностно-активные вещества.
Практически все современные огнетушащие составы для пожаров класса D1 представляют собой порошки различного состава, предназначенные для засыпки горящих очагов пожаров, а потому обеспечивающих только тушение за счет прекращения доступа кислорода к горящему материала без значительного эффекта охлаждения или химического ингибирования металла, а также реализуют только поверхностный способ тушения. По этой причине они обладают сравнительно невысокой эффективностью при тушении объемных пожаров крупногабаритных конструкций, пористых металлических материалов или с развитой сложной поверхностью (лом стружки, металлургические шлаки, мелкодисперсные порошки), поскольку для достижения огнетушащего эффекта требуется весьма большое количество огнетушащих порошков для засыпки. Кроме того, такие порошки не всегда обеспечивают полное подавление горения, поскольку легкие металлы могут гореть и в бескислородной среде (без доступа воздуха) при наличии азота, углекислого газа, в присутствии окислителей (например, термитные смеси) [1]. Отсутствие ингибирования (химической пассивации) может также явиться причиной вторичного возгорания уже потушенного материала при нарушении целостности слоя огнетушащего порошка на нем. Помимо этого, порошкообразные огнетушащие вещества трудны для подачи в зону горения - для первичных средств невозможно обеспечить дальность подачи более 3 метров, при этом требуется специальный телескопический успокоитель для порошка. Это весьма ограничивает спектр применения порошкообразных огнетушащих составов, снижает их эффективность и требует высоких мер безопасности личного состава пожарных подразделений и работников профильных предприятий.
Известные порошкообразные огнетушащие составы часто содержат в своем составе компоненты, вызывающие выделение нежелательных газообразных продуктов - так, крайне нежелательно использование галогенидов щелочных и щелочно-земельных металлов, других галогенсодержащих веществ (например, борфторатов и борхлоратов, различных органических веществ), которые разлагаются с выделением токсичных газов и паров. Кроме этого, многие неорганические соли, служащие в качестве таких компонентов, содержат кристаллизационную воду, которая при нагреве выделяется и при контакте с горящими металлами может локально ускорить их окисление с возможностью образования искр, что на начальной стадии их введения неизбежно вызывает усиление разгорания. Вещества, которые с повышением температуры до 300-400°С могут разлагаться с выделением паров воды (например, борная кислота, бораты щелочных и щелочно-земельных металлов, ряд борорганических соединений) имеют те же недостатки. Карбонаты натрия и калия также весьма гигроскопичны, а при их разложении происходит выделение диоксида углерода, усиливающего горение. Такие компоненты, например, использованы в композициях огнетушащих составов в пат. США №4915853 от 10.04.1990, пат. США №5626787 от 06.03.1997, пат. РФ №2095103 от 10.11.1997, пат. WO 1999026698 от 03.06.1999.
Аналогично, компоненты, используемые в российских огнетушащих порошках ПХК, Вексон, ГТС-1 и др. в основном своем составе содержат, хлориды натрия или калия, кальцинированную соду, графит, бораты металлов [2, 3].
Использование жидких составов на водной основе во многом исключено по причине того, что вода вступает в реакцию с легкими металлами при их горении с выделением водорода, воспламеняющегося со взрывом. Аналогично органические жидкие вещества, большинство из которых являются горючими, при контакте с горящими металлами усиливают горение или приводят к взрыву.
Для подавления выделения водорода в случае использования водных растворов должен применяться ингибитор, исключающий выделение водорода или обеспечивающий его разбавление до безопасных концентраций.
Аналогом изобретения может считаться огнетушащая жидкость, описанная в пат. РФ №2310421 от 20.11.2007, включающая сульфаты, хлориды, карбонаты аммония и натрия и мочевину, а также пенообразователи, которая при попадании в зону горения приводит к интенсивному выделению диоксида углерода и аммиака, разлагающегося до азота, служащие в качестве разбавителя и обеспечивающий теплоотвод.
Наиболее близким аналогом по назначению и составу изобретения может выступить пат. США №5660763 от 26.08.1997, в котором используются сульфат алюминия, различные неорганические и органические соли натрия, калия и аммония, а также вспомогательные вещества, приводящие к вышеописанному эффекту разбавления и теплоотвода.
Однако интенсивное выделение диоксида углерода при разложении таких составов, приведенных в данных патентах, способно поддерживать и в ряде случае усиливать горение магния и других металлов [1], а также не решает задачу ингибирования поверхности горящего металла. Кроме того, данные изобретения не лишены недостатков по причине использования галогенидов, способных к образованию при высокой температуре вместе с органическими веществами весьма токсичных продуктов, представляющих серьезную опасность для человека и окружающей среды.
Предлагаемый в изобретении состав огнетушащей жидкости исключает выделение водорода из водной основы, поскольку в качестве одного из основных компонентов применяется специальный ингибитор - трехосновный сульфат меди (суспензия 345 г/л), широко используемый в сельском хозяйстве в качестве фунгицида. Данное соединение относится к веществам 3 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, и оно при контакте с горящим металлом химически его пассивирует, поскольку электрохимический потенциал меди больше, чем у водорода. Т.е. при попадании данного соединения на горящий легкий металл происходит восстановление металлической меди, а не водорода, при этом свежеосажденная медь блокирует доступ кислорода и других окислителей к самому металлу, надежно изолируя его и создавая негорючую пленку на нем.
Для повышения растворимости используемого трехосновного сульфата меди в составе используется концентрированная аммиачная вода (аммиак водный технический по ГОСТ 9-92), исключающая выпадение осадка за счет комплексообразования аммиака с ионами меди. При этом аммиак, присутствующий в небольшом количестве в составе продуктов реакции, разлагаясь до азота, обеспечивает дополнительный теплоотвод.
Сульфаты алюминия, натрия или калия и служат в качестве разбавителей с высокой растворимостью в воде, при этом они повышают температурный порог разложения остальных соединений, исключая выделение опасных серосодержащих соединений. Сульфат алюминия выполняет также функцию регулятора рН композиции. В приведенных ниже примерах использованы: сульфат алюминия - алюминий сернокислый 18-водный по ГОСТ 3758-75 или сульфат алюминия технический очищенный по ГОСТ 12966-85, калий сернокислый по ГОСТ 4145-74, натрий сернокислый по ГОСТ 4166-76.
Для улучшения реологических характеристик (вязкости, растекаемости) в составе могут быть дополнительно применены любые водорастворимые поверхностно-активные вещества в количестве, не превышающем 10% масс., не вызывающие осаждение основных компонентов огнетушащего состава. В качестве примеров таких ПАВ могут быть приведены жидкое калийное мыло, соли высших жирных кислот аммония, натрия или калия в концентрациях ниже критической концентрации мицеллобразования, хлориды или сульфаты четвертичного аммония.
Концентрационные пределы содержания в составе соединений меди, алюминия, натрия и калия выбраны исходя из диапазона значений их совместной растворимости для обеспечения максимальной эффективности состава. Значение концентрационных пределов аммиачной воды равно или превышает стехиометрический до 2 раз по отношению к трехосновному сульфату меди для обеспечения его полной растворимости. Максимальная концентрация поверхностно-активных веществ определена исходя из их растворимости и эффективности обеспечения целевых потребительских характеристик огнетушащей жидкости.
Использование жидких огнетушащих составов согласно настоящему изобретению обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с порошкообразными средствами и жидкостями-аналогами, поскольку обладает следующими потребительские качествами и параметрами:
- обеспечение возможности надежного тушения пожаров класса D1;
- снижение времени тушения;
- снижение расхода огнетушащего вещества до показателей менее 12 кг/м;
- исключение риска повторного возгорания;
- обеспечение возможности тушения объемных пожаров (включая элементы крупногабаритных конструкций);
- полная взрывобезопасность за счет эффекта ингибирования;
- обеспечение возможности дистанционного тушения;
- тушение металлов в различном агрегатном состоянии (твердое, расплав) и виде (порошки, стружка, компактные изделия и т.д.).
- низкая опасность для человека и окружающей среды;
- стоимостные характеристики продукции конкурентоспособны по отношению к стоимости аналогов с учетом их расхода и других технико-эксплуатационных характеристик.
Физико-химическая природа композиции на основе выбранных компонентов обеспечивает одновременное химическое ингибирование поверхности горящих легких металлов, препятствуя их возможному взаимодействию с другими веществами, исключает доступ кислорода и других окислителей за счет пленкообразования, сопровождается весьма высоким теплоотводом вследствие отвода газообразных продуктов разложения, что обуславливает ее высокую эффективность. Также приведенный в изобретении состав стабилен при хранении и не содержит веществ, выделяющих какие-либо токсичные пары при его применении, что существенно улучшает экологическую составляющую.
Все компоненты огнетушащей жидкости в изобретении доступны и недороги, что дает значительное преимущество по сравнению с аналогами. Использование такой огнетушащей жидкости способно существенно повысить пожарную безопасность любых объектов, где имеется риск возникновения пожаров класса D1.
Примеры рецептур огнетушащих жидкостей:
* - применено жидкое калийное мыло
** - применен тетраэтиламмоний хлорид
Литература:
[1] Малинин В.И., Серебренников С.Ю. Бербек A.M. Анализ особенностей горения порошкообразных металлов в смесях с воздухом, водой и диоксидом углерода //М.: «ПОЖНАУКА», Журнал «Пожаровзрывобезопасность», 2010 - т. 19 №4, с 12-17.
[2] Баратов А.Н., Вогман Л.П. Огнетушащие порошковые составы. М: Стройиздат 1982 г.
[3] Надубов В.А., Баратов А.Н., Вогман Л.П. Огнетушащие порошки. - М.: ВНИИПО, 2014.