ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ
PYROTECHNIC AEROSOL-FORMING COMPOUND

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно к средствам для объемного тушения пожаров, огнегасительный состав которых содержит газоаэрозолеобразующие химически активные вещества, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых объемах.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав по патенту RU 2046614, А62С 37/00, 1985 г., который содержит, мас.%: 54-75 нитрат калия (окислитель), 4-10 фенолформальдегидной смолы - идитол (горючее связующее) и 15-43 дициандиамид (гозообразователь).
Этот пиротехнический состав промышленно используется для тушения пожаров, при изготовлении газогенераторов в порошковых огнетушителях.
Недостатком состава является неполное сгорание компонентов, что не позволяет использовать его для тушения пожаров в закрытых объемах и непроветриваемых помещениях из-за токсичности генерируемых газоаэрозольных продуктов с высокой температурой, для снижения которой понадобится дополнительное применение охладителей, что повышает потребительскую стоимость.
Из-за повышенного содержания газообразователя в рабочей смеси значительно снижен объем дисперсной фазы, которая имеет на порядок выше ингибирующее действие при подавлении очагов возгорания, поэтому использование описанного состава непосредственно для пожаротушения нецелесообразно.
На низкую эффективность пожаротушения негативно влияет относительно малое содержание в составе дициандиамида (4 мас.%) - газовой основы генерируемого при горении тушащего аэрозоля.
Более эффективным является состав по патенту RU 2153376, А62С 1/00, A62D 1/06, 1999 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав для объемного пожаротушения содержит (мас.%): 67-73 нитрат калия, 9-13 идитол и 18-20 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 смешиванием структурные компоненты состава.
3
Недостатком известного состава является ограничение по использованию в закрытых, непроветриваемых помещениях из-за высокой концентрации токсичных веществ в генерируемой газоаэрозольной смеси, образующихся в результате неполного сгорания компонентов, которых в композиции не оптимизировано по кислородному балансу. При отрицательном кислородном балансе в газоаэрозольных продуктах горения содержится много токсичных веществ - СО, NH и HCN, что небезопасно для находящихся в защищаемом объеме людей.
Кроме того, в составе содержание дициандиамида ограничено узким диапазоном, который затрудняет в промышленной технологии оптимизацию необходимого кислородного баланса и содержание конденсированной фазы в пожаротушащем аэрозоле. В результате - повышенное содержание угарного газа из-за неполного окисления.
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.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование более технологичного пиротехнического состава для оптимизации количественного соотношения компонентов и повышения эффективности пожаротушения, что обеспечит расширение области его применения за счет минимизации содержания вредных веществ в генерируемой при горении состава газоаэрозольной смеси.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом аэрозолеобразующем составе для объемного тушения пожаров, содержащем нитрат калия - окислитель, горючее связующее - идитол, предварительно обработанный этиловым спиртом, и газогенерирующее вещество - дициандиамид, согласно изобретению идитол обработан спиртом в массовом соотношении 1:(0,2-0,3), а компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
нитрат калия
70-76
идитол
7-14
дициандиамид
13-20
Отличительные признаки обеспечили улучшение экологичности генерируемой при горении тушащей смеси за счет незначительного содержания вредных веществ, безвредного для человеческого организма, которая достигнута оптимизацией массового соотношения компонентов состава, более технологичного в изготовлении и эффективного при объемном тушении пожаров в закрытых объемах.
Оптимизация массового соотношения компонентов состава, близкого к стехиометрическому, проводилась по математической модели планирования эксперимента и соответствует нулевому кислородному балансу, при котором обеспечивается полное окисление продуктов горения и практически отсутствуют вредные вещества.
Предварительная обработка идитола этиловым спиртом в выбранном их массовом соотношении обеспечивает поверхностное растворение частиц горючего связующего для повышения адгезионных связей липкой их поверхности со структурными компонентами состава, который лучше прессуется в заряды.
В результате этого компоненты состава имеют плотный контакт с горючим связующим, что обеспечивает более полное окисление и газообразование по развитой поверхности горения, увеличивающее выход генерируемой тушащей газоаэрозольной смеси.
При массовом соотношении этилового спирта к обрабатываемым с поверхности частицам идитола меньше, чем 0,2:1, растворение происходит не по всей поверхности горючего связующего и в результате - снижается эффективность газоаэрозолеобразования.
При массовом соотношении этилового спирта к идитолу больше, чем 0,3:1, функционального улучшения состава не происходит, но заметно увеличивается технологическое время из-за необходимости дополнительной сушки для удаления летучих до нормативного уровня содержания в готовом пиротехническом составе.
Содержание нитрата калия, сравнительно с прототипом, повышено для обеспечения практически нулевого кислородного баланса аэрозолеобразующего состава, имеющего близкое к стехиометрическому соотношение компонентов.
При содержании в составе нитрата калия меньше 70 мас.% происходит неполное сгорание горючих веществ из-за отрицательного кислородного баланса, что ограничивает использование огнетушащего состава в замкнутых объемах.
При содержании в составе нитрата калия больше 76 мас.% снижается эффективность пожаротушения, так как в генерируемую газоаэрозольную смесь выделяется свободный кислород, поддерживающий горение в защищаемом объеме.
2
При относительном снижении массового содержания в составе идитола, которого достаточно в качестве модифицированного связующего, обеспечивается полное сгорание структурного углерода до безопасного углекислого газа - СО.
При содержании в составе идитола меньше 7 мас.% падает скорость горения, калиевая селитра при этом разлагается неполностью и в результате - теплотворная способность недостаточная для генерирования эффективно тушащей смеси в заданном объеме.
При содержании в составе идитола больше 14 мас.% происходит неполное сгорание из-за отрицательного кислородного баланса с характерными негативными последствиями.
Функция дициандиамида в аэрозолеобразующем составе заключается в диспергировании в защищаемый объем эффективных ингибиторов горения - конденсированных частиц, образующихся при горении состава, то есть он служит рабочим телом, в котором не должны присутствовать токсичные вещества. Предложенное относительное снижение массового содержания дициандиамида в аэрозолеобразующем составе обеспечивает выполнение заданных функций, при этом токсичность продуктов горения снижается до безопасного для человеческого организма уровня.
При содержании в составе дициандиамида менее 13 мас.% ухудшается диспергирование продуктов горения, снижающее эффективность объемного пожаротушения.
При содержании в составе дициандиамида более 20 мас.% в продуктах горения повышается содержание вредных веществ из-за неполноты сгорания, что ограничивает область применения.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы существенных признаков.
Сущность изобретения иллюстрируется технологическим режимом изготовления пиротехнического состава для аэрозольного объемного пожаротушения.
Состав приготавливается на имеющемся в пиротехническом производстве стандартном оборудовании.
Мерную навеску предварительно измельченного идитола марки СФ-0112, ГОСТ 18694-80 обрабатывают в течение 5 минут в лопастном смесителе этиловым спиртом в выбранном их массовом соотношении: (3,5-5) мас. частей идитола на 1 мас. часть этилового спирта.
При этом поверхность частиц горючего связующего приобретает липкость при смешивании с остальными компонентами состава.
Затем в смеситель загружают остальные компоненты состава: нитрат калия ГОСТ 19790-74 (окислитель) и дициандиамид технический ГОСТ 6988-73 (газообразователь) и перемешивают в течение 10 минут.
В качестве газообразователя альтернативно могут вводиться уротропин технический по ГОСТ 1381-73 или мочевина (ГОСТ 6691-77), или двойная смесь этих веществ с дициандиамидом.
Альтернативой дициандиамиду в предложенном составе являются вещества из ряда: уротропин, мочевина (карбамид), или их двойная смесь с дициандиамидом, являющиеся подобными газообразователями, выбранными по соображениям доступности, отечественной сырьевой и технологической базы, при условии сопоставимости действия в аэрозолеобразующем составе по основному назначению.
Смешанный состав выгружают из смесителя и пропускают через сетку гранулятора, с целю предотвращения образования комков и для улучшения объемной дозируемости состава.
Из приготовленного состава прессуют заряды повышенного качества за счет однородности структуры прочно связанных компонентов.
Предложенный порядок и режим изготовления состава на 25-30% снижает трудоемкость, сравнительно со штатным техпроцессом.
Оптимизированное расчетом массовое соотношение компонентов состава по изобретению было экспериментально проверено на опытных образцах прессованных зарядов.
Были 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, огнетушащую концентрацию генерируемой газоаэрозольной смеси и количество в ней дисперсной фазы.
Характерные примеры опытных составов приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Химический состав испытанных композиций
Компоненты
Содержание компонентов в составах, мас.%
прототип
1
2
3
4
5
Нитрат калия
70
69
72
75
76
77
Идитол
11
11
11
11
11
11
Дициандиамид
19
20
17
14
13
12
Из приготовленных составов были изготовлены прессованием мерные заряды для огневых испытаний. При горении зарядов генерируется тушащая газоаэрозольная смесь, основные технические характеристики которой определялись в ходе испытаний.
Таблица 2
сравнительные характеристики назначения составов
Показатели
СОСТАВЫ
прототип
1
2
3
4
5
Скорость горения состава, спрессованного при уд. давлении 500 кгс/см<sup>2</sup>, мм/с,
2,2
2,1
2,4
2,5
2,4
2,1
Количество дисперсной фазы, % от массы состава
53
54
58
64
62
61
Огнетушащая концентрация (для этанола), г/м<sup>3</sup>
45
43
40
35
40
42
Из анализа таблиц 1 и 2 следует, что наиболее эффективными по основному назначению, по основным техническим характеристикам, являются составы №№2-4, содержание компонентов в которых соответствует выбранным в изобретении диапазонам.
Технологичность приготовления предложенного аэрозолеобразующего состава и изготовления из него прессованных зарядов, при условии экологичности функционирования для пожаротушения в закрытых объемах непроветриваемых помещений, позволяет рекомендовать изобретение на промышленное производство в существующем пиротехническом оборудовании.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по противопожарной технике, показал, что оно неизвестно, а с учетом практической возможности серийного изготовления по отраслевой технологии аэрозолеобразующего пиротехнического состава можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.