ОГНЕТУШАЩАЯ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ОБЩЕГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
FIRE EXTINGUISHING AEROSOL-FORMING COMPOSITION FOR GENERAL ELECTRIC EQUIPMENT

Область техники
Настоящее изобретение принадлежит к технической области огнетушащих композиций и относится к огнетушащей аэрозолеобразующей композиции для тушения пожара классов А и Б в относительно замкнутых пространствах, в частности к огнетушащей аэрозолеобразующей композиции, применяемой для общего электрооборудования.
Предшествующий уровень техники
Способы пожаротушения с использованием аэрозолей, которые появились в 1990-ых годах, представляют собой способы пожаротушения, основанные на интенсивной окислительно-восстановительной реакции между окислителем и топливом, и для тушения пламени, чтобы предотвратить горение и цепную свободнорадикальную реакцию в пламени, в них применяется химическая реакция образующегося в результате окислительно-восстановительной реакции активного ингибитора. Способы пожаротушения с использованием аэрозоля в основном включают три типа: способы пожаротушения с использованием горячего аэрозоля, способы пожаротушения с использованием холодного аэрозоля и способы пожаротушения с использованием тонкораспыленной воды, из которых способы пожаротушения с использованием горячего аэрозоля включают способы пожаротушения с использованием горячего аэрозоля на основе пиротехнического состава и способы пожаротушения с использованием горячего аэрозоля на основе воды. В настоящее время в большинстве способов пожаротушения с использованием горячего аэрозоля на основе пиротехнического состава применяют твердый пиротехнический тушащий состав, состоящий из окислителя, горючего вещества, связующего вещества и вещества, регулирующего скорость горения. Как замена галлоновым системам пожаротушения, огнетушащие составы с использованием горячего аэрозоля на основе пиротехнической смеси имеют значительные преимущества по сравнению с другими типами огнетушащих составов, например они обладают высокой эффективностью пожаротушения, конструкция оборудования для пожаротушения является простой, не нужен сосуд под высоким давлением, части установок для пожаротушения можно выполнять в виде модулей и при необходимости комбинировать, огнетушащие вещества можно хранить при нормальной температуре и нормальном давлении, оборудование для пожаротушения легко обслуживать и эксплуатировать, огнетушащие вещества имеют длительный срок хранения и низкую стоимость, нулевой потенциал истощения озона (ПИО=0), низкое значение потенциала глобального потепления (ПГП) и хорошее соотношение цена/качество. Данные огнетушащие вещества пользуются предпочтением на рынке и позволяют осуществить программу замены галлоновых систем.
В предшествующем уровне техники в большинстве способов пожаротушения с использованием горячего аэрозоля на основе пиротехнического состава в качестве окислителя в первую очередь применяют нитраты щелочных металлов, в частности нитрат калия, т.к. они удовлетворяют большинству требований принципа выбора компонента. Для существующих способов применения огнетушащей аэрозолеобразующей композиции с использованием однокомпонентного нитрата калия в качестве окислителя наиболее представительными являются способы пожаротушения с использованием горячего аэрозоля, описанные в серии российских патентов, например заявках на патенты RU 2230726, RU 2184587, RU 2214848, RU 2150310, RU 2108124, RU 2091106, RU 2076761, RU 2151135, RU 2116095, RU 2006239 и RU 2022589 а также в заявках на патенты других стран, например WO 0158530, WO 9733653, WO 9423800, US 5831209, US 6042664, US 6264772, US 5573555, US 6116348 и т.д.; на втором месте находятся способы с использованием аэрозолеобразующих огнетушащих композиций, в которых применяют двухкомпонентные или многокомпонентные окислители, состоящие в основном из нитрата калия и/или перхлората калия и/или в сочетании с нитратами или карбонатами других щелочных или щелочноземельных металлов, как описано, например, в заявках на патенты СА 2250325, DE 19915352, UA 7773, ЕР 0561035, WO 2005023370, RU 2157271, RU 2098156, US 20020121622, US 5423385, US 5492180, US 5425426, US 6277296 и т.д. Что касается выбора горючих веществ, имеется широкий круг веществ, удовлетворяющих принципу выбора компонента. Органические или неорганические горючие вещества, которые могут соответствовать указанным требованиям, выбирают исходя из предпосылки обеспечения отрицательного кислородного баланса, например горючие вещества, описанные в заявках на патенты RU 218458, RU 2214848, US 20010011567, US 6264772, RU 2157271, RU 2050878, US 5831209, W09733653, ЕР 0561035 и т.д. Для способов применения огнетушащего средства с использованием горячего аэрозоля на основе воды выбираемые окислители и горючие вещества обычно состоят из нитрата аммония, перхлората аммония, нитрата калия, нитрата стронция или нитрата гуанидина и подобных компонентов, которые могут образовывать газ, частицы влаги и твердые металлические частицы, согласно предполагаемому обеспечению положительного кислородного баланса, например, как описано в заявках на патенты US 6277296, US 6093269, US 6045726, US 6019861, US 5613562 и т.д.
Вышеуказанные запатентованные способы с использованием горячего огнетушащего аэрозоля в последние годы стали популярны благодаря своим преимуществам, включающим высокую эффективность пожаротушения, низкую цену, удобство обслуживания и т.д. Однако с развитием рыночного применения продуктов и дальнейшим развитием существующих продуктов постепенно выявили многие недостатки существующих способов и продуктов, описанных выше. В последнее время многие исследовательские работы и применяемые на практике способы показали, что, несмотря на высокую эффективность пожаротушения, противопожарные средства с однокомпонентным или многокомпонентным окислителем, содержащие главным образом нитрат калия, образуют сильнощелочные токопроводящие вещества (например, гидроксид калия), которые могут вызывать вторичное повреждение защищаемого пространства и предметов. Главным образом влага и оксиды металлов, образуемые огнетушащими средствами с использованием горячих аэрозолей на основе воды, склонны к образованию сильнощелочных токопроводящих веществ, которые могут причинять вред или разъедать общее электрооборудование в аппаратных, диспетчерских, генераторных отделениях, батарейных отсеках, станциях связи, трансформаторных подстанциях и т.д., и поэтому приводить к безвозвратному ущербу при использовании этих продуктов для тушения пожара в таких условиях. Более того, если образующуюся закись азота не разлагать своевременно, она оказывает отравляющее действие на нервную систему человека. Учитывая эти проблемы, некоторые исследовательские институты и производители в последние годы предложили способы пожаротушения с использованием горячего аэрозоля, которые учитывают как эффективность пожаротушения, так и вторичные повреждения, например способ пожаротушения с использованием аэрозоля с нитратом стронция в качестве единственного окислителя, как описано в заявке на патент CN 200510105449. Однако самым серьезным недостатком этого способа является то, что хотя этот способ уменьшает вторичные повреждения общего электрооборудования, существенно снижается эффективность пожаротушения огнетушащих средств. В огнетушащих композициях, описанных в заявках на патенты US 5613562 и US 5609210, в качестве окислителя применяют нитрат стронция, который действует в основном как источник энергии для испарения другой огнетушащей жидкости, содержащей связи C-F и C-H-F, и последующего выброса этой жидкости/газа в огонь; однако образующаяся фтористоводородная кислота является не только сильно ядовитой, но и сильно коррозийной. Этот способ относится к способу огнетушения с использованием горячего аэрозоля на водной основе. Хотя огнетушащая композиция, описанная в заявке на патент US 6019861, содержит в качестве компонентов нитрат калия или нитрат стронция, но их применяют только как добавку или со-окислитель, а главным окислителем является нитрат аммония, который следует подвергать фазовой стабилизации; дополнительно главной целью применения нитрата калия или нитрата стронция в качестве компонентов является обеспечение высококачественного расширяющегося газа. Хотя указанная огнетушащая композиция имеет преимущество, заключающееся в пониженной температуре применения в способах огнетушения, она уменьшает скорость горения и производства газа. В заявке на патент US 6093269 описан пиротехнический газогенерирующий состав с положительным кислородным балансом. В этом пиротехническом газогенерирующем составе высококонцентрированный нитрат стронция применяют в основном для поддержания нейтрального баланса кислорода и топлива; этот пиротехнический газогенерирующий состав в основном применяют в качестве пропеллентов для автомобилей, пневматического оружия, расширительных устройств и воздушных подушек безопасности.
Существующие способы, близкие к способу по настоящему изобретению, представляют собой способы, описанные в заявках на патенты CN1739820A, CN1150952C и CN1222331C, где заявки CN1150952C и CN1222331C представляют собой ранние заявки на патенты автора настоящего изобретения. Недостаток этих двух способов, описанных в заявках на патенты CN1150952C и CN1222331C, заключается в том, что исходя из баланса эффективности пожаротушения и коррозии электрооборудования, не обеспечено конкретное решение, соответствующее требованиям, предъявляемым к изоляции различного электрооборудования. Однако различные типы электрооборудования имеют различную способность противостоять накоплению статического электричества или кислотно-щелочной коррозии при различных уровнях агрессивности; например, для сильноточного электрического оборудования, например генераторов, электромоторов, высоковольтных и низковольтных электроустановок, электросетей и кабелей сопротивление изоляции обычно должно составлять ≥1 МОм и <20 МОм (см. стандарты КНР в области электроэнергетики, например «Правила проверки и оценки качества монтажа электрооборудования (Проверка показателей качества вращающихся электродвигателей)» (DL / Т5161.7-2002), и т.д.); для общего электрооборудования, такого как аппаратуры связи, компьютеры, бортовое электрооборудование и медицинское электрооборудование и т.д. сопротивление изоляции обычно должно составлять ≥20 МОм и <100 МОм (см. стандарты электронной промышленности КНР и стандарты промышленности средств связи КНР, стандарты промышленности средств вычислительной техники КНР, например «Общие правила, предъявляемые к полупроводниковым интегральным схемам» (GB6649-86), «Справочник по поверхностному сопротивлению изоляции» (1РС9201) и т.д.); для точного электрооборудования, например инструментов и измерительных приборов, а также печатных плат и их подложек, сопротивление изоляции обычно должно составлять ≥100 МОм (см. стандарты электронной промышленности КНР, международные стандарты по печатным платам, например «Справочник по характеристикам изоляции и качеству электрооборудования для сборки печатных плат» (IPC-CC-8308), «Требования, предъявляемые к безопасности электронных измерительных приборов» (GB4793) и «Общие технические условия, предъявляемые к соединителям печатной платы общего назначения» (GJB1717-93) и т.д.). Поскольку различное электрооборудование имеет разные требования к сопротивлению изоляции, нецелесообразно применять огнетушащую композицию с одинаковыми компонентами для различного электрооборудования исходя из различной эффективности пожаротушения и стоимости. Поэтому огнетушащие композиции, описанные в ранних заявках на патенты автора настоящего изобретения, имеют недостатки в техническом решении компонентов и содержании и нуждаются в улучшении некоторых технических характеристик и параметров. На существующем уровне техники отсутствует особый способ применения огнетушащей аэрозолеобразующей композиции, который может предотвратить или уменьшить вторичные повреждения электрооборудования без отрицательного воздействия на эффективность пожаротушения, за исключением вышеуказанного способа.
Краткое описание изобретения
С учетом недостатков средств предшествующего уровня техники целью настоящего изобретения является получение огнетушащей аэрозолеобразующей композиции, которая является более рациональной, чем композиции предшествующего уровня техники, экологически менее вредной и применяемой для общего электрооборудования и обладающей высокой эффективностью пожаротушения.
Тщательное исследование способов пожаротушения с использованием горячего аэрозоля, проведенное автором настоящего изобретение в последние годы, показало, что концентрация, необходимая для эффективного пожаротушения, зависит от качества и неотъемлемых физико-химических свойств огнетушащего средства. Скорость горения огнетушащего средства зависит от многих факторов, например от кислородного баланса, выбора окислителя и горючего вещества и т.д. Для достижения цели настоящего изобретения необходимо выполнить углубленные исследования в нескольких направлениях: 1) продумать возможность пожаротушения с полным учетом горения, безопасности и химической совместимости; 2) применять окислитель, который содержит не только соли калия в соответствии с принципом отрицательного кислородного баланса; 3) по возможности упростить состав композиции во избежание получения нежелательных веществ.
Путем тщательного подбора окислителя и горючего вещества, коррекции и испытаний скорости реакции горения, испытаний количества остатка огнетушащего аэрозоля, испытаний при низкой температуре, испытаний порошка огнетушащего средства, испытаний водопоглощения и испытаний изоляции для твердых частиц, автор изобретения, наконец, определил техническую схему огнетушащей аэрозолеобразующей композиции для общего электрооборудования, описанной в настоящем изобретении.
Огнетушащая аэрозолеобразующая композиция, представленная в настоящем изобретении, применяется для общего электрооборудования и включает окислитель, горючее вещество, связующее вещество и добавку; где окислитель представляет собой смесь окисляющей соли калия и окисляющей соли стронция; горючее вещество представляет собой нитрат гуанидина, нитрат аминогуанидина, нитрат диаминогуанидина или их комбинацию; добавка представляет собой алюминиевый порошок, угольный порошок, карбонат кальция или их комбинацию; связующее вещество представляет собой эпоксидную смолу, фенольную смолу, акриловую смолу или их комбинацию; дополнительно массовое процентное содержание компонентов в огнетушащей аэрозолеобразующей композиции следующее:
окисляющая соль калия
≥15% и <20%
окисляющая соль стронция
≥48% и <52%
горючее вещество
10-25%
добавка
2-10%
связующее вещество
2-10%
Подробное описание изобретения
Соль стронция, которая применяется в огнетушащей композиции, представляет собой нитрат стронция, пероксид стронция, карбонат стронция, сульфит стронция, пирофосфат стронция, бромид стронция, дихромат стронция, гексаборид стронция, перманганат стронция или их комбинацию; соль калия представляет собой нитрат калия, хлорат калия, перхлорат калия, хлорид калия, нитрит калия, карбонат калия, цитрат калия или их комбинацию, или же окисляющая соль калия может частично или полностью заменяться бикарбонатом натрия, нитратом натрия, перхлоратом натрия, нитратом аммония, перхлоратом аммония, нитратом бария, нитратом цезия или их комбинацией.
Горючее вещество, которое применяется в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, частично или полностью может заменяться пентаминотетразолом или его солью, бистетразолом или его солью, диазоаминотетразолом или его солью, димером диаминотетразола или его солью или их комбинацией.
Добавка, которая применяется в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, частично или полностью может заменяться пирокатехинборатом калия или его солью, гидроксибензойной кислотой или ее солью, бензойной кислотой или ее солью, пальмитиновой кислотой или ее солью, нитратом аммония, перхлоратом калия, хлоридом калия, оксидом меди, оксидом железа, фталоцианином меди, ферроцианидом калия, гексаметилентетрамином или их комбинацией.
Связующее вещество, которое применяется в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, частично или полностью может заменяться политетрафторэтиленом, полимером этилена, нитроцеллюлозой, триальдегид глицеридом, поливинилацетатом, меламиновой смолой или их комбинацией.
Максимальный средний диаметр частиц окислителя, горючего вещества, добавки и связующего вещества в огнетушащей композиции по настоящему изобретению составляет ≤50 мкм.
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения огнетушащая аэрозолеобразующая композиция содержит:
Нитрат калия
15%-19%
Нитрат стронция
48%-51%
Нитрат гуанидина
10%-25%
Алюминиевый порошок
2%-10%
Фенольная смола
2%-10%
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения огнетушащая аэрозолеобразующая композиция содержит:
Перхлорат калия
15-19%
Пероксид стронция
48-51%
Нитрат аминогуанидина
10-25%
Гидроксибензойная кислота или ее соль
2-10%
Акриловая смола
2-10%
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения огнетушащая аэрозолеобразующая композиция содержит;
Нитрит калия
15-19%
Перманганат стронция
48-51%
Пентаминотетразол или его соль
10-25%
Оксид железа
2-10%
Эпоксидная смола
2-10%
В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения огнетушащая аэрозолеобразующая композиция содержит:
Карбонат калия
15-19
Пирофосфат стронция
48-51%
Диазоаминотетразол или его соль
10-25%
Ферроцианид калия
2-10%
Политетрафторэтилен
2-10%
После тушения пожара с помощью огнетушащей аэрозолеобразующей композиции по настоящему изобретению в пространстве, содержащем общее электрооборудование, сопротивление изоляции указанного общего электрооборудования составляет 20~100 МОм.
Техническая схема огнетушащей аэрозолеобразующей композиции, применяемой для общего электрооборудования, определена автором изобретения путем тщательного подбора и испытаний компонентов и соотношений при смешении окислителя, горючего вещества, связующего вещества и добавки. Результаты многократных испытаний показали, что сопротивление изоляции общего электрооборудования после тушения пожара составляет более 20 МОм. По сравнению со средствами предыдущего уровня техники применение огнетушащей аэрозолеобразующей композиции по настоящему изобретению позволяет избежать вторичных повреждений общего электрооборудования после тушения пожара, при этом не влияя отрицательно на эффективность пожаротушения, и указанная композиция представляет собой специальную и высокоэффективную огнетушащую аэрозолеобразующую композицию нового поколения.
Детальное описание примеров
Ниже данное изобретение подробно описано на примерах. Однако данные примеры не ограничивают объем настоящего изобретения.
Огнетушащую аэрозолеобразующую композицию, применяемую для общего электрооборудования по настоящему изобретению, получали в соответствии с формулой, приведенной в следующей таблице, и сопротивление изоляции осадка измеряли, как описано в нижеследующем описании.
Наименование компонента
Массовое содержание компонента, мас.%
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Пример 6
Пример 7
Пример 8
Пример 9
Пример 10
Перхлорат калия
19
15
Нитрат калия
18
18
Карбонат калия
19
Нитрит калия
18
Хлорат калия
Цитрат калия
18
Бикарбонат калия
19
Нитрат бария
17
Нитрат натрия
16
Нитрат стронция
51
50
Пероксид стронция
48
Карбонат стронция
50
Пирофосфат стронция
51
49
Бромид стронция
51
Перманганат стронция
51
50
51
Нитрат аминогуанидина
23
Нитрат гуанидина
22
23
22
20
Пентаминотетразол
22
21
25
Диазоаминотетразол
23
24
Алюминиевый порошок
5
4
Оксид железа
4
5
Гидроксибензойная кислота
4
6
Оксид меди
5
Ферроцианид калия
2
3
Гексаметилентетрамин
5
5
Акриловая смола
6
6
Политетрафторэтилен
5
5
6
Эпоксидная смола
5
5
Фенольная смола
4
6
Сопротивление изоляции осадка
60 МОм
67 МОм
80 МОм
70 МОм
70 МОм
66 МОм
59 МОм
72 МОм
58 МОм
58 МОм
Примечания:1. Акриловая смола: тип 104, производитель - завод по производству смол, Сиань; политетрафторэтилен: тип - гранулы, производитель - завод «Чэнгуан», Сычуань; эпоксидная смола: тип Е51, производитель - завод «Цихуа», Далянь; фенольная смола: тип F-23, производитель - завод «Шуньсян», Ханчжоу.2. Измерение сопротивления изоляции осадка огнетушащего аэрозоля выполняли в соответствии с п.10.2 стандарта GB499.1-2007. Испытательное оборудование включало испытательную камеру (1 м<sup>3</sup> (1×1×1 м), мегаомметр с пределом измерения 0,1 МОм-500 МОм (мегаомметр ZC36, производитель - шанхайский завод точных приборов), чашки для культивирования, весы повышенной точности и аэрозольный генератор.3. Пластины для испытаний представляли собой пластины из белого поливинилхлорида размером 100×100×1 мм. 100 г аэрозолеобразующего вещества под давлением 5 МПа помещали в картридж диаметром 40 мм и высотой 100 мм, затем в картридж устанавливали поджигающий электрод, после чего картридж помещали в мини-генератор; охлаждающее вещество в генератор не добавляли.4. При испытании чистую испытываемую пластину помещали пинцетом в чашку для культивирования. Чашку помещали на испытательную стойку высотой 250 мм в центре испытательной камеры. Генератор помещали в угол испытательной камеры, сопло направляли на испытываемую пластину; подсоединяли провода питания и закрывали дверцу камеры; приводили в действие установку, при этом запускали второй таймер. Через 20 минут извлекали чашку для культивирования с пластиной и чашку помещали в камеру для климатических испытаний с температурой 35°С и влажностью 90%, выдерживали в течение 30 минут; затем извлекали пластину и немедленно измеряли сопротивление.