ОГНЕТУШАЩИЙ БИНАРНЫЙ ХЕМОКОНДЕНСАЦИОННЫЙ СОСТАВ
EXTINGUISHING BINARY CHEMO-CONDENSATION COMPOSITION

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно - к огнетушащим бинарным хемоконденсационным составам.
Предлагаемый состав может применяться для объемного, площадного и локального тушения пожаров класса А, В, С и флегматизации взрывоопасных средств в ограниченном пространстве.
Предшествующий уровень техники
Известен бинарный хемоконденсационный состав, состоящий из щелочной части на основе жидкого аммиака или его производных с газовым пропеллентом и из кислотной части - водного 50-80% раствора ортофосфорной кислоты с диоксидом углерода или его смеси с воздухом (Патент РФ №2393901 от 10.07.2008 г.).
Недостатком этого состава являются, во-первых, химическая агрессивность ортофосфорной кислоты, что вынуждает потребителя такого состава использовать дорогостоящие баллоны из высоколегированных сталей (см. Н.Н.Постников. «Термическая кислота, соли и удобрения на ее основе». М.: «Химия», 1976, с.335, а во-вторых, использование жидкого аммиака в производстве опасно из-за высокой токсичности паров аммиака, возможность термических ожогов (местного переохлаждения) при попадании на кожу человека, в-третьих, газообразный аммиак с воздухом создает взрывоопасные смеси.
К основному недостатку этого бинарного хемоконденсационного состава, выбранного нами за прототип, является его низкая экзотермичность, что не позволяет во время тушения при синтезе огнетушащего вещества (ОТВ) фосфата аммония в зоне пожара получать удовлетворительный выход водяного пара, снижающего концентрацию кислорода в очаге пожара до критической.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является создание огнетушащего бинарного хемоконденсационного на водной основе, обладающего при совмещении (во время распыла) повышенными значениями тепловыделения, обеспечивающего перевод жидкой воды в пар, что, в конечном итоге, повышает эффективность пожаротушения при повышении экологичности, технологичности, безопасности и снижения материальных затрат. При этом при распылении и смешении бинарного состава образуется тонкодисперсный аэрозоль кластерного типа.
3
2
Поставленная цель достигается тем, что в огнетушащем бинарном хемокон-денсационном составе, включающем газообразный флегматизатор-пропеллент, диоксид углерода в смеси с азотом или воздухом, жидкий щелочной флегматизатор - водный аммиак или его производные, в качестве щелочного флегматизатора используют смесь водного аммиака брутто формулы NH·nHO, где n=0,5÷4 с нейтральным ингибитором - фторированным пленкообразующим пенообразователем и/или раствором соли цезия (галогенид, сульфат, фосфат, карбонат) при соотношении водный аммиак: нейтральный ингибитор от 99:1 до 80:20, а в качестве кислотного нейтрализатора и пропеллента взята смесь диоксида со стабилизатором давления - азотом или воздухом и антифризом - алкилкарбинолом и/или алкилкетоном при следующих компонентах состава (мас.%):
щелочной флегматизатор с нейтральным ингибитором
30-60
кислотный нейтрализатор - пропеллент
остальное.
Физическая сущность изобретения
Физическая сущность данного изобретения заключается в использовании внутренней энергии (энтальпии) исходных компонентов при синтезе нового огнетушащего вещества (или веществ), которая согласно законам термодинамики может быть как положительной (экзотермическая реакция, протекающая с выделением тепла), так и эндотермической (синтез при принудительном нагревании). Рассмотрим в нашем случае два типа реакции получения ОТВ: фосфата аммония и карбоната аммония:
3
4
2
4
4
2
4
NH+NHHPO→(NH) HPO+780 кДж/кг,
т.е. при получении 1 кг аммофоса (смеси моно- и диаммонийфосфата) в среднем выделяется ≈800 кДж.
Учитывая, что используют 70% ортофосфорную кислоту, то и энергии соответственно выделится: 800 кДж·0.7=560 кДж.
3
3
3
3
3
1 дм воды при переводе ее в газообразное состояние (т.е. при t≥100°C) дает 1700 дм пара, т.е. с 1 кг воды получаем 1.7 м пара. Для перевода 1 кг воды в пар при t=0°C требуется 2675 кДж/кг (или 640 ккал/кг). Таким образом, при синтезе 1 кг аммофоса согласно патенту-прототипу можно перевести в пар: 560 кДж:2675кДж=0.2 кг воды или получить 1.7 м/кг·0.2 кг=0.34 м пара.
По предлагаемому варианту заявки на изобретение реакции будут идти следующим образом:
4
3
4
2
4
2
2
3
3
3
3
3
3
Гидрокарбонат аммония NHHCO уже при 20°С распадается на NHOH - сильный ингибитор горения и диоксид углерода (СО) - флегматизатор. Таким образом, с 1 кг термической смеси бинарного состава по предлагаемому изобретению получаем: 0,45 кг гидрата аммония (NHOH) и 0,55 кг СО, что соответствует 1 м CO. Согласно реакции (2) можно перевести 3,4 кг воды в пар, т.е. получить 1.7 м×3.4 кг=5.78 м пара и 1 м диоксида углерода. Отсюда получаем, что по газопроизводительности флегматизатора предлагаемый состав в (5.78+1) м: 0.34 м: ≈ в 20 раз может превосходить состав-прототип по патенту РФ №2393901. Водный аммиак - это жидкое удобрение и является не только некоррозионным, малотоксичным и экологически чистым веществом, но и на порядок дешевле ортофосфорной кислоты. При этом следует учитывать, что в водном аммиаке отлично растворяются соли цезия, которые при выпаривании из раствора образуют кластерную аэродисперсную систему.
Устойчивость к коагуляции дисперсной фазы образованного аэрозоля обеспечивает ПАВ - фторированный пленкообразующий пенообразователь, который придает аэрозольной частице определенный электрический заряд, что и противодействует коагуляции ультрадисперсных частиц огнетушащего аэрозоля.
Совокупность новых компонентов в сочетании с новыми соотношениями и известными позволяет подбирать составы с заданными свойствами и получать новые положительные эффекты.
Лучший вариант осуществления изобретения.
Инградиенты состава имеют широкую промышленную базу, недефицитны, дешевы, экологически чисты и не корродируют оборудование.
Предлагаемый огнетушащий бинарный хемоконденсационный состав снаряжается в два различных баллона: кислотный и щелочной. В первый баллон снаряжается диоксид углерода (основной пропеллент), азот или воздух (стабилизатор давления, обеспечивающий уменьшение весьма сильной барометрической зависимости диоксида углерода от температуры) и антифриз, например, этиловый спирт и/или диметилкетон. В щелочной баллон снаряжается водный аммиак, ПАВ и раствор солей цезия. Допускается вместо солей цезия применять его гидроксид.
Рецепты и основные характеристики состава-прототипа приведены в таблице.
Как видно из приведенных в таблице данных, заявляемый состав по газо (паро)производительности превосходит прототип в 8-34 раза, при этом состав не корродирует оборудование и аппаратуру из черного металла, не взрывоопасен, не токсичен и относится к малоопасному 4-му классу по категории опасности.
Таблица.
А.Компоненты состава
Прототип патент РФ 2393901
Содержание, мас.% (Варианты исполнения)
Б. Характеристики
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
А. Жидкий аммиак
8-10
-
-
-
-
-
-
Вода
20-40
-
-
-
-
-
-
Диоксид углерода + воздух
3-7
-
-
-
-
-
-
Ортофосфорная кислота
40-48
-
-
-
-
-
-
Пропеллент - азот
остальное
-
-
-
-
-
-
Кислотный нейтрализатор
диоксид углерода
-
56,0
49,5
38,8
56,0
49,5
38,8
азот или воздух
-
10,5
4,0
0,8
10,5
3,0
0,8
антифриз:
этанол
-
3,5
1,5
-
-
1,0
0,2
диметилкетон
-
-
-
0,4
3,5
1,5
0,2
Щелочной флегматизатор
водный аммиак
-
29,7
40,5
48
29,7
40,5
48
ПАВ типа AAAF
-
0,3
2,5
6
-
1
2
хлорид цезия
-
-
2,0
-
-
-
-
сульфат цезия
-
-
-
6
-
-
2
карбонат цезия
-
-
-
-
0,3
-
2
йодид цезия
-
-
-
-
-
1,5
2
бромид цезия
-
-
-
-
-
2
2
фосфат цезия
2
Б. Характеристики
1. Выход газообразного флегматизатора с 1 кг смеси, м<sup>3</sup>/кг
0,2-0,34
0.95-2.38
0.95-2.38
0.95-2.38
0.95-2.38
0.95-2.38
0.95-2.38
2. Агрессивность к черным металлам
+
-
-