КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ГАЗОПОРОШКОВОГО ОГНЕТУШАЩЕГО СОСТАВА
COMPOSITION FOR PRODUCING COMBINED GAS-POWDER OF FIRE-EXTINGUISHING COMPOSITION

Изобретение относится к области создания огнетушащих составов, которые используются для тушения пожаров классов А, В, С, Е.
Традиционные порошковые огнетушащие составы представляют собой смеси мелко измельченных минеральных солей с различными добавками, препятствующими слеживаемости и комкованию. Их преимущества по сравнению с другими средствами пожаротушения уже хорошо изучены:
- высокая огнетушащая способность, сравнимая с огнетушащими хладонами;
- универсальность применения - твердые и жидкие очаги, а также пористые и волокнистые материалы;
- возможность использования как в ручных огнетушителях, так и в автоматических установках пожаротушения.
Огнетушащие порошки обеспечивают тушение пожара за счет охлаждения, объемного тушения, экранирования теплоты излучения и прерывания цепной реакции горения.
Из уровня техники известны различные составы огнетушащих порошков и композиции для их получения, обладающие теми или иными преимуществами.
Так, например, из патента РФ №2417112 известен состав огнетушащего порошка для тушения пожаров классов А, В, С, а также электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В. В качестве основного огнетушащего компонента состав содержит смесь бикарбоната натрия и природного минерала Галита при весовом соотношении соответственно 1:5, преимущественно 1:3. Способ получения состава включает измельчение Галита отдельно от других компонентов до гранулометрического состава.
Известный огнетушащий порошок имеет улучшенные эксплуатационные характеристики - низкую коррозионную активность к стали, пониженное содержание остатка в огнетушителе, пониженное влагопоглощение порошка с высокой эффективностью тушения пожаров, применимость в промышленных условиях, снижение себестоимости продукта. При этом известный состав обладает также рядом недостатков: недостаточной огнетушащей способностью при тушении пожара класса В при объемном пожаротушении и использовании в составе автоматических модулей.
В качестве прототипа выбран огнетушащий порошковый состав для очагов класса АВСЕ, включающий: белую сажу, гидрофобизованную кремнийорганической жидкостью (2-4 мас. %), корундовый порошок или алюмосиликат (3-11 мас. %), аммофос и сульфат аммония - остальное. Белая сажа и гиброфобизирующая кремнийорганическая жидкость взяты в соотношении, мас. %: белая сажа 95-97; гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость - остальное. Аммофос и сульфат аммония взяты в соотношении, мас. %: аммофос 55-100; сульфат аммония - остальное (патент РФ №2194555).
При этом прототип обладает рядом недостатков: недостаточной огнетушащей способностью при тушении пожара класса В, дороговизной и недоступностью компонентов в промышленном объеме.
Задачей заявляемого изобретения является создание композиции для получения комбинированного газопорошкового огнетушащего состава для тушения очагов классов АБСЕ, обладающего при этом высокой эффективностью при объемном тушении экранированных очагов возгорания.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении огнетушащей способности по очагам класса А и В, в том числе при объемном тушении экранированных очагов и улучшении его эксплуатационных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что в соответствии с техническим решением заявляемая композиция для получения комбинированного газо-порошкового состава включает следующие компоненты (мас. %): моноаммоний фосфат 20-45, гидросульфат аммония 30-60, белая сажа 2-5, гидрофобизатор 1-3 и газогенерирующая добавка 5-15.
В качестве газогенерирующей добавки могут быть использованы: хлорат аммония, перхлорат аммония, нитрат аммония, ацетат аммония, формиат аммония, хлорид аммония, оксалат аммония или их смесь. Гидрофобизатор в композиции может быть представлен в виде полидиметилсилоксана, стеарата кальция, стеарата магния, гидрофобизированной белой сажи, модифицированного гидрофобного диоксида кремния (аэросила).
Заявляемая композиция обеспечивает газогенерирующую способность комбинированного газопорошкового огнетушащего состава не менее 250 л/кг при нагреве до температуры 300°С.
Заявляемая композиция может содержать каталитическую добавку в количестве 1-3 мас. %, в качестве которой используют соединения цезия: фторид, хлорид или иодид цезия.
Использование в составе композиции аммофоса и сульфата аммония необходимо по причине их высоких огнетушащих свойств при тушении очагов пожара класса А (твердые вещества). При попадании на горящую поверхность эти соли разлагаются с образованием устойчивых полимерных пленок полисульфатов и полифосфатов соответственно, что изолирует горящее вещество от кислорода воздуха и тем самым тушит его.
Аммофос также эффективен для тушения жидких очагов пожара (класс В).
При этом выбранное соотношение содержания аммофоса и сульфата аммония необходимо для одновременного эффективного тушения как твердых, так и жидких очагов пожара.
Для улучшения огнетушащей способности заявляемого порошка при объемном тушении очагов пожара автоматическими установками порошкового пожаротушения использована газогенерирующая добавка - хлорат аммония, перхлорат аммония, нитрат аммония, ацетат аммония, формиат аммония или их смесь. Действие газогенерирующей добавки обусловлено двумя механизмами:
1. Термоактивация порошка. Заключается в дроблении частицы порошка на более мелкие фрагменты (самодиспергацию), что увеличивает площадь активной поверхности частиц и соответственно эффективность тушения.
2
2
2
2
3
2. Газовыделение. При контакте порошка с пламенем происходит выделение большого количества негорючих газов (СО, N, NO, НО, NH), что дает «разбавление» газовой смеси непосредственно в зоне горения, снижения локальной температуры и уменьшение концентрации кислорода, что в свою очередь усиливает действие основного порошкового состава.
Оба перечисленных фактора существенно увеличивают работу порошка по экранированным очагам пожара: за их счет порошок лучше распределяется по объему и эффективнее работает по очагам, расположенным вне прямого воздействия газопорошковой струи.
По результатам проведенных исследований оптимальное содержание газогенерирующей добавки - от 5 до 15%. При меньшем ее содержании ее эффект практически отсутствует, при большем ее содержании снижается эффективность газопорошкового огнетушащего состава по очагам класса А.
Газогенерирующую способность порошка определяют следующим образом.
Образец огнетушащего порошка в количестве 20-30 г помещают в жаростойкий керамический тигель. Тигель с образцом выдерживают в термостате при температуре 60±2°С в течение 30 мин, после охлаждения фиксируют массу образца. Далее тигель выдерживают при температуре 300±2°С в течение 60 мин, охлаждают и фиксируют массу образца. Потерю массы образца огнетушащего порошка вычисляют по формуле:
,
где
60
m - масса образца после выдержки при 60°С, г;
300
m - масса образца после выдержки при 300°С, г;
н
m - начальная масса образца, г;
η - величина потери массы огнетушащего порошка, %.
Газообразующую (газогенерирующую) способность огнетушащего порошка вычисляют по формуле:
,
где
2
2
3
2
μ - средний молекулярный вес образующейся газовой смеси (для смеси HO, N, NH, СО в равных долях μ равно 26);
λ - газообразующая способность, л/кг.
В соответствии с проведенными огневыми экспериментами эффект газовыделения огнетушащего порошка улучшает его огнетушащую способность, если его газообразующая способность X не ниже 250 л/кг.
Также в состав огнетушащего порошка могут входить активные каталитические добавки - соединения цезия: фторид, хлорид или иодид цезия в количестве 1-3 мас. %, добавление которых также повышает огнетушащую эффективность состава. Действие каталитической добавки обусловлено ингибированием ионами и радикалами цезия радикальной цепочки процесса горения. При этом содержание катализатора менее 1% не дает улучшения огнетушащей эффективности, а содержание, превышающее 3%, приводит к нестабильности результатов огневых экспериментов, зависящих от скорости подачи огнетушащего состава.
Заявляемую композицию изготавливают следующим образом.
В качестве исходных компонентов используют гидросульфат аммония, аммофос марки А по ГОСТ 18918-85, ацетат аммония по ГОСТ 3117-78, нитрат аммония по ГОСТ 29238-91, хлорид аммония по ГОСТ 2210-73, сажу белую по ГОСТ 18307-78.
Исходные компоненты дозируют, растворяют в воде при 20-30°С, раствор насыщают аммиаком до рН 8-9. Полученный раствор высушивают на распылительной сушилке при температуре воздуха 120-140°С. Полученный порошковый материал досушивают на барабанной сушилке до содержания воды не более 0,3%, перемалывают на шаровой мельнице оборудованной динамическим классификатором, отделяют фракцию 30-100 мкм.
Полученный состав гидрофобизируют для уменьшения слеживаемости и влагопоглощения. При отсутствии достаточной гидрофобизации комбинированный газопорошковый состав имеет тенденцию к слеживаемости с течением времени, что существенно ухудшает или даже делает невозможным его выход из установки пожаротушения при ее срабатывании. Для этого его обрабатывают раствором кремнийорганических гидрофобизаторов, например, полидиметилсилоксана в инертном растворителе, например, хлористом метилене с добавлением высокодисперсного гидрофобного диоксида кремния (аэросила или белой сажи).
Полученную массу сушат в трубчатой вращающейся печи при температуре 30-50°С и просеивают.
В полученный состав добавляют каталитические добавки - соединения цезия, такие как фторид, хлорид или иодид цезия в количестве 1-3 мас. %. Каталитическая добавка работает в качестве ингибитора, прерывая радикальные цепочки процесса горения, что существенно улучшает эффективность композиции по очагам класса В.
В результате получают композицию, пригодную для использования в качестве огнетушащего состава.
Полученный состав хранят в закрытой таре при температуре -50…+50°С при влажности не более 60%.
Результаты проведенных испытаний различных составов огнетушащего порошка приведены в Таблице 1.
Испытания полученного состава проводились на открытом воздухе при отсутствии осадков и при скорости ветра не более 3 м/с. В качестве очага класса В использовали очаг 55В по ГОСТ Р 51057. Для тушения использовался огнетушитель ОП-3, заряженный по ГОСТ 53280.4-2009. Время свободного горения очага составило 1 минуту, после этого начинали тушение. В процессе испытания фиксировалось количество порошка, необходимое для тушения очага.
В качестве очага класса А использовали очаг 1А по ГОСТ Р 51057. Для тушения использовался огнетушитель ОП-3, заряженный по ГОСТ 53280.4-2009. Время свободного горения очага составило 7 минут без учета времени горения бензина, после этого начинали тушение. После тушения не должно быть повторного самовоспламенения очага в течение 10 минут. В процессе испытания фиксировалось количество порошка, необходимое для тушения очага.
В качестве очага класса В был использован очаг 21В по ГОСТ Р 51057. Для тушения был использован огнетушитель ОП-2, заряженный по ГОСТ 53280.4-2009. Время свободного горения очага составило 1 минуту. После тушения не должно быть повторного самовоспламенение в течение 10 минут.
В соответствии с заявляемым изобретением возможно изготовление комбинированных газопорошковых огнетушащих составов с различными количественными рецептурами. Основные характеристики одной из реализаций заявляемой композиции в соответствии с формулой приведены в Таблице 2.
Состав композиции:
Моноаммоний фосфат
- 43%
Гидросульфат аммония
- 40%
Хлорат аммония
- 10%
Полидиметилсилоксан (MW 10000-50000)
- 2%
Сажа белая
- 3%
Иодид цезия
- 2%
Для подтверждения химической стабильности огнетушащего состава проводят климатические испытания: выдерживание в заправленном огнетушителе ОП-3 при повышенной температуре (+65°С) в течение 60 суток, температурное циклирование -50 - +50°С, 40 циклов с выдержкой при каждой температуре в течение 12 часов. Проведенные испытания показали отсутствие каких-либо изменений контролируемых параметров порошка, что свидетельствует о его химической стабильности.
Изготовленный огнетушащий порошок может применяться как в ручных порошковых огнетушителях, так и в автоматических модулях порошкового пожаротушения.