ОГНЕТУШАЩИЙ ГАЗОДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ, СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
FIRE-EXSTINGUISHING GAS-DISPERSION COMPOUND, WAY OF FIRE EXTINGUISHING AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Область техники
Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно:
- к огнетушащим газодисперсным составам (ГДС);
- способам тушения пожара;
- модульным устройствам для его осуществления.
С помощью предлагаемых огнетушащего газодисперсного состава, способа тушения пожара с использованием модульных установок и систем на их основе данное изобретение с успехом может быть использовано для борьбы с пожарами, в том числе и для их предупреждения, практически во всех отраслях промышленности: химической, нефтехимической, нефтеперегонной, деревообрабатывающей и др.
Предшествующий уровень техники
Известен огнетушащий состав, в котором смешение гомогенного и гетерогенного ингибиторов осуществляется механическим путем с помощью эжекторного устройства [Авторское свидетельство СССР №715092 от 11.08.1978].
Недостатками являются невозможность использования полученного огнетушащего состава для объемного пожаротушения и его малая длительность хранения. Комбинация гомогенного (хладон) и гетерогенного (порошок) ингибиторов с помощью эжектора рекомендована только для ручного пожаротушения, при этом его невозможно применять при отрицательных температурах до -60°С.
4
8
4
10
3
7
2
4
2
В изобретении [Патент РФ №2225735 от 10.04.2001] предусматривается создание одного раствора хладона (например, соединение типа перфторциклобутан CF, перфторбутан CF, гептафторпропан СFН, дибромтетрафторэтан СFВr) и йодистого калия. Для этого предлагается предварительно получить насыщенный раствор йодистого калия в этаноле, после чего этот раствор смешать с жидким хладоном при весовом соотношении 70-80 мас.% хладона и 20-30 мас.% насыщенного раствора йодистого калия в этаноле. Содержание йодистого калия в этаноле при этом составляет до 5 мас.%.
3
Недостатками состава являются высокая стоимость защиты 1 м из-за дорогостоящих хладонов, входящих в рецептуру состава, и невозможность его применения при t до -60°С.
Известен комбинированный огнетушащий состав [Патент РФ №2156630 от 08.02.1999], который содержит разбавляющее вещество - фторсодержащий предельный углеводород - и ингибирующее горение вещество - йодсодержащий предельный углеводород - при соотношении компонентов, мас.%: фторсодержащие углеводороды 70-95, йодсодержащие углеводороды 5-30.
В заявке [Заявка РФ №2000114329 от 05.06.2000] предлагается состав для объемного тушения, содержащий разбавляющие воздух фторуглеводородный и ингибирующий процесс горения компоненты, причем в качестве ингибитора горения используют йодфторсодержащий углеводород с одним или двумя атомами йода, в котором все остальные атомы водорода замещены атомами фтора. Соотношение компонентов в предлагаемом составе следующее, мас.%: разбавитель - 40-98%, ингибитор - 2-60%.
Известен огнетушащий порошковый состав [Патент РФ №2143297 от 16.12.1997], включающий, мас.%: высокодисперсную добавку, преимущественно аэросил, 0,8-3,5; целевую добавку для текучести, преимущественно нефелиновый концентрат, 8,0-35,0; гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость 0,008-0,28; основной компонент - остальное. В качестве основного компонента состав содержит, по меньшей мере, одно соединение из ряда: хлорид калия, хлорид натрия, аммофос, сильвинит, сульфат, фосфат щелочного или щелочноземельного металла, бикарбонат натрия, моноаммоний фосфат, диаммоний фосфат, сульфат аммония.
Известен также способ тушения пожара в резервуаре и устройство для его осуществления [Патент РФ №2258549 от 03.02.2004], согласно которому огнетушащую смесь подают из плавающего в центре резервуара устройства, причем газодисперсную огнетушащую смесь образуют в вышеуказанном устройстве путем подачи под давлением не менее 1 МПа газообразного и/или сжиженного флегматизатора и/или газообразного и/или сжиженного гомогенного ингибитора горения в емкость с порошкообразным или жидким гетерогенным ингибитором горения, имеющую разрывную мембрану или клапан, обеспечивающие при превышении давления 1 МПа выпуск газодисперсной смеси через выходной трубопровод и круговой сопловый распылитель компактными струями с углом расхождения 5-15° в плоскости, параллельной жидкости, с расходом не менее 10 кг/с со скоростью истечения на срезе сопла не менее 70 м/с, при этом подачу струй ведут с разверткой на 360° таким образом, чтобы они в радиальном направлении внутри резервуара не пересекались, создавая в образуемой несплошности огнетушащей среды разрежение, обеспечивающее подсос в зону разрежения продуктов сгорания из верхней зоны пожара, образуя тем самым сплошную круговую огнетушащую зону при соотношении огнетушащих площадей, образованных газодисперсными струями и продуктами сгорания горящей жидкости в пределах от 1:1 до 10:1, а соотношение масс между газовой и дисперсной фазами огнетушащей смеси находится в пределах от 0.2:1 до 15:1. В качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используется диоксид углерода, и/или азот, и/или аргон, или их смесь. В качестве газообразного и/или сжиженного гомогенного ингибитора горения используют галогеноуглеводород, а в качестве гетерогенного ингибитора горения используют огнетушащий порошковый состав на основе карбонатов, и/или хлоридов, и/или фосфатов щелочного и/или щелочноземельного металла, и/или аммония, или туманообразующий раствор ортофосфорной кислоты.
Известен также способ [Патент США №6988558 В2 от 24.01.2006] тушения пожара с помощью газа, согласно которому тушение пожара осуществляется с помощью извержения, по крайней мере, одного газообразного огнетушащего средства, выбираемого из группы, образованной аргоном, азотом и диоксидом углерода, при этом в качестве их переносчиков используется пена, порошок или вода.
3
Недостатками этих огнетушащих составов являются высокая стоимость защиты 1 м из-за дорогостоящих хладонов, входящих в рецептуру составов, и невозможность их применения при t до -60°С.
Также близким по компонентам и назначению является огнетушащий состав [Патент РФ №2240848 от 07.08.2003]. Этот огнетушащий состав включает высокодисперсную добавку, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, основной порошкообразный компонент, сжиженный и/или газообразный флегматизатор и/или сжиженный и/или газообразный ингибитор горения в виде азеотропной смеси трифторметана и диоксида углерода в соотношении по массе (30-43):(33-43):(24-37), или смесь диоксида углерода с азотом и аргоном в соотношении 8:52:40, или смесь аргона и азота в соотношении 50:50, или сжиженный и/или газообразный галогеноуглеводород, и/или диоксид углерода, или азот, а в качестве целевой добавки для текучести он содержит ионнорешетчатый минерал с комплексными анионными группами брутто-формулы:
2
3
(0.5-7.5)
2
(40-50)
2
2
(4.5-11.4)
2
5
(0.5-1.5)
(5-9.1)
[АlO]·[SiO]·[NaО-КО]·[PO]·[СаO]·
2
3
(12-20)
(8-12)
2
(7-11)
[FеО]·[FeO]·[TiO]
3
и/или фосфоритную муку с истинными плотностями не менее 2,8 г/см, в качестве гидрофобизирующей жидкости-модификатора он содержит метилгидридсилоксан с содержанием активного водорода 1.6-1.7% мас. или смесь метилгидридсилоксана как основы гидрофобизатора и катализатора отверждения-аминопропилтриметоксисилана в соотношении (5-70):1, при этом модификатор - кремнийорганическая гидрофобизирующая жидкость - взят в виде 10-70%-ного раствора в хлорорганическом растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.%:
высокодисперсная добавка
0.5-2.8
целевая добавка для текучести
4.6-25.0
гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость
0.1-0.5
основной компонент
15-70
флегматизатор и/или ингибитор горения
остальное.
Основным недостатком этого состава является малый температурный диапазон применения (-20°С)÷(+50°С).
Наиболее близкой по составу, способу тушения и устройству является заявка РСТ №WO 2007/117168 А1, 18.10.07 (43), (22) 02.04.06 «Огнетушащий газодисперсный состав, способ тушения пожара и устройство для его осуществления», которая выбрана нами за прототип. По данной заявке огнетушащий газодисперсный состав, включающий высокодисперсную добавку, целевую добавку для текучести, кремнийорганический гидрофобизатор, основной порошкообразный ингибитор горения, газообразный и/или сжиженный флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора, отличается тем, что в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют азот, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха в соотношении от 95:5 до 75:25, или смесь диоксида углерода с метил-, этил- или пропилкарбинолом в соотношении от 99:1 до 90:10, или смесь диоксида углерода, азота и одного из вышеназванных алкилкарбинолов в соотношении: диоксид углерода: азот: алкилкарбинол как 80-100:5-20:0.5-5, а в качестве жидкого ингибитора горения используют 5% раствор йода или 5-20% раствор смеси йода с йодидом щелочного металла или аммония в одном из вышеназванных алкилкарбинолов, причем соотношение в смеси флегматизатор: жидкий ингибитор находится в пределах от 100:1 до 100:30 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
высокодисперсная добавка
0.2-2.8
целевая добавка для текучести
4.6-25
кремнийорганический гидрофобизатор
0.1-0.7
основной порошкообразный ингибитор горения
15-85
флегматизатор или смесь флегматизатора
и жидкого ингибитора
остальное
Способ тушения пожара легковоспламеняющихся и горючих материалов путем подачи огнетушащего газодисперсного состава из пожаротушащего модульного устройства или блока устройств, установленных вне или внутри зоны пожара, отличается тем, что огнетушащий газодисперсный состав образуют в три этапа: первый - из емкости-источника газа с сифонной трубкой и запорно-пусковым устройством, заполненной под давлением не менее 4 МПа газовым и/или сжиженным флегматизатором и/или смесью жидкого ингибитора и флегматизатора под давлением не менее 2.4 МПа, по сигналу пожарного извещателя подают не менее 0.2 части газовой или газожидкостной смеси в форкамеру смешения, содержащую при атмосферном давлении основной порошкообразный ингибитор горения, высокодисперсную добавку, целевую добавку для текучести и кремнийорганический гидрофобизатор, причем в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют азот, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха в соотношении от 95:5 до 75:25, или смесь диоксида углерода с метил-, этил-, или пропилкарбинолом в соотношении от 99:1 до 90:10, или смесь диоксида углерода, азота или воздуха и алкилкарбинола в соотношении 80-100:5-20:0.5-5, а в качестве жидкого ингибитора используют 5% раствор йода или 5-20% раствор смеси йода с йодидом щелочного металла или аммония в одном из названных алкилкарбинолов в соотношении флегматизатор: жидкий ингибитор от 100:1 до 100:30, причем вышеназванную смесь подают в форкамеру смешения из емкости-источника газа по сифонной трубке и соединительной трубке, переходящей внутри герметичной крышки форкамеры в перфорированный трубчатый аэратор с переменным сечением, при этом суммарная площадь перфораций не превышает торцевой площади сифонной трубки, и, таким образом, в форкамере образуют первичную твердо-жидко-газофазную смесь; второй - образованную в форкамере первичную твердо-жидко-газофазную смесь при достижении давления не менее 0.9 МПа через выпускной клапан перепускают в трубчатую испарительную камеру, где при давлении не менее 0.5 МПа формируют газодисперсный поток; третий - сформированный газодисперсный поток из трубчатой испарительной камеры через выпускной клапан при площадном и/или объемно-локальном тушении направляют в сопловой блок с соплами со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление 0.11 МПа и скорость истечения потока в зону пожара огнетушащего газодисперсного состава от 100 до 240 м/с при температуре окружающей среды от (-50°С) до (+50°С), а при объемном тушении через один или несколько распылителей, обеспечивающих скорость истечения огнетушащего газодисперсного состава не менее 70 м/с.
Модульное устройство для тушения легковоспламеняющихся жидкостей и горючих материалов содержит емкость-источник газа с флегматизатором или смесью флегматизатора и жидкого ингибитора с герметичной крышкой с сифонной трубкой, со средствами его подачи и запорно-пусковым устройством, связанную соединительной трубкой, равнозначной по внутреннему диаметру сифонной трубке, с форкамерой смешения, содержащей огнетушащий порошок на основе дисперсного ингибитора горения с высокодисперсной добавкой, целевой добавкой для текучести и гидрофобизатором, причем в герметичной крышке форкамеры смешения соединительная трубка переходит в трубчатый перфорированный с переменным сечением аэратор, расположенный внутри камеры, при этом площадь сечения перфораций аэратора не превышает торцевой площади соединительной трубки, а соотношение торцевых площадей аэратора относится как 1.6-5:1-1.5, нижний конец сифонной трубки расположен на расстоянии в пределах 1/80-1/100 высоты трубки от днища источника газа, нижний торец аэратора расположен на расстоянии от 1/30 до 1/40 высоты аэратора от днища форкамеры смешения, связанной через выпускной клапан, срабатывающий при давлении не менее 0.9 МПа, с трубчатой испарительной камерой, имеющей отношение диаметр: длина в пределах 20÷1000, а трубчатая испарительная камера через выпускной клапан, срабатывающий при давлении не менее 0.5 МПа, скреплена с сопловым блоком со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление 0.11 МПа и скорость истечения от 100 до 240 м/с при температуре (-50°С)-(+50°С), при этом соотношение масс между газожидкостной и твердой составляющими снаряжения установки находится в пределах от 7.5-80.1:19.9-92.5, при этом пускозапорное устройство выполнено с автоматическим, автономным и с ручным запуском в обычном или взрывобезопасном исполнении.
К недостаткам состава, способа тушения и устройства для его осуществления относится невозможность их применения при температуре от -51°С до -60°С, например в неотапливаемых отсеках транспортных самолетов ввиду большого остатка (~30%) смерзшегося ОТВ.
Целью данного изобретения было устранение вышеуказанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в огнетушащем газодисперсном составе, включающем высокодисперсную добавку, целевую добавку для текучести, кремнийорганический гидрофобизатор, основной порошкообразный ингибитор горения, газообразный и/или сжиженный флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора, где в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха в соотношении от 9:1 до 4:1, или смесь диоксида углерода с алкилкарбинолом в соотношении от 99:1 до 90:10, или смесь диоксида углерода и азота или воздуха с алкилкарбинолом в соотношении 80-100:5-20:0.5-5, а в качестве жидкого ингибитора горения используют 5% раствор йода или 5-20% раствор смеси йода с йодидом щелочного металла или аммония в алкилкарбиноле, при этом соотношение в смеси флегматизатор: жидкий ингибитор находится в пределах от 100:1 до 100:30, диоксид углерода модифицирован диметилкетоном от 100:1 до 10:1 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
высокодисперсная добавка
0.2-2.8
целевая добавка для текучести
4.6-25
кремнийорганический гидрофобизатор
0.1-0.7
основной порошкообразный ингибитор горения
15-85
флегматизатор или смесь флегматизатора и
жидкого ингибитора
остальное
Кроме того, способ тушения пожара легковоспламеняющихся и горючих материалов путем подачи огнетушащего газодисперсного состава из пожаротушащего модульного устройства или блока устройств, установленных вне или внутри зоны пожара, отличается тем, что огнетушащий газодисперсный состав образуют в три этапа:
первый - из емкости-источника газа с сифонной трубкой и запорно-пусковым устройством, заполненной под давлением не менее 4 МПа газовым и/или сжиженным флегматизатором и/или смесью жидкого ингибитора и флегматизатора под давлением не менее 2.7 МПа, по сигналу пожарного извещателя подают не менее 0.3 части газовой или газожидкостной смеси в форкамеру смешения, содержащую при атмосферном давлении основной порошкообразный ингибитор горения, высокодисперсную добавку, целевую добавку для текучести и кремнийорганический гидрофобизатор, причем в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода, модифицированный диметилкетоном от 100:1 до 10:1, или смесь диоксида углерода, модифицированного диметилкетоном от 100:1 до 10:1, и азота или воздуха в соотношении от 9:1 до 4:1, или смесь диоксида углерода, модифицированного диметилкетоном от 100:1 до 10:1, с алкилкарбинолом в соотношении от 99:1 до 90:10, или смесь диоксида углерода, модифицированного диметилкетоном от 100:1 до 10:1, и азота или воздуха и алкилкарбинола в соотношении 80-100:5-20:0.5-5, а в качестве жидкого ингибитора используют 5% раствор йода или 5-20% раствор смеси йода с йодидом щелочного металла или аммония в алкилкарбиноле, например в метилкарбиноле, в соотношении: флегматизатор: жидкий ингибитор от 100:1 до 100:30, причем вышеназванную смесь подают в форкамеру смешения из емкости-источника газа по сифонной трубке и соединительной трубке, переходящей внутри герметичной крышки форкамеры в перфорированный трубчатый аэратор с площадью торцевого сечения, не превышающей площадь перфораций сифонной трубки, и, таким образом, в форкамере образуют первичную твердо-жидко-газофазную смесь;
второй - образованную в форкамере первичную твердо-жидко-газофазную смесь при достижении давления не менее 0.9 МПа через выпускной клапан перепускают в трубчатую испарительную камеру, где при давлении не менее 0.5 МПа формируют газодисперсный поток;
третий - сформированный газодисперсный поток из трубчатой испарительной камеры через выпускной клапан при объемном, площадном и/или объемно-локальном тушении направляют в сопловой блок с соплами, обеспечивающими скорость истечения потока в зону пожара огнетушащего газодисперсного состава не менее 70 м/с при температуре окружающей среды от -60°С до +50°С.
-4
-2
При этом модульное устройство для тушения легковоспламеняющихся жидкостей и горючих материалов содержит емкость-источник газа с флегматизатором или смесью флегматизатора и жидкого ингибитора с герметичной крышкой с сифонной трубкой, со средствами его подачи и запорно-пусковым устройством, связанную соединительной трубкой, равнозначной по внутреннему диаметру сифонной трубке, с форкамерой смешения, содержащей огнетушащий порошок на основе дисперсного ингибитора горения с высокодисперсной добавкой, целевой добавкой для текучести и кремнийорганическим гидрофобизатором, причем в герметичной крышке форкамеры смешения соединительная трубка переходит в трубчатый перфорированный с постоянным сечением аэратор, расположенный внутри камеры, при этом площадь сечения перфораций аэратора не превышает торцевой площади соединительной трубки, нижний конец сифонной трубки расположен на расстоянии в пределах 1/80-1/100 высоты трубки от днища источника газа, нижний торец аэратора расположен на расстоянии от 1/30 до 1/40 высоты аэратора от днища форкамеры смешения, связанной через выпускной клапан, срабатывающий при давлении не менее 0.9 МПа, с трубчатой испарительной камерой, имеющей отношение диаметр: длина в пределах 3×10÷5×10, а трубчатая испарительная камера через выпускной клапан, срабатывающий при давлении не менее 0.5 МПа, скреплена с сопловым блоком с соплами, обеспечивающими скорость истечения не менее 70 м/с при температуре от -60°С до +50°С, при этом соотношение масс между газожидкостной и твердой составляющими снаряжения установки находится в пределах от 7.5-80.1:19.9-92.5, при этом пускозапорное устройство выполнено с электрическим, и/или пневматическим, и/или ручным запуском в обычном или взрывобезопасном исполнении.
Изобретение осуществляют следующим образом. Смешение порошкообразных компонентов и получение продукта проводят на оборудовании и по технологии, принятой в производстве огнетушащих порошков.
Полученный продукт с помощью зарядной порошковой станции типа PSM снаряжается в форкамеру смешения предлагаемого устройства, а газообразная и сжиженная часть флегматизатора и жидкого ингибитора предлагаемого состава с помощью зарядной станции типа ЗСА снаряжается в емкость-источник газа предлагаемого модульного устройства. При работе предлагаемого модульного устройства огнетушителя происходит смешение обеих составляющих огнетушащего состава и в зону пожара подается состав согласно предлагаемому изобретению.
В таблицах 1-21 представлены примеры исполнения заявляемого огнетушащего газодисперсного состава, состава-прототипа и значения некоторых характеристик составов (температурного диапазона, условий применения и огнетушащей способности) по классам пожаров А, В, и С.
Краткое описание чертежей
На чертежах фиг.1, фиг.2 представлены варианты исполнения модульных устройств, где указаны емкость-источник газа 1, сифонная трубка 2, ЗПУ 3, соединительная трубка 4, форкамера смешения 5, аэратор 6, герметичная крышка 7, выпускной клапан 8, трубчатая испарительная камера 9, выпускной клапан 10, распылитель 11, блок с соплами, монтажная плита 12, порошок 13.
Лучший вариант осуществления изобретения
Модульное устройство для тушения легковоспламеняющихся и горючих материалов работает следующим образом.
При возникновении пожара сигнал от датчика пожарной сигнализации поступает на контрольно-пусковое устройство системы пожаротушения, откуда в виде электрического сигнала с определенной силой тока поступает на пиропатрон, находящийся в запорно-пусковом устройстве 3, которое установлено на емкости-источнике 1 с газообразным и/или сжиженным флегматизатором или смесью флегматизатора и жидкого ингибитора, после срабатывания пиропатрона происходит вскрытие мембраны на горловине емкости-источника и далее газообразный и/или сжиженный флегматизатор или смесь флегматизатора и жидкого ингибитора по сифонной трубке 2 и по соединительной трубке 4, которая в распределительной крышке 7 переходит в трубчатый аэратор 6, через аэратор поступает в форкамеру смешения 5. Форкамера смешения содержит огнетушащий порошок 13 на основе дисперсного ингибитора горения с высокодисперсной добавкой, целевой добавкой для текучести и гидрофобизатором. В форкамере смешения происходит образование огнетушащей смеси, состоящей из огнетушащего порошка и флегматизатора или смеси флегматизатора и жидкого ингибитора. При достижении давления в форкамере смешения 0.9 МПа и более срабатывает выпускной клапан 8, через который огнетушащая смесь поступает в трубчатую испарительную камеру 9, при достижении давления в которой 0.5 МПа и более происходит срабатывание выпускного клапана 10, через который огнетушащая смесь поступает в сопловой блок 11 и из него на очаг возгорания.
Промышленная применимость
Как видно из вышеприведенных данных, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом возможно применять при температурах от -60°С до +50°С при снижении остатка ОТВ в модуле после его срабатывания. Другими словами, предлагаемое изобретение обеспечивает расширение температурного диапазона эксплуатации применения способа, состава и модуля пожаротушения при повышении его эффективности за счет повышения коэффициента полезного действия используемого ОТВ.