Огнетушащий состав
FIRE-EXTINGUISHING COMPOSITION

Изобретение относится к водным растворам пенообразователей на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) и может быть использовано для тушения горючих материалов и легковоспламеняющихся жидкостей на открытом пространстве и в условиях объемных очагов возгорания в помещениях.
Известно применение в качестве огнетушащего состава эмульсий и вспененных эмульсий, создаваемых для приготовления кондитерских изделий на основе белков молока, сои, яиц и растений в сочетании с водорастворимыми полисахаридами, например, сахарозой (патент на изобретение RU №2350232 С2 от 26.09.2003 и патент на изобретение GB №2179043).
Однако использование таких композиций для тушения пожаров не представляется возможным ввиду их низкой огнестойкости и нестабильности вспененной эмульсии, для поддержания которой, кроме того, используют стабилизаторы, не позволяющие также образовать теплоизолирующую водную пленку.
Известен также огнетушащий состав, в состав которого входит пенообразователь, включающий анионное поверхностно-активное вещество, воду и добавку - смесь хлорида кальция и хлорида магния, при следующем соотношении компонентов, вес. %: ПАВ - 0,75÷2,2; хлорид кальция - 0,02÷0,12; хлорид магния - 0,005÷0,04; вода - остальное (авторское свидетельств SU №865303, опубл. 23.09.1981). В результате добавления в состав смеси хлорида кальция и хлорида магния сокращается время тушения пожара, минимизируются затраты огнетушащего состава, что в целом повышает огнетушащую эффективность состава.
2
2
Известен также состав для тушения пожаров, содержащий гидратированный хлорид магния (авторское свидетельство SU №1780774, опубл. 15.12.1992). Повышение огнетушащей эффективности в известном решении достигается за счет использования водорастворимых полярных жидкостей (спирты, эфиры, гликоли, амины) для растворения бишофита (природная кристаллическая соль, содержащая 88-99% MgCl⋅6НО).
Данный состав обладает высокой огнетушащей эффективностью, однако его нельзя использовать для тушения пожаров в условиях хранения при низких температурах. Кроме того, вследствие образования крайне неустойчивой пленки ввиду присутствия полярных жидкостей происходит поступление окислителя из окружающей среды к поверхности горения. В результате этого не исключено повторное возгорание.
6
12
Известен также огнетушащий состав, содержащий поверхностно-активное вещество - 12÷24 вес. %, высший жирный спирт (С-С) - 1,5÷3,0 вес. % и воду (патент на изобретение RU №2157710 С1, опубл. 20.10.2000). С целью повышения морозоустойчивости и снижения коррозионной активности в состав пенообразователя вводят уксуснокислый аммоний в количестве 10÷52 вес. %.
Следует отметить, что при повышении содержания в известном составе уксуснокислого аммония, влияющего на морозоустойчивость и коррозионную активность огнетушащего состава, происходит снижение устойчивости пены и, соответственно, снижается огнетушащая эффективность генерируемой пены.
Известен также огнетушащий состав (патент на изобретение RU №2290240 A62D 1/02. Огнетушащий состав / Душкин А.Л., Карпышев А.В., Рязанцев Н.Н. // заявл. 9.06.2005, опубл. 27.12.2006), который содержит гидрат хлорида магния в виде водного раствора и пленкообразующий пенообразователь на водной основе при следующем соотношении компонентов в объемных процентах от общего объема огнетушащего состава: водный раствор гидрата хлорида магния - 85÷88%, пленкообразующий пенообразователь на водной основе - остальное. При этом содержание хлорида магния в огнетушащем составе составляет 15÷25 вес. % от общего количества огнетушащего состава.
Однако, данное изобретение имеет ряд недостатков: 1) использование малостабильной низкократной до 10 единиц пены на основе фторорганических кислот, например, «ПО-6A3F», «Легкая вода», «Sthamex-AFFF» не обеспечивает необходимого сокращения времени тушения возгораний, 2) предлагаемый пенообразующий состав не может быть использован в условиях низких температур (ниже -35°С) Крайнего Севера при возникновении возгораний на объектах газонефтедобычи, 3) состав обладает высокой коррозионной активностью из-за присутствия в нем фторорганических кислот и гидрата хлорида магния, что приводит к существенному сокращению срока эксплуатации аварийно-спасательного оборудования.
Известен огнетушащий состав (патент на изобретение RU №2310421. Комбинированный огнетушащий состав / Носов Г.И., Бяков А.В., Ландышев Н.В., Фахрисламов Р.З. // заявл. 20.04.2005, опубл. 20.11.2007), содержащий мочевину в количестве 65-70 мас. %, силикат аммония 1,2-1,5 мас. %, хлорид аммония 0,35-0,5 мас. %, сульфат аммония 0,15-0,2 мас. %, бикарбонат натрия 0,25-0,4 мас. %, сульфат натрия 0,5-0,7 мас. %, алунит 1,0-1,25 мас. %, поверхностно-активное вещество 1,5-1,8 мас. % и воду до 100 мас. %.
К недостаткам аналога следует отнести сложность приготовления огнетушащего состава и его многокомпонентность. Состав обладает высокой коррозионной активностью, что сокращает срок эксплуатации аварийно-спасательного оборудования. Кроме того, описанный выше состав не может быть использован в условиях низких температур из-за высокого содержания мочевины - 65-70 мас. % и ее выкристаллизации. При тушении пожаров описанным выше составом образуется значительное количество вредных веществ: соляная, серная кислоты и аммиак, что затрудняет его использование при тушении пожаров в закрытых помещениях из-за угрозы отравления пожарных.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является огнетушащий состав (патент на изобретение RU №2622838. Огнетушащий состав / Мельников И.Н., Захарченко М.Ю., Пичхидзе С.Я., Юров О.А., Кайргалиев Д.В., Попова Э.А. // заявл. 29.12.2015, дата регистрации 20.06.2017), содержащий (мас. %) гидрокарбонат натрия 10-13, сахароза 2-5, пленкообразующий пенообразователь 5-7, вода - остальное.
В огнетушащем составе наряду с вышеописанными признаками в качестве пленкообразующего пенообразователя используют смесь анионного и неионогенного ПАВ при соотношении 1:3. Данный состав имеет существенный недостаток - его высокая коррозионная активность.
Технической проблемой изобретения является образование на поверхности горения стабильной устойчивой теплоизолирующей водной пленки в зоне низких температур, за счет создания высокократной воздушно-механической пены, препятствующей поступлению кислорода из атмосферы к очагу возгорания и испарению летучих веществ с горящей поверхности в окружающее пространство и придания ему антикоррозионных свойств за счет введения в его состав ингибитора коррозии. При этом огнетушащий состав должен храниться и эксплуатироваться без снижения огнетушащей эффективности в широком диапазоне низких температур - до -55°С.
Поставленная проблема решается тем, что огнетушащий состав включает пленкообразующий пенообразователь на водной основе, сахарозу и ингибитор коррозии в виде карбоната натрия и октадециламина при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- карбонат натрия 10-13,
- октадециламин 3-5,
- сахароза 2-5,
- пленкообразующий пенообразователь 5-7,
- вода - остальное.
Наряду с вышеописанными признаками в качестве пленкообразующего пенообразователя используют смесь анионного и неионогенного ПАВ в виде лауретсульфата натрия и оксида лаурамина при соотношении 1:3.
Техническим результатом является повышение эффективности тушения очагов возгорания высокократной пеной и сокращение времени тушения возгорания при хранении и использовании пенообразующего состава в условиях низких температур (до -55°С) как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях за счет образования стабильной охлаждающей теплоизолирующей водяной пленки и повышения гидростатической стойкости пены, а также повышение антикоррозионных свойств огнетушашего состава за счет введения ингибитора коррозии.
2
3
В качестве ингредиентов используют водный раствор карбоната натрия (NaCO), водный раствор сахарозы, пленкообразующий пенообразователь, содержание которых подобрано экспериментально. За счет использования в огнетушащем составе сахарозы снижается температура замерзания раствора и появляется возможность образования теплоизолирующей водной пленки в зоне низких температур - до -55°С. Кроме того использование в качестве пленкообразующего пенообразователя смесь анионного и неионогенного ПАВ при соотношении 1:3 повышает стабильность и устойчивость огнетушащего состава. Наличие в огнетушащем составе ингибитора коррозии (карбоната натрия и октадециламина) уменьшает его коррозионные свойства.
Заявляемый огнетушащий состав готовят следующим образом. Последовательно растворяют в небольшом количестве воды карбонат натрия, сахарозу, октадециламин, пленкообразующий пенообразователь. Затем в получившийся раствор добавляют воду для соблюдения заявляемого соотношения.
В качестве пленкообразующего пенообразователя на водной основе могут использоваться пенообразователи на основе лауретсульфата натрия (анионное ПАВ) и оксида лаурамина (неионогенное ПАВ), например, с содержанием лауретсульфата натрия при соотношении 1:3.
При тушении возгораний, заявляемый состав из резервуара через пенообразователь подают на очаг возгорания. Образующаяся пена создает на горящей поверхности стабильный защитный слой, предотвращающий поступление кислорода к поверхности горящей жидкости. К тому же эта пленка способствует охлаждению поверхности очага возгорания, а гидрокарбонат натрия, вследствие термического разложения, выделяет углекислый газ. Процесс гашения пламени интенсифицируется и, соответственно, сокращается время тушения пожара.
За счет использования ПАВ создается высокократная воздушно-механическая пена, позволяющая эффективно подавлять очаги возгорания за счет устойчивого пленкообразования на поверхности горения и прекращения доступа кислорода. Использование водного раствора карбоната натрия приводит к его термическому разложению с выделением углекислого газа, что позволяет предотвратить дальнейшее протекание окислительно-восстановительной реакции и прекращению пожара. Кроме того использование водного раствора карбоната натрия, сахарозы, октадециламина и ПАВ в указанных соотношениях сохраняет температуру замерзания раствора до - 55°С, приведенную в прототипе (патент на изобретение RU №2622838), что важно при хранении состава в условиях низких температур. Присутствие в огнетушащем составе ингибитора коррозии (карбоната натрия и октадециламина) снижает его коррозионные свойства, что значительно увеличивает срок эксплуатации аварийно-спасательного оборудования и уменьшает коррозию металлических резервуаров (емкостей) при его хранении.
Пример 1.
В соответствии с заявляемым изобретением были приготовлены шесть вариантов огнетушащего состава. В качестве пенообразователя использовали моющее средство под торговой маркой «Fairy» с содержанием лауретсульфата натрия и оксида лаурамина при соотношении 1:3.
В табл. 1 представлены экспериментальные данные времени замерзания водных растворов разработанных огнетушащих составов при температурах минус -25, -35, -45, -55°С.
2
3
2
3
2
3
2
3
Анализ результатов табл. 1 показал, что увеличение содержания пенообразователя, сахарозы и NaCO и октадециламина в растворе приводит к возрастанию времени его замерзания. Оптимальные значения по времени замерзания огнетушащего состава достигались при суммарном содержании пенообразователя, сахарозы, NaCO и октадециламина от 20 до 30 мас. %. Суммарное присутствие пенообразователя, сахарозы и NaCO и октадециламина в водном растворе ниже 20 мас. % приводит к быстрому замерзанию огнетушащего состава. При повышенном содержании пенообразователя, сахарозы, NaCO и октадециламина в воде (более 30 мас. %) время замерзания растворов возрастает, однако, это приводит к удорожанию огнетушащего состава и выкристаллизации сахарозы, карбоната натрия и октадециламина из раствора при низких температурах.
Пример 2.
Для оценки коррозионной активности огнетушащих составов произвели сравнительный анализ пребывания образцов углеродистой стали марки Ст3сп (ГОСТ 380-2005) в известном огнетушащем составе и предлагаемом нами с содержанием карбоната натрия и октадециламина. Перед помещением образцов в огнетушащие составы их обезжиривали этиловым спиртом и ацетоном. Затем образцы взвешивали и помещали в огнетушащие составы. По истечении 1, 2, 3, 6 и 12 месяцев, соответственно, образцы извлекали из огнетушащих составов для оценки их воздействия на образцы стали. После механической обработки образцов для удаления продуктов коррозии, образцы взвешивали. Сравнительный анализ коррозии стали марки Ст3сп в известном и предлагаемом нами огнетушащем составе с ингибитором коррозии приведен в табл. 2.
Экспериментально установлено, что образец углеродистой стали Ст3сп (ГОСТ 380-2005) в заявляемом огнетушащем составе с ингибитором коррозии не претерпевает существенных изменений в весе в течение 12 месяцев. Данное обстоятельство свидетельствует об уменьшении коррозии образца углеродистой стали в заявляемом огнетушащем составе. Из-за процесса коррозии, приводящей к разрушению образца углеродистой стали, находящейся в известном огнетушащем составе, вес образца уменьшается более чем в 5 раз. Полученные результаты свидетельствуют, что предлагаемый огнетушащий состав обладает низкой коррозионной активностью.
В табл. 3 приведена сравнительная характеристика предлагаемого огнетушащего состава и наиболее близкого аналога.
* в соответствии с ГОСТ 23409.26-78. Смеси жидкие самотвердеющие. Метод определения пенообразующей способности и устойчивости пены растворов поверхностно-активных веществ.
2
3
Анализ результатов, представленных в табл. 3 показал, что высокократная пена на основе водного раствора карбоната натрия (NaCO), октадециламина, водного раствора сахарозы, пленкообразующего пенообразователя (предлагаемый состав) при прочих равных условиях обладает большей гидростатической стойкостью и кратностью пены по сравнению с прототипом. Из полученных экспериментальных данных также следует, что предлагаемый огнетушащий состав также обладает высокой эффективностью пожаротушения при длительном хранении в условиях низких температур (до -55°С) и может использоваться в средствах пожаротушения различного назначения для тушения возгораний легковоспламеняющихся жидкостей и иных горючих материалов в различных климатических условиях.