АВТОНОМНОЕ СРЕДСТВО ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Полезная модель относится к области объемного пожаротушения, в частности к средствам объемного пожаротушения, предназначенным для локализации и тушения возгораний корпусного электрооборудования (силовое, высоковольтное и коммутационное оборудование, промышленная и бытовая электроника и т.д.), а также очагов пожара класса А (древесина, изоляционные материалы, пластмассы и др.) легковоспламеняющихся и горючих жидких (бензин и другие нефтепродукты, органические растворители и т.п.).
Аэрозольные установки пожаротушения давно известны и широко применяются для ликвидации возгораний жидких и твердых веществ, а также электрооборудования. Подавляющее большинство аэрозольный средств пожаротушения имеют следующую, «классическую» конструкцию: аэрозолеобразующий состав в виде твердой шайбы помещен в корпус, выполненный, как правило, из металла; к аэрозольобразующему составу подведено устройство пуска (миниатюрный электронагреватель, т.н. электровоспламенитель), либо конец огнепроводного шнура для передачи огневого импульса; корпус имеет одно или несколько отверстий для выхода огнетушащего аэрозоля. В большинстве аэрозольных средств в конструкцию входит также блок охладителя аэрозоля - гранулы, состоящие из гидроксидов магния и алюминия. Известное средство пожаротушения (RU 107699 от 27.08.11), предназначенное для объемного тушения пожаров в закрытых и полузамкнутых объемах защищаемого объекта (производственные помещения, склады, отсеки транспортных средств и т.д.), преимущественно для труднодоступных мест и объемов сложной конфигурации, представляет собой генератор огнетушащего аэрозоля, включающий цилиндрический корпус с выпускными отверстиями на боковой поверхности и закрытыми торцами, камеру сгорания, устройство запуска, камеру охлаждения с гранулированным теплопоглотителем, аэрозолеобразующий заряд, установленный в металлическом кожухе с перфорацией, коаксиально корпусу, кожух закреплен внутри корпуса посредством продольных ребер, выполненных по всей длине корпуса и делящих его внутренний объем на камеру сгорания и камеру охлаждения, а перфорация выполнена только на поверхности кожуха, контактирующей с камерой сгорания, и на продольных ребрах, а выпускные отверстия выполнены на поверхности цилиндрического корпуса, контактирующей с камерой охлаждения, с их распределением только вдоль образующей цилиндра и с возможностью обеспечения радиально-сегментного выпуска аэрозоля.
Известное средство пожаротушения при использовании обеспечивает:
- оптимальную интенсивность подачи аэрозоля и снижение концентрации продуктов неполного сгорания за счет возрастания времени их пребывания в газовой фазе;
- повышение огнетушащей способности и равномерности выхода аэрозоля без повышения температуры струи аэрозоля;
- полноту сгорания аэрозолеобразующего заряда при повышении интенсивности газовыделения.
Весь аэрозольобразующий состав сконцентрирован в одном месте защищаемого объема, а задача его пуска решается либо электрическим, либо огневым импульсом. Однако для электрозапуска такого средства требуется наличие остальных элементов системы пуска: источника питания, термочувствительного элемента, например, теплового пожарного извещателя, огнестойких соединительных проводов - для автономной системы, либо целого блока управления с функциями постановки/снятия с охраны, самодиагностики, возможностью ручного пуска и индикацией срабатывания системы - в случае автоматической системы пожаротушения.
Использование огнепроводного шнура для запуска аэрозольных огнетушащих модулей ограничивается их меньшей надежностью о причине невысокой стойкости шнура к механическим и вибрационным нагрузкам, к влажности, парам и аэрозолям углеводородов. Кроме того, огнепроводный шнур, как правило, имеет скорость горения 5-10 мм/сек, что ограничивает реальную максимальную длину шнура 20-30 см для обеспечения допустимого времени задержки пуска устройства пожаротушения с начала возгорания. Таким образом, использование огнепроводного шнура неэффективно в случае защиты объектов большого размера, а также для защиты протяженных объектов типа кабельного канала (коллектора), пространства под фальшполом или подвесным потолком.
Известны низкотемпературные аэрозольные огнетушащие составы, не требующие блока дополнительного охлаждения огнетушащего аэрозоля. Например, патент РФ №2455043 от 02.11.2010. Низкотемпературный беспламенный аэрозолеобразующий огнетушащий состав включает нитрат калия и целлюлозно-волокнистую массу, характеризуется тем, что в качестве горючего-связующего он содержит крахмал и крахмальный клейстер, а в качестве модификатора горения - нитрат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрат калия - 30…70; нитрат кальция - 5…35; целлюлозно-волокнистая масса - 5…35, крахмальный клейстер - 5…25, крахмал - 5…25. Техническим результатом является создание состава, в котором горючее связующее имеет низкую теплоту сгорания и относительно высокое содержание кислорода в молекулярном звене, что позволяет перевести горение состава в низкотемпературный беспламенный режим при сохранении приемлемых показателей по огнетушащей эффективности и содержанию монооксида углерода. Также техническим результатом, достигаемым способом, является расширение методов дальнейшей переработки массы аэрозольобразующего состава, за счет применения крахмального клейстера.
Однако в описанном составе в качестве связующего используется крахмал и клейстер, известные как «жесткие» связующие, что не обеспечивает достаточной гибкости и эластичности получаемого материала, и таким образом, их него можно формировать огнетушащие средства только вида «таблетка» или «шайба», требующих отдельных средств инициации при возгорании. Использование в качестве модификатора горения нитрата кальция не позволяет достичь скоростей горения более 3,3 мм/сек, что недостаточно для создания огнетушащего средства длинномерной формы.
Известен аэрозольгенерирующий состав, позволяющий формировать из него стержни методом экструзии (патент РФ №2214848 от 24.07.2002). Состав содержит нитрат калия, технический углерод, целлюлозу, или древесную муку, или их смеси и связующее - сополимер винилацетата с этиленом и идитол. Соотношение компонентов, мас.%: сополимер винилацетата с этиленом 6-10; идитол 1-9; целлюлоза, или древесная мука, или их смеси 9-14; технический углерод 2-10; нитрат калия - остальное. Состав обеспечивает расширение температурного интервала эксплуатации, снижение температуры горения при сохранении огнетушащей способности и количества выделяющихся токсичных продуктов.
Однако температура горения указанного состава достигает 1415-1523°C, что очевидно может являться источником вторичного возгорания и требует применения корпуса и блока-охладителя. При этом скорость горения указанного состава составляет от 1.8 до 3.4 мм/сек, что достаточно для работы изделия в форме «шайба» или «шашка» и явно недостаточно для создания огнетушащего средства в виде длинномерного изделия.
В качестве прототипа выбрана полезная модель RU 134796 от 26.06.2013. Генератор огнетушащего аэрозоля или огнетушащего газа, содержащий заряд из аэрозольобразующего или газообразующего огнетушащего состава, который помещен в огнеупорный корпус, при этом на, по меньшей мере, одну внешнюю или внутреннюю поверхность корпуса нанесен слой микрокапсулированного огнетушащего агента.
Техническое решение прототипа направлено на повышение эффективности тушения и, тем самым, расширение областей применения генератора огнетушащего аэрозоля или огнетушащего газа в пожаротушении.
По сути, в прототипе описывается генератор огнетушащего аэрозоля в корпусном исполнении, с использованием микрокапсулированных огнетушащих агентов, нанесенных на корпус для комбинированного газо-аэрозольного тушения. Однако, такое «точечное» исполнение ГОА не позволяет равномерно охватить большой и тем более протяженный объект, например, кабельный канал; эффективность его работы напрямую зависит от расположения и расстояния до очага возгорания.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении эффективной защиты больших объемов и протяженных объектов типа кабельного канала (коллектора), пространств под фальшполом или подвесным потолком от возгорания.
Технический результат достигается тем, что средство объемного пожаротушения, представляет собой длинномерное изделие, отличающееся тем, что оно выполнено в форме гибкого огнетушащего шнура диаметром 3-50 мм из эластичного материала, состоящего из горючего, катализатора, ингибитора горения, эластичного полимерного связующего и окислителя
Такой вид исполнения средства объемного пожаротушения - в виде длинномерного эластичного шнура диаметром от 3 до 50 мм - принципиально отличается от известных средств, и в частности от прототипа, и дает при реализации следующие преимущества:
- возможность распределения средства по всему защищаемому объему независимо от его геометрии, конфигурации и наполненности электрическими компонентами;
- возможность установки средства в защищаемом объекте непосредственно вблизи наиболее пожароопасных местах, причем число таких мест, по сути, ограниченно только длинной средства;
- минимальный временной интервал от начала возгорания до старта огнетушащего средства и подачи огнетушащей смеси;
- подача огнетушащей смеси происходит в месте старта средства, т.е. непосредственно в область горения;
- фактически ничем не ограниченная длина защищаемых кабельных каналов;
- высокая надежность по причине минимума конструктивных и соединительных деталей;
- возможность использования в автономном режиме, не требующем электропитания;
- полная инертность к электромагнитным помехам и наводкам в автономном варианте исполнения;
- общая простота и технологичность изготовления средства;
- реализация средства не требует применения блоков охладителей, элементов питания и отдельных модулей пуска.
Перечисленные преимущества предложенной полезной модели обеспечивают достижение указанного технического результата - эффективную защиту больших объемов и протяженных объектов от возгорания.
Диаметр шнура 3-50 мм играет ключевую роль и является балансом между механическими свойствами средства (в первую очередь, гибкость), скоростью горения, развиваемой температурой и объемом защищаемого пространства. При уменьшении диаметра шнура менее 3 мм, он становится недостаточно прочным, скорость горения падает ниже 2 мм/сек, что недостаточно для эффективного тушения огня. При увеличении диаметра шнура более 50 мм, он становится недостаточно гибким, увеличивается температура горения более 1000°C, появляется пламенное горение.
Таким образом, форма исполнения и внешние размеры средства являются критическими для обеспечения его эффективной работы, что характеризует средство как устройство. В то же время, материал средства, будучи использован в другом виде, например, при помещении его в корпус, при срабатывании имеет пламенный характер горения, развивает большую температуру (более 1000°C), выделяет раскаленный шлак и, следовательно, не является эффективным средством тушения. Таким образом, материал средства не является самостоятельным видом продукта.
Сочетание компонентов материала средства обеспечивает возможность получения безкорпусного автономного средства в виде эластичного шнура, не требующего охладителей, элементов питания и отдельных моделей пуска, а также гибкость, необходимую для размещения шнура в соответствии с конфигурацией защищаемого объема.
Предлагаемое средство объемного пожаротушения может быть реализовано при различном соотношении горючего, катализатора, ингибитора горения, элестичного полимерного связующего и окислителя, которое определяется конкретным использованием средства, выбранной толщиной, размерами защищаемого объема и т.д. Однако наилучшим соотношением в результате проведенных экспериментов найдено следующее, мас.%: горючее - 0,5-20, катализатор 0,1-20, ингибитор горения 0,1-30, полимерное связующее 5-50, окислитель - остальное.
Для придания дополнительной механической прочности предлагаемое средство может быть армировано или покрыто (оплетено) натуральными или синтетическими или минеральными волокнами. Для армирования может использоваться базальтовое, углеродное, хлопковое, бумажное, полиэфирное и другие минеральные или синтетические волокна. Волокна вводятся в состав перед формированием из него или наносятся на сформированный шнур в виде оплетки
Также для придания дополнительной прочности и стойкости к воде на поверхность предлагаемого средства может быть нанесен защитный полимерный слой, причем полимер может быть как в виде трубки, так и в виде ленты. В качестве полимера может использоваться любой легкоплавкий полимер, например, полиэтилен.
Для запуска средства пожаротушения не требуется отдельный узел пуска: средство может работать за счет самовоспламенения аэрозольобразующей композиции при температуре окружающей среды свыше 200°C.
Однако для повышения функциональности средства на его поверхность может быть дополнительно нанесен тонкий слой вещества - инициатора возгорания состава, который воспламеняется при температуре окружающей среды от 80 до 200°C. Инициатор может быть нанесен на всю площадь средства, либо на его часть, например, кольцами или полосой. Температура возгорания инициатора зависит от его химического состава и может варьироваться в нужных пределах.
Также возможно применение традиционных инициаторов: термошнура или инициатора основанного на электронагревательном элементе, в этом случае средство может использоваться как автоматическая система пожаротушения.
В качестве окислителя могут быть использованы нитрат или перхлорат натрия, или калия, или аммония, или кальция или их смесь.
В качестве горючего могут быть использованы нитраты целлюлозы или фенолформальдегидная смола, или манит, или сорбит, или целлюлоза.
В качестве катализатора могут быть использованы соли или оксиды железа, или кальция, или меди, или свинца, или хрома или их смеси.
Использование катализатора горения позволило увеличить скорость горения средства до 10-20 мм/сек, а также добиться его равномерности и устойчивости, что принципиально для гарантированного тушения очага возгорания.
В качестве ингибитора горения может использоваться мочевина или дициандиамин, или гуанидин, или фосфаты аммония, или хлорид аммония. Благодаря использованию в составе средства ингибитора горения удалось понизить температуру горения до 450-500°C при отсутствии пламени и сохранении скорости горения 10-20 мм/сек.
В качестве ингибиторов горения также могут использоваться полигалогенированные углеводороды. При срабатывании средства происходит испарение (возгонка) флегматизаторов горения, в результате чего флегматизаторы в газовой фазе дополнительно усиливают огнетушащую эффективность средства. В качестве флегматизаторов может быть использован широкий круг веществ: полигалогенированные углеводороды, полигалогенированные амины, полигалогенированные кетоны, соединения металлов переменой валентности.
Эффективно использование в предлагаемом средстве низкокипящих жидких ингибиторов горения в микрокапсулированном виде. При этом микрокапсулы с ингибитором размером от 1 до 200 мкм могут быть распределены как по поверхности средства в виде покрытия, так и по всему объему средства. В силу достаточно высокой температуры работы средства, материал оболочек микрокапсул не имеет принципиального значения, им может быть любой известный полимер: полимочевина, полиуретан, желатин и др.
В качестве эластичного полимерного связующего может быть использован любой известный эластомер, предпочтительно это акриловые или виниловые смолы, или этиленвинилацетатный сополимер, или бутадиен-нитрильный, или силиконовый, или изопреновый каучук, или поливинилацетат, или полиуретан.
Реализация предложенного огнетушащего средства возможна следующим образом.
В стандартный смеситель последовательно загружается полимерное связующее, тонко измельченные флегматизатор горения, окислитель, горючее и катализатор, смесь перемешивается до однородности. Из полученной смеси формуются шнуры диаметром 3-30 мм методом экструзии при температуре от +20 до +150°C, которые далее выдерживаются при температуре от +20 до +80°C от 1 до 24 ч для окончательной полимеризации. На изделие наносится слой инициатора, готовые изделия покрываются защитным полимерным слоем методом намотки или напыления.
Средство может быть использовано для обеспечения пожарной безопасности практически в любом корпусном электрооборудовании путем его прокладки вблизи наиболее энергонагруженных и пожароопасных элементов. Для защиты кабельных каналов средство прокладывается вдоль силовых кабелей. Для защиты фальшполов и фальшпотолков средство прокладывается равномерно по их площади, преимущественно вблизи электропроводки. Средство может быть закреплено любым известным способом, как к корпусу защищаемого объекта, так и непосредственно к электротехническим элементам, проводам и кабелям.
Оптимальное количество предлагаемого средства зависит от объема и коэффициента герметичности защищаемого пространства и рассчитывается по известной формуле для аэрозольных огнетушителей:
M=K×E×V, где:
M - масса огнетушащего средства, в кГ,
K - коэффициент герметичности (К замкнутого объема равен 1),
3
E - пожаротушащая эффективность, в кГ/м,
3
V - объем защищаемого пространства, в м.
Работает предлагаемое средство следующим образом. При возникновении возгорания в защищаемом объекте в месте наибольшей температуры происходит инициация (запуск) предлагаемого средства. В результате низкотемпературного горения огнетушащего шнура происходит заполнение защищаемого объекта огнетушащими газами и аэрозолями, причем заполнение начинается непосредственно от места возгорания, что особенно эффективно для тушения длинных кабельных каналов, коллекторов и фальшполов. В результате выделения огнетушащих газов и аэрозолей происходит тушение очага возгорания.
Предлагаемое средство пожаротушения может успешно применяться для защиты от пожара объектов, расположенных в герметичных или условно-герметичных пространствах.
Благодаря своей монолитности и фактически полному отсутствию соединений в предлагаемом средстве, а также своей гибкости, высокой механической прочности и стойкости к влаге, оно может эффективно использоваться для защиты электрооборудования на автомобильном, железнодорожном и морском транспорте.
Применение системы не требует изменений конструкторской документации защищаемых объектов, специальной квалификации персонала, технического обслуживания и не наносит вреда окружающей среде.
Срок годности предложенного средства - десять и более лет.
2
Средство успешно прошло испытания на электротехнических распределительных щитах объемом от 50 до 1000 л, в кабельных каналах длиной до 100 м, в пространстве под фальшполом площадью до 200 м.