АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
AEROSOLE-FORMING PYROTECHNICAL COMPOSITION FOR FIRE EXTINGUISHING

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно к химическим средствам тушения пожаров, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых объемах (приборных отсеках, электрошкафах, складских и производственных помещениях, в железнодорожных вагонах и подвижных составах, на плавсредствах и т.п.).
На практике объемного пожаротушения получил распространение штатный аэрозолеобразующий пиротехнический состав, описанный в патенте RU 2153376 C1, A62D 1/06, 2000 г., включающий окислитель - нитрат калия (ГОСТ 19790-73), газообразующий дициандиамид технический по ГОСТ 6988-73 и фенолформальдегидную смолу марки СФ-011А-60 (идитол, ГОСТ 18684-80) в качестве органического горючего связующего, которые содержатся в следующем соотношении (мас.%):
нитрат калия
67-70
дициандиамид
18-20
идитол
9-12
3
Этот аэрозолеобразующий при горении состав для объемного тушения пожаров, который характеризует уровень данной области техники, имеет скорость горения 1,3 мм/с с температурой 1130°C и обеспечивает гасящую концентрацию генерируемого аэрозоля 86 г/м, что определяет его целевую пригодность для снаряжения пиротехническим зарядом генераторов автоматического тушения пожаров по сигналу от датчиков превышения заданной температуры или задымленности в охраняемом объеме.
3
Недостатком описанного состава является невысокая эффективность пожаротушения при неполном сгорании компонентов из-за несбалансированности их массового соотношения, что ограничивает применение состава в закрытых непроветриваемых помещениях, по причине токсичности генерируемых газо-аэрозольных продуктов, содержащих HCN, NH и СО, с высокой температурой, для снижения которой необходимы дополнительные конструкторско-технологические усовершенствования генераторов продуктивными охладителями, что повышает потребительскую стоимость работ по противопожарной охране.
2
Кроме того, генерируемый при горении описанного состава функциональный аэрозоль имеет ярко выраженные щелочные свойства, при содержании продуктов разложения несгоревшего нитрата калия - KO и КОН, что ограничивает области применения, особенно в электротехнике из-за активного коррозионного действия на контакты.
По технической сущности и числу совпадающих признаков более близким аналогом предложенному составу выбран аэрозолеобразующий пиротехнический состав для тушения пожаров по патенту RU 2480259 C1, A62D 1/06, С06В 29/04, 2013 г., включающий бинарный окислитель: хлорат калия и йодат калия (поставщик основного ингибирующего компонента дисперсной фазы аэрозоля - KJ), газообразующие дициандиамид (ДЦДА) и/или уротропин и в качестве органического связующего идитол, которые содержатся в следующем соотношении (мас.%):
хлорат калия
5-15
йодат калия
60-70
идитол
10-12
ДЦДА/уротропин
10-18
Кислородосодержащий окислитель йодат калия, который используется в пищевой промышленности и в производстве лекарственных препаратов, при термическом взаимодействии с идитолом образует активные огнетушащие вещества, которые не обладают агрессивными щелочными свойствами, не вредны и не токсичны.
Для обеспечения технологичности приготовления сыпучей смеси компонентов, предотвращая комкование с образованием монолита йодата калия, в композицию введен дополнительный окислитель - хлорат калия, который выполняет функции рыхлителя и обеспечивает равномерное распределение компонентов в составе при смешивании. Эта технологическая добавка функционально служит активатором окисления, повышая скорость горения состава и генерирования огнегасительного аэрозоля, способствуя при этом более активному диспергированию образующихся шлаков и выносу их из генератора рабочим телом аэрозоля, поставляемым газообразователями.
Минимальное содержание в составе газообразователей, при альтернативном импортозамещении ДЦДА уротропином, достаточно для формирования рабочего тела газо-аэрозольной тушащей смеси, надежно транспортирующего ингибиторы горения к очагу возгорания.
Особенностью известного состава является выполнение его гранулированным для стабилизации химико-физических свойств, при двухступенчатой сушке, включающей продолжительное низкотемпературное провяливание, что усложняет технологический процесс.
Основным недостатком известного аэрозолеобразующего состава является его нетехнологичность в приготовлении и при переработке в заряды из-за наличия в структуре хлората калия - вторичного взрывчатого вещества, что ограничивает практическое применение.
Кроме того, известный состав не получил широкого применения в качестве огнетушащего для использования в закрытых помещениях, потому что газообразующие вещества - дициандиамид и уротропин при горении разлагаются с образованием цианистых соединений и расплавленных шлаков соответственно.
При этом дициандиамид является импортным продуктом, что ограничивает доступность и применение.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности подавления очагов возгорания в ограниченных объемах посредством экологически безопасного аэрозоля, ингибирующего горение в меньших тушащих концентрациях.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный аэрозолеобразующий пиротехнический состав для тушения пожаров, включающий йодсодержащий антипирен, кислородсодержащий окислитель, идитол и газообразователь, согласно изобретению, содержит йодид аммония или йодид калия, в качестве кислородслдержащего окислителя нитрат калия и газообразующий сорбит, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
нитрат калия
55-60
йодид аммония/калия
5-7
сорбит
34-36
идитол
1-2,
причем идитол вводится в смесь в форме 25%-ного раствора в этиловом спирте.
Отличительные признаки предложенного технического решения за счет снижения тушащей концентрации генерируемого аэрозоля, не содержащего токсичных и вредных компонентов, повысили эффективность подавления очагов возгорания в закрытых помещениях, а от снижения на треть температуры горения заряда - технически и конструктивно при этом упростилось охлаждение тушащего аэрозоля внутри генератора.
Использование в предложенном огнетушащем пиротехническом составе в качестве сильного окислителя нитрата калия позволяет ввести функциональный компонент - готовый антипирен - йодид аммония или йодид калия, легко возгоняемые при горении заряда.
2
2
Сорбит является активным газообразователем ингибиторов горения - CO и HO и органическим горючим, генерируя гексан, являющийся биотопливом, при этом сорбит, в сочетании с заметно меньшим количеством идитола, обеспечивает составу технологичность: лучшее перемешивание компонентов и технологичность прессования в заряды.
При введении в аэрозолеобразующий пиротехнический состав по изобретению нитрата калия больше 60 мас.% снижается эффективность огнегашения в очаге возгорания из-за поступления в защищаемый объем свободного кислорода, избыток которого содержится в тушащей смеси, которая проявляет щелочные свойства.
При введении в аэрозолеобразующий пиротехнический состав нитрата калия меньше 55 мас.% снижается скорость горения и выход тушащего аэрозоля, происходит неполное сгорание компонентов из-за отрицательного баланса термической основы, что ухудшает экологичность генерируемых газоаэрозольных продуктов тушащей смеси.
При введении в аэрозолеобразующий пиротехнический состав йодида калия или равноценного по действию йодида аммония больше 7 мас.% снижается вынос конденсированных частиц - эффективных ингибиторов горения из-за термического разложения от повышения температуры и скорости горения заряда, в результате чего падает функциональность действия по назначению.
При введении в аэрозолеобразующий пиротехнический состав йодида калия или йодида аммония меньше 5 мас.% образуется недостаток в функциональном аэрозоле ингибиторов горения, ухудшается диспергирование продуктов горения, снижая эффективность объемного пожаротушения по причине увеличения ее тушащей концентрации.
При содержании в огнегасящем пиротехническом составе сорбита меньше 34 мас.% заметно снижается объем рабочего тела для выноса ингибиторов горения в газоаэрозольную смесь, при этом ухудшается сыпучесть композиции, затрудняя объемное дозирование состава.
При содержании в огнегасящем пиротехническом составе сорбита больше 36 мас.% растет температура горения заряда, что требует дополнительных средств для охлаждения аэрозоля внутри генератора.
При снижении содержания в составе идитола меньше 1 мас.% не достигается необходимая технологичность состава, а содержание идитола больше 2 мас.% является балластом.
Использование идитола в виде 25%-ного раствора в этиловом спирте определено экспериментально для качественного и полного смачивания порошковых компонентов при смешивании, обеспечивая прочное их сцепление в заряде, при этом заметно не увеличивается продолжительность сушки готовой композиции.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в полезной модели техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия осветительного пиротехнического состава, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по пиротехнике.
Изготовление огнегасительного состава по изобретению возможно на действующем пиротехническом производстве серийно.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
6
5
14
Приготавливают состав по изобретению смешиванием компонентов в промышленном смесителе по принятой в пиротехнике технологии, для чего вводят мерными дозами (мас.%) сухие компоненты: 57,5±2,5 нитрата калия, 35±1 сорбита химической формулы СОН, 6±1 йодида аммония или йодида калия, которые перемешивают 7-10 минут для равномерного распределения.
Затем в смеситель вводят 1,2-2,5 мас.% 25%-ного спиртового раствора смолы СФ-0112А-25 (1,5±0,5 мас.% идитола) и перемешивают 10-15 минут для равномерного ее распределения в объеме смеси компонентов.
После чего приготовленную пластифицированную смесь выгружают на лотки слоем 1-2 см и провяливают потоком воздуха со скоростью 1 м/с при температуре 25-40°C, до содержания летучих и влаги не выше 0,6 мас.%.
Высушенный продукт отправляют на прессование зарядов или затаривают в герметично укупоренные полимерные мешки для складирования.
Количественное соотношение компонентов предложенного огнегасительного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов по назначению, которые показали достижение улучшенных характеристик по максимальной эффективности аэрозольного тушения очагов возгорания в закрытых объемах генерируемым аэрозолем при горении состава, компоненты которого содержатся в пределах оптимизированных диапазонов.
В таблице приведены характерные рецепты составов испытанных зарядов, в которых компоненты находятся в пределах заявленных диапазонов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов содержания.
Как показали испытания, образцы зарядов из составов 2-4 полностью подтвердили достижение требуемых показателей назначения и повышения эффективности тушения пожаров в закрытых помещениях.
При горении заряда из состава 1 происходит неполное сгорание окислителя, в результате чего отмечены щелочные свойства генерируемого аэрозоля, тушащая концентрация которого заметно увеличилась, причем заряд крошится.
Горение заряда из состава 5 характеризуется повышенной температурой при снижении скорости горения, сопровождающейся образованием шлаков, фильтрующих функциональный аэрозоль, эффективность подавления очагов возгорания резко падает.
3
Состав по изобретению, сравнительно со штатным огнетушащим составом, характеризуется отсутствием в генерируемом аэрозоле токсичных и вредных для человеческого организма веществ, повышенной эффективностью пожаротушения за счет снижения на 37% тушащей концентрации генерируемого аэрозоля (52 и 86 г/м соответственно), при этом температура его горения уменьшена на 330-370°C, что расширяет технологические возможности по применению для объемного тушения пожаров в закрытых помещениях.