АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
AEROSOL-FORMING PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к средствам объемного тушения пожаров, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых объемах.
Уровень данной области техники характеризует аэрозолеобразующий пиротехнический состав по патенту RU 2153376, A62D 1/06, 1999 г., который включает нитрат калия в качестве окислителя, горючее связующее - идитол (фенолформальдегидную смолу) и газогенерирующее при горении - дициандиамид, которые содержатся в следующем соотношении (мас. %):
нитрат калия
67-73
идитол
9-13
дициандиамид
18-20
Особенностью этого состава является использование идитола в виде спиртового лака, полученного предварительной его обработкой этиловым спиртом в массовом соотношении 60:40% (1:0,7). В спиртовом растворе лака легко и равномерно распределяются при смешивании структурные компоненты состава.
Однако описанный пиротехнический состав имеет ограниченное применение из-за образования цианистых соединений при горении дициандиамида, токсичности продуктов горения, действие которых в закрытых непроветриваемых помещениях пагубно сказывается на здоровье людей, вынужденных без средств защиты вдыхать при тушении пожара формируемую газо-воздушную смесь.
Высокое содержание токсичных веществ в генерируемом тушащем аэрозоле образуется из-за неполного сгорания компонентов, соотношение которых не оптимизировано по кислородному балансу.
3
При отрицательном кислородном балансе в газоаэрозольных продуктах горения содержится много токсичных веществ: СО, NH, HCN.
Кроме того, горение этого состава происходит в пламенном режиме, что тормозит достижение пожаротушащей концентрации конденсированных ингибиторов горения в защищаемом помещении, снижая тем самым эффективность подавления очагов возгорания.
Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом аэрозолеобразующем составе, описанном в изобретении RU 2013151115 А, A62D 1/06, C06D 3/00, опубликованном 27.05.2015, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Известный аэрозолеобразующий пиротехнический состав для объемного тушения пожаров в замкнутом объеме включает нитрат калия, идитол и в качестве газообразователя гетерогенную смесь порошков йодида аммония и тиомочевины в соотношении 3:1, при следующем содержании компонентов (мас. %):
нитрат калия
65-71
идитол
18-20
йодид аммония
9-11
тиомочевина
2-4
Этот аэрозолеобразующий пиротехнический состав характеризуется функциональной безопасностью и повышенной эффективностью объемного тушения пожаров в закрытых помещениях.
Использование в качестве газообразователя гетерогенной смеси йодида аммония с тиомочевиной, которые при горении не образуют токсичных соединений в генерируемой тушащей смеси, повысило функциональность аэрозолеобразующего состава.
Эффективность действия известного состава по формированию пожаротушащей концентрации ингибиторов горения, сравнительно с вышеописанным аналогом, увеличилась в полтора-два раза.
Тиомочевина, содержащая в молекуле атом серы, повышает реакционноспособность состава, а йодид аммония выполняет функции пламя гасителя.
Однако из практики применения состава по прототипу выявилось, что необходимая для подавления пожара в закрытом защищаемом объеме концентрация ингибиторов горения формируется замедленно из-за его пламенного горения, в результате чего снижается выход в аэрозольное образование функциональной дисперсной фазы, ухудшая эффективность действия по назначению.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности пожаротушения путем оптимизации скорости беспламенного горения пиротехнического состава, без образования токсичных веществ в генерируемом аэрозоле, путем динамичного формирования огнетушащей концентрации ингибиторов горения в закрытом объеме защищаемого помещения.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный аэрозолеобразующий пиротехнический состав для тушения пожаров в закрытых объемах, включающий нитрат калия, идитол, йодид аммония и тиомочевину, согласно изобретению, дополнительно содержит уротропин, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрат калия
66-68
идитол
18-15
йодид аммония
9-11
тиомочевина
3-5
уротропин
2-3
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышенную эффективность пожаротушения за счет более динамичного достижения в защищаемом объеме необходимой концентрации ингибиторов горения для подавления очагов возгорания.
В предложенном составе соотношение компонентов термической основы, близкое к стехиометрическому, практически соответствует нулевому кислородному балансу, что обеспечивает полное окисление реагентов и газообразование по развитой поверхности горения зарядов, увеличивающие удельный выход генерируемой газоаэрозольной тушащей смеси.
Оптимизированное массовое соотношение йодида аммония и тиомочевины, идитола и уротропина было экспериментально отработано по результатам совместного действия смеси газообразователей и органических горючих, соответственно, на эффективность объемного пожаротушения.
Сохранив неизменным оптимальное соотношение в термической основе окислителя и органического горючего, в предложенном пиротехнического составе несколько снижен верхний предел диапазона содержания окислителя, а в качестве органического горючего дополнительно к идитолу, в рамках массового содержания, введен уротропин, который служит в качестве активатора горения аэрозолеобразующего состава.
С этой же целью повышения скорости горения состава увеличена массовая доля тиомочевины, содержащей много азота и атом серы, что позволяет повысить реакционную способность состава в целом.
2
2
Дополнительное введение в структуру пожаротушащего пиротехнического состава уротропина, оптимизированной массой 2-3%, в совокупности с тиомочевинной (активатором горения) обеспечило повышение скорости горения заряда до 3,8 мм/с, при сопутствующем дополнительном газообразовании экологически безвредных CO и паров HO, которые способствуют более быстрому выносу генерируемой дисперсной фазы функционального аэрозоля к очагу возгорания.
Техническим результатом этого является сокращение времени для достижения в защищаемом объеме огнетушащей концентрации активных ингибиторов горения, прерывающих цепные реакции окисления, и, следовательно, повышая эффективность подавления очагов возгорания.
Предложенный количественный состав модернизированного пиротехнического состава был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов зарядов, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для определения эффективности пожаротушения.
При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе нитрата калия меньше 66 мас. % происходит неполное сгорание компонентов из-за отрицательного кислородного баланса, что ухудшает экологичность генерируемых газоаэрозольных продуктов тушащей смеси, заполняющей закрытый объем помещения, где подавляется пожар.
При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе нитрата калия больше 68 мас. % эффективность пожаротушения снижается от поступления в защищаемый объем свободного кислорода, избыток которого содержится в генерируемой тушащей смеси.
При содержании в предложенном пиротехническом составе идитола больше 18 мас. % происходит неполное окисление углерода из-за отрицательного кислородного баланса с образованием угарного газа, оказывающего характерные негативные воздействия на организм человека.
При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе идитола меньше 15 мас. % снижаются скорость и температура горения термической основы, создавая недостаток теплотворной способности и газогенерирования для генерирования тушащей смеси.
При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе йодида аммония меньше 9 мас. % и тиомочевины меньше 3 мас. % ухудшается диспергирование продуктов горения, снижая эффективность объемного пожаротушения.
При содержании в аэрозолеобразующем пиротехническом составе йодида аммония больше 11 мас. % и тиомочевины больше 5 мас. % увеличиваются температура и скорость его горения, в результате чего снижается вынос конденсированных частиц - высокоактивных ингибиторов горения из-за их термического разложения. Эффективность пожаротушения при этом заметно снижается.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Приготовление предложенного аэрозолеобразующего состава производили по принятой в отрасли технологии смешивания компонентов в промышленном смесителе, в который последовательно загружают порошкообразные компоненты мерными долями (мас. %): 67±1 нитрат калия, 0±1 йодида аммония, 4±1 тиомочевины и 2,5±0,5 уротропина, которые перемешивают в течение 7-10 минут для их равномерного распределения в объеме.
Затем в смеситель добавляют 16,5±1,5 мас. % идитола (сухого), в виде предварительно приготовленного 30%-ного раствора в этиловом спирте, и перемешивают в течение 8-10 минут, получая вязкотекучую смесь, которую выгружают на поддоны слоем 1-2 см и подают на сушку до содержания летучих 0,5 мас. %.
Из полученной готовой композиции, пригодной для объемного дозирования, прессованием в форму получают функциональные пиротехнические шашки для снаряжения генераторов тушащего аэрозоля.
Для отработки и проверки достижения требуемых показателей назначения были приготовлены и испытаны пиротехнические составы с содержанием компонентов внутри оптимизированных диапазонов их содержания, на границах и за границами пределов этих диапазонов.
Характерные составы представлены в Таблице.
Испытания опытных образцов зарядов из предложенного состава выявили, что составы №№2-4 в оптимизированных диапазонах содержания компонентов гарантированно обеспечивают заданную скорость достижения тушащей концентрации ингибиторов горения в защищаемом объеме - закрытом непроветриваемом помещении, при стабильном подавлении очагов возгорания твердых и жидких горючих веществ.
Состав №1 при горении не обеспечивает полного окисления углерода, в тушащей смеси из-за неполного сгорания содержится угарный газ в количестве, ограничивающем его применение в закрытых непроветриваемых помещениях, то есть по назначению.
Состав №5 характеризуется ухудшением диспергирования продуктов горения в генерируемое газоаэрозольное образование из-за низких температуры и скорости горения, определяющего замедленное достижение заданной концентрации в защищаемом закрытом объеме, следовательно, падение значений эффективности пожаротушения.
Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия аэрозолеобразующего огнетушащего состава не являются очевидными для специалиста по пиротехнике, которые прямо следуют из постановки технической задачи.
Изготовление пиротехнического состава из совокупности компонентов в предложенном массовом соотношении возможно осуществлять на действующем производстве по отработанной технологии.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Положительные результаты испытаний на эффективность объемного пожаротушения предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава позволяют рекомендовать его для серийного производства и поставок функциональных шашек и огнетушащих генераторов заказчикам.