Аэрозольобразующая композиция для объемного тушения пожаров

 

Изобретение относится к технике для объемного аэрозольного тушения пожаров в закрытых объемах и непроветриваемых помещениях, а более конкретно, к пиротехническим композициям, при сгорании которых образуется газоаэрозольная смесь ингибиторов горения. Аэрозольобразующая композиция представляет собой пиротехническую шашку, содержащую нитрат калия, фенолформальдегидную смолу и дициандиамид и покрытую газопроницаемой оболочкой из порошкового материала антипирена. Массы пиротехнической шашки и антипирена взяты в отношении как 1 : (0,9 - 0,12), а композиция содержит составляющие, мас.%: селитра калиевая техническая 60 - 67, смола фенолформальдегидная термопластичная новолачного типа СФ-О112А 9 - 11, дициандиамид 16 - 18, антипирен 8 - 11. Газопроницаемая оболочка из порошкового материала антипирена выполнена в виде гранул или таблеток, содержащих, мас.%: доломит 93 - 95, карбамид 4 - 5, аэросил 1 - 2. Изобретение обеспечивает повышение эффективности пожаротушения, функциональной надежности действия при экологической безопасности в производстве и эксплуатации. 1 з. п. ф-лы.

Изобретенье относится к технике для объемного аэрозольного тушения пожаров в закрытых объемах и непроветриваемых помещениях, а более конкретно, к пиротехническим композициям, при сгорании которых образуется газоаэрозольная смесь ингибиторов горения.

Уровень техники характеризуют трехкомпонентные пиротехнические порошковые составы, содержащие нитрат калия (окислитель), фенолформальдегидную смолу (горючее связующее) и аэрозольобразующий дициандиамид, описанные в изобретениях по патентам РФ N 2046614, A 62 C 37/00, 1995 г. и N 2101054, A 62 C 3/00, 1998 г., которые используются при объемном тушении пожаров в закрытых помещениях легковоспламеняющихся жидкостей, горючих материалов, приборов, оборудования и энергетических установок.

Недостатком этих композиций является неполнота сгорания, при которой расплавленные частицы выбрасываются в генерируемый газоаэрозольный поток, что повышает его температуру и снижает эффективность тушения пожаров, не обеспечивая защиты легковоспламенимых охраняемых материалов, так как они могут быть причиной вторичных возгораний.

Более совершенна порошковая композиция по патенту РФ 2096055, A 62 C 13/22, 1997 г., включающая нитрат калия, фенолформальдегидную смолу и дипиандиамид в соотношении, близком к стехиометрическому, и дополнительно содержащая огнегасительные компоненты (антипирены): бикарбонат калия, натрия или оксалат аммония в количестве 3 - 7 мас.%. Продукты термического разложения антипиренов увеличивают дисперсную фазу тушащей газоаэрозольной смеси, при этом температура ее продуктов в 3,0 - 3,5 раза меньше, чем у продуктов сгорания, выбрасываемых в защищаемый объем, по известным композициям.

Огнетушащая концентрация снижается на 10 - 15%, дымообразованне происходит без искрений и пламени.

Однако, недостатком указанной композиции является ограниченная область использования из-за превышения предельно допустимой концентрации ингибиторов горения, содержащихся в генерируемой газоаэрозольной смеси, в частности, аммиака, в закрытом объеме помещения, вредных для жизнедеятельности человека.

Кроме того, композиция нетехнологична для переработки прямым прессованием шашки пиротехнического заряда к аэрозольному генератору, механическая прочность которой неудовлетворительна из-за относительно невысокого содержания полимерного связующего в составе.

Распределение в объеме пиротехнической композиции шашки дополнительного материала антипирена снижает функциональную надежность от нестабильного ее горения.

Этот недостаток устраняется при размещении антипирена по поверхности пиротехнической шашки на пути движения тушащей смеси для более эффективного снижения температуры в изобретении по патенту РФ N 2072135, A 62 C 3/00, 1997 г., выбранном в качестве ближайшего аналога, где антипирен представлен в виде газопроницаемой оболочки из гранул или таблеток спрессованного порошка бикарбоната натрия, внутри которой расположена пиротехническая шашка, генерирующая при сгорании газоаэрозольную тушащую смесь. Пиротехническая шашка содержит нитрат калия, фенолформальдегидную смолу и дициандиамид в соотношении, близком к стехиометрическому.

Недостатком прототипа является неудовлетворительная функциональная надежность из-за того, что массы пиротехнической шашки и оболочки антипирена не оптимизированы в соотношении, что в одном случае не обеспечивает достаточного охлаждения продуктов горения пиротехнической композиции шашки, а в другом, противном соотношении оболочка антипирена представляет собой большое гидравлическое сопротивление для генерируемого аэрозоля, замедляющее его доставку в защищаемый объем.

Кроме того, спрессованные гранулы или таблетки антипирена из порошка бикарбоната натрия имеют низкую механическую прочность и при транспортировании, монтаже, переносках перетираются, осыпаются и растрескиваются, что резко меняет газодинамику потоков аэрозоля в эксплуатации. Балластный дополнительный связывающий материал в таблетках или гранулах антипирена повышает механическую прочность, но сжимает эффективность основного действия и массовое соотношение пиротехнического состава шашки с оболочкой антипирена.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности и эффективности основного действия аэрозольобразующей композиции оптимизированного состава и соотношения структурных компонентов.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известной аэрозольобразующей композиции для объемного тушения пожаров, представляющей собой пиротехническую шашку, содержащую нитрат калия, фенолформальдегидную смолу и дициандиамид в соотношении, близком к стехиометрическому, и покрытую газопроницаемой оболочкой из порошкового материала антипирена, согласно предложению авторов, массы пиротехнической шашки и антипирена взяты в отношении как 1 : (0,09 - 0,12), а композиция содержит составляющие (мас.%): селитра калиевая техническая - 60...67 смола фенолформальдегидная термопластичная новолачного типа СФ-0112A - 9...11 дициандиамид - 16...18 антипирен - 8...11 причем газопроницаемая оболочка из порошкового материала антипирена выполнена в виде гранул/таблеток, содержащих, мас.%: доломит - 93...95 карбамид - 4...5 аэросил - 1...2 Отличительные признаки обеспечили стабильное горение пиротехнического состава и эффективное охлаждение газоаэрозольных продуктов его сгорания.

Соотношение масс шашки и антипирена как 1 : 0,09 определяет минимальное количество огнегасящего вещества оболочки, необходимое для снижения температуры газоаэрозольного потока до заданного уровня, ниже температуры воспламенения органических материалов.

Верхний предел соотношения указанных масс как 1 : 0,12 определен величиной гидравлического сопротивления оболочки, не препятствующей свободной проницаемости тушащей газоаэрозольной смеси.

Распределение гранул/таблеток антипирена по поверхности шашки увеличивает площадь контакта уже сформированного стабильного газоаэрозольного потока и обеспечивает при этом эффективное охлаждение, не оказывая заметного гидравлического сопротивления, искажающего динамику процесса транспортировки тушащей смеси к очагу пожара, что повышает функциональную надежность раздельного последовательного действия структурных составляющих аэрозольобразующей композиции.

Раздельное изготовление пиротехнической шашки и гранулированной оболочки ее охлаждающего покрытия, обеспечивает требования по механической прочности, технологичности в переработке прессованием, а также стабильности горения и газопроницаемости соответственно.

Выбранный состав оболочки из таблеток/гранул, содержащий порошковый материал антипирена, является предпочтительным из числа известных, так как не повышает концентрации вредных веществ в огнетушащей смеси, причем при неизбежном массопереносе части материала оболочки тушащим газоаэрозольным потоком в виде нейтральных продуктов эндотермического разложения антипиренов в защищаемый объем подаются дополнительные ингибиторы горения, что увеличивает тушащую способность предложенной композиции.

Каждый из существенных признаков сам по себе известен, но их новая совокупность и качественный состав создают новый эффект, который неприсущ им в разобщенности, то есть позволяет решить поставленную в изобретении задачу по повышению эффективности пожаротушения, стабильности горения пиротехнической шашки, упрощению технологии изготовления аэрозольобразующего заряда, при этом повысить экологическую безопасность производства и применения.

Гранулы оболочки из порошкового материала антипирена диаметром 8 мм изготавливаются прямым прессованием без применения дополнительного связующего. Его основу составляет огнеупорный доломит (карбонат кальция и магния) с добавкой аэрозольобразующего карбамида и аморфного адсорбента - аэросила. В результате термораспада антипиренов образуются негорючие соединения (CO₂ , N₂, NH₃, H₂O - пары), которые увеличивают выход в аэрозоль высокодисперсной фазы частиц и инертных газов, что обеспечивает повышение пожаротушащей эффективности состава, так как препятствуют разложению защищаемых материалов с выделением горючих газов и предотвращают их воспламенение.

Состав используемого антипирена не включает балластных компонентов, каждый из которых при эндотермическом разложении увеличивает объем ингибиторов горения в генерируемой при сгорании пиротехнической шашки газоаэрозольной смеси до переносимого токсического уровня аэрозоля для человека при пожаротушащих концентрациях. Пористая структура оболочки гранулированного антипирена обеспечивает снижение температуры в огнетушащем потоке на 250 - 300^oC.

Пиротехнический состав готовится из порошкообразных компонентов селитры калиевой технической, KNO₃ по ГОСТ 19790-74, смолы фенолформальдегидной термопластичной новолачной марки СФ-0112А, ГОСТ 18694-80 и дициандиамида технического, ГОСТ 6988-73 - газоаэрозольобразователя.

В смоле СФ-0112А масса свободного фенола не превышает 0,1% (против 17,0% у остальных марок), что повышает технологичность переработки, так как фенол действует на нервную систему людей, вызывает острые и хронические отравления. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочего помещения устанавливается не более 0,5 мг/м³, что возможно соблюсти при переработке смолы СФ-0112А. При этом температура каплепадения этого компонента 120 - 150^oC повышает термостойкость состава в целом.

Использование селитры калиевой технической более предпочтительно, например, чем калия азотнокислого, KNO₃ по ГОСТ 4217-77 потому, что она меньше содержит в своем составе влаги (мас.%): 0,08 против 0,2, что обеспечивает стабильность горения пиротехнического состава, так как снижается флегматизирующее действие воды.

Предварительно готовят лаковый раствор фенолформальдегидной смолы в спирто-ацетоновой смеси.

В смесителе в течение 10 мин производят перемешивание порошкообразных селитры калиевой с дициандиамидом, а затем добавляют раствор фенолформальдегидной смолы в спирто-ацетоновой смеси в три приема равными порциями. Перемешивание продолжают 5 мин после добавления каждой порции при температуре 40^oC.

Перемешанный состав выгружают на сетку гранулятора, обдуваемую принудительно горячим воздухом с температурой 40^oC для удаления из состава спирто-ацетоновой смеси, осуществляя так называемое провяливание в течение 2-х часов.

Провяленные гранулы раскладывают на сетчатые лотки слоем 2 - 3 см и выдерживают в течение 4-х часов при температуре 40^oC для полного высушивания - содержания влаги и летучих не более 1%.

Гранулированный и высушенный готовый состав прессуют в шашку пиротехнического заряда для размещения в огнетушителях, внутри оболочки антипирена.

Предложенный качественный и количественный состав аэрозольобразующей композиции обеспечивает более высокую скорость и стабильность горения при полном сгорании компонентов пиротехнической шашки, более высокий выход в аэрозоль высокодисперсной фазы частиц и инертных газов - ингибиторов горения, что повышает функциональную надежность действия и эффективность пожаротушения при экологической безопасности. В абляционной оболочке газопроницаемого антипирена обеспечивается активное снижение температуры газоаэрозольного потока и разбавление его дополнительными инертными газами.

Предложенная композиция является не известной по доступным источникам информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста пожарной охраны, и может быть промышленно изготовлена серийно на обычном заводском оборудовании, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Формула изобретения

1. Аэрозольобразующая композиция для объемного тушения пожаров, представляющая собой пиротехническую шашку, содержащую нитрат калия, фенолформальдегидную смолу и дициандиамид в соотношении, близком к стехиометрическому, и покрытую газопроницаемой оболочкой из порошкового материала антипирена, отличающаяся тем, что массы пиротехнической шашки и антипирена взяты в отношении как 1 : (0,05 - 0,12), а композиция содержит составляющие, мас.%:
Селитра калиевая техническая - 60 - 67
Смола фенолформальдегидная термопластичная новолачного типа СФ-0112А - 9 - 11
Дициандиамид - 16 - 18
Антипирен - 8 - 11
2. Аэрозольобразующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что газопроницаемая оболочка из порошкового материала антипирена выполнена в виде гранул или таблеток, содержащих, мас.%:
Доломит - 93 - 95
Карбамид - 4 - 5
Аэросил - 1 - 2и