Экологически чистые малопламенные и беспламенные аэрозольгенерирующие составы для тушения пожаров

 

Изобретение относится к объемному аэрозольному пожаротушению, в частности к твердотопливным аэрозольобразующим составам. Состав содержит мелкодисперсный охладитель, выбранный из ряда: гидроокись алюминия, и/или активированная окись алюминия, и/или активированный алюмосиликат, и/или их смесь и/или их смесь с глиной или другими неорганическими связующими. Соотношение компонентов, мас. %: горючее-связующее 1,5-18,0, дополнительное горючее 3,0-25,0, охладитель 1,5-60,0, добавки 0,5-10,0, окислитель остальное. Дополнительное горючее выбрано из ряда: гуанидин, мочевина, дициандиамид, мелон, мелем, меламин, уротропин, азобисформамид, семикарбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол, их производные или их соли. Окислитель: нитраты или перхлораты металлов или аммония, или их смеси. Горючее-связующее: полимеры, смолы, каучуки и/или их смеси. Добавки: металлы - алюминий и/или магний в виде отдельных компонентов, или их смесей, или их сплавов. В состав охладителя введено от 0,05 до 5,00 мас.% катализатора окислительно-восстановительных процессов. Результатом изобретения является уменьшение и исключение пламенного горения, экологическая чистота состава и продуктов его сгорания, исключение токсичности газовой смеси, возможность регулирования ее температуры. 9 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области объемного аэрозольного пожаротушения, в частности к твердотопливным составам (композициям), генерирующим (образующим) пожаротушащий аэрозоль, т.е. к аэрозольобразующим огнетушащим составам (АОС). В отличие от большого числа аэрозольгенерирующих (аэрозольобразующих) составов предлагаемые авторами твердотопливные составы (и их варианты) являются экологически чистыми, малопламенными или беспламенными, при этом генерируемый ими пожаротушащий аэрозоль является продуктом высокотемпературного синтеза - продуктом, получаемым при горении этих составов. Предлагаемые твердотопливные аэрозольгенерирующие (аэрозольобразующие) огнетушащие составы (и их варианты) рекомендуются для использования в генераторах огнетушащего аэрозоля (ГОА) или в генераторах огнетушащей порошково-газоаэрозольной смеси.

Предлагаемые составы позволяют не только получить охлажденный нетоксичный огнетушащий (пожаротушащий) аэрозоль или охлажденную нетоксичную огнетушащую (пожаротушащую) порошково-газоаэрозольную смесь, но и реально гарантируют жизнедеятельность человека и окружающей природной среды в защищаемом от пожара объеме. Предлагаемые составы относятся к новой группе составов аэрозольного пожаротушения - составы малопламенного или беспламенного горения. При горении таких составов уменьшается или отсутствует пламя, обусловленное догоранием на воздухе продуктов неполного окисления исходных компонентов составов.

Проблема снижения температуры исходящего (истекающего) из генератора пожаротушащего (огнетушащего) аэрозоля (или пожаротушащей, огнетушащей, порошково-газоаэрозольной смеси) и уменьшения/исключения вторичного пламени при применении аэрозольгенерирующих (аэрозоль образующих) составов (композиций, топлив) очень сложна и во многом противоречива, к примеру, из-за существенной потери аэрозольобразующим составом пожаротушащей эффективности, необходимости одновременного решения проблемы стабильности характеристик такого состава (композиции, топлива) при хранении и по своду заряда из него, существенной потере зарядом из такого состава физико-механических характеристик, а также из-за резкого ухудшения весогабаритных характеристик генераторов охлажденного пожаротушащего аэрозоля. Проблема усугубляется еще и тем, что в качестве горючего распространено применение чистого углерода, который сам по себе плохо сгорает в продуктах термораспада, особенно на основе нитратов металлов. При применении таких составов существенно ухудшается токсичность продуктов горения и экология атмосферы защищаемого от пожара помещения, объема, при одновременной потери части пожаротушащего аэрозоля (снижение пожаротушащей эффективности составов).

В качестве охладителей пожаротушащего аэрозоля (и горячих газов) в настоящее время широко применяют природные кристаллические минералы, неорганические связующие, пожаротушащие порошки, различные кристаллогидраты солей, окислы металлов или композиции на их основе, зачастую с применением различных алюмосиликатов.

Известно применение различных неорганических соединений, снижающих температуру продуктов горения и уменьшающих/исключающих образование пламени при работе аэрозольных генераторов, в качестве компонентов аэрозольгенерирующих составов (композиций, топлив) - аэрозольгенерирующий состав типа САБО в генераторах "ОСА" - "Автономные системы аэрозольного пожаротушения на твердом топливе" В.Н. Аликин и др. Пермь, 1998 г.; Патент РФ 2107524. Однако известно и применение окиси алюминия в составе пиротехнической композиции GB 1447460 для охлаждения продуктов ее горения.

Нами показано, что экспериментально использование известных, указанных выше, технических решений не позволяет качественно решить проблему в целом, так как при реальных скоростях истечения из генератора продуктов горения, а следовательно, и при реальных скоростях их прохождения через охладитель, даже при наличии в составе охладителя дополнительного кислородсодержащего окислителя, не удается заметно снизить содержание CO и особенно NO и NO₂ в атмосфере защищаемого от пожара помещения и уменьшить/исключить пламя, сохраняя приемлемую тушащую эффективность.

При проверке предложенных выше патентованных технических решений, в частности - введение доокислителя в состав охладителя при использовании в качестве доокислителя гранулированных алюмосиликатов, нами замечено, что существенно лучшие результаты получены лишь при использовании аэрозольобразующих составов (АОС) по патенту RU 2095104, WO 97/33653. Отмечено также, что при использовании этих АОС ввод доокислителя в состав охладителя необязателен.

Полученные результаты еще раз убедили нас во мнении, что именно химический состав АОС - аэрозольгенерирующего (аэрозольобразующего) топлива(композиции, состава) - имеет определяющее значение для решения проблемы снижения содержания токсичных продуктов в защищаемом от пожара помещении и уменьшения/исключения пламенного горения как собственно изделия (заряда) из аэрозольгенерирующего состава, так и вторичного пламени дожигания при работе генератора на основе такого аэрозольгенерирующего топлива (композиции, состава).

Таким образом, известные по патентам технические решения не позволяют достичь основной цели - уменьшения токсичности смеси горячих газов и/или газоаэрозольной смеси, образующейся в защищаемом объеме, например после запуска аэрозальных генераторов, и уменьшения/исключения вторичного пламени дожигания при сохранении приемлемой огнетушащей (пожаротушащей) эффективности.

Основные нижеприведенные экспериментальные исследования по разработке экологически чистых малопламенных и беспламенных составов (композиций, топлив) мы провели применительно к аэрозольной пожаротушащей (огнетушащей) смеси газов, проверив полученные выводы при проведении работ с генераторами смеси газов, которые широко используются, например, в ПАД-ах или системах наддува защитных мешков в системах безопасности автомобиля.

Основными техническими результатами, достигнутыми при реализации предложенных согласно данной заявке на изобретение составов, являются: - уменьшение (вплоть до исключения) пламенного горения собственно составов и вторичного пламени дожигания продуктов их горения при истечении последних из генераторов, двигателей или систем с их применением; - исключение токсичности генерируемой газовой смеси или пожаротушащей газоаэрозольной смеси в защищаемом от пожара помещении; - возможность регулирования температуры вытекающей (истекающей) из генератора газовой смеси, газоаэрозольной смеси и, как следствие, полное исключение зоны пламенного догорания и искр из генератора; - сохранение в объеме выпуска или защищаемом объеме пожаротушащей эффективности, приближающейся к пожаротушащей эффективности примененного АОС - аэрозольгенерирующего топлива (композиции, состава).

Указанные технические результаты достигаются введением в составы (композиции, топлива) от 1,5 до 130,0 мас.% гидроокиси алюминия и/или мелкодисперсной активированной окиси алюминия, и/или мелкодисперсных активированных алюмосиликатов, и/или их смесей в таких же количествах. Нами проверен широкий диапазон содержания такого химического охладителя (от 0,5 до 200,0 мас.% - при введении в состав и сверх 100%), однако по техническим параметрам и пожаротушащей эффективности, технологическим соображениям и эксплуатационным параметрам зарядов и генераторов оптимальным выбран указанный выше диапазон. При этом отмечено, что при содержании охладителя в диапазоне от 1,5 до 65,0 мас.% составы становятся малопламенными, а в диапазоне от 15,0 до 130,0 мас. % - беспламенными, выделяющими в защищаемый объем и малотоксичные газы.

Эффект от применения таких составов усиливается при замене традиционно применяемого блока резкого охлаждения введением в объем генератора по меньшей мере одного специально сформированного комбинированного блока "окисления-восстановления-охлаждения" перед выпуском газовой смеси в защищаемый объем (помещение). Специально сформированный комбинированный блок для "окисления-восстановления-охлаждения" газовой высокотемпературной смеси продуктов горения, получаемых при сгорании любого топлива или аэрозольгенерирующего состава, позволяет получить (придать) новые свойства газовой смеси за счет одновременного окисления-восстановления продуктов неполного сгорания топлив с их охлаждением. Характерно, что весогабаритные характеристики блока "окислитель-восстановитель-охладитель" при применении предложенных составов резко уменьшаются и в основном блок применяется как гаситель "искр" и "ловушка" раскаленных частиц.

Нижеприведенными результатами показано, что доокисление-восстановление и охлаждение продуктов горения топлив и аэрозольгенерирующих составов (композиций, топлив) происходит одновременно (единовременно, совместно) с горением составов, содержащих охладитель на основе гидроокиси алюминия и/или активированной гранулированной окиси алюминия, или для ряда составов - содержащих охладитель на основе гранулированных цеолитов и/или их смесей.

В качестве метода испытаний мы использовали различные известные лабораторные методы исследования состава газовой среды и оценки пожаротушащей эффективности, визуально оценивая и внешний вид остатков заряда после завершения его горения (см. таблицу 1, где составы даны под номерами, причем нумерация составов, образцов, сохранена и в других опытах и результатах испытаний генераторов, приведенных в таблицах 2 и 3). При этом в рецептурах составов НИТРАТ КАЛИЯ (NO₃) является окислителем; ИДИТОЛ выполняет роль горючего-связующего (проверены различные полимеры, смолы, каучуки как с совмещающимися с ними пластификаторами, так и без них); ДИЦИАНДИАМИД (ДЦДА) выполняет роль дополнительного горючего; а ОКИСЛЫ ЖЕЛЕЗА и МЕДИ - добавки, а в конкретных рецептурах - катализаторы горения. Там же в качестве примера приведены и некоторые из проведенных экспериментов с использованием в составах нитрата натрия, уретанового каучука, поливинилбутираля.

В качестве окислителя проверены также хлораты, перхлораты и нитраты металлов и их смеси. В качестве охладителя в создаваемых нами рецептурах проверены гидроокиси металлов (например, гидроокись алюминия), активированная и обычная окись алюминия, силикагели, керамзиты, различные алюмосиликаты (в том числе и цеолиты) и глины. В качестве дополнительного горючего проверены различные малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения, органические и неорганические азиды или их смеси. В качестве малоуглеродных полиазотных соединений проверяли мочевину, гуанидин, дициандиамид, мелем, мелон, уротропин, семикарбозид, дитетразол и его производные и соли.

Оптимальные составы проверялись в экспериментах на промышленных генераторах огнетушащего аэрозоля (ГОА) серии "Пурга". В таблице 2 приведены лишь некоторые из результатов, полученных при огневых стендовых испытаниях штатного аэрозольного генератора "Пурга-К02. ЖТ" (вес заряда АОС 200 г), при использовании в нем зарядов из различных аэрозольгенерирующих(-образующих) топлив (композиций, составов), названных нами - аэрозольобразующие составы (топлива) типа СБК-6, СБК-7. Заряды топлив СБК изготовлены по соответствующим техническим условиям. В таблице 3 приведены результаты огневых стендовых испытаний безоболочного заряда из состава АОС образца 4.

Испытания проводились в боксе объемом 2,1 куб.метра. Газовый состав газоаэрозольной пожаротушащей смеси оценивался непосредственным замером в боксе через 1 минуту после окончания работы генератора и 30 секунд усреднения газоаэрозольной смеси в боксе вентилятором.

В качестве модельных очагов пожара (МОП) использовали три очага, размещаемые на разной высоте и на полу бокса. Площадь поверхности горения каждого очага составляла 10 кв.см. Очаги перед каждым испытанием заполнялись свежим раствором бензина и дизельного топлива, взятых в весовом соотношении 60/40.

Генератор собирался из штатного корпуса генератора "Пурга-К02.ЖТ" с соответствующими выходными отверстиями, герметизированными полимерной мембраной, электровоспламенителя ТЭ-1, теплоизолирующего стакана для корпуса. При сборке генераторов использовались только канальные заряды, диаметром 76 мм, вес которых должен (по документации) обеспечивать тушение очагов пожара в данном боксе в течение не более 1 минуты.

При использовании в генераторах блока(-ов) совместного окисления-восстановления-охлаждения последний(-ие) собирался(-лись) между двух-четырех металлических сеток, заполняя внутренний объем генератора внутри теплоизолирующего стакана, при этом блок(-и) фиксировался(-лись) неподвижно, что исключало его (их) перемещение во время работы генератора (устройства).

В ряде экспериментов применяли блоки "окисления-восстановления-охлаждения" небольших размеров, расположенные за аэрозольгенерирующим зарядом после свободного объема для камеры сгорания и разделенные между собой одним-тремя дополнительными фиксированными свободными объемами по длине генератора.

В специальной серии опытов проверялась возможность и целесообразность применения в новых аэрозольгенерирующих составах охладителя на основе гидроокиси алюминия и/или активированной гранулированной окиси алюминия, и/или цеолитов двух-трех фракций, при этом часть из них содержала в своем составе, например, соли или окислы меди, никеля, алюминия, железа или платины, или смеси солей этих металлов.

Опыты показали положительное влияние на скорость окисления-восстановления введения части охладителя в виде гидроокиси алюминия и/или активированной окиси алюминия, и/или цеолита, и/или их смесей (с введенным в их состав дополнительным катализатором/катализаторами и без него/без них) в состав аэрозольгенерирующего топлива. В этих опытах также зафиксировано положительное влияние дополнительных катализаторов на показатель степени в законе скорости горения состава от давления. Подобный эффект отмечен и при введении такого охладителя в составы газогенерирующих и ракетных топлив; отмечено, что химическая природа основного окислителя в составе топлив не оказывает существенного влияния на эффективность примененного нами охладителя. Эффект может быть усилен, если в состав топлива или охладителя ввести специальный высокоактивированный углерод с большой внутренней полой структурой.

Эксперименты показали целесообразность и необходимость уменьшения размера частиц, вводимых в аэрозольгенерирующий (аэрозольобразующий) состав (композицию, топливо) охладителей в виде гидроокиси, и/или активированной окиси алюминия, и/или цеолитов, и/или активированного углерода, и/или их смесей до 1,0-100,0 мкм.

Особенно отмечено, что введение в состав аэрозольгенерирующей композиции в качестве добавки различных видов глин позволяет усилить эффект малопламенного/беспламенного горения, причем природа глины (глинозема) имеет существенное значение.

Анализ результатов, представленных в таблицах 1-3, показывает, что предлагаемые аэрозольгенерирующие (аэрозольобразующие) составы позволяют получить охлажденный, нетоксичный пожаротушащий аэрозоль из генераторов для пожаротушения, при одновременном их охлаждении с уменьшением/исключением пламенного горения.

При использовании в крупногабаритных пожаротушащих генераторах предлагаемых составов и специального блока "окисления-восстановления-охлаждения" удается: - исключить прорыв пламени и искр из работающего пожаротушащего генератора; - обеспечить низкую температуру выходящей из генератора малотоксичной газовой смеси или аэрозоля при сохранении высокой тушащей эффективности в случае аэрозольгенерирующего пожаротушащего аэрозоля.

Низкий уровень токсичности пожаротушащей газоаэрозольной смеси в защищаемом от пожара объеме или помещении делает аэрозольное пожаротушение данными составами безопасным для людей даже при так называемом "ложном" срабатывании аэрозольного генератора, происходящем из-за отказа электронной автоматики пуска в работе системы пожаротушения защищаемого помещения. Это значительно расширяет номенклатуру помещений, в которых можно устанавливать в качестве средства пожаротушения аэрозольные пожаротушащие и взрывопредотвращающие генераторы.

Формула изобретения

1. Малопламенный или беспламенный состав для тушения пожаров, содержащий окислитель, горючее-связующее, дополнительное горючее и добавки, отличающийся тем, что в него введен мелкодисперсный охладитель, выбранный из ряда: гидроокись алюминия, и/или активированная окись алюминия, и/или активированный алюмосиликат, и/или их смесь, и/или их смесь с глиной или другими неорганическими связующими, при следующем соотношении компонентов, обеспечивающем дополнительно экологическую чистоту состава и продуктов его сгорания, мас. %: Горючее-связующее - 1,5 - 18,0 Дополнительное горючее - 3,0 - 25,0
Охладитель - 1,5 - 60,0
Добавки - 0,5 - 10,0
Окислитель - Остальное
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пламенного горения, он содержит охладитель в количестве 1,5-15,0 мас. %.

3. Состав по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения пламенного горения, он содержит охладитель в количестве 1,5-60,0 мас. %.

4. Состав по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в состав охладителя введено от 0,05 до 5,00 мас. % катализатора окислительно-восстановительных процессов.

5. Состав по пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве дополнительного горючего он содержит малоуглеродные и/или безуглеродные полиазотные соединения, в том числе и/или органические, или неорганические азиды, или их смеси.

6. Состав по п. 5, отличающийся тем, что дополнительное горючее выбрано из ряда: гуанидин, мочевина, дициандиамид, мелон, мелем, меламин, уротропин, азобисформамид, семикарбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол, их производные или их соли.

7. Состав по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит нитраты или перхлораты металлов или аммония или их смеси.

8. Состав по любому из пп. 1-5, 7, отличающийся тем, что в качестве горючего-связующего он содержит полимеры, смолы, каучуки и/или их смеси.

9. Состав по п. 8, отличающийся тем, что в качестве горючего-связующего он содержит полимеры, смолы, каучуки совместно с совмещающимися с ними пластификаторами.

10. Состав по пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве добавок он содержит металлы - алюминий и/или магний в виде отдельных компонентов, или их смесей, или их сплавов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7