Комбинированный состав для пожаротушения, способ комбинированного пожаротушения и микрокапсулированный огнегасящий агент
Владельцы патента RU 2622303:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) (RU)
Изобретение относится к способу комбинированного пожаротушения с использованием микрокапсулированного огнегасящего агента, оболочка которого заполнена огнетушащим веществом в виде порошкообразного сорбента - силикагеля, насыщенного озонобезопасным жидким ингибитором горения в виде перфторэтилизопропилкетона. Способ комбинированного пожаротушения заключается в подаче в очаг пожара указанного микрокапсулированного огнегасящего агента. Созданный микрокапсулированный огнегасящий агент обладает превосходными огнегасящими характеристиками, ингибирующий компонент заявляемого комбинированного состава для пожаротушения - перфторэтилизопропилкетон не обладает экологической вредностью. 3 н.п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение относится к способу комбинированного пожаротушения с использованием микрокапсулированного огнегасящего агента, оболочка которого заполнена огнетушащим веществом в виде порошкообразного сорбента - силикагеля, насыщенного озонобезопасным жидким ингибитором горения в виде перфторэтилизопропилкетона.
Предлагаемый комбинированный состав для пожаротушения предназначен для тушения алюминийорганических соединений, гидридов некоторых металлов и других пирофорных продуктов.
Известно (http://gruzdoff.ru/wiki/Порошковое_пожаротушение), что способ подачи зависит от класса пожара и типа применяемого порошка. Для тушения порошками общего назначения органических горючих веществ и материалов используется тушение по объему. Порошки специального назначения предназначены для тушения по поверхности. Такие порошки применяются для тушения металлов и металлосодержащих соединений. Для тушения металла основной задачей при подаче огнетушащего порошка является создание на поверхности очага горения слоя порошкового покрытия, желательно равной высоты, что достигается путем использования успокоителей, присоединяемых к подающему устройству (на выходе подающего ствола) огнетушителей, порошковых автомобилей. Использование насадка-успокоителя необходимо при тушении порошков металлов и их гидридов, при этом практически предотвращается образование аэровзвеси огнетушащего порошка. Успокоитель снижает скорость и кинетическую энергию порошковой струи.
Установлено (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 334), что наиболее перспективным путем повышения эффективности средств пожаротушения является разработка комбинированных огнетушащих составов, то есть таких веществ, которые соединяли бы в себе свойства различных классов огнетушащих средств. При их использовании огнетушащая способность одного компонента состава дополняется огнетушащей способностью другого, кроме того, улучшаются условия доставки огнетушащего вещества на место пожара.
Особенно значительное повышение огнетушащей способности достигается при совмещении огнетушащих веществ, обладающих различными механизмами огнетушащего действия. В частности, такими особенностями, характеризуемыми синергетическим эффектом, обладают комбинации веществ, оказывающих одновременно ингибирующее и охлаждающее воздействие на пламя.
Как показывает практика (Комбинированные составы для пожаротушения. Строительство дорог и транспорт. Охрана труда.html), перспективный путь повышения эффективности пожаротушения - одновременное применение разных огнетушащих составов, что позволяет сочетать различные свойства огнетушащих веществ. К комбинированным составам относятся водогалогенуглеводородные эмульсии. Водогазовые пены с добавкой хладона 13В1. Во ВНИИПО разработаны комбинированные азотно-хладоновые и углекислотно-хладоновые составы для объемного тушения. Широкое применение находят комбинированные порошки типа СИ для тушения органических жидкостей, в том числе пирофорных, гидридов металлов, некоторых кремнийорганических соединений. Комбинированный азотно-углекислотный состав для тушения щелочных металлов в помещениях, водные растворы двууглекислой соды, углекислой соды, поташа, хлористого аммония, поваренной соли, глауберовой соли, аммиачно-фосфорных солей, сернокислой меди, а также четыреххлористый углерод, бромэтил и другие соединения галогенов. Огнегасительное действие комбинированных водных растворов солей отличается от огнегасительного действия воды тем, что соли, выпадая из растворов, образуют на поверхности горящего вещества изолирующие пленки, на которых затрачивается какая-то часть тепла пожара. При разложении солей выделяются инертные огнегасительные газы. Огнетушащие вещества выбирают в каждом конкретном случае с учетом условий протекания процесса горения, пожарной опасности и физико-химических свойств производимых, хранимых и применяемых веществ и материалов. Эффект синергизма указывает на усиление ингибирующего действия комбинированных составов при сочетании в огнетушащем составе ингибирующего горение и разбавляющего среду компонентов (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004, с. 349).
Ранее было установлено, что комбинированные составы соединяют в себе свойства различных огнетушащих веществ и, как правило, состоят из дешевых носителей и сильных ингибиторов горения. К таким составам относятся водогалоидоуглеводородные эмульсии, комбинации воздушно-механической пены с бромхладонами, газожидкостные смеси хладонов 114В2 (жидкость) и 13В1 (газ), комбинированные азотно-хладоновый и углекислотно-хладоновый составы для объемного тушения и др. Применение комбинированных составов позволяет значительно повысить эффективность тушения пожаров.
Известен (Патент Российской Федерации №2156630, МПК A62D 1/08, опубл. 27.09.2000) комбинированный состав для объемного пожаротушения, содержащий фтор-содержащий предельный углеводород и йодсодержащий предельный углеводород при массовом соотношении компонентов: фторсодержащий углеводород 70-95%, йодсодержащий углеводород 5-30%.
Однако указанный огнетушащий состав имеют узкую область применения и способ подачи его в очаг пожара в виде микрокапсулированного огнегасящего агента не предусмотрен.
Известен комбинированный огнетушащий состав (Заявка Российской Федерации №2004100589/15, МПК A62D 1/06 опубл. 10.06.2005), сочетающий флегматизатор и ингибитор горения. В качестве флегматизатора состав содержит гептафторпропан (C3F7H, хладон R227ea) и в качестве ингибитора муравьинокислый калий (KHCO2) в количественном соотношении, мас. %:
| C3F7H | 95-99,5 |
| KHCO2 | 0,5-5,0 |
Однако предлагаемый способ приготовления этого состава имеет сложности выдерживания количественного соотношения между C3F7H (гептафторпропан) и KHCO2 (муравьинокислым калием).
Кроме этого, применение указанного огнетушащего состава не предусматривает использование его в виде микрокапсулированного агента.
Известны комбинированные порошковые составы типа СИ, включающие гало и до-углеводородные ингибиторы (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 113, 124). Эти составы представляют собой сочетание порошковой основы, обладающей сорбционной способностью, с веществом, оказывающим ингибирующее воздействие на процессы высокотемпературного окисления.
Порошок СИ-2, представляющий собой крупнозернистый силикагель (марок МСК или АСК) с частицами размером 1-2 мкм, насыщенный тетрафтордибромэтаном (до 50% по массе). Высокая огнегасительная эффективность состава СИ - 2 подтверждается опытами.
Известно, что силикагель имеет огромную площадь поверхности (800 м2/1 г), состоящую из групп - SiOH, расположенных на расстоянии 0,5 нм друг от друга. Эти группы являются активными центрами, причем активность конкретной партии силикагеля зависит от числа и активности таких центров. В активном адсорбенте, то есть таком, из которого удалена адсорбированная на его поверхности вода, многие центры будут активны. Такая активация происходит при нагревании геля до 150-200°C.
Одним из недостатков этих порошков, отмеченный в книге (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 125) является постепенное улетучивание (десорбирование) ингибирующего компонента из порошка, что усложняет его хранение и вызывает необходимость применения герметичной тары.
Известно, что хладон 114В2 (тетрафтордибромэтан) относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.005. Из этого документа следует, что:
- защита природной среды от вредных воздействий должна быть обеспечена тщательной герметизацией технологического оборудования, тары в процессе производства, транспортирования, хранения и эксплуатации хладона 114В2;
- хладон 114В2 является трудногорючей жидкостью;
- нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) паров хладона в воздухе отсутствуют, в кислороде - 28-54% (объемная доля);
- минимальная взрывоопасная объемная доля кислорода 83% при флегматизации азотом. Для органических веществ флегматизирующая концентрация хладона 114В2 в воздух 2,5-3,6%, в кислороде - 30%;
- температура воспламенения паровоздушных смесей 450°C, температура самовоспламенения хладона 114В2 в воздухе 580°C;
- хладон 114В2 является сильным ингибитором горения углеводородных горючих, высокоэффективным огнетушащим средством;
- хладон 114В2 взаимодействует со щелочными и щелочноземельными (в мелкодисперсном состоянии) металлами;
- Ткип = 471°C.
При температуре 23°C давление паров равно 20 кПа (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 356).
Однако доставляемый в очаг пожара тетрафторбромэтан (хладон 114В2) является запрещенным огнетушащим веществом, разрушающим озоновый слой Земли. Производство и использование в настоящее время таких огнегасящих жидкостей ограничено Монреальским протоколом и Киотским протоколом.
Известен (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 355) другой, более эффективный вариант порошка типа «СИ», представляющий собой комбинацию силикогеля с йодистым метилом, принятый за прототип заявляемого комбинированного состава для пожаротушения.
Порошок типа «СИ» предназначен для поверхностного тушения таких экзотических материалов, как пентоборан и других гидридов (бора, лития, натрия), алюминийорганических соединений т.п., обладающих, как правило, пирофорными свойствами.
Одним из компонентов данного комбинированного состава является ингибитор горения - йодистый метил (метилиодид, MeI) - тяжелая летучая жидкость с формулой CH3I (https://ru.wikipedia.org).
Йодистый метил ярко выраженный канцероген. Йодистый метил по основным параметрам токсичности, определенным по результатам острых экспериментов относится ко 2-му классу опасности и признан токсичным веществом. (Медицинские Диссертации. http://medical-diss.com/medicina/gigieno-toksikologicheskaya-harakteristika-yodistogo-metila-s-tselyu-ustanovleniya-predelno-dopustimyh-kontsentratsiy-v-v#ixzz3ufYt8kgt). ЛД50 при ингаляции для крыс 76 мг/кг. В печени метилиодид быстро превращается в S-метилглутатион. Вдыхание большого количества паров йодметана вызывает поражение легких, печени, почек и центральной нервной системы, что приводит к тошноте, головокружению, кашлю и рвоте. Длительный контакт с кожей вызывает ожоги. Большие дозы при ингаляции вызывают отек легких.
Температура кипения йодистого метила равна 42, 43°С.
Однако йодистый метил относится к йодсодержащим веществам, которые являются наиболее эффективными ингибиторами, не обладающими экологической вредностью при рациональном выборе соотношения компонентов комбинированных составов. В книге (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004, с. 345-349) приводятся данные по эффективному использованию CH3I и примеры применения йодистого метила в комбинированных огнетушащих составах при создании комбинации разбавителей и ингибиторов, при которых объемное содержание ингибитора оказалась ниже принятого в (Snandard on clean Agents Fire Extinguishings Systems, NFPA 2001.USA 2000) LOAEL для CH3I.
Известно (В.Г. Колобродов, Л.В. Карнацевич, П.А. Березняк. Адсорбция паров йодистого метила некоторыми адсорбентами. Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий Национального научного центра «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина, http://vant.kipt.kharkov.ua), что при комнатной температуре и давление паров CH3J 325 мм рт.ст. Отсюда, учитывая, что 1 мм рт. С=133,322 Па (http://dic.academic.ru), получаем давление паров CH3J в системе СИ, равное 43,329 кПа.
Недостатком этого комбинированного состава, принятого за прототип, является постепенное улетучивание (десорбирование) ингибирующего компонента из порошка, поэтому для восстановления его свойств добавляют насыщающий агент до получения исходной массы порошка (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 125).
Известно техническое решение (Патент Российской Федерации №2389525, пример 6 описания, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 20.05.2010), принятое за прототип заявляемого способа комбинированного пожаротушения.
Изобретение (по прототипу) относится к композиционным пожаротушащим средствам, в частности к огнегасящим порошкам, огнегасящим материалам и покрытиям, содержащим огнегасящий агент в форме микрокапсул.
Микрокапсулированный огнегасящий агент выполнен в виде сухого мелкодисперсного порошка. В описании изобретения в примере 6 приведен способ порошкового тушения путем подачи микрокапсулированного огнегасящего агента на очаг пожара.
Каждый из полученных в примерах 1-3 порошкообразных микрокапсулированных огнегасящих агентов был подвергнут испытаниям по тушению очага возгорания (Пример 6).
По 30,0 г дизельного топлива были помещены в экспериментальный бокс (200 мм × 200 мм × 200 мм), имеющий крышку и отверстия в боковых стенках и крышке. После поджога дизельного топлива порошок микрокапсулированного агента вводили ручным распылителем в бокс через верхнее отверстие. Фиксировали время и расход огнегасителя до прекращения горения. Под воздействием пламени микрокапсулы подверглись взрывному разрушению, и огонь был погашен. Количество израсходованного микрокапсулированного огнегасящего агента и время, потраченное на гашение огня, составили:
- для агента, содержащего в качестве огнегасящей жидкости дибромметан (по примеру 1), было израсходовано 2,7 г порошка, время гашения огня составило 5 с;
- для агента, содержащего в качестве огнегасящей жидкости смесь дибромметана с трибромметаном в соотношении 80:20 (по примеру 2), было израсходовано 3,4 г порошка, время гашения огня составило 6 с;
- для агента, содержащего в качестве огнегасящей жидкости смесь дибромметана с перфторгексаном в соотношении 80:20 (по примеру 3), было израсходовано 3,4 г порошка, время гашения огня составило 6 с.
В работах (Tapscott R.E., Scaggs S.R. et al. Lov - ODP Bromine - and Fluorine-Containing Replacement Candidates. / Halon Alternatives Technical Working Conference 1991 Proceedings, - NM, 1991, p. 277-280; Tapscott R.E., Heinonen J.L. et al. Tropodegradable Bromocarbons as Halon Replacements. / Halon Alternatives Technical Working Conference 1991 Proceedings, - NM, 1997, p. 178-185; Копылов C.H., Кольцов C.A. Огнетушащие вещества с коротким временем жизни в атмосфере как замена фторзамещенных алканов в пожаротушении. / Пожарная безопасность. 2005, №3, с. 22-29; Копылов С.Н., Кольцов С.А., Карпухин О.Н. Дибромиды как перспективные огнетушащие вещества с коротким временем жизни в атмосфере. / Пожарная безопасность, 2005, №4, с. 79-82) описаны перспективные огнетушащие вещества с коротким временем жизни в атмосфере: жидкие бромсодержащие углеводороды, например, дибромметан, его смеси с этиленбромидом или фторуглеводородами.
Однако, как показали исследования жидких бромзамещенных углеводородов, большинство из них в условиях высоких температур в зоне пожара превращаются в газ и быстро испаряются, не достигая очага пламени. Они также быстро испаряются в атмосферу при попытках их добавлении к полимерам и краскам.
Следует отметить, что в выбранных огнегасящих жидкостях, применяемые в качестве огнегасящего агента для тушения очага пожара, доминирует дибромметан, который является сильным канцерогеном.
Из другого источника информации известно (Пожарная безопасность. 2005, №4, с. 81; Копылов С.Н., Кольцов С.А., Карпухин О.Н. Дибромиды как перспективные огнетушащие вещества с коротким временем жизни в атмосфере), что бромистый метилен является более токсичным продуктом, чем тетрафтордибромэтан.
Отсюда, по мнению автора изобретения, необходимо идти по пути применения более безопасных огнетушащих веществ, которые не снижают концентрацию кислорода в помещении при пожаре (что важно для увеличения времени эвакуации людей из помещения). Этим требованиям в настоящее время отвечает Novec 1230 (Фторкетон ФК-5-1-12) - жидкость без цвета и запаха, иногда называемая «сухой водой» (Novec-1230 / Novec 1230 - Википедия.mht).
Известен микрокапсулированный агент (Заявка Российской Федерации №2012142461/05, МПК A62D 1/00 (2006.01), C09K 21/14 (2006.01), опубл. 10.04.2014), принятый за прототип заявляемого огнегасящего агента. Он включает в себя микрокапсулы, оболочка которых заполнена огнетушащим веществом, в обычных условиях изолированным от внешней среды, и выполнена термически разрушаемой. Оболочка микрокапсулы заполнена огнетушащим веществом в виде нанопорошка.
Однако выбранное огнетушащее вещество также не относится к комбинированным огнетушащим составам.
Задачей заявляемого технического решения является создание нового комбинированного состава для пожаротушения на основе порошкообразного силикагеля, насыщенный озонобезопасным жидким ингибитором горения, нового микрокапсулированного огнегасящего агента, способного к длительному хранения комбинированного состава, и способа доставки комбинированного состава в микрокапсулированном виде в очаг пожара.
Новый комбинированный состав для пожаротушения должен обладать высокой эффективностью при тушении алюминийорганических соединений, гидридов некоторых металлов и других пирофорных продуктов, иметь пониженную слеживаемостью, минимальную токсичностью при использовании и иметь высокую текучесть с целью подачи названного состава в автоматическом режиме.
Сущность заявляемого огнетушащего состава состоит в том, что в комбинированном составе для пожаротушения, содержащем порошкообразный силикагель, насыщенный жидким ингибитором горения, ингибитор горения выполнен в виде перфторэтилизопропилкетона.
Сущность заявляемого способа состоит в том, что в способе комбинированного пожаротушения, заключающемся в подаче в очаг пожара микрокапсулированного огнегасящего агента, представляющего собой микрокапсулы, заполненные огнегасящим веществом, в качестве огнегасящего вещества используют порошкообразный силикагель, насыщенный перфторэтилизопропилкетоном.
Сущность заявляемого огнегасящего агента заключается в том, что в микрокапсулированном огнегасящем агенте, включающий в себя микрокапсулы, оболочка которых заполнена огнегасящим веществом, в обычных условиях изолированным от внешней среды, и выполнена термически разрушаемой, оболочка заполнена огнетушащим веществом в виде порошкообразного силикогеля, насыщенного перфторэтилизопропилкетоном.
Технический эффект достигаемый заявляемым комбинированным составом для пожаротушения обуславливается следующим.
Заявляемый комбинированный состав для пожаротушения, содержащий ингибитор горения, выполненный в виде перфторэтилизопропилкетона, позволяет:
- создать огнетушащий состав для поверхностного пожаротушения, в котором ингибитор горения за счет сочетания комбинации физических и химических свойств одновременно интенсивно поглощает тепло и подавляет пожар за счет эффекта охлаждения (70%), а также производит ингибирование пламени (30%);
- впервые применить в комбинированном составе сорбент, выполненный в виде перлита с озонобезопасным ингибитором горения, который не снижает концентрацию кислорода в помещении (что важно для увеличения времени эвакуации людей из помещения).
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом комбинированного пожаротушения, обуславливается следующим.
Использование заявляемого способа комбинированного пожаротушения позволяет подать практически без потерь в очаг пожара, минуя газовую фазу пожара, микрокапсулированный огнегасящий агент, микрокапсулы которого, заполнены порошкообразным силикагелем, насыщенный перфторэтилизопропилкетоном.
Технический эффект, реализуемый заявляемым огнегасящим агентом, обуславливается следующим.
Заполнение оболочки микрокапсулы заявляемым комбинированным составом позволяет практически исключить улетучивание (десорбирование) ингибирующего компонента из этого состава во время длительного хранения в дежурном режиме.
Известно (Патент Российской Федерации №2460717, МПК С07С 49/167 (2006.01), С07С 45/58 (2006.01), С07С 45/00 (2006.01), опубл. 10.09.2012), что время жизни в атмосфере перфторэтилизопропилкетона - пять дней, он испаряется в пятьдесят раз быстрее, чем вода, при комнатной температуре представляет собой жидкость и хранится при низком давлении паров.
Парциальное давление насыщенных паров 15 кПа при нормальных условиях (https://ru.wikipedia.org).
Температура кипения перфторэтилизопропилкетона равна 49,2°C.
Следует отметить, что в заявляемом огнегасящем агенте соблюдается условие, при котором силикагель и легко испаряющееся при нагревании вещество в виде перфторэтилизопропилкетона не вступают в химическое взаимодействие в результате длительного хранения и при нагревании до момента срабатывания микрокапсулированного огнегасящего агента, что позволяет сохранить в рабочем состоянии заявляемый огнегасящий агент до момента его применения для тушения очага пожара.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и огнетушащие вещества, относящиеся к комбинированным средствам пожаротушения.
Известно устройство для тушения пожара (Авторское свидетельство СССР, №689681, МПК А62С 35/00, 1979), которое содержит полусферическую емкость, имеющую перфорированную (сетчатую) оболочку, проложенную изнутри термопластической пленкой. Емкость имеет дно, при помощи которого она укреплена на стенке грузового пожароопасного отсека. Емкость заполнена микрокапсулами размером от 20 до 300 мкм. Микрокапсулы выполнены из термопластичного материала. В них под давлением заключено огнегасящее вещество - фреон, находящийся в жидком состоянии. Вдоль оси емкости установлен патрон, перфорированный отверстиями, через которые полость патрона сообщена с заполненной микрокапсулами полостью емкости. В патроне помещен заряд из легковоспламеняющегося кислородосодержащего вещества, например, пороха. Заряд образован шашками. Крайняя шашка образует запал. Она укреплена в патроне с внешней стороны емкости. Для этого в патроне имеется открытое в пожароопасный отсек отверстие.
Устройство устанавливается внутри пожароопасного отсека, на его стенках с шагом, зависящим от объема и степени загрузки отсека, а также от количества огнегасящего вещества, содержащегося в устройстве.
При возникновении пожара в отсеке шашка - запал устройства, ближайшего к очагу пожара, воспламеняется и вызывает воспламенение всего заряда этого устройства. При интенсивном горении заряда температура в емкости соответствующего устройства резко повышается, что вызывает прогрев жидкого фреона в микрокапсулах и их последующее разрушение в результате воздействия высокой наружной температуры, обусловленной горением заряда, и внутренним давлением фреона.
Ввиду того, что в каждой микрокапсуле содержится небольшое количество фреона, испарение всей массы его проходит полностью и за кратчайшее время 0,2-0,5 с.
Одновременно из-за высокой температуры в емкости разрушается и термопластичная пленка, проложенная между микрокапсулами и перфорированной оболочкой, через которую пары фреона проникают в отсек. Образовавшееся фреоновое облако обволакивает очаг пожара, надежно изолирует его и обеспечивает тушение пожара.
Однако заключение под давлением огнегасящего вещества в оболочку микрокапсулы усложняет ее конструкцию.
Однако доставляемый в очаг пожара тетрафторбромэтан (хладон 114В2) является запрещенным огнетушащим веществом, разрушающим озоновый слой Земли. Производство и использование в настоящее время таких огнегасящих жидкостей ограничено Монреальским протоколом и Киотским протоколом.
В заявляемом огнегасящем агенте использована современная модель микрокапсулы, оболочка которой заполнена комбинированным огнетушащим веществом в виде порошкообразного силикагеля, насыщенного перфторэтилизопропилкетоном при стандартных условиях ИЮПАК (https://ru.wikipedia.org/wiki/ Стандартные условия ИЮПАК), причем оболочка микрокапсулы заполнена практически полностью огнегасящим веществом.
Известен огнетушащий порошковый состав (Патент Российской Федерации №2108125, МПК A62D 1/00, опубл. 10.04.1998), который относится к огнетушащим порошковым составам и позволяет тушить загорание алюмоорганических соединений. Состав содержит компоненты, с мас. %: хлорид калия 47-52; графит 2-5; антислеживающую добавку 1-3; перлит 37-43; аминопласт 3-4. В качестве антислеживающей добавки используют аэросил или высокодисперсный модифицированный диоксид кремния.
Однако данный огнетушащим состав не является комбинированным огнетушащим составом.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым техническим решением.
Осуществление технического решения, заложенного в заявляемых комбинированном составе, способе комбинированном пожаротушения и микрокапсулированном огнегасящем агенте, может быть реализовано следующим образом.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Среди существующих средств пожаротушения - водных, пенных, газовых, аэрозольных и порошковых, порошковые имеют ряд принципиально важных преимуществ (http://www.tungus.net/Преимущества порошковых средств пожаротушения). Они универсальны, имеют высокую эффективность и невысокую стоимость. В отличие от систем объемного пожаротушения (газового, аэрозольного) для них не требуется обеспечение условий герметичности защищаемых объектов и трубной разводки для подачи внутрь защищаемого объекта огнетушащего порошка, а в отличие от водных и пенных они имеют значительно более широкий диапазон температурного использования (особенно в области низких температур) и длительный срок эксплуатации. При этом они не причиняют значительного ущерба для окружающих предметов, не содержат в своем составе токсичных веществ и могут использоваться практически на любых объектах.
Поэтому именно порошковые огнетушители являются наиболее распространенным средством тушения очагов пожара и составляют свыше 80% от всех выпускаемых в мире огнетушителей.
Известно (Порошковое пожаротушение, dic.academic.ru), что огнетушащая способность порошков общего назначения зависит не только от химической природы порошков, но и степени их измельчения. Огнетушащая способность порошков специального назначения практически не зависит от степени их измельчения. Возможность подачи очень мелких порошков в зону горения затруднена, поэтому промышленные огнетушащие порошки общего назначения содержат фракцию 40-80 мкм, обеспечивающую доставку мелких фракций в зону горения.
При тушении из расположенных над очагом горения модулей на порошковую струю воздействуют восходящие конвективные потоки. При данных условиях подачи серийного порошка газопорошковая струя проникнет в зону горения, если скорость ее фронта превышает скорость восходящих конвективных потоков.
Недостатком сухих огнетушащих материалов является их низкая охлаждающая способность. Поэтому при порошковом тушении возможны повторные вспышки от раскаленных в огне предметов. Реальный охлаждающий эффект порошкового облака составляет не более 10…20% тепла очага. Модули порошкового пожаротушения кратковременного действия подают порошок в течение 5…30 секунд, тушение пожара такими модулями происходит через 2…8 секунд после подачи огнетушащего порошка. В дальнейшем происходит охлаждение конструкций. Модули порошкового пожаротушения импульсного действия создают высокую концентрацию огнетушащего порошка на время не более 1 секунды. В дальнейшем концентрация порошка снижается и при наличии конструкций, которые имеют температуру выше температуры воспламенения горючих материалов, возможно повторное воспламенение. В условиях развитого пожара на участках, которые были потушены порошками, через 20…30 секунд возникает повторное горение и пожар развивается с прежней интенсивностью.
В работе (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 117) отмечено, что огнетушащая эффективность некоторых порошков в ряде случае выше, чем бромхладонов.
Известно (http://epicentr38.ru), что порошки экологически инертны и могут применяться для тушения практически любого класса пожаров горючих веществ в широком диапазоне температур (от -50 до +50). Как и другие огнетушащие вещества, порошки имеют ряд существенных недостатков. Так они не обладают охлаждающим эффектом, поэтому после тушения возможны случаи воспламенения уже потушенного вещества. Они загрязняют объект тушения. В результате образования порошкового облака снижается видимость (особенно в помещении небольшого объема). Кроме того, облако порошка оказывает раздражающие действия на органы дыхания и зрения. Так как порошки являются мелкодисперсными системами (основная масса частиц порошка имеет размер менее 100 мкм), частицы порошка склонны к агломерации (образование комков) и слеживанию, а вещества, которые входят в их рецептуру, - к поглощению воды и ее паров (в том числе из воздуха).
В заявляемом техническом решении порошкообразный силикогель комбинированного состава для пожаротушения заключен в оболочку микрокапсулы, в результате чего не оказывает негативное воздействие органы дыхания и зрения человека, микрокапсулы практически не слеживаются при длительном их хранении как в открытом состоянии, так и в герметичной емкости, например, в огнетушителе.
Известно (Давыдов А.Б. Микрокапсулирование / А.Б. Давыдов, В.Д. Солодовник // Энциклопедия полимеров; Ред. коллегия: В.А. Кабанов (глав, ред.) [и др.]. - Т. 2.: Л-И. - М.: Советская энциклопедия, 1974. - с. 247-258; Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. - М.: Химия, 1980. - 216 с.), что микрокапсулирование - это процесс заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала. В результате микрокапсулирования получают продукт в виде отдельных микрокапсул размером от долей микрона до сотен микрон. Капсулируемое вещество, называемое содержимым микрокапсул, активным или основным веществом, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал составляет материал оболочек. Оболочки выполняют функцию разобщения частиц одного или нескольких веществ друг от друга и от внешней среды до момента использования.
Основной компонент микрокапсул - капсулируемое вещество может находиться в любом агрегатном состоянии - жидком, твердом или газообразном (Айсина Р.Б., Казанская Н.Ф. Микрокапсулирование // Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология. - Т. 6. - М.: Наука, 1986. - с. 6-52). Существующие методы обеспечивают возможность микрокапсулирования как лиофильных, так лиофобных материалов.
К настоящему времени осуществлено микрокапсулирование металлов, различных химических веществ (гидридов, солей кислот, оснований, многих классов органических соединений - как мономерных, так и высокомолекулярных), представляющих собой катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, масла, жидкое и твердое топливо, растворители, красители, инсектициды, пестициды, удобрения, лекарственные препараты, ароматизирующие вещества, пищевые добавки и волокна, а также ферментов и микроорганизмов. В состав содержимого микрокапсул может входить инертный наполнитель, являющийся средой, в которой диспергировалось вещество в процессе микрокапсулирования, или необходимый для последующего функционирования активного вещества.
Известно (http://allencydopedia.ru/47168) применение порошков в медицине. К микрокапсулированию прибегают для сохранения порошкообразных продуктов от слеживания, воздействия на них влаги, атмосферного кислорода, для предохранения химически активных соединений от преждевременного взаимодействия, для безопасного хранения и использования агрессивных и ядовитых веществ.
В заявляемом случае, по мнению автора изобретения, выбрано наиболее оптимальном решение, в котором комбинированный состав заключен в оболочку микрокапсулы с целью исключения испарения перфторэтилизопропилкетона из комбинированного состава, наблюдаемого при длительном его хранении в открытом состоянии.
Одновременно это решение позволяет снизить отмеченные ранее поражающие факторы на организм человека.
В заявляемом комбинированном составе для пожаротушения Novec 1230 входит в перечень веществ, разрешенных к применению на территории РФ под наименованием хладон ФК-5-1-12 (СП 5.13130.2009).
Компания 3М опубликовала документ по безопасности вещества. Из него следует что вещество (перфторэтилизопропилкетон) в исходном виде нетоксично, имеет крайне низкую растворимость в воде, что не позволяет веществу пройти через клеточные мембраны в организм. Однако обращаться с веществом в открытом виде следует с осторожностью вследствие низкой предельно допустимой концентрации паров (150 ppm, парциальное давление 15 Па) и высокой летучести (парциальное давление насыщенных паров 40 кПа при нормальных условиях)
В последние годы интенсивное развитие получило введение антипиреновых добавок в полимерные композиции в виде микрокапсул (polimers@at.ua. Новости полимерной промышленности. Снижение горючести полимеров). Оболочка капсулы изготовлена из полимера, например, из желатина, поливинилового спирта. Размеры ее составляют десятки или сотни микрон. Антипирены, используемые для этих целей, можно разделить на две группы: высококипящие, температура кипения которых выше температуры вскрытия микрокапсул, и низкокипящие, температура кипения которых значительно ниже температуры вскрытия микрокапсул. К первой группе относятся, например, трихлорэтилфосфат и тридибромпропилфосфат. Механизм их действия и эффективность в микрокапсулированном виде аналогичны тому случаю, когда они введены в виде обычных добавок к полимеру. Совершенно новый и весьма эффективный механизм действия обнаружен для соединений второй группы. Это, например, четыреххлористый углерод, тетрафтордибромэтан и другие фреоны (галоидуглеводороды). Эти соединения в микрокапсулированном виде намного эффективнее снижают горючесть полимерной композиции, нежели введенные в чистом виде. Даже такое инертное при обычном способе введения соединение как четыреххлористый углерод при микрокапсулировании становится очень эффективным антипиреном. Оказалось, что жидкость, находящаяся внутри микрокапсул, к моменту их вскрытия подвергается сильному перегреву (на 100-200°C выше температуры кипения). Устойчивое (метастабильное) перегретое состояние жидкости внутри них обусловлено отсутствием зародышей парообразования. При достижении температуры начала разложения оболочки микрокапсулы на ее поверхности образуются дефекты, которые и становятся зародышами образования газовой фазы.
Известно, что термическое разрушение - это процесс, идущий во времени. (http://gendocs.ru/Лекции - Экспертные исследования причин разрушения материалов). Действие повторных термических напряжений лишь в относительно редких случаях имеет самостоятельное значение. Чаще термоциклирование накладывается с длительным статическим, динамическим или др. видом нагружения и сопровождается комплексом явлений, проходящих в материалах при высоких температурах - окислением, старением, рекристаллизацией, ползучестью и других явлениях.
Картина термической усталости осложняется тем, что для характеристики данного разрушения является существенным не только число циклов, уровень max и min температуры цикла, но и длительность нагружения. Последний фактор имеет тем больше значение, чем выше температура цикла. Количество трещин от термоусталости резко возрастает с увеличением времени эксплуатации.
Таким образом, можно сделать вывод, что при нагревании оболочки (например, полимерной) микрокапсулы сначала доминирует процесс термического разрушения, а затем, по мере прогрева огнегасящего вещества, находящегося внутри оболочки, возможен переход названного вещества в другое агрегатное состояние (Патент Российской Федерации №2161520, МПК A62D 1/06, C09K 21/14, опубл. 10.01.2001; патент Российской Федерации, №2389525, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 20.05.2010).
Из уровня техники известно, что, если к этому моменту (к моменту разрушения оболочки микрокапсулы) жидкость перегрета, происходит резкое увеличение давления, и микрокапсула взрывается (polimers@at.ua. Новости полимерной промышленности. Снижение горючести полимеров). Чем сильнее перегрета жидкость, тем сильнее и взрыв. Наличие микровзрывов приводит к диспергированию полимерной матрицы: частички полимера отрываются от основной массы и уносятся из зоны пламени. Таким образом, органический полимер, который в обычных условиях под действием пламени пиролизуется, образуя горючие газовые продукты, в результате диспергирования уносятся в виде твердых частиц, окруженных газовым облаком антипирена. Полимерный материал, содержащий микрокапсулированный эффективный антипирен, такой например, как тетрафтордибромэтан, может быть не только негорючим, но и огнегасящим.
В заявляемом микрокапсулированном огнегасящем агенте оболочка микрокапсулы выполнена термически разрушаемой, то есть однослойной как и в микрокапсулированном огнегасящем агенте, принятым за прототип (Заявка Российской Федерации №2012142461/05, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 10.04.2014).
Это позволяет после доставки заявляемого микрокапсулированного агента на горящую поверхность произвести «плавное» разрушение оболочки микрокапсулы без микровзрывов.
При этом эффект "взрывного" разрушения материала оболочки, отмеченного ранее в технических решениях (Патент Российской Федерации №2161520, МПК A62D 1/06 (2006.01), C09K 21/14 (2006.01), опубл. 10.01.2001; патент Российской Федерации, №2389525, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 20.05.2010), в этом случае не используется.
Для формирования оболочки, заполненной огнегасящим веществом в виде порошкообразного силикагеля, насыщенного жидким ингибитором горения, выполненным в виде перфторэтилизопропилкетона, предпочтительными из известного уровня техники являются материалы, выполненные со следующими с характеристиками термического разрушения.
Было экспериментально установлено (Патент Российской Федерации №2161520, МПК A62D 1/06 (2006.01), C09K 21/14 (2006.01), опубл. 10.01.2001), что для эффективной работы огнегасящего полимерного композиционного материала матрица должна соответствовать вполне определенным критериям:
- материал матрицы должен быть пространственно-сшитым, что обеспечивает отсутствие перехода ее в вязкотекучее состояние ниже температуры термической деструкции;
- механические свойства матрицы (прежде всего прочность на разрыв) в области температур 130-190°С (которые, как правило, являются признаками возгорания или его возможности) не должны препятствовать активному выделению пожаротушащего агента, матрица должна механически разрушаться при температуре 130-190°С под влиянием давления пара пожаротушащего вещества (фиг. 1).
В техническом решении (Патент Российской Федерации №2107542, МПК B01J 13/06, B01J 13/20, опубл. 27.03.1998) определена оптимальная структура микрокапсулы, содержащая желатиновую оболочку и оболочку с низкой проницаемостью.
Известно, что желатин относится к трудногорючим веществам (ГОСТ 11293-89. Желатин. Технические условия).
Температура воспламенения желатина 235°С, температура самовоспламенения - 310°C (тлеет). При действии открытого огня желатин обугливается.
По другим данным (Диссертации в Техносфере: http://tekhnosfera.com/razrabotka-tehnologii-zheleynyh-blyud-i-izdeliy-s-umenshennym-rashodom-zhelatina#ixzz3SaJfILQu) желатин подсушивают при температуре не выше 60°С с целью предупреждения термической деструкции.
В техническом решении (Патент Российской Федерации, №2389525, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 20.05.2010) приведена оптимальная структура микрокапсулы, содержащая двухслойную полимерную оболочку, в которой первый внутренний слой выполнен из полисилоксана, а второй слой оболочки выполнен из отвержденного желатина или его отвержденного производного.
Полисилоксан является продуктом гидролиза алкоксисилана, предпочтительно, тетраэтоксисилана и последующего образования сетчатой полимерной структуры.
Средняя толщина полимерной оболочки составляет 3-20 мкм, При этом средняя толщина первого слоя оболочки составляет 0,1-3,0 мкм, средняя толщина второго слоя оболочки составляет 1-18 мкм.
Температура взрывного разрушения полученных микрокапсул составила 230°С (Пример 1).
Из приведенных примеров видно, что современные методы позволяют создавать полимерные оболочки микрокапсул с незначительной толщиной. Поэтому время термического разрушения названной оболочки при интенсивном развитии пожара будет незначительным. Отсюда очевидно, что после термического разрушения оболочки огнегасящее вещество в виде порошка из силикагеля, насыщенного перфторэтилизопропилкетоном, будет беспрепятственно подаваться согласно заявляемому способу комбинированного пожаротушения в очаг пожара.
Для создания оболочки микрокапсулы предпочтительными, по мнению автора изобретения, являются следующие материалы: полиэтилен, полипропилен и другие термопластичные полимеры, в которых отсутствует эффект «взрывного» разрушения материала.
При этом на стадии формирования микрокапсулы ее оболочку выполняют однослойной, что позволяет интенсифицировать процессы нагрева ядра оболочки микрокапсулы и ее вскрытия.
Примеры реализации заявляемого технического решения можно обосновать следующими общеизвестными сведениями из уровня техники.
Известно (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3000.html), что наиболее эффективны комбинированные огнетушащие составы, действующие одновременно по механизмам ингибирования, охлаждения и разбавления. Для объемного тушения применяют азотно-хладоновые и углекислотно-хладоновые огнетушащие составы, для поверхностного тушения - азотно-водо-хладоновые и хладоно-порошковые представленные в табл. 1.
Известно (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004, с. 352), что порошковые составы, являющиеся, как правило, минеральными солями, не растворяются в органических хладонах. Приготовление же заранее технической смеси типа суспензии создает опасность довольно быстрого оседания конденсированной фазы в процессе хранения суспензии.
В работе (А.Н. Баратов, И.Н. Исавнина, Е.В. Тимофеев. Гомогенно-гетерогенный состав для объемного пожаротушения//Крупные пожары: предупреждение и тушение. Материалы XVI научно-практической конференции, ч. II: Сборник научных трудов. - М.: ВНИИПО, 2001. - с. 155-156) решение проблемы совмещения хладонов с минеральными солями на примере C2Br2F4 и KCl, было достигнуто на основе принципа, заключающегося в использовании промежуточного раствора KCl в этаноле с последующим смешением этого раствора с хладоном 114В2.
В книге (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 124-125), представлены материалы по широкому практическому применению комбинированных порошков типа СИ. Эти составы представляют собой сочетание порошковой основы, обладающей высокой сорбционной способностью с веществом, оказывающим ингибирующее воздействие на процессы высокотемпературного окисления.
Ухудшение качества порошка вызывается только улетучиванием насыщающего агента, поэтому для контроля его качества достаточно простое взвешивание. Для восстановления его свойств добавляют насыщающий агент до получения исходной массы порошка.
Технические условия на составы типа СИ допускают максимальную потерю массы порошка не более 3% в месяц. При большой потере необходимо повысить герметичность тары. В случае потери массы свыше 20% состав необходимо донасыщать.
Известен сорбент для улавливания летучих форм радиоактивного йода на основе силикагеля, импрегнированного азотно-кислым серебром (Патент Российской Федерации №2346346 МПК G21F 9/02 (2006.01), B01J 20/22 (2006.01), опубл. 10.02.2009), который обладает высокой эффективностью сорбции летучих соединений формы радиоактивного йода, включая йодистый метил, из паровоздушных потоков. Эффективность поглощения из парогазового потока CH3I, % составляет не менее 99,0%.
Данное техническое решение подтверждает то, что силикагель обладает отмеченными ранее уникальными свойствами поглощать многие вещества и может быть использован в качестве сорбента заявляемого жидкого ингибитора горения, выполненного в виде перфторэтилизопропилкетона.
Известно (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 130-132), что алюминийорганические соединения (АОС) обладают повышенной реакционной способностью, что обуславливает высокую пожарную опасность предприятий, на которых их получают или применяют. Организация пожаротушения металлоорганических соединений представляет определенные трудности. В частности, известно, что концентрационные растворы АОС характеризуются высокой пирофорностью.
Результаты специальных испытаний показали, что наиболее эффективным средством тушения АОС является порошок СИ - 2. Норма расхода состава СИ - 2 на тушение концентрированных растворов триизобутилалюминия (ТИБА), разлитого слоем 2,5 см, при применении ручных средств (в том числе полустационарных установок) составляет 20 кг/м2, а при применении стационарной установки 32 кг/м2.
Другой особенностью ликвидации последствий возгорания АОС, является то, что прежде чем приступить к уборке оставшихся после тушения продуктов, их необходимо охладить в течение 1-3 ч. При этом следует соблюдать осторожность, так как под слоем состава СИ - 2 может находиться некоторое количество АОС, способного самовоспламениться на воздухе. Место загораний можно вновь засыпать составом СИ - 2.
Известно (Рекомендации по тушению жидкого натрия и пирофорных алюмоорганических катализаторов, М.:2000, ГУГПС МВД России и ВНИИПО МВД России, раздел 3.2 Особенности тушения, с. 10-11), что подача порошков при тушении натрия и алюмоорганики отличаются от способа подачи порошков общего назначения. Вместо распыления порошка через устройство типа «пистолет» под давлением 8-10 атм должны применяться специальные стволы с насадками типа «успокоитель» к порошковым огнетушителям ОП - 50, ОП - 100, порошковым установкам, а также к автомобилю порошкового пожаротушения марки АП - 4.
Эффект тушения натрия и АОС достигается, если:
- вся горящая поверхность натрия или алюмоорганики покрыта слоем огнетушащего порошка и над поверхностью не выделяется дым;
- при подаче порошок относительно равномерно засыпан по всей площади горения, то есть разница в высоте слоя засыпки не превышает 1,0 см.
В книге (А.Н. Баратов, Е. Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 354-355), приведено описание ствола - пистолета (Рис. IX - 12).
Проведенные огневые опыты показали, что наилучший огнетушащий эффект достигается при спокойной подаче порошка на очаг горения. Для уменьшения скорости подачи порошкового состава и формирования порошковой струи в виде плоского веера служит успокоитель.
Результаты опытов показывают, что пропускная способность ствола - пистолета при выбранных режимах работы составляет 1,25 кг/с порошка типа СИ - 2.
Опираясь на ранее приведенные научные данные и для подтверждения о возможности заключения в микрокапсулу силикагеля с заявляемым жидким ингибитором горения и жидким ингибитором горения, принятым за прототип, были проведены предварительные лабораторные опыты по определению возможного взаимодействия силикагеля с йодистым метилом и перфторэтилизопропилкетона, находящихся в микрокапсуле в виде жидкости.
Силикагель был выполнен в виде обычного порошков дисперсностью 70-80 мкм.
Испытания, который можно назвать тестом на совместимость веществ находящихся в оболочке микрокапсулы (далее - тест на совместимость), проводились при температуре окружающего воздуха 20°C и относительной влажности воздуха 20% в соответствии с требованиями НПБ 22-96 (Установки газового пожаротушения автоматические, п. 5.1.15.).
Испытания проводились в стеклянной колбе. Порошок засыпался в исследуемую жидкость в количестве 25% вес. Затем, в случае отсутствия «бурного» взаимодействия между порошком и жидкостью горлышко колбы закрывалось пробкой с отводной трубкой через гидрозатвор.
По результатам исследований устанавливались: возможность реагирования огнетушащего порошка с жидкостью, наличие признаков какого-либо газовыделения, повышения температуры жидкости и т.д.
Все необходимые измерения и визуальные наблюдения производились с периодичностью один раз в сутки в течение месяца.
Результаты испытаний приведены в табл. 2.
По результатам исследований было установлено, что огнетушащий порошок силикогель не взаимодействуют с йодистым метилом тетрафтордибромэтаном (114В2) и перфторэтилизопропилкетон (Novec 1230 (Фторкетон ФК-5-1-12).
Из проведенного теста на совместимость следует:
- силикагель и легко испаряющееся при нагревании вещество должны быть подобраны таким образом, чтобы не имели возможность вступать в химическое взаимодействие в результате длительного хранения в оболочке микрокапсулы до момента срабатывания микрокапсулированного огнегасящего агента.
Для проверки летучести жидкого ингибитора горения из комбинированного состава, принятого за прототип, и заявляемого комбинированного состава были проведены сравнительные испытания этих составов по методике, изложенной в книге (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 356-357).
В опытах проводилось полное насыщение силикогеля, выполненного в виде обычного порошков дисперсностью 70-80 мкм. В первой серии испытаний прошкообразный силикагель насыщался йодистым метилом, во второй - перфторэтилизопропилкетоном. Каждая серия испытаний состояла из трех опытов. В каждом опыте силикогель, насыщенный полностью исследуемым жидким ингибитором горения, в количестве 100 г помещался в открытую чашу.
Оценка убыли массы производилась весами лабораторными МАССА ВК-150.1. через 20 и 90 часов.
Испытания проводились при 18°С в закрытом шкафу, имеющем вытяжку. Результаты испытаний представлены в табл. 3.
Результаты испытаний показали, что жидкие ингибиторы горения заявляемого комбинированного состава для пожаротушения и комбинированного состава, принятого за прототип, обладают высокой летучестью и требует их заключения в герметичную тару или огнетушитель (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 125, 357).
Однако, по мнению автора изобретения, наиболее эффективным путем устранения процесса улетучивания (десорбирования) ингибирующего компонента (йодистого метила, перфторэтилизопропилкетона) из порошка (силикагеля) является заключение названных жидких ингибиторов горения в герметичную оболочку микрокапсулы. Это было реализовано в заявляемом техническом решении.
Огневые испытания заявляемого технического решения (комбинированного состава для пожаротушения, способа комбинированного пожаротушения и микрокапсулированного огнегасящего агента) проводились в соответствии с известными рекомендациями по тушению алюминийорганических соединений, гидридов некоторых металлов и других пирофорных продуктов (Рекомендации по тушению жидкого натрия и пирофорных алюмоорганических катализаторов, М.: 2000, ГУГПС МВД России и ВНИИПО МВД России, раздел 3.2 Особенности тушения, с. 10-11).
В качестве алюминийорганического соединения был выбран триизобутилалюминий (ТИБА).
В качестве огнетушащего средства были выбраны:
- состав, принятый за прототип заявляемого комбинированного состава для пожаротушения, выполненный в виде силикагеля, насыщенного йодистым метилом - состав №1, приготовленный сразу к огневым испытаниям;
- состав, принятый за прототип заявляемого комбинированного состава для пожаротушения, выполненный в виде силикагеля, насыщенного йодистым метилом - состав №2, приготовленный за 90 часов до огневых испытаний и хранящийся в течение этого времени в открытом сосуде;
- заявляемый комбинированный состав для пожаротушения, выполненный в виде микрокапсулированного огнегасящего агента, включающий в себя микрокапсулы, оболочка которых заполнена огнетушащим веществом в виде порошкообразного силикагеля, насыщенного перфторэтилизопропилкетоном - состав №3.
Испытания проводили следующим образом: 70%-ный раствор ТИБА в толуоле, в качестве горючего вещества, в количестве 75 см3 из специального тейнера передавливали азотом в мерный стакан, затем переливали в металлический противень площадью 100 см2, где осуществляли его воспламенение, через 90 с свободного горения раствора ТИБА приступали к его тушению путем подачи порошка из стакана с перфорированным дном, равномерной засыпкой очага горения. Слой засыпки был не менее 3 см.
Для этого на первой стадии тушения легко воспламеняемой составляющей горючих веществ заявляемый микрокапсулированный огнегасящий агент подавался в виде газопорошковой струи методом распыления непосредственно в очаг пожара.
На второй стадии тушения легко воспламеняемой составляющей горючих веществ формировался поток свободно падающего заявляемого микрокапсулированного огнегасящего агента.
На третьей стадии тушения легко воспламеняемой составляющей горючих веществ осуществлялась засыпка возникших локальных очагов горящих частиц легких металлов тем же потоком заявляемого микрокапсулированного огнегасящего агента.
Те же действия производились при тушении пирофорных алюмоорганических катализаторов.
Результаты огневых испытаний представлены в табл. 4.
Результаты проведенных огневых испытаний показали высокую эффективность составов №1 и №3.
Однако в составе №1 (состав, принятый за прототип заявляемого комбинированного состава для пожаротушения) применение жидкого ингибитора горения, выполненного в виде йодистого метила ограничено следующим:
- йодистый метил является ярко выраженным канцерогеном (https://ru.wikipedia.org), поэтому при подготовке данного комбинированного состава необходимо избегать прямого контакта человека с этим летучим веществом;
- йодистый метил хотя и относится к йодсодержащим веществам, которые являются наиболее эффективными ингибиторами, не обладающими экологической вредностью, однако имеет ограничения при рациональном выборе соотношения компонентов комбинированных составов (А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004, с. 345-349) с целью достижения такого объемного содержания ингибитора, которое оказалась бы ниже принятого в (Snandard on clean Agents Fire Extinguishings Systems, NFPA 2001. USA 2000) LOAEL для CH3I.
Так, например, в комбинированном огнетушащем составе для объемного пожаротушения (Патент Российской Федерации №2156630, МПК A62D 1/08, опубл. 27.09.2000) отмечено, что с учетом указанных в табл. 2 описания изобретения значений LOAEL, содержание йодосодержащих ингибиторов в комбинированных составах принято от 5 до 30 мас. %. При этом для CH3I при огнетушащей концентрации 3,2% LOAEL равен 0,2% об. при содержании CH3I в составе 5% масс.
Состав №3 (заявляемый комбинированный состав) содержит озонобезопасный жидкий ингибитор горения, который рекомендован к широкому использованию в настоящее время в системах пожаротушения в качестве пожаротушащего вещества.
На всех стадиях тушения с микрокапсулами (которые по пути к очагу пожара преодолевали сопротивление конвективного потока, исходящего из указанного очага пожара) происходило следующее.
1. Под воздействием тепла и пламени оболочка части микрокапсул успевает нагреться до температуры термического разрушения. В результате чего осуществляется вскрытие микрокапсул. Порошкообразным силикагель, насыщенный жидким ингибитором горения, выполненным в виде перфторэтилизопропилкетона, нагревается, перфторэтилизопропилкетон, поступая в зону горения, легко газифицируется, быстро попадет в конвективную колонку, и производит ингибирование химических реакций в зоне горения (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 89-98).
Силикагель, продолжая движение через газовую фазу, достигает горящей поверхности и осуществляет ее засыпку вместе с не вскрывшимися микрокапсулами названной поверхности.
2. Оболочка других микрокапсул не успевает под воздействием тепла и пламени нагреться до температуры термического разрушения, в результате чего указанные микрокапсулы поступают сразу на поверхность горения.
Достигнув горящей поверхности, оболочка не вскрывшихся в газовой фазе микрокапсул, подвергаются интенсивному нагреву и термическому разрушению, ввиду того, что оболочка каждой микрокапсулы имеет небольшую толщину. В результате происходит вскрытие названной оболочки и силикагель рассыпается по горящей поверхности, образуя определенный слой засыпки, необходимый для успешного тушения. Другая часть огнегасящего вещества - перфторэтилизопропилкетон, которым насыщен силикагель, нагревается, легко газифицируется, быстро попадает в конвективную колонку и производит дополнительное ингибирование химических реакций в зоне горения.
Силикагель из отмеченной части микрокапсул вместе с ранее поступившей аналогичной частью огнегасящей вещества в виде порошкообразного силикагеля создает на поверхности горящих материалов слой, предотвращающий доступ к ним кислорода воздуха (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 113).
Заявляемый микрокапсулированный огнегасящий агент, оболочка которого заполнена комбинированным огнетушащим веществом, выполнен в виде порошкообразного продукта из микрокапсул, в которые заключен заявляемый комбинированный состав. Этот порошкообразный продукт обладает уникальными эксплуатационными свойствами: он практически не слеживается, не комкуется, поэтому готов к применению в автоматических установках пожаротушения в любое время, компоненты комбинированного состава не вступают в химическое взаимодействие друг с другом в результате длительного хранения в оболочке микрокапсулы.
Микрокапсулированный огнегасящий агент по изобретению изготавливается на обычном стандартном оборудовании промышленного предприятия с использованием известных технологических приемов из отечественного сырья.
Процесс изготовления заявляемого микрокапсулированного агента может быть получен любым известным из известного уровня техники способом получения этого агента и включает в себя:
- стадию формирования микрокапсулы, при которой ее оболочка выполнена в виде однослойной конструкции, причем оболочка микрокапсулы изолирует ядро от внешней среды, и выполнена термически разрушаемой без взрывоподобного разрушения при заданной температуре срабатывания микрокапсулированного огнегасящего агента (как указано в прототипе - патент Российской Федерации №2389525, пример 6 описания, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 20.05.2010);
- стадию формирования ядра микрокапсулы, оболочка которой заполнена веществом, выполненным в виде порошка из силикагеля, насыщенного перфторэтилизопропилкетоном.
Применение однослойной конструкции оболочки микрокапсулы позволяет интенсифицировать процесс термического разрушения оболочки с быстрым образованием «пятна прогара» в зоне ее максимального прогрева.
Созданный по настоящему изобретению микрокапсулированный огнегасящий агент обладает превосходными огнегасящими характеристиками, ингибирующий компонент заявляемого комбинированного состава для пожаротушения - CF3CF2C(O)CF(CF3)2 (перфторэтил-изопропилкетон), согласно приведенным данным (Novec-1230 / Novec 1230 - Википедия.mht), не обладает экологической вредностью, рекомендован по применению в качестве огнетушащего вещества, не разрушающего озоновый слой Земли.
Заявляемое техническое решение может быть использовано в качестве реактивного автономного средства пожаротушения и предотвращения возгораний, эффективно, удобно и экономично в применении.
1. Комбинированный состав для пожаротушения, содержащий порошкообразный силикагель, насыщенный жидким ингибитором горения, отличающийся тем, что ингибитор горения выполнен в виде перфторэтилизопропилкетона.
2. Способ комбинированного пожаротушения, заключающийся в подаче в очаг пожара микрокапсулированного огнегасящего агента, представляющего собой микрокапсулы, заполненные огнегасящим веществом, отличающийся тем, что в качестве огнегасящего вещества используют порошкообразный силикагель, насыщенный перфторэтилизопропилкетоном.
3. Микрокапсулированный огнегасящий агент, включающий в себя микрокапсулы, оболочка которых заполнена огнегасящим веществом, изолированным от внешней среды, и выполнена термически разрушаемой, отличающийся тем, что оболочка заполнена огнетушащим веществом в виде порошкообразного силикагеля, насыщенного перфторэтилизопропилкетоном.
