Гранулированный пиротехнический состав для объемного тушения пожаров
Владельцы патента RU 2686927:
Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева" (RU)
Изобретение относится к аэрозолеобразующим составам, используемым при тушении пожаров в замкнутых объемах. Гранулированный пиротехнический состав для объемного тушения пожаров содержит окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол и газообразующий дициандиамид. При этом состав содержит идитол, вводимый в виде 50%-ного раствора в этиловом спирте в количестве 2,5-3,0 мас.% и в виде порошка в количестве 8,5-10,0 мас.%, в отношении 1:3 соответственно в пересчете на сухое вещество, при соотношении компонентов, в мас.%: нитрат калия 61-65, идитол 11-13, дициандиамид 24-26. Состав обеспечивает функциональную надежность и максимальную эффективность пожаротушения в замкнутых объемах при минимальном содержании в генерируемом аэрозоле вредных веществ и максимальном выносе ингибиторов горения в функциональный аэрозоль, а также сокращение технологического времени сушки с провяливанием готовой смеси. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области предупреждения и автоматического аэрозольного тушения пожаров в замкнутых объемах, а более конкретно, к аэрозолеобразующим при горении пиротехническим составам, содержащим нитрат калия, идитол и дициандиамид.
Уровень данной области техники характеризует гранулированный пиротехнический состав, описанный в патенте RU 2392993 C1, A62D 1/06, 2010 г., который содержит (мас. %): 70-76 нитрата калия, 7-14 идитола, предварительно обработанного этиловым спиртом в массовом соотношении 1:(0,2-0,3), и 13-20 дициандиамида.
Этот гранулированный пиротехнический состав для огнегашения характеризуется хорошей сыпучестью при объемном дозировании зарядов, эффективным действием по назначению в замкнутых объемах, при нормируемой экологичности генерируемого при горении тушащего аэрозоля.
К недостаткам описанного состава следует отнести низкую продуктивность генерирования в рабочем аэрозоле ингибиторов горения из-за выгорания компонентов при избытке окислителя, что снижает эффективность пожаротушения, усугубленную замедленным выносом ингибиторов горения в очаг возгорания, особенно при содержании газообразующего дициандиамида на нижнем пределе диапазона.
При этом не исключается комкование вязкотекучей технологической смеси, затрудняющее ее объемное дозирование и переработку в заряды прессованием.
Более совершенным является гранулированный пиротехнический состав для объемного тушения пожаров в замкнутых помещениях по патенту RU 2101054 C1, А62С 3/00, A62D 1/00, 1998 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков, выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный аэрозолеобразующий состав содержит (мас. %): 67-72 окислителя - нитрата калия, 8-12 горючего связующего - фенольформаль-дегидной смолы марки СФ-0112, в форме раствора в смеси этилового спирта с ацетоном (идитола), и 20-21 газообразующего дициандиамида.
Раствор горючего связующего (идитола) предварительно готовится в смеси этилового спирта с ацетоном в соотношении, мас. %: (30-50)/(70-50).
Особенностью известного состава является использование нитрата калия с удельной поверхностью частиц не менее 1500 см2/г, а фенолфор-мальдегидной смолы со средним размером частиц не более 15 мкм, с целью обеспечения их максимального поверхностного контакта в термической основе, необходимого для интенсификации химического взаимодействия при горении.
Недостатками известного огнетушащего пиротехнического состава являются следующие:
- повышенное содержание фенола в охраняемом помещении из-за высокой концентрации высоколетучего растворителя - ацетона, который имеет относительно низкую температуру вспышки, что повышает степень опасности производства и требует увеличения технологического времени замедленной сушки готовой смеси;
- относительно высокое содержание летучих (до 1 мас. %), что ограничивает использование состава для охранения в замкнутых непроветриваемых объемах из-за взрывоопасности от насыщения горючими газами, при этом пары остаточной влаги в генерируемом аэрозоле оказывают флегматизирующее действие на эффективность пожаротушения;
- не оптимизированное массовое соотношение компонентов состава характеризуется неполнотой их сгорания и токсичностью генерируемого аэрозоля.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков для обеспечения функциональной надежности состава и максимальной эффективности пожаротушения в замкнутых объемах при минимальном содержании в генерируемом аэрозоле вредных веществ, что обеспечивает расширение технологических возможностей по его использовании.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный гранулированный пиротехнический состав для объемного тушения пожаров, содержащий окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол, вводимый в форме раствора фенолформальдегидной смолы СФ-0112, и газообразующий дициандиамид, согласно изобретению, дополнительно к 50%-ному раствору идитола в этиловом спирте включает порошок идитола в отношении 1:3 соответственно (в пересчете на сухое вещество), а компоненты содержатся в следующем соотношении (мас. %):
| нитрат калия | 61-65 |
| идитол | 11-13 |
| дициандиамид | 24-26, |
причем идитол в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте вводится в количестве 2,5-3,0 мас. %, а в виде порошка - в количестве 8,5-10,0 мас. %.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили заметное сокращение технологического времени сушки с провяливанием готовой смеси, содержащей в три раза меньшее количество этилового спирта и повышение эффективности пожаротушения за счет минимального выгорания компонентов, при максимальном выносе транспортирующими газовыми носителями генерируемых ингибиторов горения в очаг возгорания.
Содержание в огнетушащем пиротехническом составе горючего связующего в форме спиртового раствора идитола и в виде порошка сухой фенолформальдегидной смолы определяет требуемое его количественное соотношение с окислителем в термической основе для обеспечения теплотворной способности при горении, а с другой стороны - обеспечивает вяжущую способность для формирования двуединого конгломерата с максимальной поверхностью контакта структурных составляющих.
При этом экспериментально установлено оптимальное количественное отношение в горючем связующем спиртового раствора идитола и порошкового идитола как 1:3, когда максимально удовлетворяются вышеотмеченные качества этого компонента термической основы состава.
50%-ный раствор идитола количеством 2,5-3,0 мас. % в этиловом спирте обеспечивает необходимые вяжущие свойства частиц мелкодисперсного порошка нитрата калия (окислителя) в диапазоне содержания 61-65 мас. %, с максимальной контактной поверхностью составляющих термической основы, чем интенсифицировано генерирование в аэрозоль ингибиторов горения.
При содержании в пиротехническом составе нитрата калия меньше 61 мас. % происходит неполное сгорание компонентов, что ограничивает использование огнетушащего состава в замкнутых непроветриваемых помещениях.
При содержании в пиротехническом составе нитрата калия больше 65 мас. % снижается эффективность пожаротушения из-за выделения в генерируемый аэрозоль свободного кислорода, поддерживающего горение в очаге возгорания.
При этом расчетное количество горючего связующего в термической основе дополнено порошком идитола массой 8,5-10,0% до необходимого содержания идитола в составе 11-13 мас. % (в пересчете на сухое вещество).
При содержании в пиротехническом составе идитола меньше 11 мас. % падает скорость горения, в результате чего нитрат калия разлагается не полностью, не обеспечивая требуемого уровня теплотворной способности для генерирования функционального аэрозоля в заданном объеме, что снижает эффективность подавления пожара в замкнутом помещении.
При содержании в пиротехническом составе идитола больше 13 мас. % происходит неполное сгорание компонентов с характерными негативными последствиями при объемном пожаротушении в закрытых помещениях.
Растворение минимального количества горючего связующего в чистом этиловом спирте повысило безопасность и технологичность состава в промышленном производстве, при сокращении времени сушки, совмещенном с провяливанием, до содержания летучих и влаги не более 0,6 мас. %.
Использование чистого этилового спирта в качестве растворителя смолы горючего идитола повышает безопасность техпроцесса, так как температура вспышки повышается и снижается летучесть, сравнительно со спирто-ацетоновой смесью растворителя по прототипу, при этом пары спирта не токсичны.
Количество газообразующего дициандиамида оптимизировано в диапазоне 24-26 мас. % (заметно больше чем в прототипе), чтобы максимально сократить время достижения огнетушащей концентрации ингибиторов горения в очаге воспламенения, для повышения эффективности пожаротушения.
Функция дициандиамида в аэрозолеобразующем составе заключается в диспергировании в защищаемый объем эффективных ингибиторов горения - конденсированных частиц, образующихся при горении пиротехнического состава, то есть он служит в качестве рабочего транспортирующего тела, в котором не должны присутствовать токсичные вещества.
При содержании в составе дициандиамида более 26 мас. % в продуктах горения повышается содержание вредных веществ из-за неполноты сгорания, что ограничивает область его применения.
При содержании в составе дициандиамида меньше 24 мас. % снижается газообразование, ухудшая диспергирование в генерируемый аэрозоль ингибиторов горения, в результате чего снижается эффективность объемного пожаротушения.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Отличия огнетушащего пиротехнического состава, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по объемному пожаротушению.
Промышленная реализация предложенного состава по изобретению возможна на действующем пиротехническом производстве серийно.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Ниже приведен пример реализации изобретения, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков.
Предложенный состав приготавливается на промышленном оборудовании по следующей технологической схеме последовательных операций смешивания компонентов в доверительном диапазоне их содержания, обеспечивающего заданные потребительские характеристики.
Для приготовления пиротехнического состава по изобретению используют:
- нитрат калия по ГОСТ 19790-74 (окислитель химической формулы KNO3);
- фенолформальдегидную смолу (условной формулы С13Н12О2) марки СФ-0112А-50 (OCT В841467-77) в качестве горючего связующего;
- дициандиамид C2H4N4 технический по ГОСТ 6988-73, выполняющий функцию газообразователя, рабочего тела, транспортирующего генерируемые при горении ингибиторы горения.
Нитрат калия селективно отбирают с размером частиц 55±10 мкм с содержанием влаги не более 0,08 мас. % для исключения ее флегматизирующего действия при окислении горючего, чтобы стабилизировать горение пиротехнического состава в аэрозольном генераторе.
Дициандиамид отбирают с размером частиц 140±20 мкм при содержании влаги не более 0,7 мас. %.
Измельченную и просеянную фенолформальдегидную смолу, содержащую влагу не более 2 мас. %, засыпают в смеситель с этиловым спиртом, при равном соотношении масс и перемешивают со скоростью 80-85 оборотов в минуту при температуре 40-60°С в течение часа-полутора до полного растворения.
Соотношение компонентов состава для смешивания выбирают согласно заявленным диапазонам их содержания (мас. %): 63±2 нитрата калия, 2,75±0,25 идитола в форме 50%-ного раствора фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте и 9,25±0,75 в виде порошка фенолформальдегидной смолы, всего 12±1 идитола, и 25±1 дициандиамида.
Навеску нитрата калия засыпают в приготовленный в смесителе спиртовой раствор идитола в виде липкого лака и перемешивают в течение 5-7 минут, обеспечив равномерное их распределение, при максимальном контакте активных компонентов термической основы.
После этого в смеситель добавляют порошки фенолформальдегидной смолы и дициандиамида, которые перемешивают в течение 10-15 минут, формируя конгломераты с покрытием из горючего и газообразователя, налипших на комках термической основы в непосредственном примыкании по развитой поверхности химического взаимодействия при горении, которые характеризуются хорошей воспламеняемостью и стабильным горением.
Приготовленную смесь далее гранулируют протиранием в смесителе через сетку с ячеями 1-2 мм.
Затем гранулированный материал раскладывают на перфорированных лотках слоем 2-3 см для провяливания, совмещенного с сушкой при температуре 30-45°С, удаляя спирт. При этом контролируют содержание летучих и влаги не более 0,6 мас. %. Процесс сушки гранулированного материала длится 2-3 часа.
Из приготовленного пиротехнического материала объемным дозированием формируют мерные полуфабрикаты под прессование зарядов для аэрозольных генераторов.
Количественное соотношение компонентов предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава, в пределах оптимизированных диапазонов, было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов по назначению, которые показали достижение улучшенных характеристик по эффективности пожаротушения в закрытых объемах за счет интенсификации выноса ингибиторов горения, создающих в очаге возгорания необходимую концентрацию.
В Таблице 1 приведены характерные рецепты составов испытанных зарядов, в которых компоненты находятся в пределах заявленных диапазонов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов содержания.
Испытания опытных образцов 2-4 аэрозолеобразующих зарядов из предложенного пиротехнического состава полностью подтвердили достижение технологических характеристик и показателей назначения по тушению пожаров в замкнутых объемах, при повышении быстродействия за счет достижения необходимой концентрации ингибиторов горения в очаге возгорания.
Заряд состава 1 горит с пониженной скоростью, при замедлении генерирования функционального аэрозоля, что требует для подавления пожара дублирования генератора в охранении заданного объема помещения.
Заряд из состава 5 крошится, части которого горят нестабильно, при затруднительном воспламенении, время достижения огнетушащей концентрации ингибиторов горения в очаге возгорания при этом увеличивается на четверть от заданного.
Технические результаты сравнительных испытаний зарядов из составов по прототипу и предложенного приведены в Таблице 2.
Положительные результаты испытаний высокоэффективного и технологичного пиротехнического состава для аэрозолеобразующих пожаротушащих зарядов позволяют рекомендовать его на серийное производство и для поставки заказчикам.
1. Гранулированный пиротехнический состав для объемного тушения пожаров, содержащий окислитель - нитрат калия, горючее связующее - идитол и газообразующий дициандиамид, отличающийся тем, что содержит идитол, введенный в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте и в виде порошка в отношении 1:3 соответственно в пересчете на сухое вещество, при этом компоненты содержатся в следующем соотношении, в мас.%:
| нитрат калия | 61-65 |
| идитол | 11-13 |
| дициандиамид | 24-26 |
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что содержит идитол, вводимый в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте в количестве 2,5-3,0 мас.%, а в виде порошка - в количестве 8,5-10,0 мас.%.
