Аэрозольный беспламенный огнетушащий состав

 

Изобретение относится к аэрозольным огнетушащим составам. Аэрозольный беспламенный огнетушащий состав включает окислитель - нитрат калия и безводородное неорганическое горючее - сажу, взятые в соотношениях, обеспечивающих коэффициент обеспечения состава окислителем α≈1. В качестве связующего - цементатора содержит карбонат магния и воду в соотношении 5:1. Соотношение компонентов, мас.%: окислитель 58,0-66,5; безводородное неорганическое горючее 8,0-9,5; связующее - цементатор 24,0-34,0. Состав обладает повышенной экологической и биологической безопасностью, высокой газопроизводительностью при одновременном повышении эффективности и снижении доли шлакового остатка. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области разработки аэрозольного огнетушащего состава (АОС) для объемного пожаротушения в замкнутых и полузамкнутых объемах - электроустановках, гаражах, складах и т.д.

Сущность процесса прекращения горения объемным способом с помощью АОС объясняется в основном двумя факторами: 1. ингибирование процесса горения за счет гетерогенных рекомбинаций активных радикалов горючего на химически активных поверхностях конденсированных частиц (твердая фаза) солей, окислов, оснований щелочных металлов, которые образуются в процессе термического разложения исходного АОС; 2. разбавление зоны горения инертными продуктами термического разложения исходного АОС (газовая фаза) - СО₂, Н₂О, и др.

Как правило, генераторы огнетушащего аэрозоля (ГОА) - устройства, в которых реализуется процесс горения АОС (генерация аэрозоля) должны работать при атмосферном давлении. Поэтому и АОС должен устойчиво гореть при этих условиях. При этом величина и температура пламени должны быть минимальными для обеспечения безопасности применения ГОА. С другой стороны с этой же целью, продукты сгорания должны быть экологически и биологически безвредны.

Известны АОС на основе нитратов и перхлоратов щелочных металлов (окислитель), а в качестве горючего, одновременно выполняющего роль связующего, используются углеводороды: каучуки, эпоксидные смолы, идитол и т.д. (Вестник ПГТУ, г. Пермь, 2, 1996 г., стр. 167).

Большое (до 40%) содержание органического горючего в таких составах обеспечивает сравнительно невысокую температуру горения (1100-1400 К), но и вместе с тем, низкое значение коэффициента α, который характеризует обеспечение состава окислителем. В процессе термического разложения (горения) состава при значениях α<1 в газовой составляющей аэрозоля присутствуют недоокисленные и способные к догоранию за счет кислорода воздуха соединения (СО, СН, NH₃, СН₄, и др.). При этом образуется высокотемпературное диффузионное пламя длиной до 1 метра.

Применение таких составов затруднено для использования в генераторах для некоторых объектов тушения, требует приспособления для защиты от пламени, температуры, специальных материалов для корпуса ГОА.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является АОС (патент РФ 2107524) с α=0,96/1,0 и выбранный нами за прототип, содержащий следующие компоненты, мас.%: Окислитель (азотнокислый или хлорно-кислый калий или их смесь) - 58,5-77,0 Безводородное неорганическое горючее (сажа) - 9,0-11,0 Связующее - цементатор (жидкое стекло, гипс, мел или их смесь) - 12,0-32,5 Данный состав обладает беспламенным характером горения, что обеспечивается высоким α и применением безводородного неорганического горючего и неуглеводородного связующего.

Но продукты термического разложения выбранных связующих - цементаторов представляют собой экологическую и биологическую опасность. Так при разложении гипса выделяются сернистые соединения, при разложении мела - окись кальция (негашеная известь). Использование жидкого стекла в качестве связующего - цементатора приводит к резкому сокращению газовой фазы аэрозоля, т.е. приводит к снижению эффективности составов (разлагается без образования газовой фазы).

Кроме этого перечисленные компоненты имеют высокие значения температуры разложения (900^oС и выше), т.е. являются балластом. В результате при их использовании доля шлака (часть состава, не перешедшая в аэрозоль) после горения состава достигает 60%, что также снижает эффективность состава.

В основу изобретения положена задача разработать беспламенный аэрозольный огнетушащий состав с повышенной экологической и биологической безопасностью, с высокой степенью газопроизводительности, при одновременном повышении эффективности аэрозоля также и за счет снижения доли шлакового остатка при горении АОС.

Поставленная цель достигается тем, что состав для получения огнетушащего аэрозоля содержит окислитель (азотнокислый калий), безводородное горючее, взятых в соотношении, обеспечивающем α~1. Дополнительно в состав вводится связующее - цементатор (карбонат магния) и вода, в соотношении 5/1, при следующих соотношениях исходных компонентов, мас.%: Окислитель (азотнокислый калий) - 58,0-66,5 Безводородное неорганическое горючее (сажа) - 8,0-9,5 Связующее - цементатор (карбонат магния и вода) - 24,0-34,0
Для обеспечения отсутствия диффузионного пламени в рецептуре АОС применены соединения, не содержащие водород (наличие в связующем - цементаторе воды не сказывается на образовании пламени, т.к. вода уже является продуктом полного окисления), а высокое α обеспечивает практически полное окисление углерода (сажи) до диоксида углерода в процессе горения за счет собственного кислорода состава.

Выбор связующего - цементатор сделан из следующих фактов.

Карбонат магния в присутствии воды при контакте с воздухом образует кристаллогидрат - гидроксокарбонат магния ("Химия", БЭС, М., 1998, стр. 309), чем и объясняется его цементирующая способность. Данное соединение, как показали исследования, начинает разлагаться при температурах ниже 300^oС. Причем при полном разложении, при температурах горения, выделяется до 56% газообразных продуктов (пары воды и СО₂). Данные продукты как и твердая фаза MgO не представляет экологической и биологической опасности - MgO используется как лекарственное средство, удобрение. Низкая температура разложения, высокая степень газообразования позволяет сократить долю шлакового остатка после горения АОС. Количество связующего - цементатора определено из технологических и эксплуатационных факторов:
- с минимальной стороны - прочностными характеристиками сформованных зарядов АОС;
- с максимальной стороны - обеспечением устойчивого горения при атмосферном давлении.

Соотношение в приведенной выше компоновке АОС между карбонатом магния и водой выбрано исходя из формулы гидроксокарбоната магния: на одну молекулу MgCО₃ при образовании данного соединения расходуется одна молекула воды.

Тогда: М.В. MgCО₃=84.

М.В. Н₂О=18.

То есть соотношение между MgCО₃ и Н₂О в составе должно быть ~5/1.

Процесс изготовления элементов (зарядов) АОС заключается в следующем:
1. Требуемая масса окислителя заливается водой. Вода берется в количестве, необходимом для образования гидроксокарбоната магния из заданного количества карбоната магния. Смесь загружается в смеситель типа "Бекен" и перемешивается.

2. В смесь вводится сажа. Смесь перемешивается.

3. В полученную в смесителе смесь вводится карбонат магния. Смесь перемешивается.

Из этой смеси с помощью экструдера формуются элементы, которые выдерживаются в естественных условиях 1-2 суток до образования монолита.

Заявленные варианты аэрозольного беспламенного огнетушащего состава и его характеристики приведены в таблице.

Как следует из таблицы коэффициент α предлагаемого состава находится в пределах 0,99-1,01. Максимальная температура горения состава значительно ниже данного параметра прототипа - 1658 К.

В составе продуктов сгорания отсутствуют недоокисленные продукты сгорания.

Проведенные натурные испытания АОС, в указанных пределах, как отдельно так и в составе генератора подтвердили отсутствие диффузионного пламени.

Кроме того подтверждено низкое шлакообразование и его более высокая эффективность по сравнению с прототипом. Состав имеет высокие механические характеристики и пригоден для снаряжения и эксплуатации в составе ГОА.

Формула изобретения

Аэрозольный беспламенный огнетушащий состав, включающий окислитель - нитрат калия, безводородное неорганическое горючее - сажу, взятых в соотношениях, обеспечивающих коэффициент обеспечения состава окислителем α≈1, отличающийся тем, что в качестве связующего - цементатора содержит карбонат магния и воду в соотношении 5/1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окислитель 58,0-66,5

Безводородное неорганическое горючее 8,0-9,5

Связующее - цементатор 24,0-34,0

РИСУНКИ

Рисунок 1