Огнегасящий состав, способ его приготовления и способ пожаротушения

Изобретение относится к средствам тушения пожаров. Огнегасящий состав включает карбонатный материал, присутствующий в тонко измельченном или кристаллическом/осажденном виде в смеси с водной средой-носителем, предпочтительно, в виде гомогенной дисперсии. Способ приготовления состава заключается в измельчении карбонатного материала до размера частиц менее 0,5 мм с последующим добавлением среды-носителя в виде воды или водного раствора либо дисперсия готовится путем добавления диоксида углерода к растворенным оксидам или гидроксидам с последующей кристаллизацией/агломерацией и обезвоживанием до требуемой концентрации. Способ пожаротушения заключается в нанесении в очаг пожара данного огнегасящего состава разбрызгиванием. 3 н. и 13 з.п. ф-лы.

 

Развитие начинающегося пламени в неуправляемый пожар зависит от присутствия кислорода или окислителя вблизи горючего материала, так что реакции окисления могут достигнуть неуправляемого масштаба. Реакции окисления высвобождают тепло, которое превращает воспламенившийся материал в нестабильные химические компоненты, которые вновь могут реагировать с имеющимся окислителем по нестабильному пути и производить еще более тепла, пока доступность окислителя не сделается фактором, лимитирующим развитие пожара. Начинающимся пожаром можно управлять одним из трех приемов:

1. Уменьшая доступность окислителя (эффект запирания).

2. Уменьшая выработку тепла путем добавления в очаг пожара химических компонентов, которые при высокой температуре претерпевают требующие энергию химические реакции или физические превращения (эффект охлаждения).

3. Прекращение окислительных реакций путем добавления химических соединений, которые образуют стабильные химические молекулы при реакции с нестабильными химическими компонентами пламени (эффект прекращения). Прекращение приводит к разрыву нестабильного химического цикла: тепло => нестабильный материал => горение => тепло.

Обычное пожаротушение с помощью воды состоит, прежде всего, в охлаждении по типу 2. Физическое превращение жидкой воды в пар потребляет энергию и снижает распространение энергии в пламени. Пожаротушение с помощью различного типа пен обычно относится к типу 1, т.е. к действию по способу запирания. Пена образует лишь частично проницаемый физический барьер между горящим материалом и окружающим кислородом воздуха, который приводит к запиранию пожара из-за пониженной подачи кислорода сквозь пенный слой. CO₂ и водяной пар служат другими примерами материалов, которые могут вызывать эффект запирания пожара. Водяной туман может производить комбинированный эффект охлаждения и запирания пожара. Порошки, содержащие бикарбонат натрия или галогениды натрия, служат примерами огнегасителей со способом действия по принципу прекращения.

Измельченный известняк (карбонат кальция) в виде известняковой муки является хорошо известным средством безопасности в угледобыче. Взрывоопасный огонь можно подавить рассеиванием такой известняковой муки в воздухе. При сильном нагревании известняк химически разлагается: СаСО₃ => СаО+CO₂. Эта реакция разложения требует энергии и поэтому дает эффект охлаждения. Кроме того, образующийся CO₂ снижает концентрацию кислорода в воздухе и тем самым обеспечивает эффект запирания.

Карбонатные материалы также известны как огнезащитные средства, и их используют для обработки поверхности горючих материалов.

Патент США №5695691 является примером, описывающим коллоидные частицы твердого огнезащитного материала, диспергированные в воде, органических жидкостях или в плавких твердых материалах. Патент относится к тонко измельченным частицам материалов, которые придают огнезащитные свойства волокнам, текстилю, бумаге, краске, теплоизоляции и т.д.

В японском патенте № JP 2000107319 описано "химическое пожаротушение", при котором огнегасящие составы прекращающего типа, включающие галогениды углерода или галогениды углеводородов, смешаны со щелочными компонентами, например, с карбонатом кальция. Назначение такой смеси состоит в том, чтобы нейтрализовать вредные галогениды водорода (например, HCl), которые являются результатом использования галогенидов в качестве огнегасителей.

Патент США №4560485, под названием "Огнетушащие порошки" предлагает порошки для пожаротушения, включающие различные смеси карбонатов-бикарбонатов (так называемые полуторные карбонаты). Патент США описывает использование порошков полуторных карбонатов натрия, калия или аммония.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить огнегасящий состав, который был бы эффективен во многих ситуациях, когда замечено начало пожара, путем использования более эффективного способа, чем ранее известные способы, а именно, сочетания эффектов запирания, охлаждения и прекращения. Далее, целью является сделать это с помощью простых средств и обеспечить огнегасящий состав, дешевый в приготовлении, простой, безопасный и безвредный для окружающей среды при хранении и обращении.

Настоящее изобретение, в соответствии с первым аспектом изобретения, обеспечивает огнегасящий состав, определенный в п.1 формулы изобретения.

В соответствии со вторым аспектом изобретение обеспечивает способ приготовления огнегасящего состава, как это определено в п.10 формулы изобретения.

В соответствии с третьим аспектом, изобретение обеспечивает способ пожаротушения, как это определено в п.14 формулы изобретения.

Предпочтительные воплощения изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Под "тонко измельченными частицами материалов" здесь и далее подразумевается, что по меньшей мере 50% частиц, исходя из их количества, имеют наибольший диаметр менее 0,5 мм, а предпочтительно, менее 0,1 мм. Частицы практически никогда не бывают совершенно сферическими, и термин "наибольший диаметр" следует понимать как наибольшую линейную протяженность независимо от действительной формы частицы. Выбор размера частиц будет влиять на то, насколько легко частицы остаются в суспензии или в дисперсии, кратковременно или надолго.

Частицы требуемого размера, как правило, представляют собой измельченные частицы, но также могут быть осажденными, кристаллическими частицами. Смесь, как правило, имеет вид гомогенной дисперсии или суспензии, которая во многих случаях составляет предпочтительное воплощение. Смесь может, однако, иметь реологические свойства, подразумевающие, что она сохраняет желеобразный вид, когда не подвергается перемешиванию (взбалтыванию), но вновь переходит в невязкую дисперсию, когда ее перемешивают. Этот прием гарантирует, что частицы не оседают, а остаются равномерно распределенными в смеси в период хранения.

Карбонатный материал можно получить, например, из известняка, мрамора, ракушечного песка и порошка кораллового известняка (главным образом, карбонат кальция), доломита (сочетание карбоната кальция и карбоната магния) или из отложений углекислого натрия (карбоната натрия и/или бикарбоната натрия).

Карбонатный материал должен быть так тонко измельчен, чтобы избежать седиментации без перемешивания, или, в качестве альтернативного приема, используют перемешивание, чтобы карбонаты оставались диспергированными в период хранения и транспортировки. К дисперсии можно добавить поверхностно-активные соединения (дисперсанты), чтобы помочь избежать седиментации, или облегчить пенообразование, или обеспечить дисперсию с гелеобразной структурой. Чтобы поддержать биологическую стабильность во времени, можно добавить биоциды. Чтобы увеличить механическую прочность, когда дисперсия затвердевает/высыхает, можно добавить термоустойчивые волокна.

В соответствии со вторым аспектом изобретения огнегасящий состав приготавливают путем измельчения содержащего карбонат материала до тонко измельченных частиц со средним наибольшим диаметром, менее или равным 0,5 мм, предпочтительно, менее или равным 0,1 мм. Тонко измельченные частицы карбоната суспендируют или диспергируют в воде или в водном растворе. Вода может быть пресной водой или соленой водой, ниже имеется в виду морская вода. Постольку, поскольку вода содержит другие компоненты, такие как дисперсанты, огнезащитные волокна или другие активные или пассивные компоненты, они могут присутствовать в воде перед добавлением карбонатного материала, причем такие компоненты можно добавлять одновременно с карбонатным материалом или же такие компоненты можно добавлять после того, как добавили и распределили в воде карбонатный материал. Под "пассивными компонентами" здесь и далее подразумеваются компоненты, которые не влияют на способность дисперсий тушить огонь. Когда в этом описании мы ссылаемся на низкую вязкость, это следует интерпретировать как вязкость, достаточно низкую, чтобы позволить использование обычного насосного и разбрызгивающего оборудования для распространения дисперсии на месте пожара.

Третий аспект изобретения представляет собой способ пожаротушения, характерные черты которого аналогичны первому аспекту изобретения, а именно, огнегасящему составу, который следует использовать с этой целью. Путем разбрызгивания огнегасящего состава по настоящему изобретению получают следующие эффекты.

Содержание воды в дисперсии или смеси быстро уменьшается при испарении воды. При этом достигается эффект охлаждения.

Когда испарится достаточное количество воды, дисперсия или смесь превращается в нанесенный слой твердого карбонатного материала, который будет работать как барьер в отношении транспортировки кислорода из окружающего воздуха в горючий материал. Это дает определенный эффект запирания.

После достаточного нагревания огнем нанесенный слой карбонатов будет разлагаться и высвобождать СO₂. Эта обеспечивает как эффект охлаждения из-за потребления энергии за счет химического разложения, так и эффект запирания благодаря тому факту, что CO₂, высвобождаемый в ходе разложения, замещает воздух и, в то же время, кислород. В одном из нескольких возможных воплощений, огнегасящий состав по настоящему изобретению можно поставлять на пожар тем же способом, что и воду, с помощью традиционных насосов и пожарных шлангов. По сравнению с традиционным пожаротушением применение определенного количества огнегасящего состава произведет по существу тот же эффект, что и большее количество воды, без содержания карбоната. Испытания показали, что дисперсия немедленно тушит горящие автомобильные шины, бытовые пожары и прекращает горение различных материалов. Альтернативные способы применения карбонатных дисперсий включают, не исключая других способов, не упомянутых здесь и далее, применение в виде тонко распыленной дисперсии, применение в виде геля, применение в виде пены и применение в виде содержащей волокна дисперсии. Когда карбонатную дисперсию применяют в виде тонко распыленной дисперсии, то сквозь распылительную форсунку она поступает в виде жидкости. Когда ее применяют в виде геля, пены или с волокнистым наполнением, то ее подают с добавкой желатинирующего агента, пенообразующего агента и волокнистой суспензии, соответственно, которые либо добавляют прямо в суспензию перед ее применением, либо добавляют в качестве второго компонента двухкомпонентной дисперсионной смеси во время ее применения.

Чтобы обеспечить добавление дисперсии без проблем с седиментацией частиц, можно использовать тонко измельченные частицы карбоната с достаточно малыми размерами частиц, чтобы избежать седиментации даже без перемешивания, или хранение и транспортировку можно осуществлять с оборудованием, которое обеспечивает перемешивание, чтобы избежать седиментации. Большая величина поверхности частиц положительно влияет на реакционную способность огнегасящего состава, таким образом, помимо размера частиц, пористость частиц влияет на их эффективность. Это означает, что более крупные агломераты более мелких частиц, которые, например, могут образоваться в период кристаллизации/осаждения синтетических карбонатов, что приводит к большим размерам внутренней поверхности, могут быть столь же эффективны, как и более мелкие частицы.

Чтобы избежать седиментации в период хранения и транспортировки, когда перемешивание не обеспечено, можно добавлять поверхностно-активные дисперсанты. Примерами таких дисперсантов являются, не ограничиваясь упомянутыми дисперсантами, производные акриловой кислоты или компоненты, упомянутые в патенте США №5076846.

Чтобы избежать биологической деградации дисперсии в период хранения и транспортировки, можно добавлять биоциды.

Чистота карбонатов не критична для использования их в соответствии с настоящим изобретением. Типичными примесями в карбонатах являются графит, силикаты, минеральные оксиды или другие минералы, а также остатки органических или неорганических химикатов от способов промышленной переработки. Типичными примерами областей применения, не исключая другие направления применения в пожаротушении, являются пожары в туннелях, пожары на нефтяных или газовых трубопроводах, лесные пожары, пожары на свалках, пожары в домах и зданиях, что означает наружные пожары, пожары в комнатах и других внутренних помещениях, пожары на электрических и других технических установках и пожары несущих конструкций. Огнегасящий состав по настоящему изобретению также хорошо подходит при пожарах на платформах и других установках для нефти и газа, пожарах на промышленных установках и складах, пожарах на борту судна, на поездах, самолетах и автомобилях, а также на мусороперерабатывающих свалках.

1. Огнегасящий состав, включающий карбонатный материал, отличающийся тем, что карбонатный материал присутствует в тонко измельченном или кристаллическом/осажденном виде в смеси с водным носителем.

2. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что он находится в форме, по существу, гомогенной дисперсии или суспензии.

3. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что карбонатный материал включает минералы, выбранные из группы, содержащей известняк, мрамор, ракушечный песок, порошок кораллового известняка (главным образом, карбонат кальция), доломит (сочетание карбоната кальция и карбоната магния) или отложения углекислого натрия (карбоната натрия и/или бикарбоната натрия) или любое сочетание двух или более из них.

4. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает, по существу, известные добавки, выбранные из диспергирующих агентов, биоцидов, пенообразующих агентов, гелеобразующих агентов и термостойких волокон.

5. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что карбонатный материал имеет наибольший среднечисленный диаметр менее или равный 0,5 мм.

6. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что карбонатный материал имеет наибольший среднечисленный диаметр менее или равный 0,1 мм.

7. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что в период хранения он способен принимать форму гелевой структуры, в то время как при перемешивании он принимает форму дисперсии с низкой вязкостью.

8. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что карбонатный материал присутствует в дисперсии в количестве от 2 до 90 мас.% по отношению к воде, предпочтительно от 5 до 70 мас.%.

9. Огнегасящий состав по п.1, отличающийся тем, что он находится в форме геля, пены, содержащей волокно дисперсии, или тонко распыленной дисперсии.

10. Способ приготовления огнегасящего состава, отличающийся тем, что карбонатный материал измельчают до частиц со среднечисленным размером (наибольший диаметр) менее 0,5 мм и к измельченным частицам добавляют среду-носитель в виде воды или водного раствора, альтернативно, карбонаты изготавливают синтетическим путем из соответствующих растворенных оксидов или гидроксидов путем добавления диоксида углерода и последующей кристаллизации/агломерации и обезвоживания до требуемой концентрации твердых частиц.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что карбонатный материал включает, по меньшей мере, один минерал, выбранный из группы, состоящей из известняка, мрамора, ракушечного песка, порошка кораллового известняка (главным образом, карбонат кальция), доломита (сочетание карбоната кальция и карбоната магния) или из отложений углекислого натрия (карбонат натрия и/или бикарбонат натрия).

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что к огнегасящему составу добавляют диспергирующий агент, альтернативно, огнегасящий состав перемешивают, чтобы гарантировать, что он находится в форме, по существу, гомогенной дисперсии карбонатного материала в водной среде-носителе.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что один или более карбонатный(ые) материал(ы) добавляют до достижения их концентрации в дисперсии или в смеси от 2 до 90% по массе по отношению к воде.

14. Способ пожаротушения, отличающийся тем, что в очаге пожара применяют водную смесь тонко измельченного карбонатного материала.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что водный раствор находится в форме дисперсии, которую применяют в очаге пожара с помощью обычного оборудования для разбрызгивания воды или водных жидкостей.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что водная смесь находится в форме тонко распыленной дисперсии и применяется в очаге пожара с помощью подходящих для этого средств.