Огнетушащий бинарный хемоконденсационный состав

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно - к огнетушащим бинарным хемоконденсационным составам, которые могут применяться для объемного, площадного и локального тушения пожаров класса А, В, С, и флегматизации взрывоопасных средств в ограниченном пространстве. Огнетушащий состав включает газообразный флегматизатор-пропеллент диоксид углерода в смеси с азотом или воздухом, жидкий щелочной флегматизатор - водный аммиак или его производные и кислотный нейтрализатор. В качестве щелочного флегматизатора состав содержит смесь водного аммиака брутто формулы NH₃·nH₂O, где n=0.5÷4 с нейтральным ингибитором-фторированным пленкообразующим пенообразователем и/или раствором соли цезия, а в качестве кислотного нейтрализатора и пропеллента взята смесь диоксида углерода со стабилизатором давления - азотом или воздухом и антифризом при следующем соотношении компонентов (мас.%): щелочной флегматизатор с нейтральным ингибитором - 30-60, кислотный нейтрализатор - пропеллент - остальное. При смешении компонентов состава образуется тонкодисперсный аэрозоль кластерного типа. Изобретение обеспечивает получение бинарного хемоконденсационного состава на водной основе, обладающего повышенными значениями тепловыделения и высокой эффективностью пожаротушения, при высокой экологичности, технологичности и безопасности состава. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно - к огнетушащим бинарным хемоконденсационным составам.

Предлагаемый состав может применяться для объемного, площадного и локального тушения пожаров класса А, В, С и флегматизации взрывоопасных средств в ограниченном пространстве.

Предшествующий уровень техники

Известен бинарный хемоконденсационный состав, состоящий из щелочной части на основе жидкого аммиака или его производных с газовым пропеллентом и из кислотной части - водного 50-80% раствора ортофосфорной кислоты с диоксидом углерода или его смеси с воздухом (Патент РФ №2393901 от 10.07.2008 г.).

Недостатком этого состава являются, во-первых, химическая агрессивность ортофосфорной кислоты, что вынуждает потребителя такого состава использовать дорогостоящие баллоны из высоколегированных сталей (см. Н.Н.Постников. «Термическая кислота, соли и удобрения на ее основе». М.: «Химия», 1976, с.335, а во-вторых, использование жидкого аммиака в производстве опасно из-за высокой токсичности паров аммиака, возможность термических ожогов (местного переохлаждения) при попадании на кожу человека, в-третьих, газообразный аммиак с воздухом создает взрывоопасные смеси.

К основному недостатку этого бинарного хемоконденсационного состава, выбранного нами за прототип, является его низкая экзотермичность, что не позволяет во время тушения при синтезе огнетушащего вещества (ОТВ) фосфата аммония в зоне пожара получать удовлетворительный выход водяного пара, снижающего концентрацию кислорода в очаге пожара до критической.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является создание огнетушащего бинарного хемоконденсационного на водной основе, обладающего при совмещении (во время распыла) повышенными значениями тепловыделения, обеспечивающего перевод жидкой воды в пар, что, в конечном итоге, повышает эффективность пожаротушения при повышении экологичности, технологичности, безопасности и снижения материальных затрат. При этом при распылении и смешении бинарного состава образуется тонкодисперсный аэрозоль кластерного типа.

Поставленная цель достигается тем, что в огнетушащем бинарном хемокон-денсационном составе, включающем газообразный флегматизатор-пропеллент, диоксид углерода в смеси с азотом или воздухом, жидкий щелочной флегматизатор - водный аммиак или его производные, в качестве щелочного флегматизатора используют смесь водного аммиака брутто формулы NH₃·nH₂O, где n=0,5÷4 с нейтральным ингибитором - фторированным пленкообразующим пенообразователем и/или раствором соли цезия (галогенид, сульфат, фосфат, карбонат) при соотношении водный аммиак: нейтральный ингибитор от 99:1 до 80:20, а в качестве кислотного нейтрализатора и пропеллента взята смесь диоксида со стабилизатором давления - азотом или воздухом и антифризом - алкилкарбинолом и/или алкилкетоном при следующих компонентах состава (мас.%):

щелочной флегматизатор с нейтральным ингибитором	30-60
кислотный нейтрализатор - пропеллент	остальное.

Физическая сущность изобретения

Физическая сущность данного изобретения заключается в использовании внутренней энергии (энтальпии) исходных компонентов при синтезе нового огнетушащего вещества (или веществ), которая согласно законам термодинамики может быть как положительной (экзотермическая реакция, протекающая с выделением тепла), так и эндотермической (синтез при принудительном нагревании). Рассмотрим в нашем случае два типа реакции получения ОТВ: фосфата аммония и карбоната аммония:

NH₃+NH₄H₂PO₄→(NH₄)₂ HPO₄+780 кДж/кг,

т.е. при получении 1 кг аммофоса (смеси моно- и диаммонийфосфата) в среднем выделяется ≈800 кДж.

Учитывая, что используют 70% ортофосфорную кислоту, то и энергии соответственно выделится: 800 кДж·0.7=560 кДж.

1 дм³ воды при переводе ее в газообразное состояние (т.е. при t≥100°C) дает 1700 дм³ пара, т.е. с 1 кг воды получаем 1.7 м³ пара. Для перевода 1 кг воды в пар при t=0°C требуется 2675 кДж/кг (или 640 ккал/кг). Таким образом, при синтезе 1 кг аммофоса согласно патенту-прототипу можно перевести в пар: 560 кДж:2675кДж=0.2 кг воды или получить 1.7 м³/кг·0.2 кг=0.34 м³ пара.

По предлагаемому варианту заявки на изобретение реакции будут идти следующим образом:

Гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃ уже при 20°С распадается на NH₄OH - сильный ингибитор горения и диоксид углерода (СО₂) - флегматизатор. Таким образом, с 1 кг термической смеси бинарного состава по предлагаемому изобретению получаем: 0,45 кг гидрата аммония (NH₄OH) и 0,55 кг СО₂, что соответствует 1 м³ CO₂. Согласно реакции (2) можно перевести 3,4 кг воды в пар, т.е. получить 1.7 м³×3.4 кг=5.78 м³ пара и 1 м³ диоксида углерода. Отсюда получаем, что по газопроизводительности флегматизатора предлагаемый состав в (5.78+1) м³: 0.34 м³: ≈ в 20 раз может превосходить состав-прототип по патенту РФ №2393901. Водный аммиак - это жидкое удобрение и является не только некоррозионным, малотоксичным и экологически чистым веществом, но и на порядок дешевле ортофосфорной кислоты. При этом следует учитывать, что в водном аммиаке отлично растворяются соли цезия, которые при выпаривании из раствора образуют кластерную аэродисперсную систему.

Устойчивость к коагуляции дисперсной фазы образованного аэрозоля обеспечивает ПАВ - фторированный пленкообразующий пенообразователь, который придает аэрозольной частице определенный электрический заряд, что и противодействует коагуляции ультрадисперсных частиц огнетушащего аэрозоля.

Совокупность новых компонентов в сочетании с новыми соотношениями и известными позволяет подбирать составы с заданными свойствами и получать новые положительные эффекты.

Лучший вариант осуществления изобретения.

Инградиенты состава имеют широкую промышленную базу, недефицитны, дешевы, экологически чисты и не корродируют оборудование.

Предлагаемый огнетушащий бинарный хемоконденсационный состав снаряжается в два различных баллона: кислотный и щелочной. В первый баллон снаряжается диоксид углерода (основной пропеллент), азот или воздух (стабилизатор давления, обеспечивающий уменьшение весьма сильной барометрической зависимости диоксида углерода от температуры) и антифриз, например, этиловый спирт и/или диметилкетон. В щелочной баллон снаряжается водный аммиак, ПАВ и раствор солей цезия. Допускается вместо солей цезия применять его гидроксид.

Рецепты и основные характеристики состава-прототипа приведены в таблице.

Как видно из приведенных в таблице данных, заявляемый состав по газо (паро)производительности превосходит прототип в 8-34 раза, при этом состав не корродирует оборудование и аппаратуру из черного металла, не взрывоопасен, не токсичен и относится к малоопасному 4-му классу по категории опасности.

Таблица.
А.Компоненты состава	Прототип патент РФ 2393901	Содержание, мас.% (Варианты исполнения)
Б. Характеристики	1	2	3	4	5	6
1	2	3	4	5	6	7	8
А. Жидкий аммиак	8-10	-	-	-	-	-	-
Вода	20-40	-	-	-	-	-	-
Диоксид углерода + воздух	3-7	-	-	-	-	-	-
Ортофосфорная кислота	40-48	-	-	-	-	-	-
Пропеллент - азот	остальное	-	-	-	-	-	-
Кислотный нейтрализатор
диоксид углерода	-	56,0	49,5	38,8	56,0	49,5	38,8
азот или воздух	-	10,5	4,0	0,8	10,5	3,0	0,8
антифриз:
этанол	-	3,5	1,5	-	-	1,0	0,2
диметилкетон	-	-	-	0,4	3,5	1,5	0,2
Щелочной флегматизатор
водный аммиак	-	29,7	40,5	48	29,7	40,5	48
ПАВ типа AAAF	-	0,3	2,5	6	-	1	2
хлорид цезия	-	-	2,0	-	-	-	-
сульфат цезия	-	-	-	6	-	-	2
карбонат цезия	-	-	-	-	0,3	-	2
йодид цезия	-	-	-	-	-	1,5	2
бромид цезия	-	-	-	-	-	2	2
фосфат цезия							2
Б. Характеристики
1. Выход газообразного флегматизатора с 1 кг смеси, м3/кг	0,2-0,34	0.95-2.38	0.95-2.38	0.95-2.38	0.95-2.38	0.95-2.38	0.95-2.38
2. Агрессивность к черным металлам	+	-	-

1. Огнетушащий бинарный хемоконденсационный состав, включающий газообразный флегматизатор-пропеллент диоксид углерода в смеси с азотом или воздухом, жидкий щелочной флегматизатор - водный аммиак или его производные и кислотный нейтрализатор, отличающийся тем, что в качестве щелочного флегматизатора взята смесь водного аммиака брутто формулы NH₃·nH₂O, где n=0,5-4, с нейтральным ингибитором - фторированным пленкообразующим пенообразователем и/или раствором соли цезия при соотношении водный аммиак: нейтральный ингибитор от 99:1 до 80:20, а в качестве кислотного нейтрализатора и пропеллента взята смесь диоксида углерода со стабилизатором давления - азотом или воздухом и антифризом при соотношении диоксид углерода: стабилизатор давления: антифриз от 80:15:5 до 97:2:1 при следующих соотношениях компонентов состава, мас.%:

щелочной флегматизатор с нейтральным ингибитором	30-60
кислотный нейтрализатор - пропеллент	остальное

2. Огнетушащий состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли цезия взят галогенид, или сульфат, или фосфат, или карбонат цезия, а в качестве антифриза взят алкилкарбинол и/или алкилкетон.