EA001261B1

EA001261B1 - Способ тушения пожара, огнетушащий состав и система пожаротушения

Info

Publication number: EA001261B1
Application number: EA199800774A
Authority: EA
Inventors: Владимир Иванович Беляков; Владимир Дмитриевич Русанов; Константин Вадимович Говоров; Анатолий Дмитриевич Голубев; Владимир Александрович Соловьев; Роберт Александрович Кузнецов; Игорь Викентьевич Крауклиш; Борис Петрович Перепеченко; Юрий Александрович Милицын; Юрий Михайлович Милехин; Татьяна Павловна Коробенина; Зиновий Петрович Пак; Александр Сергеевич СОКОЛЬНИКОВ
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Сансар"
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2000-12-25
Also published as: PT925808E; ATE248005T1; AU736509B2; EP0925808A4; DK0925808T3; DE69724441D1; EA199800774A1; DE69724441T2; WO1997033653A1; RU2095104C1; ES2206698T3; EP0925808B1; EP0925808A2; AU2311997A

Abstract

Способ тушения пожара, огнетушащий состав и система пожаротушения. Сущность изобретения: способ тушения пожара, заключается в подготовке огнегасящей композиции, содержащей окислитель и горючее-связующее, размещение композиции в зоне очага пожара, инициирование начала реакции окисления горючего с возможностью ее дальнейшего протекания с образованием продуктов горения в виде мелкодисперсной аэрозоли, последующее воздействие аэрозольной средой на очаг пожара. Согласно изобретению в образующихся аэрозольных продуктах горения композиции непосредственно в зоне протекания реакции окисления горючего уменьшают содержание токсичных веществ и одновременно понижают равновесную температуру реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего. Для этого в аэрозольные продукты горения композиции вводят реагент, способствующий понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего. В качестве такого реагента используют продукты термораспада низкоэнергетического дополнительного горючего. Предложен состав, позволяющий осуществить способ. В системе предусмотрен реактор, содержащий средство для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции.

Description

Область техники

Изобретение относится к аэрозолеобразующим средствам пожаротушения и может быть использовано для подавления очага пожара в замкнутом объеме, на открытых участках и для предотвращения горения и взрыва паров и аэровзвесей легковоспламеняющихся жидкостей, горючих веществ и материалов.

Предшествующий уровень техники

Из всех способов пожаротушения наиболее перспективным является способ, использующий аэрозолеобразующие огнетушащие составы. Это объясняется тем, что в указанном способе реализуется эффективный механизм подавления пламени, заключающийся в том, что дисперсная фаза аэрозоля, попадая в очаг пожара, приводит к обрыву цепной реакции образования в зоне горения активных радикалов (активных центров). При этом каждая аэрозольная частица поглощает энергию, выделяемую при реакции рекомбинации активных радикалов, что вместе с процессом их осаждения на поверхностях частиц аэрозоля приводит к энергетическому дефициту, препятствующему образованию новых активных радикалов в зоне горения. Огнетушащая эффективность частиц дисперсной фазы аэрозоля возрастает с уменьшением размеров его частиц, так как увеличивается их общая поверхность и, соответственно, увеличивается количество удерживаемых на этой поверхности активных радикалов. Воздействие частиц аэрозоля на активные радикалы в зоне горения останавливает распространение химических реакций, а газообразная фаза аэрозоля за счет разбавления оказывает ингибирующее воздействие на пламя, что также приводит к его подавлению.

Получение аэрозольной смеси может быть осуществлено путем сжигания пиротехнического состава, в который входят компоненты, образующие в процессе горения наряду с дисперсной средой ингибиторы в газовой фазе, или ингибиторами горения являются компоненты самого аэрозолеобразующего состава. Выделяющаяся в процессе горения состава дисперсная твердая или жидкая конденсированная фаза содержит соли, оксиды или гидроокиси, например, щелочных, щелочноземельных металлов, что существенно увеличивает огнетушащую эффективность конденсированной фазы аэрозоля.

Большинство способов тушения пожара включают общие для всех операции: размещение аэрозолеобразующего состава в зоне очага пожара, воспламенение состава (после появления или обнаружения пламени пожара) с возможностью его дальнейшего горения с образованием продуктов в виде мелкодисперсной аэрозоли, последующее воздействие аэрозольной средой на очаг пожара.

Известен способ объемного тушения пожара, включающий вышеперечисленные операции (8И, авт. св. № 1741816, А62С 2/00, 1992). В известном способе при горении состава образуются токсичные и высокотемпературные продукты, что ограничивает применение способа возможностью тушения пожара в безлюдных помещениях и делает способ неприменимым в условиях, например, шахты, склада, офиса, салона машины и т. д., когда автоматически включается огнетушащая установка в присутствии людей вблизи очага пожара. Кроме того, отсутствие в способе средств охлаждения приводит к необходимости существенно повышать огнетушащую концентрацию продуктов сгорания аэрозолеобразующего состава, что делает способ практически не применимым для пожаротушения в открытом объеме.

Известен способ тушения пожара, включающий операцию введения в защищаемый объем аэрозольных продуктов сгорания пиротехнической смеси, в которых дисперсная фаза содержит соли щелочных металлов или металлов переходных групп, причем аэрозольные продукты сгорания пиротехнической смеси охлаждают как в самой зоне горения, так и за ее пределами (8И, авт. св. № 2008045, А 62С 3/00, 1994). Охлаждение аэрозольных продуктов осуществляют путем введения в них охладителя, который в зоне горения представляет собой продукты термораспада облицовки реактора, содержащего пиротехническую смесь. Вне зоны горения в качестве охладителя используют воздушный или жидкостной хладагент. Наличие солей щелочных металлов или металлов переходных групп в аэрозольных продуктах сгорания повышают огнетушащую эффективность конденсированной фазы аэрозоля по сравнению с предыдущим аналогом, однако недостаточно эффективные средства охлаждения при сохранении высокой температуры горения пиротехнической смеси не позволяют заметно уменьшить температуру аэрозольных продуктов, поступающих в очаг пожара и тем самым уменьшить их огнетушащую концентрацию. Кроме того, высокое содержание токсичных веществ в продуктах сгорания смеси также как и в предыдущем аналоге не позволяет использовать способ для закрытых помещений в присутствии людей.

В рассмотренных выше способах тушения пожара применялась аэрозолеобразующая композиция, содержащая окислитель, горючеесвязующее и добавки. Однако рецептурный состав композиции не обеспечивал при ее горении приемлемо низкой температуры образующейся аэрозольной смеси, а также допустимой для тушения пожара в закрытых помещениях концентрации токсичных веществ.

Наиболее близким к требумым техническим условиям пожаротушения является аэрозолеобразующий состав, содержащий дополнительное горючее, продукты термического разложения которого поглощают энергию, выделяющуюся при окислении горючего-связу ющего, что приводит к некоторому снижению температуры горения состава (\УО 92/17244, А 62Ό 1/00, 1992). Однако в процессе горения состава образуются токсичные продукты неполного окисления горючего, такие как СО, ΝΗ₃, ИСЫ, что ограничивает применение известного состава в качестве огнегасящего средства. Кроме того, соприкасаясь с окружающим воздухом, часть продуктов неполного окисления доокисляется, что приводит к повышению температуры аэрозольной струи, воздействующей на очаг пожара, и тем самым понижает эффективность подавления пламени.

Из последнего аналога известно также устройство для тушения пожара, содержащее реактор для размещения и горения описанного выше аэрозолеобразующего состава и инициатор его воспламенения. Однако в известном устройстве отсутствуют средства для уменьшения содержания в реакторе токсичных продуктов неполного окисления горючего, в связи с чем истекающая из реактора струя аэрозоля в воздушной среде будет разогреваться за счет доокисления продуктов неполного окисления горючего. Чтобы избежать этого, известное устройство должно использоваться в комплекте со средствами охлаждения струи аэрозоля, например, с дополнительными блоками, содержащими газовый или водяной охладитель, что усложняет процесс пожаротушения и снижает эффективность применения аэрозолеобразующего состава для тушения пожара.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка такой группы технических решений, которые обеспечивали бы эффективное и экологически безопасное тушение пожара аэрозольной средой как в замкнутых объемах, так и в условиях открытого пространства.

Поставленная задача решается тем, что в способе тушения пожара, заключающемся в подготовке огнегасящей композиции, содержащей окислитель и горючее-связующее, размещение композиции в зоне очага пожара, инициирование начала реакции окисления горючего с возможностью ее дальнейшего протекания с образованием продуктов горения в виде мелкодисперсной аэрозоли, последующее воздействие аэрозольной средой на очаг пожара, согласно изобретению в образующихся аэрозольных продуктах горения композиции непосредственно в зоне протекания реакции окисления горючего уменьшают содержание токсичных веществ и одновременно понижают равновесную температуру реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего.

Содержание токсичных веществ в аэрозольных продуктах горения композиции можно уменьшить путем введения реагента, одновременно способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего .

Аэрозольные продукты горения композиции перед воздействием их на очаг пожара целесообразно охлаждать, причем это охлаждение может быть осуществлено за пределами зоны протекания реакции окисления горючего.

Часть аэрозольных продуктов горения композиции в ряде реальных случаев целесообразно направить в дополнительные средства тушения для вытеснения, например, огнегасящего агента в жидкой фазе, газообразной фазе или в виде порошка из содержащих эти составы емкостей в очаг пожара.

В качестве реагента, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, можно использовать продукты термораспада низкоэнергетического дополнительного горючего, которое вводят на этапе подготовки композиции в горючее связующее, причем это дополнительное горючее может быть введено как отдельно, так и с различными производными оксибензола, а также в смеси с полимерами, смолами и каучуками в виде отдельных компонент или их смесей.

В качестве производных оксибензола целесообразно использовать, например, 4-оксибензойную кислоту, а в качестве низкоэнергетического дополнительного горючего - малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды. В качестве последних используют азодикарбонат, гуанидин, дициандиамид, мелон, меламин, мочевину, уротропин, азобисформамид, семикорбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол, и их производные или их соли или их смеси.

Целесообразно в качестве окислителя использовать нитраты или перхлораты щелочных металлов.

Задача изобретения решается также и тем, что состав для тушения пожаров, содержащий окислитель, горючее-связующее и добавки, согласно изобретению содержит дополнительное горючее, способствующее понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего при следующем соотношении компонентов, мас.%: Горючее-связующее 1,5 - 18

Дополнительное горючее 3,0 - 25

Добавки 0,5 - 10

Окислитель Остальное

В качестве горючего-связующего композиция может содержать различные производные оксибензола, полимеры, смолы, каучуки или их смеси, причем производное оксибензола целесообразно применять в виде 4-оксибензойной кислоты.

В качестве дополнительного горючего состав может содержать низкоэнергетическое горючее в виде малоуглеродных или безуглеродных полиазотных соединений или органических и неорганических азидов, которые включают азодикарбонат, гуанидин, дициандиамид, мелон, меламин, мочевину, уротропин, азобисформамид^л семикорбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол, и их производные или их соли или их смеси в различных соотношениях.

Во всех случаях приготовления состава в качестве окислителя целесообразно из-за их стоимости применять нитраты или перхлораты щелочных металлов.

В качестве добавок состав может содержать металлы: алюминий и магний в виде отдельных компонент или их смесей или сплавов, причем последние могут дополнительно содержать металлы 1,2 группы, медь, железо и гидриды металлов. При этом в состав целесообразно дополнительно включать каталитические и технологические добавки в виде оксидов меди, железа, цинка, марганца, хрома.

Задача изобретения решается также и тем, что система пожаротушения, содержащая реактор для размещения огнегасящей композиции, включающей окислитель и горючее-связующее, инициатор горения композиции с возможностью образования продуктов сгорания в виде мелкодисперсной аэрозоли, для последующего воздействия аэрозольной средой на очаг пожара, согласно изобретению снабжена размещенным в реакторе средством для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции, а инициатор горения выполненен с возможностью термодинамической связи с очагом пожара для автоматического поджигания композиции в случае резкого повышения температуры окружающей среды при возникновении пожара, причем средство для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции может быть выполнено в виде химически активного элемента реактора, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего.

Систему пожаротушения целесообразно оснастить средством охлаждения аэрозольных продуктов горения композиции перед воздействием на очаг пожара, при этом указанное средство может быть размещено за пределами зоны протекания реакции окисления горючего. Также систему пожаротушения целесообразно оснастить 1 средством, позволяющим часть аэрозольных продуктов горения композиции направлять в дополнительные устройства тушения для вытеснения огнегасящего состава в жидкой фазе, газообразной фазе или в виде порошка из содержащих эти составы емкостей в очаг пожара.

В качестве химически активного элемента реактора система может содержать низкоэнергетическое дополнительное горючее в виде, например, производных оксибензола, полимеров, смол и каучуков или их смесей, введенных в горючее-связующее. При этом в качестве произ водных оксибензола целесообразно использовать 4-оксибензойную кислоту.

Целесообразно в качестве низкоэнергетического дополнительного горючего использовать малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды в виде, например, азодикарбоната, гуанидина, дициандиамида, мелона, меламина, мочевины, уротропина, азобисформамида, семикорбазида, дигидроглиоксима, тетразола, дитетразола, и их производных или их солей или их смеси.

Приведенные выше признаки относятся к группе технических решений, связанных единым изобретательским замыслом и являются существенными, так как каждый из этих признаков влияет на соответствующий технический результат, который в совокупности с другими техническими результатами, обеспечивает решение поставленной задачи.

Так, уменьшение содержания токсичных веществ в аэрозольных продуктах горения композиции непосредственно в зоне протекания реакции окисления горючего позволяет не только получить аэрозоль с улучшенными токсикологическими характеристиками продуктов сгорания, но и понизить температуру аэрозольной струи, воздействующей на очаг пожара. Это происходит благодаря тому, что уменьшенное содержание токсичных веществ в продуктах сгорания аэрозолеобразующей композиции на выходе из зоны реакции окисления горючего способствует меньшему разогреву аэрозольной струи за счет доокисления в воздушной среде токсичных веществ. Одновременно понижение равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючегосвязующего позволяет процесс пламенного окисления аэрозолеобразующей композиции перевести в стадию беспламенной газификации или, по меньшей мере, сократить протяженность пламенной зоны реакций окисления горючего-связующего и тем самым повысить эффективность пожаротушения.

Применение для осуществления способа пожаротушения состава, содержащего дополнительное горючее, способствующее понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючегосвязующего при указанном выше соотношении массовых долей компонентов состава, позволяет путем доокисления продуктов неполного сгорания горючего-связующего непосредственно в зоне реакции уменьшить содержание токсичных веществ в образующемся аэрозоле. В результате этого аэрозольная струя, направленная в очаг пожара, имеет низкое содержание токсичных веществ, что позволяет одновременно уменьшить разогрев струи за счет доокисления токсичных веществ кислородом воздуха. Кроме того, путем выбора вида дополнительного горючего оказалось возможным значительно уменьшить минимальное значение огнетушащей концентрации аэрозоля и тем самым обеспечить потребный расход аэрозолеобразующего состава для тушения пожара на открытых площадях.

Использование в качестве дополнительного горючего низкоэнергетического горючего, а также в сочетании его с различными производными оксибензола, например, -4-оксибензойной кислотой, как в чистом виде, так и в смеси с полимерами, смолами и каучуками, входящими в состав горючего-связующего, позволило значительно интенсифицировать и регулировать процесс горения составов и, соответственно, увеличить вынос дисперсной части газоаэрозольной смеси, образующейся при горении, что привело к повышению огнетушащей эффективности составов, позволило снизить их температуру горения.

Использование в низкоэнергетическом дополнительном горючем малоуглеродных или безуглеродных полиазотных соединений, например, дициандиамида позволяет достигать в процессе горения одновременного повышения эффективности тушения, дальнейшего снижения температуры горения и более полного окисления горючих компонентов, т.е. еще большего снижения токсичности продуктов сгорания.

Применение в качестве окислителей нитратов и перхлоратов щелочных металлов, например, калия и натрия или их смесей в составах, содержащих низкоэнергетическое дополнительное горючее в сочетании с производными оксибензола, способствует образованию в продуктах сгорания состава твердых частиц типа К₂О, Να₂Ο, КОН, ΝαΟΗ, К₂СО₃, Иа₂СО₃, КС1, ИаС1, и еще больше увеличивает огнетушащую эффективности аэрозольной составляющей продуктов сгорания составов. Кроме того, применение указанных окислителей позволяет увеличить в продуктах сгорания содержание инертных газов типа азота и углекислого газа, что также способствует повышению огнетушащей эффективности составов и улучшению токсикологических свойств огнетушащей среды.

Введение в горючее-связующее полимеров, смол и каучуков в различных сочетаниях с различными оксибензолами повышает когезионное взаимодействие частиц композиций, обеспечивая возможность изготовления крупногабаритных изделий до 100 кг и более. При этом значительно повышается прочность изделий.

Содержание в огнетушащем составе металлических добавок из алюминия и магния в виде отдельных компонент или их смесей или сплавов, причем последние дополнительно могут содержать также и металлы 1, 2 группы, например медь, железо и гидриды металлов, позволяет улучшить воспламеняемость составов, регулировать скорость горения композиции.

Введение в состав технологических добавок, улучшает его реологические характеристики, а содержание каталитических добавок в виде оксидов меди, железа, цинка, марганца, хрома способствует улучшению токсикологических характеристик продуктов сгорания (т.е. уменьшению содержания в них СО , ΝΗ₃, Ηί,’Ν).

Предложенная система пожаротушения, содержащая реактор с огнегасящей композицией и размещенное в реакторе средство для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции позволяет применять систему как в закрытых помещениях, так и на открытых участках. Выполнение инициатора горения с возможностью его термодинамической связи с очагом пожара позволяет производить автоматическое включение системы в случае возникновения пожара, что повышает эффективность пожаротушения.

Далее изобретение поясняется таблицей, в которой приведены результаты экспериментальных исследований огнетушащей эффективности, температуры горения и содержания токсичных веществ предлагаемого состава и ближайшего аналога.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Способ тушения пожара осуществляют следующим образом. Вначале подготавливают аэрозольобразующую огнегасящую композицию, для чего в зависимости от требуемого агрегатного состояния композиции выполняют необходимые для этого операции. Так, для получения твердотопливного заряда композиции измельчают и смешивают порошкообразные компоненты, включающие окислитель, в качестве которого целесообразно использовать нитраты или перхлораты щелочных металлов, и горючее-связующее, после чего смесь компонентов прессуют методом глухого прессования до получения зарядной шашки необходимой формы. Для получения композиции в жидкой или загущенной фазе смесь компонентов растворяют в жидком агенте и при необходимости добавляют сгущающие компоненты. Выбор агрегатного состояния композиции зависит от способа ее размещения в зоне очага пожара. Так, если композицию предварительно размещают в защищаемом объеме, то возможно применение ее в любом из указанных выше агрегатных состояний. Если композицию размещают в очаге начавшегося пожара путем, например, метания композиции в очаг, то наиболее предпочтительно использовать композицию в загущенном виде.

После получения композиции и ее размещении в зоне очага пожара, инициируют начало реакции окисления горючего, входящего в композицию с возможностью ее дальнейшего протекания и образования продуктов горения в виде аэрозоли. Инициирование начала реакции окисления горючего может быть осуществлено дистанционно за счет воздействия возникшего очага пожара, что целесообразно реализовать при тушении пожара в ограниченных объемах, где инициатором может быть резкое повышение температуры, воспринимаемое средством пожаротушения, предварительно размещенным в защищаемом объеме. В случае метания в очаг пожара композиции ее воспламенение может иметь место в различных участках траектории в том числе и в объеме, где происходит пожар, а также над горящим объектом.

В процессе горения композиции происходит окисление содержащегося в ней горючегосвязующего с образованием продуктов горения в виде аэрозоля. В силу неполного окисления горючего газовая фаза аэрозоля содержит токсичные продукты, главным образом, в виде окиси углерода, аммиака и цианидов, которые в воздушной среде доокисляются и тем самым повышают температуру тушащей среды, воздействующей на очаг пожара. Чтобы избежать этого нежелательного процесса в образующихся аэрозольных продуктах горения композиции непосредственно в зоне протекания реакции окисления горючего уменьшают содержание токсичных веществ и одновременно понижают равновесную температуру реакции полного окисления продуктов сгорания горючегосвязующего. Последняя операция приводит к резкому уменьшению тепловыделения при горении композиции, в результате чего в зону горения поступает токсилогически улучшенный аэрозоль пониженной температуры.

Уменьшить содержание токсичных веществ в образующихся аэрозольных продуктах горения композиции можно различным образом, например, путем введения реагента, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего. В этом случае количество такого токсичного вещества, как окись углерода, в аэрозоли уменьшается за счет торможения реакций окисления горючего, когда образование углеродного каркаса приводит к ускорению реакции окисления окиси углерода. Уменьшение содержания других токсичных продуктов происходит в результате химических реакций реагента и других компонент огнегасящей композиции в условиях более низкой температуры ее горения.

В качестве реагента, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, можно использовать продукты термораспада низкоэнергетического дополнительного горючего, которое вводят в горючеесвязующее на этапе подготовки композиции. В этом случае энергия, выделяющаяся в зоне протекания реакции окисления горючего, расходуется на разложение низкоэнергетического дополнительного горючего, что приводит к уменьшению температуры горения композиции. Последующие химические реакции продуктов термораспада низкоэнергетического горючего с составляющими огнегасящей композиции при водят к образованию нетоксичных продуктов сгорания.

В качестве низкоэнергетического дополнительного горючего могут применяться малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения, например, дициандиамид, мелон, меламин, мочевина, уротропин. Если в случае использования такого дополнительного горючего в состав описанного выше реагента дополнительно ввести продукты горения производных оксибензола, например, 4-оксибензойную кислоту, а также полимеров, смол и каучуков, которые на этапе подготовки композиции могут быть включены в горючее-связующее в виде отдельных компонент или их смесей, то это приведет к улучшению по сравнению с ближайшим аналогом всех трех показателей процесса пожаротушения: огнетушащей эффективности, температуры горения и содержания токсичных веществ - как это иллюстрирует таблица, приведенная в материалах заявки.

Поступающий в очаг пожара аэрозоль обволакивает зону горения и вступает в контакт с пламенем, в результате чего реализуется описанный в начале этого материала механизм подавления физико-химических процессов горения.

Так как температура аэрозоля снижена благодаря введению в зону горения огнетушащей композиции реагента, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, возникают условия, допускающие возможность еще больше повысить эффективность пожаротушащей системы за счет направления части аэрозольных продуктов горения композиции в дополнительные средства тушения для вытеснения огнегасящего состава в жидкой фазе, газообразной фазе или в виде порошка из содержащих эти составы емкостей в очаг пожара.

В отдельных случаях температура аэрозоля на выходе из зоны его образования оказывается не достаточно низкой для эффективного пожаротушения. В этих случаях аэрозольные продукты горения композиции перед воздействием их на очаг пожара могут быть подвергнуты охлаждению. Такое охлаждение целесообразно выполнить за пределами зоны протекания реакции окисления горючего путем, например, введения в аэрозоль воды или водных растворов солей.

Описанный выше способ тушения пожара может быть осуществлен в случае применения в качестве огнегасящей композиции состава, содержащего окислитель, горючее-связующее, добавки и дополнительное горючее, способствующее понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Г орючее-связующее

Дополнительное горючее Добавки

Окислитель

1,5 - 18

3,0 - 25

0,5 - 10

Остальное

В качестве дополнительного горючего состав может содержать низкоэнергетическое горючее отдельно или в сочетании с входящими в горючее-связующее производными оксибензола, полимерами, смолами и каучуками или их смесями, причем производное оксибензола может быть взято в виде, например, 4-оксибензойной кислоты. В качестве низкоэнергетического горючего он может содержать малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды в виде азодикарбоната, гуанидина, дициандиамида, мелона, меламина, мочевины, уротропина, азобисформамида, семикорбазида, дигидроглиоксима, тетразола, дитетразола, и их производных или их солей.

Во всех случаях изготовления в качестве окислителя состав содержит нитраты или перхлораты щелочных металлов.

В качестве добавок состав содержит металлы алюминий и магний в виде отдельных компонент или их смесей или сплавов, причем в последнем случае сплавы алюминия и магния могут дополнительно содержать металлы 1,2 группы, медь, железо и гидриды металлов. Одновременно состав может дополнительно содержать каталитические и технологические добавки в виде оксидов меди, железа, цинка, марганца, хрома.

Обоснование пределов изменения указанных выше компонентов содержится в таблице, приведенной в материалах заявки. В этой таблице в первой колонке последовательно указаны названия веществ, входящих в группы окислителя, горючего-связующего, дополнительного горючего, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, технологических и каталитических добавок предлагаемого огнетушащего состава. В конце колонки приведены названия трех исследуемых показателей процесса пожаротушения:

огнетушащей эффективности, температуры горения и содержания токсичных веществ. Во второй и последующей колонках под номерами 1-25 приведены процентные массовые содержания конкретных веществ, входящих в исследуемый образец огнетушащего состава, и значения показателей процесса пожаротушения.

Как следует из таблицы при содержании горючего-связующего менее 1,5 мас. % в исследуемых образцах состав практически не горит (образец №15), а при содержании более 18,0 мас.% огнетушащая эффективность состава снижается (образец № 16). Таким образом, предел введения предлагаемых горючих связующих составляет 1,5 - 18,0 мас.%.

Данные, приведенные в таблице, также свидетельствуют и об обоснованности пределов изменения массовой доли содержания дополнительного горючего в огнегасящем составе. Так, если это содержание составляет менее 3 мас.% и более 25 мас.%, то значения показателей процесса пожаротушения в среднем не улучшаются по сравнению с наиболее близким аналогом (образцы 17 и 18), в то время как в пределах диапазона 3-25 мас.% содержания дополнительного горючего в огнегасящем составе очевидно значительное улучшение этих показателей (образцы 1-14). Следует отметить, что показатели процесса пожаротушения для образцов 19-22, также не выходят за пределы допустимого изменения массового содержания дополнительного горючего в огнегасящем составе, но далеки от удовлетворительных. Однако такой результат не может поставить под сомнение обоснованность указанного диапазона 4-23 мас.%, так как получен не для оптимальных значений содержания горючего-связующего из установленного выше диапазона 1,5 - 18,0 мас. %.

Относительно диапазона 0,5-10 мас.% содержания добавок в огнегасящем составе, следует отметить, что практически любое значение из этого диапазона соответствует улучшению показателей процесса пожаротушения по сравнению с ближайшим аналогом (образцы 2-5, 8, 11, 12). За пределами нижнего значения этого диапазона аналогичный эффект достигается при значительном содержании в составе низкоэнергетического дополнительного горючего (образцы 1, 6, 9, 10, 16), что соответствует неоптимальному сочетанию компонентов. Превышение верхнего значения указанного диапазона способствует ухудшению воспламеняемости огнегасящего состава.

Что касается содержания окислителя в составе, то экспериментально показано, что соотношение окислителей из числа нитратов или перхлоратов щелочных металлов может быть различным. Соотношение только отражается на направлении применения составов. Так, с ростом в аэрозоле доли хлоридов , состав лучше тушит пожар класса А и при большем их содержании может быть использован для пожаров класса Д.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что

- исследуемые составы превосходят ближайший аналог изобретения по огнетушащей эффективности;

- исследуемые составы имеют более низкую температуру горения, чем ближайший аналог;

- продукты сгорания исследуемых составов имеют лучшие токсикологические характеристики (меньшее содержание СО, ΝΗ₃, Ηί,’Ν). чем ближайший аналог;

Все это свидетельствует, что применение огнетушащего состава указанной рецептуры действительно способствует понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, причем этот технический результат обеспечивается введением в огнегасящий состав дополнительного горючего, обладающего вышеуказанными свойствами.

Изобретение в части состава поясняется примерами его приготовления.

Пример 1.

Состав, мас. %: нитрат калия 68

4-оксибензойная кислота 17 мочевина 15

Вводят в смеситель 68 г нитрата калия, 17 г 4-оксибензойной кислоты, 15 г мочевины. Смесь перемешивают в течение 1 ч. Из полученной массы методом глухого прессования при удельном давлении 1500 кг/см² формуют изделия необходимой геометрической формы.

Пример 2.

Состав, мас.%: эпоксидная смола5 нитрат калия70

4-оксибензойная кислота10 дициандиамид (ДЦДА)14 индустриальное масло1

Вводят в смеситель 70 г нитрата калия, 10 г 4-оксибензойной кислоты, 14 г ДЦДА и смесь перемешивают 10-15 мин. Затем вводят эпоксидную смолу - 5 г и 1 г технологических добавок (в данном примере индустриальное масло). Массу перемешивают 15-20 мин. Из полученной массы на гидропрессе формуют изделия при удельном давлении не менее 1000 кг/см²,которые затем отверждаются в течение 24 ч при температуре 40-50°С.

Пример 3.

Состав, мас.%: нитрат калия60 нитрат натрия8

4-оксибензойная кислота9 фенолформальдегидная смола8 дициандиамид (ДЦДА)12

СиО2 фторопласт-41

Изготовлен аналогично примеру 1.

Оценку огнетушащей эффективности ( Ст, г/м³), температуры горения (Тг, град.С), содержания в продуктах сгорания СО, ΝΗ₃, НСИ осуществляли на образцах,изготовленных методом глухого прессования.

Экспериментальную проверку по огнетушащей эффективности составов проводили по следующей методике. В замкнутом объеме (0,04 м³) - сжигали навеску исследуемого состава. После распределения по объему в течение 60 с аэрозольной смеси в него' вносили горящий образец полиметилметакрилата (оргстекло). Про ведя серию экспериментов с различными количествами (навесками) исследуемого состава, определяли минимальную его навеску, при сжигании которой самостоятельное горение оргстекла в объеме продолжалось не менее 1 с. Разделив полученную величину минимальной навески на объем, находили минимальную огнетушащую концентрацию исследуемого состава.

Измерения температуры горения составов проводили контактным термоэлектрическим методом - с помощью хромель-алюмелевых термопар. Диаметр спая термопар равнялся 100 мкм.

Анализ содержания токсичных продуктов СО, ΝΗ₃, ΗСN в продуктах сгорания составов проводили на хроматографе с детектором по теплопроводности (ДТП). Хроматографическая колонка - стеклянная, насадочная, ее длина - 2,4 м , внутренний диаметр - 2,5 м. Заполнена колонка цеолитом фракции 0,14-0,25 мм. Скорость газа-носителя (гелий) - 30 см³/мин. Температура колонки 32°С.

Объем дозы 1 см³. Регистрация хроматограмм производилась самописцем ТЦ-4601.

Система пожаротушения, позволяющая реализовать изобретение в части способа, выполнена следующим образом.

В систему входит реактор для размещения огнегасящей композиции, включающей окислитель и горючее-связующее. Композиция воспламеняется от инициатора горения с образованием продуктов сгорания в виде мелкодисперсной аэрозоли. Кроме окислителя и горючего в реакторе содержится средство для уменьшения токсичных веществ, образующихся в зоне горения композиции. Инициатор горения выполненен с возможностью термодинамической связи с очагом пожара для автоматического поджигания композиции в случае резкого повышения температуры окружающей среды при возникновении пожара. Такая термодинамической связь может иметь различные конструктивные решения, например, может быть выполнена в виде датчика температуры с исполнительным механизмом, включающим воспламенитель огнегасящей композиции и снабжена при необходимости блокиратором, отключающим термодинамическую связь и позволяющим выполнение воспламенения композиции дистанционно по команде или вручную.

Средство для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции может быть выполнено в виде химически активного элемента реактора, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, причем в качестве химически активного элемента реактора может быть использовано низкоэнергетическое дополнительное горючее как отдельно, так и в сочетании с производными оксибензола, полимерами, смолами и каучуками или их смесями. Производное оксибензола может быть взято в виде, например, 4-оксибензойной кислоты, а низкоэнергетическое горючее может содержать малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды в виде азодикарбоната, гуанидина, дициандиамида, мелона, меламина, мочевины, уротропина, азобисформамида, семикорбазида, дигидроглиоксима, тетразола, дитетразола, и их производных или их солей.

Работает система следующим образом.

В случае использования системы для тушения пожара в закрытом помещении, систему предварительно размещают внутри самого помещения и в случае возникновения пожара она срабатывает автоматически или по команде с общего пункта охраны помещения. При этом за счет резкого повышения температуры в защищаемом объеме автоматически задействуется механизм термодинамической связи с очагом пожара, что приведет к поджиганию композиции, последующему ее горению с образованием продуктов сгорания в виде мелкодисперсной аэрозоли, которая поступает в очаг пожара и подавляет пламя. Поступление аэрозоли в очаг пожара может быть осуществлено различным образом, например, в виде выхода аэрозоли по всей или части поверхности реактора, что приведет к заполнения аэрозолем всего защищаемого объема. Или аэрозоль может покидать реактор через проточный тракт, выполненный в виде сопла, что приведет к образованию направленной струи, которая благодаря скоростному напору, будет оказывать на очаг пожара дополнительное сдувающее воздействие. В последнем случае более просто осуществить охлаждение аэрозоля путем, например, эжекции в струю охладителя (воды и других огнегасящих жидкостей).

В процессе горения композиции задействуется размещенное в реакторе средство для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения. Если это средство выполнено в виде химически активного элемента реактора, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, то на выход реактора поступает токсилогически улучшенный и охлажденный аэрозоль, который не представляет опасности людям, находящимся в защищаемом объеме, и по температурным показателям может частично быть направлен в дополнительные средства тушения для вытеснения огнегасящего состава в жидкой фазе, газообразной фазе или в виде порошка из содержащих эти составы емкостей в очаг пожара.

Так как в качестве химически активного элемента реактора может быть применено низкоэнергетическое дополнительное горючее отдельно или в сочетании с производными оксибензола, полимерами, смолами и каучуками или их смесями - т.е. недорогим и доступным материалом, то такая возможность позволяет наиболее простым путем изготовить систему пожаротушения, обладающую заданными свойствами, а применение в качестве производных оксибензола 4-оксибензойной кислоты, а в качестве низкоэнергетического дополнительного горючего - малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды делает эту систему наиболее эффективной.

Промышленная применимость. Описанные выше способ, состав и система для тушения пожара с успехом могут быть применены для подавления пламени при возгорании газообразных, жидких и твердых горючих веществ в стационарных помещениях, на железнодорожном и автомобильном транспорте, морских и речных судах, самолетах, для взрывопредотвращения в объеме, содержащем смесь метана с воздухом, например, в шахтах, а также для тушения пожара на больших открытых площадях. Способ опробован на изделиях весом до 100 и более кг. или на группе изделий, набранных в термодинамически связанную систему или закольцованных за счет электрокабелей.

Таблица

Состав (мас.%) и характеристики	Прототип	1	2	3	4	5	6	7	8
Окислитель: ΚΝΟ₃	70	68	73	68	70	60	60	60
ΝαΝΟ₃						8			34
КСЮд							8		34
Να01Ο₄								8
Горючее связующее:
4-Оксибензольная кислота		17	4		10	9	12	12
Фенолформальдегидная смола	11			6		8	5	5	8
Эпоксидная смола				5	5				5
Охладитель: ДЦДА	19		19	20	14	12
Мелем									15
Меламин								15
Мочевина		15					15
Уротропин
ГДА
Технологические добавки				1	1

Катализатор: СиО			4			3
Ее2Оз									4
ΖηΟ
К2СГ2О7
МпО₂
Минимальное значение огнетушащие концентрации, С,, г/м³	25	14	16	20	18	20	17	18	19
Температура горения, Т_г °С	1000	850	920	950	860	800	870	950	960
Содержание токсичных веществ, мг/м³ СО	730	210	180	340	210	300	280	220	250
ΝΗ₃	70	42	35	54	30	44	38	35	42
ΗΟΝ	12	2	3	6	4	3	6	4	3

Таблица (продолжение)

9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
68	68	68	68	68	73,5	74	65	76	62	90	60
												38
													30
												30	38

17	6						9	6	9	5	17	18	9
	6	6	6	6	1,5	1	6	5					4
	6	5	5	5			5	3	3		3		5
		10		9	20	20				5	20
			9					4	25
							15
	14	10		9
15												9
			9										10

Таблица (продолжение)

			9										10


		1	1	1				2	1

					5	5
								3
		2
			2									5
													4
16	19	18	18	17	15	Сос-	26	24	24	28	24	22	24
850	800	940	960	950	970	тав	1050	1080	980	1100	1050	920	980
250	260	320	280	270	200	не	880	700	890	400	810	350	380
43	41	48	33	38	28	го-	75	80	85	75	84	61	70
3	4	5	4	5	3	рит	10	11	4	6	6	7	4

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims

1. Способ тушения пожара, заключающийся в подготовке огнегасящей композиции, содержащей окислитель и горючее-связующее, размещение композиции в зоне очага пожара, инициирование начала реакции окисления горючего с возможностью ее дальнейшего протекания с образованием продуктов горения в виде мелкодисперсной аэрозоли, последующее воздействие аэрозольной средой на очаг пожара, отличающийся тем, что в образующихся аэро зольных продуктах горения композиции непосредственно в зоне протекания реакции окисления горючего уменьшают содержание токсичных веществ и одновременно понижают равновесную температуру реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание токсичных веществ в аэрозольных продуктах горения композиции уменьшают путем введения реагента, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючегосвязующего.

3. Способ, по пп.1, 2, отличающийся тем, что аэрозольные продукты горения композиции перед воздействием на очаг пожара охлаждают за пределами зоны протекания реакции окисления горючего.

4. Способ по пп.1, 3, отличающийся тем, что часть аэрозольных продуктов горения композиции направляют в дополнительные средства тушения для вытеснения огнегасящего состава в жидкой фазе, газообразной фазе или в виде порошка из содержащих эти составы емкостей в очаг пожара.

5. Способ по пп.2, 4, отличающийся тем, что в качестве реагента, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего, используют продукты термораспада низкоэнергетического дополнительного горючего, которое вводят на этапе подготовки композиции в горючее-связующее.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно используют продукты горения различных производных оксибензола, а также их смеси с полимерами, смолами и каучуками, которые на этапе подготовки композиции вводят в горючее-связующее в виде отдельных компонент или их смесей.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве производного оксибензола используют 4-оксибензойную кислоту.

8. Способ по пп.5, 6, 7, отличающийся тем, что в качестве низкоэнергетического дополнительного горючего используют малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве малоуглеродных или безуглеродных полиазотных соединений используют азодикарбонат, гуанидин, дициандиамид, мелон, меламин, мочевину, уротропин, азобисформамид, семикорбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол и их производные или их соли.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют нитраты или перхлораты металлов.

11. Состав для тушения пожаров, содержащий окислитель, горючее-связующее и добавки, отличающийся тем, что он содержит дополнительное горючее, способствующее понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючегосвязующего при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Горючее-связующее 1,5 - 18

Дополнительное горючее 3,0 - 25

Добавки 0,5 - 10

Окислитель Остальное

12. Состав по п. 11, отличающийся тем, что в качестве горючего-связующего он содержит производные оксибензола, полимеры, смолы, каучуки или их смеси.

13. Состав по п.12, отличающийся тем, что в качестве производных оксибензола он содержит 4-оксибензойную кислоту.

14. Состав по пп.11, 12, 13, отличающийся тем, что в качестве дополнительного горючего он содержит низкоэнергетическое горючее.

15. Состав по п.14, отличающийся тем, что в качестве низкоэнергетического горючего он содержит малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды.

16. Состав по п.15, отличающийся тем, что в качестве малоуглеродных или безуглеродных полиазотных соединений он содержит азодикарбонат, гуанидин, дициандиамид, мелон, меламин, мочевину, уротропин, азобисформамид, семикорбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол и их производные или их соли.

17. Состав по п.16, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит нитраты или перхлораты щелочных металлов.

18. Состав по пп.11, 17, отличающийся тем, что в качестве добавок он содержит металлы алюминий и магний в виде отдельных компонент или их смесей или сплавов.

19. Состав по п.18, отличающийся тем, что сплавы алюминия и магния дополнительно содержат металлы 1, 2 группы, медь, железо и гидриды металлов.

20. Состав по п.19, отличающийся тем, что он дополнительно содержит каталитические и технологические добавки.

21. Состав по п.20, отличающийся тем, что каталитические добавки содержат оксиды меди, железа, цинка, марганца, хрома.

22. Система пожаротушения, содержащая реактор для размещения огнегасящей композиции, включающей окислитель и горючеесвязующее, инициатор горения композиции с возможностью образования продуктов сгорания в виде мелкодисперсной аэрозоли, для последующего воздействия аэрозольной средой на очаг пожара, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным в реакторе средством для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции, а инициатор горения выполненен с возможностью термодинамической связи с очагом пожара для автоматического поджигания композиции в случае резкого повышения температуры окружающей среды при возникновении пожара.

23. Система по п.22, отличающаяся тем, что средство для уменьшения содержания токсичных веществ в зоне горения композиции выполнено в виде химически активного элемента реактора, способствующего понижению равновесной температуры реакции полного окисления продуктов сгорания горючего-связующего.

24. Система по пп.22, 23, отличающаяся тем, что снабжена средством охлаждения аэрозольных продуктов горения композиции перед воздействием на очаг пожара, причем это средство размещено за пределами зоны протекания реакции окисления горючего.

25. Система по пп.22, 24, отличающаяся тем, что снабжена средством, позволяющим часть аэрозольных продуктов горения композиции направлять в дополнительные устройства тушения для вытеснения огнегасящего состава в жидкой фазе, газообразной фазе или в виде порошка из содержащих эти составы емкостей - в очаг пожара.

26. Система по пп.23, 24, 25, отличающаяся тем, что в качестве химически активного элемента реактора содержит низкоэнергетическое дополнительное горючее.

27. Система по п.26, отличающаяся тем, что дополнительно содержит производные ок сибензола, полимеры, смолы и каучуки или их смеси.

28. Система по п.27, отличающаяся тем, что в качестве производных оксибензола содержит 4-оксибензойную кислоту.

29. Система по пп.26, 27, 28, отличающаяся тем, что в качестве низкоэнергетического дополнительного горючего содержит малоуглеродные или безуглеродные полиазотные соединения или органические и неорганические азиды.

30. Система по п.29, отличающаяся тем, что в качестве малоуглеродных или безуглеродных полиазотных соединений содержит азодикарбонат, гуанидин, дициандиамид, мелон, меламин, мочевину, уротропин, азобисформамид, семикорбазид, дигидроглиоксим, тетразол, дитетразол, и их производные или их соли.