Область техники

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно, к огнетушащим бинарным хемоконденсационным составам, а также к устройствам, обеспечивающим их применение.

С помощью предлагаемого огнетушащего состава и устройства, средств и систем на их основе данное изобретение с успехом может быть использовано для борьбы с пожарами, в том числе и для их предупреждения, практически во всех отраслях промышленности: химической, нефтехимической, нефтедобывающей, и деревообрабатывающей, а также для защиты гражданских объектов от пожаров.

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 ортофофорной кислоты с диоксидом углерода или его смеси с воздухом. (Патент РФ J s2393901 от 10.07.2008г.). 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, являющегося наиболее близким аналогом данного изобретения, можно отнести его низкую 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.

Известны огнетушащие устройства-огнетушители, пожаротушащие модули и установки для объемного и площадного тушения пожаров с помощью газодисперсных составов (патент РФ N°2362599, патент РФ J422355450, патент РФ j s2393901, патент РФ 2283154, патент РФ j4°2258549, заявка РСТ WO 2008/103065А1, заявка на изобретение JVs 2010106910 от 24.02.2010г.). Все эти устройства однотипны и работают по принципу инжекции через трубопровод с пускозапорным устройством флегматизирующего газа- пропеллента в емкость с дисперсным химическим ингибитором, создание в ней (емкости) газодисперсной взвеси (огнетушащего состава), или ОТВ с последующей его подачей через мембранный клапан и перфорированный распылитель в зону пожара.

Недостатком всех этих устройств является неравномерность распределения ОТВ по объему, которая обусловлена двумя причинами. Первая - для более равномерного распределения ОТВ по объему необходимо как можно больше и более тонких струй. Это в свою очередь резко уменьшает дальность подачи струи ОТВ, т.е. существует альтернативная зависимость: либо равномерно распределить ОТВ по объему, но близко от источника генерации ОТВ, либо подать далеко мощные струи, но неравномерно по объему. Отсюда вывод, либо делать трубную разводку, либо распределять множество пожаротушащих устройств в защищаемом объеме или на защищаемой площади.

Наиболее близким по принципу устройства распылителя и самого модуля является патент РФ на полезную модель N°83926 кл. А62С 13/62, А62С 35/02 от 15.01.08г. «Газопорошковый огнетушитель», который выбран нами за прототип. Газопорошковый огнетушитель содержит корпус с ОТВ - порошковым ингибитором и флегматизирующим газом - пропеллентом, пускозапорное устройство, сифонную трубку и трубопровод для подачи OTB под давлением 1.2-30мПа в трубный распылитель, имеющий суммарную площадь выходных отверстий 0.4-0.95 площади, входящего в распылитель трубопровода, причем распылитель выполнен в виде цилиндра, имеющего наружный диаметр, равный 1.5 -1.7 диаметров его внутреннего центрального канала, и на наружной поверхности цилиндра выполнено не менее 2-х кольцевых конических канавок с разными углами наклона их образующих, при этом на образующей поверхности этих канавок имеются радиальные цилиндрические сопла или сопла- диффузоры с конусностью 3- 15°, оси которых перпендикулярны поверхностям образующих, причем углы наклона между осями радиально выполненных диффузоров и осью центрального канала распылителя последовательно уменьшаются от 80-90° до 15-30°.

Недостатком этого устройства при использовании его в качестве автономного пожаротушащего модуля или установки пожаротушения является неравномерность распространения ОТВ по объему и, как следствие, низкие значения удельной огнетушащей способности. Так, например, газопорошковый модуль пожаротушения МПП 7.5-3-КД1-У2 с массой ОТВ, равной 8.5кг, обеспечивает тушение в объеме 45м , т.е. С ₁ у _Ш =0.19кг м , что на данном этапе развития пожарной техники является неудовлетворительным. Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является создание огнетушащего бинарного хемоконденсационного состава на водной основе, обладающего при совмещении, а именно, 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 задача 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 NH ₃ · η Н ₂ 0, где п=0,5 -4 с нейтральным ингибитором- фторированным пленкообразующем 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 (масс %): щелочной флегматизатор с нейтральным ингибитором - 30-60 кислотный нейтрализатор-пропеллент - остальное.

Сущность данного изобретения заключается в использовании внутренней энергии, а именно, энтальпии исходных компонентов при синтезе нового огнетушащего вещества, которая согласно законам термодинамики может быть как положительной при условии экзотермической реакции, протекающей с выделением тепла, так и эндотермической при условии синтеза при принудительном нагревании. В настоящем изобретении предусматривается наличие двух типов реакций получения фосфата аммония и карбоната аммония.

NH ₃ +Н ₃ Р0 ₄ NH ₄ H ₂ P0 ₄ +826кДж/кг

NH ₃ + NH ₄ H ₂ P0 ₄ »(NH ₄ ) ₂ НР0 ₄ +780кДж/кг,

то есть, при получении 1 кг аммофоса, представляющего смесь моно- и диаммонийфосфата в среднем выделяется ~800кДж.

Учитывая, что используют 70% ортофосфорную кислоту, то энергии соответственно выделяется 800кДж-0.7=560кДж.

1дм ³ воды при переводе ее в газообразное состояние, то есть при t>100 С, выделяет 1700 дм пара, то есть, с 1 кг воды получают 1.7м пара. Для перевода 1 кг воды в пар при t=0°C требуется 2675 кДж/кг или 640ккал/кг. Таким образом, при синтезе 1 кг аммофоса согласно патенту- аналогу можно перевести в пар: 560 кДж:2675кДж=0.2 кг воды или получить 1.7м ³ /кг · 0.2кг -0.34м ³ пара. По предлагаемому изобретению реакция протекает следующим образом:

NH ₃ · Н ₂ 0 +С0 ₂ NH ₄ HC0 ₃ +2177кДж/кг

Гидрокарбонат аммония NH ₄ HC0 ₃ уже при 70°С распадается на NH ₄ OH -сильный ингибитор горения и диоксид углерода С0 ₂ - флегматизатор. Таким образом, с 1кг термической смеси бинарного состава по предлагаемому изобретению получают: 0,45 кг гидрата аммония NH ₄ OH и 0,55кг С0 ₂ , что соответствует 1м С0 ₂ . Согласно представленной реакции можно перевести 3,4кг воды в пар, то есть получить 1.7м ³ ><0,8кг=1 ,38м ³ пара и 1м ³ диоксида углерода. Отсюда следует, что по газопроизводительности флегматизатора предлагаемый состав в 7 раз может превосходит по газопроизводительности аналог по патенту РФ N° 2393901. Водный аммиак - это жидкое удобрение, являющееся не только некоррозионным, малотоксичным и экологически чистым веществом, но и более экономически эффективным, чем ортофосфорная кислота. 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.

Предлагаемая совокупность компонентов и их соотношения обеспечивает создание составов с заданными свойствами и предполагает возможность достижения технического результата в части повышения тепловыделения и эффективности пожаротушения.

Поставленная задача достигается также устройством для тушения пожаров горючих газов, жидкостей и твердых материалов," содержащем герметичную емкость с химическим ингибитором горения, источник газа (газовый баллон), связанный с полостью указанной емкости трубным аэратором, обеспечивающим инжекцию указанного ингибитора через пускозапорное устройство (ПЗУ) и выходной трубопровод, соединенный через мембранный, механический или электрический клапан с трубным сопловым распылителем, отличающийся тем, что сопла выполнены щелевидными в количестве не менее 3-х с уменьшающимися углами наклона по отношению к горизонтали, причем, дальнее от торца распылителя сопло перпендикулярно к горизонтали, а вектор распыла торцевого сопла параллелен горизонтали, длина образующей щели определяется выражением:

где li-длина образующей i-ой щели, м

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) oij- угол наклона плоскости ι-тои щели, град.; ψ -торцевой угол раскрытия щели, град.

180 \ ^и - ψ а ширину щели рассчитывают по формуле

, где δ -ширина i-той щели, м. ; Кд - коэффициент диафрагмирования распылителя, равный отношению общей суммы площадей сопел распылителя S _paC n _> м ² к торцевой площади выходного трубопровода ST _PJ М ,8т-площадь торцевого сопла (ел) распылителя, м ² , при этом химический ингибитор в герметичной емкости имеет щелочную среду, газ-пропеллент в баллоне - кислую, а реакция их смешения экзотермична.

Для составов с нейтральными компонентами (ph~7), например для порошкового состава типа «Феникс-70» и перфторметана, твердый и/или жидкий ингибитор и газовый флегматизатор-пропеллент находятся в одной емкости, снабженной устройством для контроля давления.

Модульное устройство с хемоконденсационным (или газодисперсным) составом по предлагаемому изобретению в совокупности со щелевым распылителем обеспечивает тушение в объеме до 95м ³ , т.е. огнетушащая

ЗАМЕНЯ ЮЩИ Й Л ИСТ (П РАВИЛО 26) способность 90г/м , что по сравнению с прототипом повышает эффективность пожаротушения более чем в 2 раза.

Краткое описание фигур чертежей

етение поясняется чертежами, представленными на фигурах 1-5.

Фиг. 1 изображает устройство для тушения пожаров горючих газов, жидкостей и твердых материалов со щелевидным распылителем, снаряженное бинарным хемо конденсационным составом.

Заявляемое устройство - газодисперсный пожаротушащий модуль содержит герметичную емкость 1 со щелочным химическим ингибитором 2, трубный аэратор 3, выходной трубопровод 4, мембранный или механический или электрический клапан 5, щелевидный распылитель 6, пускозапорное устройство 7, выполненное с автономным электрическим и/или ручным запуском, газовый баллон 8 с кислотным газом-пропеллентом 9.

Фиг. 2 изображает устройство - моноблочный газодисперсный модуль для объемного тушения пожаров горючих газов, жидкостей и твердых материалов с щелевидным распылителем.

Заявляемое устройство содержит газовый баллон 1 с газодисперсным составом 2, 9, аэраторную трубку 3, предназначенную для перевода твердого или жидкого ингибитора горения в аэродисперсную фазу, выходной ^• и

трубопровод 4, пускозапорное устройство 5, щелевой распылитель 6, устройство для контроля давления -барометрический датчик 10.

Фиг. 3 изображает щелевидный распылитель сбоку с различными углами наклона к горизонтали ά.

Фиг. 4 изображает различные варианты торцевого раскрытия угла ψ щелевого сопла.

Фиг. 5 изображает различные варианты исполнения торцевого сопла.

Лучший вариант осуществления изобретения

Ингредиенты 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 2,8-1 1,9 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.

Данные по качественному и количественному содержанию компонентов заявленного бинарного хемоконденсационного состава представлены в Таблице 1.

Таблица 1.

Работа заявляемого устройства с огнетушащим бинарным хемоконденсационным составом происходит следующим образом (см. фиг. 1).

После поступления сигнала о пожаре срабатывает пускозапорное устройство 7, находящееся на газовом баллоне 8, и кислотный газ- пропеллент 9, например, диоксид углерода, через трубный аэратор 3 поступает в герметичную емкость 1 с щелочным химическим ингибитором 2, который, вступая в экзотермическую реакцию с кислым газовым флегматизатором-пропеллентом, образует парогазодисперсную огнетушащую смесь, которая в свою очередь, создавая давление в емкости 1 , вскрывает мембранный клапан 5 и через выходной трубопровод 4 и щелевидный распылитель 6 вышеназванная смесь поступает в защищаемый объем.

Устройство, изображенное на фиг. 2, работает аналогично за исключением

того, что газодисперсная огнетушащая смесь (состав) 2, 9 не образуется в результате реакции, а снаряжена в герметичную емкость 1 уже готовой. При этом емкость содержит барометрический датчик 10. Промышленная применимость

Изобретение промышленно применимо на объектах газовой, химической, нефтехимической, деревообрабатывающей и горнорудной промышленности, а также на гражданских объектах, домах, гаражах и офисах для предотвращения и тушения пожаров горючих газов, жидкостей и твердых материалов.