Модуль порошкового пожаротушения

Модуль порошкового пожаротушения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Модуль порошкового пожаротушения (огнетушитель) относится к противопожарной технике. Предлагаемый огнетушитель в виде модуля в варианте самосрабатывания может использоваться в качестве отдельной огнетушащей самостоятельной единицы для установки в помещениях, не подключенных к стационарной системе пожаротушения, а также для группового применения с борта летательного средства при тушении лесных пожаров. Пожары в таких помещениях быстро развиваются и приводят к полному уничтожению материальных ценностей. Применение в этих помещениях автоматических установок водяного, пенного или газового пожаротушения не всегда возможно по условиям технологического процесса, санитарно-гигиенических требований, причинения большого косвенного ущерба или экономических затрат при срабатывании этих установок.

В связи с этим создание порошкового огнетушителя самосрабатывающего типа или срабатывающего от внешнего инициирующего сигнала стационарной системы пожаротушения с большим радиусом эффективного действия при минимальной инерционности срабатывания и высокой скорости доставки огнетушащего порошка к очагу пожара представляет собой современную актуальную задачу обеспечения пожаротушения при нанесении минимально возможного ущерба людям и материальным ценностям. Данная задача должна быть решена как при локальном поверхностном, так и при объемном тушении.

Известен подвешиваемый к потолку помещения огнетушащий модуль стационарной системы пожаротушения, содержащий выполненный из огнестойкого пластика корпус, внутри герметичной полости которого размещен огнетушащий состав, инициирующее устройство в виде взрывного заряда, подключенное к системе тепловых датчиков для инициирования срабатывания взрывного заряда, и фитиль, изолированный в центре емкости, при этом огнетушащий состав занимает практически полный объем герметической полости корпуса ((ЕР, 0483901, А 62 С 35/08, опубл.06.05.92).

Срабатывание этого известного огнетушителя, являющегося модулем по принципу действия и возможности работы в составе стационарной системы пожаротушения, осуществляется по сигналу тепловых датчиков, срабатывающих от пламени с внешней стороны емкости. Недостатком данного огнетушителя является то, что он обеспечивает только локальное, строго направленное тушение, сопровождающееся пониженной скоростью доставки огнетушащего состава и низкими расходами за счет узкого горла для выхода порошка.

Известен порошковый модуль, используемый как самостоятельная рабочая единица или в составе стационарной системы пожаротушения, содержащий выполненный из металла корпус, состоящий из двух жестко связанных между собой частей, внутри герметичной полости которого размещен огнетушащий порошок, газогенерирующее вещество и инициирующее устройство, подключенное к системе сигнализации для принудительного инициирования газогенерирующего при поступлении электрического импульса или выполненное самосрабатывающим для инициирования газогенерирующего вещества от теплового потока очага пожара, при этом газогенерирующее вещество и огнетушащий порошок занимают объем, составляющий не более 99% общего объема герметичной полости корпуса (RU, 2082472, А 62 С 35/10, опубл.27.06.97).

Известный порошковый модуль, выполненный по варианту исполнения самосрабатывающим, обеспечивает оперативное реагирование на тепло возникшего пожара за счет тепловых датчиков и черного лакового покрытия корпуса, а также позволяет обеспечить как направленный сектор защиты (выброс огнетушащего порошка), так и объемное тушение.

Выброс огнетушащего порошка в этом огнетушителе обеспечивается за счет создания внутри корпуса избыточного давления, которое приводит к раскрытию корпуса по выполненным на его стенках канавкам и образованию широкого прохода. Однако данный порошковый модуль имеет серьезные недостатки.

Первый серьезный недостаток заключается в том, что проход в корпусе для огнетушащего порошка выполнен в виде лепестков, связываемых между собой профилированными канавками. Это приводит к тому, что резкое нарастание давления внутри корпуса в ограниченном объеме может привести к несвоевременному (т.е. раннему, преждевременному) раскрытию лепестков. В результате этого вместо мощного выброса порошка произойдет высыпание последнего через слегка раскрытые лепестки. Это объясняется тем, что все лепестки вершинами сходятся в общей зоне, которая является максимально ослабленной по сравнению с материалом и толщиной самих лепестков на участке их оснований. Такая конфигурация выполнения лепесткового затвора, как правило, используется' лишь в тех случаях, когда необходимо нейтрализовать возможное повышение давления внутри емкости, и не предусматривает использование этого затвора как задерживающего элемента конструкции. Если его использовать в последнем варианте, то необходимо уравнять сопротивления зон участка вершин лепестков и зон участка их оснований.

Выполнение этих условий приводит к существенному усложнению конструкции корпуса огнетушителя и лишает его такого важного его свойства, как простота изготовления и технологичность.

Согласно патенту РФ №2128071 от 09.01.1998 г. изобретение направлено на решение следующих технических задач: при сохранении всех положительных свойств известного порошкового модуля (RU №2082472 от 27.06.97 r.) разместить инициирующее вещество и устройство в отдельном контейнере, который должен закрепляться в корпусе с тем, чтобы обеспечить возможность замены их, не заменяя при этом модуль в целом, а также обеспечить локальный и/или объемный массовый, залповый, рассеянный выброс огнетушащего порошка в зону очага пожара за счет того, что корпус должен быть выполнен с ослабленными по сечению или материалу участками.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности и эффективности тушения пожара за счет обеспечения мощного импульса выброса и большой скорости доставки огнетушащего порошка к очагу пожара.

Указанный технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что порошковый модуль, предназначенный для стационарной системы, содержащий корпус, выполненный из металла, пластмассы или полимера в виде по крайней мере двух соединяемых между собой частей, внутри герметичной полости которого размещен огнетушащий порошок, газогенерирующее вещество и инициирующее устройство, подключенное к системе сигнализации для принудительного инициирования газогенерирующего вещества при поступлении электрического импульса, при этом газогенерирующее вещество и огнетушащий порошок занимают объем, составляющий не более 99% общего объема герметичной полости корпуса, снабжен контейнером, герметично закрепляемым на одной из частей корпуса с размещением по крайней мере части контейнера внутри полости корпуса, внутри контейнера расположено газогенерирующее вещество, в котором установлено инициирующее устройство в виде электронагревателя или электровоспламенителя, а в стенках контейнера, размещенных внутри корпуса, выполнено по крайней мере одно отверстие для выпуска газов в свободный объем полости корпуса, при этом стенки по крайней мере одной части корпуса выполнены с участками ослабленного сечения или ослабленного материала корпуса для гарантируемого раскрытия корпуса и объемного и/или локального выброса огнетушащего порошка при повышении давления газов в полости корпуса модуля. При этом контейнер может быть выполнен в виде стакана, герметично закрываемого крышкой, и выполнен за одно целое с одной из частей корпуса, а корпус выполнен с герметично закрываемым технологическим окном для засыпки огнетушащего порошка в полость корпуса. Данный патент РФ №2128071 выбран нами за прототип.

Недостатком прототипа является его низкая огнетушащая способность за счет следующих факторов:

1. Применен "холодный" инертный газогенерирующий состав азодикарбонамид (ТУ 6-03-408-80), торговая марка ЧХЗ-21 (порофор-21).

2. Не установлено соотношение между газогенерирующим составом и огнетушащим веществом, что является недопустимым для модулей данной конструкции.

3. В качестве огнетушащего порошка применен пирант А (ТУ 301-11-10-90) или ПСБ-3 (ТУ-6-18-139-83) и др. штатные порошки, дисперсность которых находится в пределах 50-150 мкм, а соответственно их удельная поверхность низка (3000-4000 см²/г). Отсюда низкая огнетушащая способность как по площади (1,5-2,5 кг/м², см. А.Н.Баратов, Л.Н.Вогман. Огнетушащие порошковые составы. М., "Стройиздат", 1982 г. на стр.5), так и по объему (0,5-0,8 г/м³, см. Н.И.Смирнов. Установки пожаротушения. М., "Такир", 1999 г. стр.88).

Настоящее предлагаемое изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что модуль порошкового пожаротушения, содержащий корпус с крышкой и зарядом огнетушащего состава, внутри которого размещен газогенератор с инициатором, подключенным к системе сигнализации для принудительного инициирования газогенерирующего заряда, отличается тем, что порошковый корпус выполнен нормированно разрушающимся при избыточном давлении не менее 1,0 МПа, газогенератор выполнен в виде перфорированной, или сгорающей, или разрывной емкости с газогенерирующим составом, при этом в качестве заряда термореагирующего огнетушащего порошкового состава используют экзотермическую или эндотермическую смесь окислителя с горючим, и/или с катализатором разложения окислителя, и/или с гидрофобизатором, в которой в качестве окислителя используют азотнокислый аммоний, и/или азотнокислый натрий, и/или азотнокислый калий, в качестве горючего - фосфорнокислый и/или сернокислый аммоний и/или красный фосфор, в качестве газогенерирующего заряда используют смесь азотнокислого аммония и/или калия с серой, или полисульфидом, и/или древесным углем, или тринитротолуолом, или нитроцеллюлозой, и/или алюминием, и/или гидрофобизатором, а соотношение масс термореагирующего огнетушащего порошкового состава или заряда из него и газогенерирующего состава или заряда из него определяют по формуле

где, М_ГГС - масса газогенерирующего состава, кг,

Q_ГОР - теплота сгорания газогенерирующего состава, кДж/кг,

М_ОПС - масса огнетушащего порошкового состава, кг,

Е_АКТ - энергия активации огнетушащего порошкового состава, кДж/кг.

Причем, например, заряд термореагирующего огнетушащего порошкового состава в вышеуказанном модуле может быть выполнен в виде порошка, или плава, или концентрированного водного или водно-органического раствора, или запрессованной шашки или шашек. В заряде термореагирующего огнетушащего порошкового состава в качестве катализатора разложения окислителя взяты хромат калия, или бихромат аммония, или трехокись хрома, или хлорид меди, или хлорид аммония, или хлорид натрия, или тонкоизмельченные порошки меди, или цинка, или кадмия, или магния или оксид кальция, или гидроксид кальция, или их смесь, или неорганические кислоты, или хлорная известь.

В качестве гидрофобизатора для составов огнетушащего и газогенерирующего зарядов взят силикон.

Физическая сущность данного изобретения заключается в термосинтезе нового огнетушащего вещества внутри реактора (корпуса модуля) при температуре, обеспечивающей перевод огнетушащего вещества в парообразное состояние, создание повышенного давления в реакторе за счет газообразных продуктов сгорания газогенерирующего состава и термореагирующего огнетушащего состава, выброса высоконагретых паров огнетушащих веществ после разрушения корпуса модуля с образованием огнетушащего аэрозоля с размером частиц менее микрона и, соответственно, на несколько порядков большей удельной поверхностью тушения. Порошки типа "Пирант" имеют среднюю дисперсность d≈50 мкм, для ПСБ-3М˜(70-100 мкм), т.е., если сравнить объемы частицы с d₁≈50 мкм и частицы с d₂≈0,5 мкм, отношение объемов частиц огнетушащего вещества (ОТВ) составит π(d_i)³/6: π(d₂)³/6=(50)³:(0,5)³=10⁶. Другими словами, из каждой частички термореагирующего огнетушащего порошкового состава (ТРОПС) с d≈50 мкм, рецепты которых приведены в табл.1, 2 с использованием газогенерирующих составов ГГС (табл.3), можно получить 1000000 частичек диаметром 0,5 мкм.

Примеры термодинамических характеристик и состава продуктов сгорания ГГС и ТРОПС представлены в табл.4.

ТРОПС в отличие от аэрозолеобразующих составов (АОС) являются низкотемпературными низкоэкзотермичными или эндотермичными составами, неспособными гореть самостоятельно, абсолютно безопасными при переработке, и, что немаловажно, их стоимость на один-два порядка ниже стоимости АОС. При этом работоспособность модулей, представленных на фиг. 1, 2, обеспечивается при выполнении соотношения (1).

На фиг. 1 представлен пример исполнения модуля порошкового тушения для напольного, настенного или подвесного размещения в защищаемой зоне. Модуль работает следующим образом. При подаче импульса (теплового, электрического, радиоуправляемого) от запала 3 последний воспламеняет заряд из ГГС 5, находящийся в газогенераторе 4. Продукты сгорания через перфорации в корпусе газогенератора или при его разрушении возбуждают реакцию ТРОПС 6, находящегося в корпусе 1 с крышкой 2. При достижении внутри генератора избыточного давления более 1,0 МПа (или по желанию заказчика более высокого) корпус с продуктами сгорания ТРОПС и ГГС разрушается, выбрасывая высокоэффективное огнетушащее аэрозольное облако.

Так, например, при использовании шестилитрового модуля, представленного на фиг. 1, с 5 кг ТРОПС №15 (рецептура см. табл. 1) необходимое количество (X) ГГС №8 (рецептура см. табл.3) (дымный ружейный порох ДРП-3) определяли из выражения (1):

т.е. х>0,06 кг.

Для модельного эксперимента ДРП было взято в количестве 0,07кг. Тушение очагов класса А проводили на открытой площадке, при этом площадь тушения составила ˜20 м², т.е. удельный расход огнетушащего вещества в этом опыте составил ˜0,25 кг/м².

На фиг.2 представлен пример исполнения сбрасываемого порошкового модуля для тушения лесных пожаров. Основное отличие сбрасываемого модуля - это наличие стабилизатора (хвостового оперения) 7 и донного взрывателя 8.

Как видно из приведенных выше данных, предлагаемый модуль порошкового тушения более прост в конструкции и при этом по пожаротушащей эффективности (расход ОТВ на 1 м² защищаемой площади), как минимум, в шесть раз выше.

Таблица 1Примеры рецептур термореагирующих составов. (Заряд в виде плава, или в виде порошка россыпью, или в виде запрессованной шашки)
Наименование компонента	Индекс состава
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Окислитель
Нитрат аммония	70-80			30-35	30-50		35-40	85-90						30-40	70-80
Нитрат калия		70-80		30-35	5-10	40-45			35-45		70-80	35-40		30-40
Нитрат натрия			70-80	10-24		40-45	35-40		35-40	70-80		35-40	70-80
Горючее
Фосфорнокислый аммоний	5-10	2-2,5	5,5-10		30-50		15-25				5-10,5	5-20	15-23,5
Сернокислый аммоний	7-13	10-12			5-10				16-20,5	20-22		10-12		19-29,5
Фосфор красный		10-12	10-12	9,5-10		9-10					12-14				9-21,5
Катализатор разложения окислителя
Хромат калия	6,5-7														1-2
Бихромат аммония								10-13,5							1-2
Хлорид натрия			4-7												1-2
Трехокись хрома				5-10
Хлорид меди					3,5-5										1-2
Хлорид аммония						4,5-5
Порошок магния													3,5-5		1-2
Порошок цинка									3-5,5					1-2
Порошок кадмия										3-5
Порошок меди							3-5,5								1-2
Оксид кальция												1-2,5	1-2
Гидроксид кальция											3,5-5
Хлорная известь														3-5,5
Гидрофобизатор
Силикон	0,5-1	0,5-1	0,5-1	0,5-1	0,5-1	0,5-1	0,5-1	0,5-1							0,5-1

Таблица 2Примеры рецептур термореагирующих составов (Заряд в виде водного или водно-органического раствора)
Наименование компонента	Индекс состава
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Окислитель
Нитрат аммония	75-85			30-35	35-40		35-40
Нитрат калия		70-80		30-35	40-50	40-45			40-45	70-80	70-80
Нитрат натрия			75-85	14-20		40-45	35-40	75-80	40-45
Горючее
Фосфорнокислый аммоний	10-17			10-15	10-15		10-15	15-17			18-20
Сернокислый аммоний		15-17	15-17			10-12	8-10		10-12	15-17
Катализатор разложения окислителя
Хромат калия	6-7										1-2
Бихромат аммония		8-10									1-2
Хлорид натрия			3-5								1-2
Хлорид аммония										3-5
Хлорид меди				5-6	4-6						1-2
Азотная кислота						3-5			1-2
Соляная кислота							3-4		2-3
Хлорная известь								5-8
Вода или водно-органический (50-70)% раствор	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%	15-20% сверх 100%

Таблица 3Рецептура газогенерирующих составов
№ГГС	Окислитель	Горючее	Гидрофобизатор
Нитрат аммония	Нитрат калия	Сера	Полисульфид	Древесный уголь	Тринитротолуол	Нитроцелюлоза	Алюминий	Силикон
1	85-90		9-14,5						0,5-1
2	85-90			9-14,5					0,5-1
3	85-90				9-14,5				0,5-1
4	85-90					9-14,5			0,5-1
5	85-90						9-14,5		0,5-1
6	89,5-94							10-5	0,5-1
7		85-90	10-15
8		75	15		10
9		85-90		10-15
10		85-90				10-15
11		85-90					10-15
12		90-95						10-5
13		85-90			10-15
14	65-75	14-20		9,5-15					0,5-1

Таблица 4Термодинамические характеристики ГГС и ТРОПС и состав продуктов их сгорания. (Давление среды при открытом горении Р=1,0 МПа)
Термодинамические характеристики и состав продуктов сгорания	Индексы составов
№1 ГГС Табл. 3	№4 ГГС Табл. 3	№6 ГГСТабл. 3	№8 ГГСТабл.3	№11 ГГС Табл. 3	№14 ГГС Табл.3	№1 ТРОПС Табл. 1	№4 ТРОПС Табл. 1	№5 ТРОПС Табл. 1	№6 ТРОПС Табл. 1	№14 ТРОПС Табл. 1	№15 ТРОПС Табл. 1
1. Температура горения, Т°К	1998	2249	2327	2120	1071	1976	1138	1638	1012	1190	1036	2217
2. Теплота горения Qгор, кДж/кг(расч)	4233	4437	4699	3127	1711	4917	2702	3451	2353	-0,05	1830	5900
3. Энергия активации, кДж/кг								40	51	54,8	53	38,5
4.Удельный объем газовой фазы, л/кг	6183	768,4	748,6	248,2	132,5	638,3	385	3052	235,4	96,4	261,7	630,4
5. Массовая доля конденсированной фазы Z при Tгор	0	0	0,13	0,46	0,58	0	0,03	0,28	0,4	0,68	0,3	0
5а. Массовая доля конденсированной фазы Z при Т=298°К	0,69	0,41	0,55	0,73	0,82	0,58	0,58	0,86	0,77	0,95	0,63	0,7
Огнетушащие продукты сгорания
Н2O	0,38	0,4	0,41	0,3	0,06	0,37	0,37	0,11	0,33	-	0,3	0,07
N2	0,29	0,32	0,32	0,1	0,12	0,27	0,31	0,14	0,23	0,04	0,24	0,22
СО2	-	0,2	-	0,24	-	0,13	-	-	-	-	-	-
SO2	0,29	-	-	0,07	-	0,1	-	-	-	-	-	-
NaPO3	-		-	-	-	-	-	-	-	0,32	-	-
K2SO4	-	-	-	-	-	-	-	-	0,04	-	0,3	-
H3PO4	-	-	-	-	-	-	0,08	0,17	0,39	-	-	0,63
NaPO3	-	-	-	-	-	-	-	0,15	-	-	-
SO3'5H2O	-	-	-	-	-	-	-	-	0,01	-	0,02
ΣOTB	0,96	0,92	0,73	0,71	0,18	0,87	0,76	0,57	1,0	0,34	0,86	0,92
Примечание. Состав продуктов сгорания для ГГС приведен при Тгор, для ТРОПС при Т=298°С.

1. Модуль порошкового пожаротушения, содержащий корпус с крышкой и зарядом огнетушащего состава, внутри которого размещены газогенератор с инициатором, подключенным к системе сигнализации для принудительного инициирования газогенерирующего заряда, отличающийся тем, что порошковый корпус выполнен нормированно разрушающимся при избыточном давлении не менее 1,0 МПа, газогенератор выполнен в виде перфорированной, или сгорающей, или разрывной емкости с газогенерирующим составом, при этом в качестве заряда термореагирующего огнетушащего порошкового состава используют экзотермическую или эндотермическую смесь окислителя с горючим, и/или с катализатором разложения окислителя, и/или с гидрофобизатором, в которой в качестве окислителя используют азотнокислый аммоний, и/или азотнокислый натрий, и/или азотнокислый калий, в качестве горючего фосфорнокислый и/или сернокислый аммоний и/или красный фосфор, в качестве газогенерирующего заряда используют смесь азотнокислого аммония и/или калия с серой, или полисульфидом, и/или древесным углем, или тринитротолуолом, или нитроцеллюлозой, и/или алюминием, и/или гидрофобизатором, а соотношение масс термореагирующего огнетушащего порошкового состава или заряда из него и газогенерирующего состава или заряда из него определяют по формуле

где М_ГГС - масса газогенерирующего состава, кг;

Q_ГОР - теплота сгорания газогенерирующего состава, кДж/кг;

М_ОПС - масса огнетушащего порошкового состава, кг;

Е_АКТ - энергия активации огнетушащего порошкового состава, кДж/кг.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что заряд из термореагирующего огнетушащего состава выполнен в виде порошка, или плава, или концентрированного водного или водно-органического раствора.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в заряде термореагирующего огнетушащего порошкового состава в качестве катализатора разложения окислителя взят хромат калия, или бихромат аммония, или трехокись хрома, или хлорид меди, или хлорид аммония, или хлорид натрия, или тонкоизмельченные порошки меди, или цинка, или кадмия, или магния, или оксид кальция, или гидроксид кальция, или их смесь, или неорганические кислоты, или хлорная известь.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизатора для термореагирующего огнетушащего порошкового и газогенерирующего составов используется силикон.