Огнетушащая композиция, образующая огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации

Огнетушащая композиция, образующая огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области пожаротушения, связанной с использованием огнетушащей композиции и химического огнетушащего вещества и, в частности, к огнетушащей композиции, которая может образовывать огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

После того как странам-участникам Монреальского Протокола, подписанного в Канаде в 1987 году, были предложены особые требования по замене огнетушащего агента хладон (Halon), во все странах мира начались исследования новых технологий пожаротушения; было предпринято много попыток, чтобы найти технологию пожаротушения, которая имеет высокую эффективность пожаротушения без загрязнения окружающей среды.

Газовые системы пожаротушения, порошковые системы пожаротушения, водные системы пожаротушения и т.п., которые безвредны для окружающей среды, широко используют в качестве замены огнетушащего агента хладон. Механизм пожаротушения системой пожаротушения с инертным газом, таким как диоксид углерода, IG541 и т.п., основан главным образом на физическом тушении, а именно, на подавлении горения путем уменьшения концентрации кислорода в области горения. Такой способ пожаротушения может представлять угрозу для безопасности персонала и рабочих. Порошковая система пожаротушения осуществляет пожаротушение с помощью способа, в котором порошок, распыленный под действием сжатого газа, приводят в контакт с пламенем, обеспечивая физический и химический ингибирующий эффект. Водораспыляющая система пожаротушения выполняет задачу по контролю огня, ингибируя и туша его в результате тройного действия водяного тумана: охлаждения, прекращения доступа кислорода и изолирования теплового излучения.

Однако эти системы пожаротушения должны храниться под высоким давлением, что не только требует большого объема, но также приводит к возникновению риска физического взрыва при хранении; в документе "The Security Analysis of Gas Fire extinguishing System" (Fire Science and Technology 2002 21 (5)) анализируют риски газовой системы пожаротушения и перечисляют несчастные случаи, произошедшие при использовании хранившейся под давлением газовой системы пожаротушения.

Согласно данным исследований, многие иностранные исследователи провели большое число исследований огнетушащих веществ. Проектная группа технологии пожаротушения нового поколения (NGP) исследовательского центра пожаротушения в зданиях (Building and Fire Research Centre) Национального Института Стандартов и Технологий США (U.S. National Institute of Standards and Technology (MIST)) опубликовала большое число статей в данной области. Группа исследовала огнетушащую способность испытуемых веществ, подвергая пламя воздействию испытуемых веществ вместе с газом-носителем. В качестве газа-носителя использовали азот, диоксид углерода и газообразный CF₃H, и испытуемые вещества нагревали газом-носителем, имеющим высокую температуру. При этом некоторые вещества (такие как ферроцен) могут сублимировать при воздействии газа, имеющего высокую температуру, и затем могут образовывать огнетушащие вещества, которые могут явно повышать огнетушащую эффективность газа-носителя (Proceeding of the Combustion Institute, Volume 28, 2000 / pp.2965-2972, Flame inhibition by ferrocene and blends of inert and catalytic agents, Halon Options Technical Working Conference 2-4 May 2000, Flame inhibition by ferrocene, alone and with CO₂ and CF₃H).

Кроме того, Хэнаньский Политехнический Университет опубликовал статью о сублимации и огнетушащих свойствах ферроцена и патент CN 101327364 A, а именно, ферроценовая огнетушащая испытательная система.

Однако все указанные выше исследователи основываются только на лабораторном теоретическом исследовании без практического применения в огнетушителях; при этом текущий результат исследования показывает, что только ферроцен может образовывать огнетушащие вещества при высокотемпературной сублимации, а другие вещества не упомянуты.

Существующий аэрозольный огнетушащий агент включает в основном огнетушащие агенты типа S и типа K; в результате всестороннего анализа его рабочих характеристик были обнаружены следующие главные недостатки: все существующие аэрозольные огнетушащие агенты выделяют большое количество газа и активных частиц во время окислительно-восстановительной реакции, а химико-физической синергической задачи пожаротушения достигают с помощью обрыва цепной реакции активными частицами и с помощью прекращения доступа кислорода к огню большим количеством газа. Аэрозольный огнетушащий агент может выделять большое количество тепла при высвобождении аэрозоля в ходе реакции горения. Чтобы эффективно снизить температуру устройства и аэрозоля и чтобы избежать вторичного воспламенения, необходимо устанавливать систему охлаждения, которая усложняет и утяжеляет конструкцию устройства, усложняет технологический процесс и повышает стоимость. Кроме того, из-за присутствия системы охлаждения большое количество активных частиц дезактивируется, и эффективность огнетушения существенно уменьшается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В свете текущего положения существующих огнетушащих устройств и, в частности, присущих дефектов аэрозольных огнетушащих систем, задача настоящего изобретения состоит в создании огнетушащей композиции, которая не требует высокого давления при хранении, является более безопасной и менее вредной для окружающей среды и обладает высокой огнетушащей эффективностью.

Огнетушащая композиция по настоящему изобретению включает огнетушащий материал, который может образовывать огнетушащее вещество в результате сублимации при высокой температуре, причем его содержание составляет более 80% масс.

Помимо огнетушащего материала, который используют в качестве основного огнетушащего материала и который может образовывать огнетушащее вещество в результате сублимации при высокой температуре, к огнетушащей композиции по настоящему изобретению также можно, соответственно, добавлять различные добавки, которые обычно используют в данной области.

Огнетушащая композиция по настоящему изобретению, которая может образовывать огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации, может одновременно достигать следующих эффектов: во-первых, огнетушащая композиция, способная образовывать огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации, может образовывать вещество, ингибирующее пламя, посредством сублимации в момент нагрева; это вещество может гасить пламя с помощью физического или химического ингибирующего эффекта или с помощью физического и химического синергического ингибирующего эффекта; во-вторых, благодаря ингибирующему эффекту продуктов сублимации дополнительно повышается огнетушащая эффективность огнетушащего агента, при этом снижается возможность последующего горения источника огня; в-третьих, огнетушащая композиция может быстро поглощать тепло и сублимировать при высокотемпературном нагреве, таким образом, эффективно и быстро уменьшая количество теплоты, выделяемой при горении пиротехнического агента, что существенно уменьшает температуру сопла огнетушащего устройства и распыляемых веществ, чтобы исключить применение сложной системы охлаждения огнетушащего устройства, а также устранить риски образования вторичного огня; в-четвертых, огнетушащая композиция легко поддается обработке и формованию, и она может быть использована независимо или совместно с физическим хладагентом; в-пятых, огнетушащая композиция имеет стабильные рабочие характеристики и может легко храниться в течение долгого периода времени; в-шестых, огнетушащая композиция обладает низкой токсичностью или совсем не токсична, и она безвредна для окружающей среды и имеет отличные рабочие характеристики.

Огнетушащая композиция по настоящему изобретению, которая может образовывать огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации, подробно описана ниже.

Огнетушащая композиция по настоящему изобретению включает огнетушащий материал, который может образовывать огнетушащее вещество в результате сублимации при высокой температуре, причем содержание огнетушащего материала составляет более 80% масс.

Механизм ингибирования пламени огнетушащей композицией, образующей огнетушащее вещество при высокотемпературной сублимации, является следующим:

Огнетушащая композиция может сублимировать при высокой температуре с образованием газообразных веществ, обладающих эффектом ингибирования пламени; газообразные огнетушащие вещества могут вступать в реакции с одним или более из следующих свободных радикалов: О, ОН, Н, которые необходимы для цепной реакции горения посредством свободных радикалов, таким образом, обрывая цепную реакцию горения, а также могут уменьшать парциальное давление кислорода с помощью физического эффекта, ингибируя пламя, или могут одновременно вызывать физический и химический ингибирующий эффект, совместно реализуя огнетушащий эффект; в то же время может возникать синергическое взаимодействие с пиротехническим агентом, которое дополнительно повышает огнетушащую эффективность огнетушащего агента, что существенно уменьшает эффективное время пожаротушения.

Для обеспечения стабильных рабочих характеристик огнетушащей композиции при нормальной температуре и длительного срока хранения температура плавления огнетушащего материала, способного образовывать огнетушащие вещества при высокотемпературной сублимации, предпочтительно составляет более 100°C, и материал может представлять собой: 2,4,6-трибромфенилглицидный эфир, диметил-4-бромфталат, пентабромбензилбромид, 2,4,6-трибромфенилмалеимид, пентабромхлорциклогексан, сложный эфир три(2,3-дибромпропил)изоциануровой кислоты, тетрахлорфталевый ангидрид, гексахлорбензол, гексахлорэтан, меламин, циануровую кислоту, красный фосфор, оксид олова, бромид аммония, кобальтоцен.

К огнетушащей композиции по настоящему изобретению при необходимости также можно добавлять различные добавки, такие как стеарат магния, графит, многокомпонентный раствор водорастворимого полимера, или их смесь, причем содержание добавки меньше или равно 20% масс.

Огнетушащая композиция по настоящему изобретению включает следующие компоненты, а их содержания предпочтительно составляют:

огнетушащий материал: от 80% масс. до 90% масс.

добавка: от 10% масс. до 20% масс.

Огнетушащую композицию по настоящему изобретению можно формовать в виде гранул сферической формы, а также в виде хлопьев, полосок, блоков и ячеек, с применением способов гранулирования, прессования в формах, экструзии и т.п., и ее можно подвергнуть обработке для создания покрытия на поверхности. Предпочтительно добавляют гидроксиметилцеллюлозу или гидроксиэтилцеллюлозу в качестве покрывающего поверхность агента при обработке для создания покрытия на поверхности. Покрывающий поверхность агент может улучшить качество поверхности композиции, повысить интенсивность, стойкость к истиранию, сопротивление удару и предотвратить явления распыления огнетушащей композиции, выпадения осадка и выливания из огнетушащего устройства при транспортировке.

Огнетушащая композиция по настоящему изобретению описана ниже более подробно с помощью воплощений изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВОПЛОЩЕНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Добавляют соответственно 30 г огнетушащей композиции, приготовленной из огнетушащего материала и добавок, описанных в приведенной ниже таблице, в огнетушащее устройство, которое заполнено 20 г термоаэрозольного агента типа К, и, соответственно, выполняют огнетушащие испытания на распространение огня в испытательном боксе объемом 1,0 м³; соответственно, испытания проводят 3 раза для каждой группы образцов, записывая огнетушащее количество и оставшееся количество; результаты испытаний приведены в таблице 1.

Сравнительные воплощения: выполняют огнетушащие испытания на распространение огня, используя образцы огнетушащего устройства, которые, соответственно, заполнены только 20 г обычного коммерческого аэрозольного огнетушащего агента типа S или аэрозольного огнетушащего агента типа К (учебник ″Fire Extinguishing Technology Using Aerosol″ (Технология пожаротушения с использованием аэрозоля), Ed.Hongbao Guo, Chemical Industry Press, с. 80 (строка 3 - до конца страницы), в том же самом испытательном боксе объемом 1,0 м³; соответственно, испытания проводят 3 раза для каждой группы образцов, записывая огнетушащее количество и оставшееся количество; экспериментальные результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1Ингредиенты и сравнение результатов испытаний
Ингредиент	Содержание ингредиента в экспериментальном примере, % масс.	Сравнительный пример
1	2	3	4	5	6	7	1	2
Огнетушащий материал	Коммерческий огнетушащий агент типа S								√
Коммерческий огнетушащий агент типа K									√
Пентабромдифенилбензилбромид	90					18
Тетрахлорфталевый ангидрид		70
Гексахлорбензол			65
Меламин				82
Красный фосфор	5				80
Диоксид олова		25				72
Бромид аммония			25		16		95
Кобальтоцен				15		5
Добавка	Стеарат магния		1,5	4
Стеарат цинка
Графит	3	2	2,5	1	2	1,5	2
Гидроксипропилметилцеллюлоза
Силикат натрия
Поливиниловый спирт
Поверхность	Гидроксиэтилцеллюлоза	2	1,5	3,5	2	2	3,5	3
Сравнение результатов испытаний
Результаты огнетушения, число затушенных источников огня	4	4	3	4	3	4	4	2	2
Оставшееся количество, %	31,5	34,2	27,8	30,6	28,3	21,7	26,9	41,3	46,7

Огнетушащая характеристика в приведенной выше таблице представляет собой наименьшее из огнетушащих чисел в трех проведенных испытаниях; оставшееся количество представляет собой среднее значение для трех экспериментов; из результатов испытаний в приведенной выше таблице можно видеть, что огнетушащие характеристики всех огнетушащих композиций из воплощений 1-7 по настоящему изобретению превосходят сравнительные воплощения 1 и 2 при проведении огнетушащего испытания на распространение огня в испытательном боксе объемом 1,0 м³, и все оставшиеся количества меньше, чем в сравнительных воплощениях 1 и 2.

Экспериментальный способ основан на способе испытания распределения концентрации по п.7.13 в GA 499-2004; огнетушащие испытания проводят в испытательном боксе объемом 1 м³; пять стальных испытательных емкостей помещают в испытательный бокс: четыре топливных емкости, соответственно, расположены в четырех углах экспериментального пространства ступенчато вверх и вниз парами; кроме того, топливная емкость расположена в нижней части экспериментального пространства за перегородкой. В топливную емкость наливают н-гептан, а на дне емкости используют чистую воду в качестве подстилающего слоя.

Приведенные выше подробные воплощения являются только примерами; в соответствии с приведенным выше описанием настоящего изобретения специалист в данной области может предложить различные усовершенствования и изменения на основе приведенных выше воплощений; все такие усовершенствования и изменения попадают в объем защиты настоящего изобретения. Специалисту в данной области следует знать, что приведенное выше подробное описание использовано только для объяснения задач настоящего изобретения, не ограничивая настоящее изобретение.

1. Способ пожаротушения, в котором пожаротушение осуществляют с использованием огнетушащей композиции и пиротехнического аэрозольного огнетушащего агента, причем огнетушащая композиция включает: огнетушащий материал, который может выделять вещество, обладающее огнетушащими свойствами, при сублимации в процессе нагревания, причем содержание огнетушащего материала составляет от 90 мас.% до 97 мас.%; добавку и покрывающий поверхность агент, причем содержание добавки и покрывающего поверхность агента составляет от 3 мас.% до 10 мас.%; пиротехнический аэрозольный огнетушащий агент используют в качестве источника тепла и энергии в процессе пожаротушения; и задачу пожаротушения решают с помощью: воспламенения пиротехнического аэрозольного огнетушащего агента, при этом пиротехнический аэрозольный огнетушащий агент образует аэрозоль; образования большого количества огнетушащего вещества из огнетушащей композиции при использовании высокой температуры, достигаемой при горении пиротехнического аэрозольного огнетушащего агента, и при этом огнетушащее вещество распыляется вместе с аэрозолем.

2. Способ пожаротушения по п. 1, отличающийся тем, что огнетушащий материал представляет собой соединение, которое имеет температуру плавления более 100°С и может образовывать огнетушащие вещества путем сублимации.

3. Способ пожаротушения по п. 1, отличающийся тем, что огнетушащий материал представляет собой бромсодержащий огнетушащий материал, хлорсодержащий огнетушащий материал, азотсодержащий и фосфоразотсодержащий огнетушащий материал или неорганический огнетушащий материал.

4. Способ пожаротушения по п. 3, отличающийся тем, что бромсодержащий огнетушащий материал представляет собой 2,4,6-трибромфенилглицидный эфир, диметил-4-бромфталат, пентабромбензилбромид, 2,4,6-трибромфенилмалеимид или сложный эфир три(2,3-дибромпропил)изоциануровой кислоты.

5. Способ пожаротушения по п. 3, отличающийся тем, что хлорсодержащий огнетушащий материал представляет собой тетрахлорфталевый ангидрид, гексахлорбензол или гексахлорэтан.

6. Способ пожаротушения по п. 3, отличающийся тем, что азотсодержащий и фосфоразотсодержащий огнетушащий материал представляет собой меламин или циануровую кислоту.

7. Способ пожаротушения по п. 3, отличающийся тем, что неорганический огнетушащий материал представляет собой красный фосфор, оксид олова или бромид аммония.

8. Способ пожаротушения по п. 1, отличающийся тем, что огнетушащее вещество представляет собой кобальтоцен.

9. Способ пожаротушения по п. 1, отличающийся тем, что добавка представляет собой стеарат магния или графит.

10. Способ пожаротушения по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что покрывающий поверхность агент представляет собой гидроксиэтилцеллюлозу.