Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА

Предлагаемое изобретение относится к пожаротушению и может быть использовано для тушения пожаров класса А (твердые горючие вещества и материалы), а также лесных и торфяных пожаров.

Все огнетушащие вещества (ОТВ), применяемые для тушения лесных и торфяных пожаров, можно подразделить на пять категорий: растворы, эмульсии, пены, суспензии и твердые вещества. Каждую из этих категорий можно разделить еще на несколько подгрупп, отличающихся между собой по физико-химическим свойствам и механизмам тушения.

Предлагаемое авторами огнетушащее вещество относится к категории растворов. Известны растворы на основе воды с добавками различного назначения для тушения пожаров.

Например, в патенте РФ №2209645 описан огнегасящий состав, который содержит галоидоуглеводород - бромистый этил, стабилизаторы - талловый пек и гидроксид аммония при следующем соотношении компонентов: бромистый этил 10-20 мас.%, талловый пек 0,1-0,2 мас.%, гидроксид аммония 0,45-1,0 мас.%, вода - остальное.

Недостатком данного состава является малая огнетушащая емкость и небольшая эффективность.

В патенте РФ №2310421 описан способ тушения пожара путем подачи в очаг пожара насыщенной углекислым газом воды. Воду насыщают до массовой концентрации газа 2-6%, после чего газожидкостную смесь замораживают до температуры -15-20°C, формируя брикеты массой 4-12 кг, которыми накрывают очаг пожара. Данный способ очень сложен в применении и недостаточно эффективен.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ тушения пожара с помощью огнетушащего раствора по патенту РФ №2262367.

Известный раствор содержит молотую глину, молотый асбест, хлорид натрия и воду. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает получение эффективного, недорогого и удобного при эксплуатации водного состава. Недостатками известного состава являются:

- недостаточная эффективность;

- невозможность получения готового ОТВ в воздухе;

- возможность подачи только путем сброса (слива);

- неспособность подавить тлеющие очаги горения лесной подстилки и, тем более, торфяных массивов;

- в силу фракционного состава и структуры ОТВ невозможность применения в ранцевых установках пожаротушения.

Задачей, решаемой в данном изобретении, является повышение эффективности способа тушения пожара, сокращение сроков тушения, а также повышение универсальности способа, то есть возможность использования различных специализированных устройств для тушения пожара.

С целью решения поставленных задач предлагается тушить пожары с помощью наноразмерных форм огнетушащих веществ, получаемых в результате сложных физико-химических реакций взаимодействия влаги воздуха и огнетушащих веществ, протекающих под воздействием высокой температуры в распыляемых над очагом пожара огнетушащих веществах.

Дополнительными отличиями предлагаемого нами способа тушения являются то, что:

- в качестве огнетушащих веществ предлагается использовать растворы (смесь) хлорсиланов;

- в качестве хлорсиланов предлагается использовать тетрахлорид кремния;

- огнетушащая концентрация тетрахлорида кремния в объеме зоны тушения составляет 300-700 мг/м³;

- огнетушащая концентрация тетрахлорида кремния в объеме зоны тушения составляет 400-500 мг/м³;

- огнетушащее вещество распыляется над очагом горения авиатехникой;

- огнетушащее вещество сбрасывается (сливается) над очагом горения авиатехникой;

- огнетушащее вещество распыляется с помощью носимых ранцевых установок пожаротушения.

Применение хлорсиланов позволяет достигнуть эффект тушения сразу по нескольким направлениям, при этом будут реализованы практически все известные способы тушения.

В настоящее время существует четыре основных способа прекращения горения на пожаре, а именно охлаждение, разбавление, изоляция и ингибирование (химическое торможение реакций окисления).

Благодаря своим физико-химическим свойствам хлорсиланы, прежде всего тетрахлорсилан, обладают массой, превышающей более чем в пять раз массу воздуха. При распылении они способны образовывать облако, стремящееся вниз, в котором уже будут происходить сложные физико-химические процессы, а именно процессы гидролиза, в результате которых образуется смесь продуктов реакции и сконденсированной влаги воздуха. В состав смеси, образующейся в процессе распыления, входят: мощный ингибитор процессов горения - хлороводород, высокоплотная наноразмерная смесь оксидов кремния, при этом между частицами образуются критически малые расстояния, в результате чего блокируется цепная реакция горения.

Протекающие при распылении хлорсилана процессы, прежде всего процесс гидролиза, проходят по схеме, аналогичной схеме гидролиза алкилхлорсиланов и эфиров ортокремневой кислоты. Реакция взаимодействия тетрахлорсилана с водой схематически может быть записана следующим образом:

n H₂O+SiCl₄=[Si(OH)₄]*nH₂O+НСl

При этом необходимо помнить, что вода, учавствующая в реакции, это влага воздуха, и выделяющаяся в процессе горения лесных и торфяных массивов физически и химически связанная вода, и вода, являющаяся продуктом термической деструкции (продуктов горения) данных материалов. Также не исключается образование силановых соединений, обладающих огнетушащим эффектом в процессе тушения данным раствором, а именно имеются данные, что при действии на SiCl₄ влажного воздуха, будут осаждаться наноразмерные соединения, например SiCl₃OH, Si₂OCl₆, Si₂OCl₅OH.

На поверхности горючих веществ (материалов) и/или частиц образуется защитный слой, препятствующий образованию выхода продуктов термодеструкции. Образующаяся в процессе распыления коллоидная система, достигающая поверхности земли, выполняет роль огнетушащего вещества по вышеописанному механизму, при этом также происходит проникновение ОТВ в толщу торфяного массива и тем самым реализуется механизм подавления процессов гетерогенного горения.

Для определения огнетушащей эффективности авторами были проведены эксперименты как по тушению модельных очагов пожара класса А, так и искусственно созданного смешанного лесного массива, при этом также имитировалась лесная подстилка, в том числе и торфяной слой. Торфяной слой имитировался применением натурального торфа естественной влажности. Тушение осуществлялось двумя способами, а именно компактными и тонкораспыленными струями. Во всех случаях при тушении хлорсиланами наблюдалось полное прекращение (подавление) всех видов процессов горения, а именно пламенных и беспламенных (тление). Прекращение процессов гетерогенного горения (тления) лесной подстилки в 90% наблюдалось при применении ОКС и в 50% при применении структурированной воды. В случаях с подавлением тлеющих очагов горения при использовании в качестве ОТВ воды эффект тушения достигался, в основном, за счет выгорания горючей массы. Это объясняется тем, что вода практически не смачивает лесную подстилку и торф, именно поэтому применяют при использовании воды в качестве основного ОТВ другие технологии тушения, основанные на повышении уровня влажности до критических значений, при которых полностью исключаются возникновение тлеющих очагов горения.

Обобщенные результаты по массе израсходованных на тушение огнетушащих веществ и времени тушения представлены в таблице 1 и таблице 2.

Сводная таблица результатов экспериментов.

Полученные авторами данные по определению необходимой и достаточной массы ОТВ показали при малом расходе высокую огнетушащую эффективность хлорсиланов по сравнению с другими ОТВ. После хлорсиланов наибольшим огнетушащим эффектом обладает ОКС (водные растворы, содержащие специальные минеральные добавки, при этом общая кислотность среды колеблется в пределах 8-10), далее структурированная вода (воду обрабатывали переменным высокочастотным модулированным сигналом, при этом способе обработки происходит изменение кислотности сред рН около 8, незначительно меняется вязкость и улучшается смачиваемость).

Полученные нами данные (см. табл. 2) по определению времени тушения также показали высокую эффективность хлорсиланов, так, например, при их использовании время тушения почти в 2-3 меньше, чем другими видами ОТВ.

Таким образом, при тушении лесных и торфяных пожаров реализуются:

- охлаждение зоны горения за счет интенсивного испарения огнетушащего вещества;

- разбавление продуктов горения и вытеснение кислорода воздуха из зоны горения в процессе диспергирования ОТВ, его испарения и за счет образующихся продуктов реакции и влаги воздуха и т.д.;

- ингибирование протекающих окислительно-восстановительных реакций горения за счет образования в процессе химической реакции хлороводорода;

- изоляция и ингибирование при образовании, в ходе протекающих химических реакций, наноразмерньгх частиц оксида кремния.

С данным способом пожаротушения лесов и торфяных массивов сложно провести аналогию, поскольку применяемые способы тушения, в основном, предназначены только для создания заградительных (опорных) полос. Некоторые из них, в основном, водные растворы поверхностно-активных веществ, применяются также и для тушения, при этом ОТВ готовится в процессе полета и при сбросе оказывает огнетушащее действие, аналогичное чистой воде. Предлагается способ тушения, при котором реализуется комплекс длительных огнетушащих эффектов, работающих как на поверхности горючих материалов, так и в объеме.

Таким образом, достоинствами предлагаемого способа являются:

- сокращение времени, необходимого на локализацию пожара и его последующую ликвидацию, в том числе и при наличии скрытых очагов тлеющего горения;

- высокая огнетушащая эффективность;

- не требуется каких-либо технологических операций по приведению его в рабочее состояние, поскольку он сам является готовым раствором, состоящим на более чем 90% из тетрахлорсилана;

- не имеет ограничений по способу подачи, т.е. предлагаемый состав можно распылять с воздуха, сбрасывать (сливать) из специализированных устройств слива авиатехники (вертолеты и самолеты). С учетом того что оперативный личный состав, непосредственно участвующий в тушении пожара или возгорания, имеет спецодежду и средства защиты органов дыхания, предлагаемый нами состав можно применять в установках носимого (ранцевого) типа;

- в отличие практически от всех видов применяемых различного рода огнетушащих составов и веществ, предназначенных для тушения лесных и торфяных пожаров, применение данного способа тушения не наносит экологического вреда, поскольку конечным продуктом является песок SiO₂.