ОГНЕТУШАЩАЯ АЭРОЗОЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТОЧНЫХ ЭЛЕКТРОПРИБОРОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области огнетушащих композиций и посвящено огнетушащей аэрозольной композиции, которая подходит для тушения пожара типов A и B в относительно ограниченном пространстве, в частности огнетушащей аэрозольной композиции, подходящей для тушения огня в пространстве, где находятся точные электроприборы.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аэрозольная технология пожаротушения, которая появилась в 1990-х годах, представляет собой технологию, в которой тушение огня происходит за счет нарушения течения свободнорадикальной реакции горения в пламени за счет химического взаимодействия с ингибитором активности, вырабатываемым в процессе энергичной окислительно-восстановительной реакции между окислителем и специальным горючим веществом. Благодаря таким характеристикам, как отсутствие токсичности, отсутствие коррозионного действия, высокая отдача по емкости, продолжительный период хранения, полное заполнение пространства, в котором происходит горение, и способность тушить любые виды огня, указанная методика привлекла к себе значительное внимание. За десять лет, прошедших с конца прошлого века, аэрозольная технология быстро развивалась, что сопровождалось постоянным появлением патентов по данной тематике. Аэрозольную технологию пожаротушения можно, в основном, разделить на три типа: горячая аэрозольная технология пожаротушения, холодная аэрозольная технология пожаротушения и технология пожаротушения мелко распыленной водой. Горячая аэрозольная технология пожаротушения включает горячую аэрозольную технологию пожаротушения, основанную на применении пиротехнических композиций, а также горячую аэрозольную технологию пожаротушения, основанную на применении воды. В настоящее время понятие «горячая аэрозольная технология пожаротушения, основанная на применении пиротехнических композиций», по большей части, относится к устройствам для пожаротушения на основе пиротехнических композиций, в которых применяется твердое вещество, состоящее из окислителя, горючего вещества, клейкого вещества и регулятора скорости горения. В случае применения вместо огнетушителей на основе хладона (Halon), средства горячего аэрозольного пожаротушения на основе пиротехнических композиций демонстрируют высокую эффективность пожаротушения, причем агрегат для пожаротушения имеет простое устройство без необходимости применения емкостей, находящихся под высоким давлением, огнетушащие компоненты можно комбинировать по модульному принципу и хранить при нормальной температуре и давлении, техническое обслуживание устройства является удобным, средство пожаротушения можно хранить долгое время, оно имеет низкую стоимость, причем его потенциал разрушения озона ODP=0, и потенциал глобального потепления GWP является относительно низким, и, таким образом, указанное устройство очевидно превосходит другие типы средств пожаротушения с точки зрения соотношения цена/эффективность, что способствует его продвижению на рынок и содействует реализации планов по замене хладоновых средств пожаротушения.

В известном уровне техники, предшествовавшем настоящему изобретению, в качестве окислителя для средств горячего аэрозольного пожаротушения на основе пиротехнической композиции, в большинстве случаев предпочтительно выбирали нитрат щелочного металла, в частности нитрат калия, в силу того, что он удовлетворял большинству принципиальных требований к выбору компонентов. В известном уровне техники, где нитрат калия применялся в качестве единственного окислителя в огнетушащих аэрозольных композициях, чаще всего применялась горячая аэрозольная технология пожаротушения, представленная в нескольких группах патентов России, как например, RU 2230726, RU 2184587, RU 2214848, RU 2150310, RU 2108124, RU 2091106, RU 2076761, RU 2151135, RU 2116095, RU 2006239, RU 2022589, а также патентах/заявках на патенты других стран/регионов, как, например, WO 0158530, WO 9733653, WO 9423800, US 5831209, US 6042664, US 6264772, US 5573555, US 6116348; во-вторых, существуют огнетушащие аэрозольные композиции, в которых применяется двухкомпонентный или многокомпонентный окислитель, где основной компонент представляет собой нитрат калия и/или перхлорат калия, и/или вспомогательный компонент выбирают из числа нитратов, карбонатов или других солей щелочных металлов и щелочноземельных металлов, что описано, например, в патентах/заявках на патенты CA 2250325; DE 19915352, UA 7773, EP 0561035; WO 2005023370, RU 2157271, RU 2098156, US 20020121622, US 5423385, US 5492180, US 5425426 и US 6277296. Что касается выбора горючего компонента, принципам выбора этого компонента может удовлетворять широкий круг веществ. В основном выбирают соединения, классифицируемые как органические или неорганические горючие агенты при соблюдении условия отрицательного баланса кислорода, например, горючие вещества, раскрытые в таких патентах/заявках на патент, как RU 218458, RU 2214848, US 20010011567, US 6264772, RU 2157271, RU 2050878, US 5831209, WO 9733653 и EP 0561035. Что касается горячей аэрозольной технологии пожаротушения на основе воды, окислитель и горючее вещество, в основном, выбирают из таких компонентов, как нитрат аммония, перхлорат аммония, нитрат калия, нитрат стронция, нитрат гуанидина и т.п., которые способны генерировать газ, влагу и твердые металлические частицы, при соблюдении условия, что состав имеет высокий баланс кислорода, в соответствии с содержанием следующих патентов/заявок на патент US 6277296, US 6093269, US 6045726, US 6019861 и US 5613562.

Все описанные выше горячие технологии аэрозольного пожаротушения отличаются высокой эффективностью при тушении огня, низкой стоимостью и удобством в обслуживании устройств пожаротушения, благодаря чему в последние годы они становятся успешными и популярными продуктами. Однако по мере выхода на рынок существующих продуктов и продвижения вперед исследований и производства, постепенно проявляются многие проблемы продуктов известного уровня техники. Широкая практика применения и многочисленные исследования показали, что при применении нитрата калия в качестве единственного окислителя или в качестве основного компонента многокомпонентного окислителя для достижения высокоэффективного тушения пламени, образующееся сильнощелочное электропроводящее вещество - гидроксид калия - может причинять вторичный ущерб защищаемому пространству или объекту. Что касается горячих аэрозольных средств пожаротушения на основе воды, то при их применении, в том числе, легче образуется сильнощелочное электропроводящее вещество при взаимодействии выделяющейся влаги и оксида металла, что обычно ведет к таким непоправимым последствиям, как повреждение или коррозия электрооборудования после завершения тушения огня в аппаратных помещениях, помещениях пультов управления, машинных залах, аккумуляторных шкафах, базовых станциях связи и электротрансформаторных станциях. Кроме того, выделяющаяся закись азота может оказывать нейротоксическое действие на людей, если не произойдет ее быстрого разложения. В свете описанной ситуации, некоторые исследовательские отделы и производители разработали ряд технических решений в области пожаротушения горячими аэрозолями, в которых уделили внимание как эффективности тушения огня, так и проблеме вторичного ущерба. Например, в заявке на патент CN 200510105449 раскрыто техническое решение, относящееся к аэрозольным средствам пожаротушения, в которых в качестве окислителя применяется только нитрат стронция, причем главная проблема указанного решения заключается в том, что эффективность борьбы с огнем данных средств пожаротушения существенно снижена, даже несмотря на то, что до некоторой степени уменьшено вторичное повреждение точных электроприборов. В патентах US 5613562 и US 5609210 в огнетушащих композициях в качестве окислителя применяется нитрат стронция, основная роль которого заключается в том, что он действует в качестве источника энергии для превращения в газ второй огнетушащей жидкости, в молекулах которой имеются связи углерод-фтор и углерод-водород-фтор, и затем выбрасывает эту жидкость в пламя, но образующаяся при этом фтористоводородная кислота не только чрезвычайно токсична, но обладает сильным коррозионным действием, которое характерно и для горячей аэрозольной технологии на основе воды. Что касается патента US 6 019 861, хотя огнетушащая композиция также содержит нитрат калия и нитрат стронция, указанные компоненты вводятся только в качестве добавок или вспомогательных окислителей, и в первую очередь применяются для улучшения качества расширяющегося газа, а основным окислителем является нитрат аммония, который в указанном способе пожаротушения должен быть фазово-стабилизированным, хотя это является предпочтительным для относительно низкой температуры, причем это влияет как на скорость горения, так и на скорость генерации газа. В патенте US 6093269 разработана пиротехническая газогенерирующая композиция с высоким балансом кислорода, где высокая концентрация нитрата стронция необходима для поддержания нейтрального баланса кислород/горючее вещество, применяемая в первую очередь в композициях топлива для автомобилей, ружейного пороха, расширительных устройств, воздушных подушек.

Предмет изобретений известного уровня техники CN 1739820A, CN 1150952C и CN 1222331C аналогичен предмету настоящего изобретения, причем документы CN 1150952C и CN 1222331C являются предыдущими заявками на патент, поданными авторами настоящего изобретения, но они имеют следующие недостатки: в этих изобретениях не удалось отдельно разработать средства для тушения огня, соответствующие требованиям по изолирующему сопротивлению для различного электрического оборудования, чтобы учесть как эффективность пожаротушения, так и коррозию электрооборудования. Причина этого заключается в том, что различные типы электрооборудования могут проявлять различную устойчивость к уменьшению сопротивления изоляции, вызванному накоплением электростатического заряда или кислотно-щелочной коррозией при различных нештатных обстоятельствах. Например, для таких сильноточных электрических приборов, как генераторы, электродвигатели, электрические приборы высокого и низкого давления, электрические изгороди, электрические кабели и т.п., как правило, необходимо, чтобы сопротивление изоляции составляло от 1 MΩ до 20 MΩ (см. Serial Electric Power Industry Standards of the People's Republic of China, например, DL/T5161.7-2002, Specification for Construction Quality Checkout and Evaluation of Electric Equipment Installation (Quality Checkout of Electric Rotating Machine Construction) и т.д.); для такого обычного электрического оборудования, как устройства связи, компьютеры, автомобильное электрическое оборудование и медицинское электрическое оборудование чаще всего требуется, чтобы сопротивление изоляции составляло от 20 MΩ до 100 MΩ (см. серию стандартов Electronic Industry Standards of the People's Republic of China, серию стандартов Communication Industry Standards of the People's Republic of China, серию стандартов Computer Industry Standards of the People's Republic of China, например, GB6649-86 General Specification for Semiconductor Integrated Circuits, IPC 9201 Surface Insulation Resistance Handbook, и т.д.); для точных электроприборов, созданных на базе печатных монтажных плат, несущих плат и т.п., как правило, требуется, чтобы сопротивление изоляции составляло ≥ 100 MΩ (см. серию стандартов Electronic Industry Standards of the People's Republic of China, серию стандартов Industry Standards for International Printed Circuits, и т.п., например, IPC-CC-830B Handbook of Insulation Property and Quality of Printing Plate Assembled Appliances, GB 4793 Safety Requirements For Electronic Measuring Instruments, GJB1717-93 General Specification for All-purpose Printed Circuit Board Connectors, и т.д.). Поскольку для различного электрооборудования существуют различные требования к сопротивлению изоляции, применение огнетушащей композиции одного и того же состава для всех указанных видов электрооборудования может оказаться неприемлемым как с точки зрения эффективности пожаротушения, так и затрат. Таким образом, компоненты композиций и их содержание, указанные в патентных заявках известного уровня техники, в т.ч. предыдущих заявках на патент авторов настоящего изобретения, далеки от совершенства, и некоторые параметры технических характеристик нуждаются в улучшении. В известном уровне техники, который предшествовал настоящему изобретению, помимо описанных выше технологий, не существовало какого-либо отдельного способа, относящегося к огнетушащим аэрозольным композициям, которые подходят для точных электроприборов без уменьшения эффективности пожаротушения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения упомянутых выше проблем известного уровня техники задача настоящего изобретения заключалась в разработке огнетушащей аэрозольной композиции, подходящей для точных электроприборов, которая является более приемлемой и экологически безвредной, чем существующие композиции известного уровня техники.

На основе интенсивных исследований методики горячего аэрозольного пожаротушения в последние годы, авторы настоящей заявки обнаружили, что необходимая для тушения концентрация зависит от качества огнетушащего агента, а также от собственных физико-химических свойств самих соответствующих компонентов. Скорость горения дополнительно связана с такими факторами, как расчет кислородного баланса и выбор окислителя горючего средства. Для решения задачи изобретения желательно сделать акцент на следующих аспектах: (1) спланировать огнетушащую емкость на основе тщательного учета воспламеняемости, безопасности и химической совместимости; (2) применить композицию окислителя, не полностью состоящего из соли калия, основанную на принципе отрицательного кислородного баланса; (3) максимально упростить компоненты композиции во избежание образования излишне вредных веществ.

В результате неоднократного скрининга окислителей и горючих средств, а также исследований, направленных на регулирование скорости реакции горения, остаточное количество огнетушащего аэрозоля, методику охлаждения, методику микроионизации средства пожаротушения, поглощение влаги и изолирующие свойства твердых частиц, авторы настоящей заявки разработали огнетушащую аэрозольную композицию, которая подходит для точных электроприборов, что стало техническим решением задачи настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к огнетушащей аэрозольной композиции, подходящей для точных электроприборов, которая включает окислитель, горючее средство, клейкое вещество и добавку, отличающейся тем, что окислитель огнетушащей аэрозольной композиции представляет собой смесь окислителя, являющегося солью калия, и окислителя, являющегося солью стронция; горючее средство представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из нитрата гуанидина, нитрата аминогуанидина, нитрата триаминогуанидина и нитрата диаминогуанидина; добавка представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из алюминиевого порошка, магниевого порошка, угольного порошка, карбоната магния, карбоната кальция и калиевого полевого шпата; клейкое вещество представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из фенольной смолы, эпоксидной смолы и акриловой смолы; и содержание каждого компонента в огнетушащей композиции в процентах по массе является следующим:

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соль стронция, применяемая в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, может представлять собой одно соединение или являться комбинацией 2-3 соединений, выбранных из группы, состоящей из нитрата стронция, оксида стронция, карбоната стронция, сульфита стронция, пирофосфата стронция, бромида стронция, бихромата стронция, перманганата стронция, молибдата стронция и гексаборида стронция; соль калия может представлять собой одно соединение или комбинацию 2-3 соединений, выбранных из группы, состоящей из нитрата калия, хлората калия, перхлората калия, хлорида калия, карбоната калия и цитрата калия; окислитель, являющийся солью калия, также может быть частично или полностью заменен веществом или комбинацией из 2-3 веществ, выбранных из группы, состоящей из бикарбоната натрия, нитрата натрия, перхлората натрия, нитрата аммония, перхлората аммония, нитрата бария и нитрата цезия.

Горючее средство, применяемое в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, может, в дополнение к перечисленному выше, представлять собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из пентааминотетразола и его соли, дитетразола и его соли, диазоаминотетразола и его соли, димера диазотетразола и его соли.

Добавка, применяемая в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, может, в дополнение к перечисленному выше, являться одним соединением или комбинацией нескольких соединений, выбранных из группы, состоящей из пирокатехин бората калия и его соли, гидроксибензойной кислоты и ее соли, бензойной кислоты и ее соли, пальмитиновой кислоты и ее соли, нитрата аммония, перхлората калия, хлорида калия, оксида меди, оксида железа, фталоцианина меди, феррицианида калия и гексаметилентетраамина.

Клейкое вещество, применяемое в огнетушащей композиции по настоящему изобретению, может, в дополнение к перечисленному выше, являться одним веществом или комбинацией нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из политетрафторэтилена, полимеров этилена, нитроцеллюлозы, глицерилтриацетата, поливинилацетата и меламиновой смолы.

Максимальный средний диаметр частиц окислителя, горючего средства, клейкого вещества и добавки в огнетушащей композиции по настоящему изобретению находится в пределах 50 мкм.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, огнетушащая аэрозольная композиция содержит:

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, огнетушащая аэрозольная композиция содержит:

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, огнетушащая аэрозольная композиция содержит:

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, огнетушащая аэрозольная композиция содержит:

После применения огнетушащей аэрозольной композиции по настоящему изобретению для тушения огня в пространстве, где установлены точные электроприборы, сопротивление изоляции точных электроприборов превышает 100 MΩ.

После многократного скрининга и испытаний компонентов (окислителя, горючего средства, клеящего вещества и добавки) и их пропорций, авторы настоящей заявки пришли к техническому решению относительно огнетушащей аэрозольной композиции, подходящей для точных электроприборов. По ходу тестов было подтверждено, что сопротивление изоляции точных электроприборов после тушения огня во всех случаях превышает 100 MΩ, что в сравнении с техникой известного уровня не только позволяет достичь цели предохранения точных электроприборов от вторичного повреждения, то также гарантирует достаточную эффективность тушения пламени, таким образом, композиция по настоящему изобретению представляет собой желаемую высокоэффективную огнетушащую аэрозольную композицию нового поколения.

ПРИМЕРЫ

Настоящее изобретение более подробно описано ниже по тексту с привлечением примеров, которые ни в коем случае не следует истолковывать как ограничение объема изобретения.

Огнетушащую аэрозольную композицию, подходящую для точных электроприборов, в настоящем изобретении получали в соответствии со следующей таблицей, и сопротивление изоляции образующегося осадка измеряли согласно приведенным ниже инструкциям.

Примечания:

1. Акриловая смола: тип 104 производства Xi'an Resin Factory; политетрафторэтилен: в виде частиц производства Sichuan Chengguang Factory; эпоксидная смола: тип E51 производства Dalian Qihua Factory; фенольная смола, тип F-23 производства Zhejiang Hangzhou Shunxiang.

2. Сопротивление изоляции осадка огнетушащего аэрозоля измеряли согласно GB499.1-2007.10.2. Тестовое оборудование включало тестовую камеру объемом 1 м³ (1×1×1 м), мегаомметр с диапазоном измерений от 0,1 MΩ до 500 MΩ (мегаомметр тип ZC36 производства Shanghai Precision Instrument Factory), чашку Петри, точные весы и генератор аэрозоля.

3. Тестовая плата представляла собой пластину 100×100×1 мм из белого PVC. 100 г аэрозольгенерирующего агента запрессовывали в картридж диаметром 40 мм и высотой 100 мм под давлением 5 МПа с помощью пресса, устанавливали электронное пусковое устройство и затем помещали картридж в мини-генератор, в котором не использовался хладагент.

4. Для осуществления теста промытую тестовую пластину брали пинцетом и помещали в чашку Петри, которая находилась на плоской поверхности испытательной стойки высотой 250 мм, установленной в середине тестовой камеры. Генератор, распылитель которого был направлен от тестовой пластины, помещали в одном из углов тестовой камеры, присоединяли цепь питания пускового устройства, и закрывали дверь тестовой камеры. Отсчет времени с помощью секундомера начинали в момент запуска устройства. Через 20 минут чашку Петри с помещенной в нее тестовой пластиной вынимали из тестовой камеры и помещали в камеру с постоянной температурой 35°C и постоянной влажностью 90% на 30 минут, извлекали оттуда тестовую пластину и немедленно измеряли ее сопротивление.