Пенообразующий состав для пожаротушения

 

Область техники

Изобретение относится к области пожаротушения, в частности, к пенообразующим составам на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ), предназначенных для тушения пожаров классов А и В, которые могут применяться для приготовления растворов с рабочей концентрацией 1%, с использованием дистиллированной, питьевой, жесткой и морской воды.

Уровень техники

Известен пенообразующий состав (пат. RU №2345809 МПК A62D, опубл. 10.02.2009), содержащий исходные компоненты при следующем соотношении, масс.%: триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С₈-С₁₄ 20,0-40,0; сульфоэтоксилаты натрия 10,0-22,0; алкансульфонаты натрия фракции С₁₂-С₁₆ 10,0-15,0; полиэтиленгликоль 2,0-20,0: карбитол 2,0-6,0 и вода - остальное.

Однако указанный состав имеет недостаточную устойчивость и кратность пены при использовании его в виде рабочего раствора с невысокими концентрациями.

Известен также пенообразующий состав для тушения пожаров (пат. RU №2270712, МПК A62D 1/02, опубл. 27.02.2006), позволяющий получать воздушно-механическую пену низкой, средней и высокой кратности, обладающий повышенной смачивающей способностью при использовании как пресной, так и морской воды и содержащий алкилсульфаты натрия первичных высших жирных спиртов фракции С₈-С₁₀, алкилсульфаты натрия первичных высших жирных спиртов фракции С₁₂-С₁₄, сульфоэтоксилаты натрия первичных высших жирных спиртов фракции С₁₂-С₁₄, первичные высшие жирные спирты фракции С₁₂-С₁₄, карбамид, н-бутиловый спирт, бутилцеллозольв, неонол, оксанол и воду при следующем содержании компонентов, масс.%:

К недостаткам указанного состава можно отнести также недостаточную кратность и устойчивость пены при различных концентрациях, причем при снижении концентрации эти показатели резко падают.

Кроме того недостатком приведенных выше технических решений является ограниченный температурный режим хранения, находящийся в диапазоне от - 40°С до +40°С, из-за наличия в данных составах воды.

Известен пенообразующий состав для тушения пожаров (пат. RU №2491973, МПК A62D 1/0, опубл. 10.09.2013), содержащий аэрозолеобразующие вещества, триэтаноламиновую соль алкилсульфата первичных жирных спиртов фракции С₈-С₁₄, поликарбоксилат «Акремон», триэтаноламин, карбамид, высшие жирные спирты фракции С₉-С₁₁, лаурилсульфат натрия оксиэтилированный, желатин и воду, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Недостатком данного, и других вышеперечисленных составов является необходимость их использования в виде рабочего раствора с концентрацией не менее 2, 6%, соответственно, что приводит к увеличению расходов на доставку повышенного количества пенообразователя для приготовления рабочего раствора, повышению трудозатрат с этим связанным. При этом при использовании указанных составов с концентрацией в рабочем растворе 1% показатели кратности пены и ее устойчивости достаточно невысокие.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является огнетушащий состав для пожаротушения (пат. RU №2418611, МПК A62D 1/00, опубл. 20.05.2011), характеризующийся широким температурным интервалом хранения огнетушащего состава от минус 60°С до плюс 60°С, снижением затрат на транспортировку и хранение, уменьшением отрицательного воздействия на окружающую среду, а также снижением рабочей концентрации огнетушащего раствора. Огнетушащий состав содержит смесь, состоящую из 40-70% от состава активатора растворения в воде, содержащего сульфаминовую кислоту и бикарбонат натрия, и 60-30% пенообразующей смеси, содержащей натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₈-С₁₀ или их смеси с натриевыми солями алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₁₂-С₁₄ или натриевыми солями альфа-олефинсульфонатов фракции С₁₄-С₁₆ при следующем содержании компонентов, масс.%:

Однако указанный состав пенообразователя также имеет недостаточную кратность и устойчивость пены при низких концентрациях.

К недостаткам состава по прототипу можно отнести также длительность растворения порошкообразного пенообразователя в воде, необходимость использования дополнительных ресурсов (различные емкости для воды и т.п.) и повышенный уровень трудозатрат, связанный с использованием данного состава.

Основной задачей, решаемой заявляемым изобретением, является создание пенообразующего состава для пожаротушения, имеющего высокую кратность и устойчивость пены, а также высокую огнетушащую способность при низком объеме потребления.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении кратности и устойчивости пены.

При этом достигается возможность использования воды любого качества и температуры при получении рабочего раствора, и обеспечивается длительный срок хранения пенообразующего состава.

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что в известный огнетушащий состав для пожаротушения, включающий натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов и натриевые соли альфа-олефинсульфоната, в качестве натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов использованы натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁, а в качестве натриевых солей альфа-олефинсульфоната натрия выбраны натриевые соли альфа-олефинсульфоната C_nH_2nSO₃Na, где n=14, при этом дополнительно введены полиэтиленгликоль и лимонная кислота при следующем соотношении компонентов масс.%:

Пенообразующий состав для пожаротушения может дополнительно содержать карбамид в количестве 2,0-5,0 при следующем соотношении компонентов, масс %:

Заявляемый состав для пожаротушения может также дополнительно содержать полимерный комплексообразователь на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров при следующем соотношении компонентов, масс %:

В качестве полимерного комплексообразователя на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров заявляемый состав для пожаротушения может содержать Акремон АМК-10.

Экспериментальные исследования заявляемого состава показали, что при использовании натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁ в количественном отношении, масс.% - 70,0-80,0 и альфа-олефинсульфоната C_nH_2nSO₃Na, где n=14 в количественном соотношении - 5,0-15,0, кратность пены состава для пожаротушения повышается и составляет от 90 до 100, а устойчивость пены - от 360 до 550 сек. При использовании натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁ менее 70% и альфа-олефинсульфоната C_nH_2nSO₃Na, где n=14 менее 5,0% происходит снижение кратности пены ниже 90, а устойчивости пены менее 360 сек. При использовании натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁ более 80% и альфа-олефинсульфоната C_nH_2nSO₃Na, где n=14 более 15,0% происходит образование «твердой пленки» в пенообразователе при хранении, что приводит к снижению качественных показателей пены.

При этом натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁, являются более дешевыми при использовании, что в то же время не сказывается на снижении качественных показателей состава для пожаротушения.

Применение в заявляемом изобретении полиэтиленгликоля, являющегося эмульгатором, способствует более надежному смешиванию компонентов, которые при обычных условиях могут не смешиваться. При этом в заявляемой огнетушащей смеси полиэтиленгликоль идеально растворяет альфа-олефинсульфонат натрия, что влечет хорошее соединение и смешивание в пенообразователе и, соответственно, приводит к более высокой стойкости пенообразующего состава при его хранении. При этом, как показали эксперименты, при снижении температуры рабочего раствора полиэтиленгликоль влияет на увеличение кратности пены. При снижении полиэтиленгликоля менее 5% растворение альфа-олефинсульфоната C_nH_2nSO₃Na, где n=14 происходит не полностью. При увеличении количества полиэтиленгликоля более 18 масс % кратность и устойчивость пены снижаются в связи со снижением количества активных компонентов в заявляемом составе.

Кроме того, наличие полиэтиленгликоля позволяет использовать воду любой температуры для приготовления рабочего раствора. В заявляемом изобретении при приготовлении рабочего раствора состава для пожаротушения полиэтиленгликоль способствует практически мгновенному смешиванию с водой компонентов состава.

Как известно альфа-олефинсульфонат натрия C_nH_2nSO₃Na, где n=14 обладает щелочной средой рН > 10, таким образом ввод лимонной кислоты в состав пенообразователя в количестве 0,1-0,3% позволяет регулировать значение рН заявляемого состава, которое должно составлять 6,5-8,5 в соответствии с требованием ГОСТ 50588-2012. С повышением рН выше верхнего показателя заявляемого диапазона происходит снижение показателей кратности и устойчивости пены. Данный диапазон рН является нейтральным, обеспечивает безопасность пенообразующего состава при воздействии на людей, работающих с пенообразователем и влияет на его экологичность. состава. При введении в состав лимонной кислоты менее 0,1% показатель рН равный 8,5 не достигается, а при введении более 0,3% - рН снижается ниже показателя регламентируемого ГОСТ.

Дополнительное введение карбамида исключает расслоение пенообразующего состава при длительном хранении и также при замораживании и оттаивании. Применение полимерного комплексообразователя, представляющего собой воднополимерный композиционный материал на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров марки, например, Акремон АМК-10 позволяет с высокой эффективностью понижать жесткость воды (при получении рабочего раствора), что обеспечивает получение более стойкой пены даже в воде высокой жесткости, и способствует повышению эффективности ПАВ. При этом экспериментальные исследования показали, что при введении Акремона АМК-10 в случае приготовления рабочего раствора с использованием жесткой воды происходит увеличение качественных показателей раствора.

Заявляемый состав позволяет получать рабочий раствор пенообразователя даже на основе воды плохого качества и очень жесткой воды с низкими температурами.

Заявляемый пенообразующий состав применяется в основном для приготовления рабочего раствора с концентрацией преимущественно 1%, путем растворения его в воде. Растворы с более высокой концентрацией будут существенно дороже, и более трудоемки в изготовлении. Полученный рабочий раствор применяется для получения пены с использованием штатной системы пеногенераторов.

Пенообразующий состав для пожаротушения может быть реализован следующим образом.

В смесительную установку периодического действия, с водяным подогревом, последовательно загружают расчетное значение полиэтиленгликоля, альфа-олефинсульфоната натрия C_nH_2nSO₃Na, где n=14, включают нагрев рубашки смесительной установки, в диапазоне от 30 до 60°С, перемешивают до однородного состояния в течение 90 мин. Далее вводят расчетное значение натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁, и лимонной кислоты. Раствор размешивают в течение 180 минут и отбирают пробу на анализ качественных показателей состава - кратности и устойчивости пены.

При дополнительном введении в заявляемый состав карбамида и полимерного комплексообразователя на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров, например, Акремона АМК-10, в смесительную установку периодического действия, с водяным подогревом, последовательно загружают расчетное значение полиэтиленгликоля, альфа-олефинсульфоната натрия C_nH_2nSO₃Na, где n=14, карбамида, включают нагрев рубашки смесительной установки, в диапазоне от 30 до 60°С, перемешивают до однородного состояния в течении 90 мин. Далее вводят натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁, полимерный комплексообразователь Акремон АМК-10 и лимонную кислоту. Раствор размешивают в течение 180 минут и отбирают пробу на анализ показателей рН, кратности и устойчивости пены.

Определение кратности и показателя устойчивости пены средней кратности (согласно ГОСТ, составляющие 60-200) в одном из предпочтительных вариантов реализации осуществляли следующим образом. Сущность метода определения указанных показателей заключается в измерении массы до и после заполнения пеной емкости для сбора пены с последующим вычислением кратности пены и определением показателя ее устойчивости.

Для определения кратности и показателя устойчивости пены низкой и средней кратности использовали установку, в комплект которой входят:

- генератор пены средней кратности ГПС-100 с распылителем диаметром 8,1 мм, позволяющим обеспечить объемный расход раствора (1,0±0,1) дм /с при давлении на стволе (0,60±0,01) МПа.;

- насос водяной, обеспечивающий объемный расход раствора 0,16-1,10 дм /с при давлении на стволе (0,58±0,03) МПа;

- емкость металлическая цилиндрическая для сбора пены, вместимостью (200±1) дм, массой не более 12 кг, с отверстием диаметром (40±5) мм по центру дна емкости для истечения рабочего раствора. Соотношение высоты емкости к ее диаметру равно 1,5;

- весы с пределом измерения не более 50 кг и погрешностью измерений не более 0,05 кг;

- манометр по ГОСТ 2405 с верхним пределом измерения 1,00 МПа и ценой деления 0,040 МПа, установленный на выходе насоса;

- термометр по ГОСТ 28498 с диапазоном измерений 0°С - 100°С и ценой деления 1°С;

- секундомер с пределом измерений 60 мин и ценой деления 0,2 с;

- емкость мерная для приготовления рабочего раствора пенообразователя, вместимостью 100-110 дм³;

Подготовку к испытанию рабочего раствора пенообразующего состава для проверки кратности и устойчивости пены осуществляли следующим образом.

Подготавливали рабочий раствор, в котором пенообразующий состав для пожаротушения составил 1 кг на 100 кг рабочего раствора. Состав испытывали в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50588-2012 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний».

Проверяли работоспособность насосной установки. Измеряли массу пустой емкости для сбора пены. Перед каждым определением измеряли температуру рабочего раствора пенообразователя, которая должна составлять (20±2)°С.

Для определения кратности пены средней кратности приготовленный рабочий раствор подавали под давлением (0,60±0,01) МПа в напорный рукав, на выходе которого был установлен генератор ГПС-100. Отверстие на дне емкости закрывали. После получения устойчивой струи пены наполняли пеной емкость для сбора пены и взвешивали ее. При этом контролировали, чтобы заполнение всего объема емкости было равномерным, без образования пустот. Определяли массу пены как разность масс заполненной и пустой емкостей. Отверстие на дне емкости открывали для истечения раствора.

Кратность пены вычисляли по формуле:

где V_п - объем пены, дм;

V_p - объем раствора пенообразователя, дм.

Показатель устойчивости пены средней кратности определяли как время выделения из пены 50% массы раствора.

При положительном результате анализа по показателям рН, кратности и устойчивости в испытательной лаборатории выключали мешалку и осуществляли фасовку. При этом прекращали обогрев рубашки установки, открывали запорную арматуру, включали насос и открывали запорную арматуру на выпуске из установки. По окончании перекачки продукта, выключали насос и перекрывали запорную арматуру на технологических линиях.

Заявляемый пенообразующий состав подготавливался с различными заявленными количественными сочетаниями компонентов. Его конкретная реализация проиллюстрирована ниже на следующих примерах.

Пример 1.

В смесительную установку периодического действия, с водяным подогревом, последовательно загружали расчетное значение в масс %:

и включали нагрев рубашки смесительной установки, в диапазоне от 30 до 60°С, перемешивали до однородного состояния в течение 90 мин. Далее вводили расчетное значение в количестве масс %: натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁ в количестве 70,0 и лимонной кислоты - 0,2.

Полученный раствор размешивали в течение 180 минут и отбирали пробу на анализ качественных показателей состава - кратности и устойчивости пены.

В испытательной лаборатории определяли рН пенообразователя, кратность пены и ее устойчивость в соответствии с указанным выше методом определения данных показателей согласно требованиям ГОСТ. Проводили анализ рабочего раствора на основе пенообразующего состава с указанными компонентами, по результатам которого установлено: рН - 7,0, кратность пены - 92, а устойчивость - 375 сек.

Пример 2.

Получали пенообразующий состав по методу и технологии, как в примере 1, с компонентами состава в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава с указанными компонентами, его рН составил 7,1, кратность пены - 100, а устойчивость - 399 сек.

Пример 3.

Получали пенообразующий состав аналогично примеру 1, с компонентами состава в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава с указанными компонентами, его рН составил 7,3, кратность пены - 98, а устойчивость - 418 сек.

Пример 4.

Получали пенообразующий состав по методу и технологии, указанной в примере 1, с компонентами состава в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава его рН составил 6,8, кратность пены - 97, а устойчивость - 330 с.

Пример 5.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава его рН составил 7,2, кратность пены - 98, а устойчивость - 401 сек.

Пример 6.

Получали пенообразующий состав аналогично примеру 1, с компонентами состава в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава его рН составил 7,7, кратность пены - 97, а устойчивость - 457 с.

Пример 7.

Получали пенообразующий состав по методу и технологии, указанной в примере 1, с компонентами состава в количестве масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава с указанными компонентами, его рН составил 8,3, кратность пены - 100, а устойчивость - 385 сек.

Пример 8.

Получали пенообразующий состав по методу и технологии, указанной в примере 1, с компонентами состава в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава с указанными компонентами, его рН составил 6,5, кратность пены - 100, а устойчивость - 385 сек.

Пример 9.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рабочего раствора на основе пенообразующего состава с указанными компонентами, его рН составил 7,1, кратность пены - 99, а устойчивость - 387 сек.

Пример 10.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам рН составил 7,0, кратность пены - 101, а устойчивость - 386 сек.

Пример 11.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве масс.%:

Согласно проведенным анализам рН составил 7,3, кратность пены - 100, а устойчивость - 385 сек.

Пример 12.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве, масс.%:

Согласно проведенным анализам, рН составил 7,2, кратность пены - 102, а устойчивость - 388 сек.

Пример 13.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве масс.%:

В испытательной лаборатории устанавливали показатели рН, кратность пены и ее устойчивость при разных температурах рабочего раствора. Для приготовления рабочего раствора использовалась питьевая и жесткая вода. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Пример 14.

Получали пенообразующую композицию следующего состава согласно указанной технологии с компонентами в количестве, масс.%:

В испытательной лаборатории устанавливали показатели рН, кратности пены и ее устойчивости при разных температурах рабочего раствора. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

В таблице 1 приведены показатели кратности и устойчивости пены различных составов заявляемого изобретения, приведенных в примерах 1-12, в сравнении с составом по прототипу, качественные показатели которого приведены в описании к патенту (выбрано среднее значение).

Результаты испытаний приведены в таблице 1:

Результаты испытаний, согласно заявляемых составов, приведенных в примерах 13 и 14 при приготовлении рабочих растворов, в которых использовалась питьевая и жесткая вода с различной температурой приведены в таблице 2.

Заявляемый пенообразующий состав для пожаротушения с высокой кратностью и устойчивостью пены может быть широко использован для тушения пожаров классов А и В, на транспорте, на предприятиях различных отраслей промышленности, наиболее оптимально в растворах с рабочей концентрацией 1%, на основе дистиллированной, питьевой, жесткой и морской воды.

1. Пенообразующий состав для пожаротушения, включающий натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов и натриевые соли альфа-олефинсульфоната, отличающийся тем, что в него дополнительно введены полиэтиленгликоль и лимонная кислота, в качестве натриевых солей алкилсульфатов жирных спиртов он содержит натриевые соли алкилсульфатов жирных спиртов фракции С₉-С₁₁, а в качестве натриевой соли альфа-олефинсульфоната содержит альфа-олефинсульфонат натрия C_nH_2nSO₃Na, где n=14, при следующем содержании компонентов, мас.%:

2. Пенообразующий состав для пожаротушения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

3. Пенообразующий состав для пожаротушения по п. 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полимерный комплексообразователь на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров при следующем соотношении компонентов, мас.%:

4. Пенообразующий состав для пожаротушения по п. 3, отличающийся тем, что в качестве полимерного комплексообразователя на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров он содержит Акремон АМК-10.