Піноутворювач для гасіння пожеж “сніжок-ім”

Винахід відноситься до хімічних засобів пожежегасіння та захисту від хімічних отруйних речовин, а саме, до піноутворювачів для гасіння пожеж. Відомий склад піноутворювача для гасіння пожеж (див. A.c. СРСР №353446, МПК7 А62 D 1/02,1987), що містить вторинні алкілсульфати натрію, хромат цикдогексиламіну, воду, а як добавку, що стабілізує піну – сечовину (карбамід) при такому співвідношенні компонентів, мас,%: вторинні алкілсульфати натрію 16-21 хромат циклогексиламіну 0,05-0,08 сечовина 20-35 вода решта Для приготування піноутворювача розрахункову кількість вторинних алкілсульфатів змішують з розчином хромату циклогексиламіну. Потім у розчин вводять порціями розрахункову кількість сечовини. Перевагою цього складу піноутворювача є висока стійкість до зміни зовнішніх факторів, яка зумовлена наявністю сечовини, і відсутність кородіючої дії на сталеві поверхні, яка зумовлена наявністю хромату циклогексиламіну. Вадою складу є порівняно низька піноутворювальна здатність (кратність піни) водних розчинів алкілсульфатів натрію і висока токсичність диклогексиламіну як компонента, що зв’язує хромову кислоту у вигляді солі, яка дисоціює з утворенням хромат-іонів. Низька кратність піни призводить до зниження ізолювальної здатності піни, яка є об'єктивним критерієм, що характеризує вогнегасну е фективність піни (див.: Котов A.A. и др. Применение высокократной пены при тушений пожаров. М.,1972, с.63-65). Відомий також склад піноутворювача для гасіння пожеж "СНІЖОК" (патент України №24670, МПК7 А62D 1/02,1997, що містить нормальні вторинні або первинні алкілсульфати натрію фракції C6 – C16, сечовину, поліетиленгліколь з молекулярною масою 400-5000, а для зниження токсичності антикорозійного компоненту замість хромату циклогексиламіну хромат сечовини і воду при такому співвідношенні компонентів, мас.%: нормальні вторинні.або первинні 16-21 алкілсульфати натрію фракції C6-C16 сечовина 20-35 поліетиленгліколь з молекулярною 0,16-0,21 массою 400-5000 хромат сечовини 0,041-0,065 вода решта Для приготування піноутворювача розрахункову кількість алкілсульфатів натрію, сечовини і паліетиленгліколю розчиняють у воді. Розчин хромату сечовини готують шляхом розчинення у воді еквімолярних кількостей хромового ангідриду і сечовини. Для приготування піноутворювача змішують розрахункові кількості цих речовин. Перевагою цього складу піноутворювача є більш низька токсичність порівняно з відомими аналогами завдяки використанню хромату сечовини замість хромату циклогексиламіну, також біологічна "м'якість" поверхнево-активної основи – вторинних або первинних алкілсульфатів натрію. Вадою цього складу є порівняно низька вогнегасна ефективність піни, що утворюється з його робочих розчинів, підвищена в'язкість і порушення однорідності за температур нижче 10°С, низька розчинність поверхнево-активної основи у воді за температури нижче 13°С, відносно висока токсичність хромату сечовини і достатньо висока вартість через високий вміст таких компонентів як вторинні або первинні алкілсульфати натрію фракції C6-C16 і сечовина. Найбільш близьким до запропонованого за хімічним складом і здатністю до біологічного розкладу компонентів є склад піноутворювача для гасіння пожеж "СНІЖОК-І" (патент України №40258, МПК7 A62D 1/02, 2001, що містить нормальні первинні алкілсульфати амонію фракції C 12-C14, бутанол, карбамід, гідроксид натрію і воду , при такому співвідношенні компонентів, мас. %: нормальні первинні алкілсульфати 12-1З амонію фракції C12C14 бутанол 7-8 карбамід 5-10 гідроксид натрію 0,05-0,10 вода решта Для приготування піноутворювача готується розчин розрахункових кількостей карбаміду і гідроксиду натрію у воді. Цей розчин змішується з розрахунковою кількістю розчину алкілсульфатів амонію, до отриманої суміші додають розрахункову кількість бутанолу. Все ретельно перемішується до отримання однорідності. Перевагою цього складу піноутворювача є наявність синергетичного ефекту, що підвищує вогнегасну ефективність піни, розширеного температурного діапазону застосування піноутворювача завдяки використанню бутанолу як сорозчинника, а також наявність регулювання pH гідроксидом натрію і зменшення відсоткового вмісту первинних алкілсульфатів і карбаміду (сечовини) для зниження вартості складу. Вадою цього піноутворювача є висока корозійна активність по відношенню до чорних металів, яка зумовлена спільною дією компонентів піноутворювача. Корозія металевих ємностей, у яких зберігається піноутворювач, викликає його забруднення продуктами корозії і, як наслідок, погіршення показників якості піноутворювача і ви хід з ладу технічних засобів пожежегасіння. Заявлене технічне рішення спрямоване на забезпечення тривалого зберігання піноутворювача у металевих ємностях з одночасним збереженням і покращенням показників його якості. В основу винаходу поставлена задача забезпечення тривалого зберігання піноутворювача в металевих ємностях з одночасним збереженням і покращенням показників його якості шляхом зниження корозійної активності піноутворювача за рахунок адсорбції молекул знову введеного компоненту, що відіграє роль інгібітору корозії, на активних ділянках поверхні металу і екранування цих ділянок від дії корозійноактивного середовища, а також у підвищенні вогнегасної ефективності за рахунок утворення комплексної сполуки між молекулами поверхнево-активної речовини (ПАР) і молекулами цього компоненту. Технічний результат від використання запропонованого винаходу полягає у зниженні корозійної активності піноутворювача за рахунок адсорбції молекул знову введеного компоненту, що відіграв роль інгібітору корозії, на активних ділянках поверхні металу і екранування цих ділянок від дії корозійноактивного середовища, а також у підвищенні вогнегасної ефективності піни за рахунок утворення комплексної сполуки між молекулами поверхнево-активної речовини (ПАР) і молекулами цього компоненту. За наявності таких комплексних сполук підвищується стійкість піни на поверхні неполярних горючих рідин, а також поліпшується її здатність до розтікання по поверхні горючої рідини. Суть винаходу полягає в тому, що піноутворювач для гасіння пожеж "СНІЖОК-ІМ", що містить первинні алкілсульфати амонію фракції C12–C14, бутанол, карбамід і воду, додатково містить в якості інгібітору і добавки, що покращує його показники якості, діетилентриамін при такому співвідношенні компонентів, мас.%: нормальні первинні алкілсульфати амонію фракції С12-С14 12-13 бутанол 7-8 карбамід 5-10 діетилентриамін 0,5-1,0 решта вода нормальні В якості первинних алкілсульфатів використані первинні алкілсульфати амонію фракції С 12-С14 . Бутанол дозволяє підвищити розчинність алкілсульфатів амонію і знизити температуру застигання піноутворювача. Наявність у скяаді піноутворювача бутанолу і карбаміду призводить до синергетичного ефекту підвищення вогнегасної ефективності піни, що утворюється з робочих розчинів піноутворювача на основі алкілсульфатів амонію. Для зниження корозійної активності піноутворювача здійснено заміну гідроксиду натрію на діетилентриамін, який спільно з компонентами дозволяє забезпечити тривале зберігання піноутворювача у металевих ємностях з одночасним збереженням і покращенням його показників якості – підвищення вогнегасної ефективності піни, зменшення витрати робочого розчину піноутворювача на гасіння. Діетилентриамін у кількості 0,5-1,0% дозволить за рахунок адсорбції його молекул на активних центрах поверхні металу знизити швидкість корозії вуглецевої сталі і за рахунок утворення комплексних сполук з молекулами ПАР додатково підвищити вогнегасну ефективність піни, що утворюється з робочих розчинів піноутворювача і, як наслідок, знизити витрату робочого розчину піноутворювача на гасіння. Згідно з чинною Україні "Інструкцією про порядок застосування і випробування піноутворювачів для пожежегасіння" допускається зберігання піноутворювачів загального призначення, до яких відноситься "СНІЖОК-І" і "СНІЖОК-ІМ", у ємностях з вуглецевої і легованої сталі (полімерних матеріалів, скла у зв'язку з чим наведено таблицю з даними про середню швидкість корозії сталі марки Ст3.). У таблиці 1 показано залежність середньої швидкості корозії сталі марки Ст3 у піноутворювачі від вмісту у ньому компонентів. Таблиця 1 Вміст у піноутворювачі, мас.% ПАР бутанолу карбаміду діетилентриаміну 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,0 12,5 13,0 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,0 7,5 8,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 7,0 10,0 0,00 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 0,50 0,75 1,00 води до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 Середня швидкість корозії сталі СтЗ, кг/(м 2.с) (5,5 ± 0,4) × 10-8 (8,3 ± 0,4) × 10-10 (7,8 ± 0,3) × 10-10 (8,00 ± 0,3) × 10-10 (7,9 ± 0,4) × 10-10 (8,1 ± 0,3) × 10-10 (7,6 ± 0,4) × 10-10 (8,0 ± 0,4) × 10-10 (8,2 ± 0,3) × 10-10 З наведених даних видно, що швидкість корозії сталі марки СтЗ різко зменшується при вмісті діетилентриаміну в інтервалі концентрацій від 0,5% до 1,0%. При вмісті цієї добавки у піноутворювачі в концентрації більше 1,0% його корозійна активність не змінюється. Зниження швидкості корозії сталі за наявності у складі піноутворювача діетилентриаміну призводить до збереження і покращення його показників якості. У таблиці 2 показано зміну кратності і стійкості піни середньої кратності, що утворюється з робочих розчинів піноутворювачів на основі первинних алкілсульфатів амонію фракції С12-С14 в результаті експозиції в них пластин, ви готовлених із сталі марки Ст3, протягом 30 діб. Таблиця 2 Вміст у піноутворювачі, мас. % Кратність піни середньої кратності Показник стійкості піни середньої кратності, t1/2 c ПАР бутанолу карбамідудіетилентриаміну води 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,0 12,5 13,0 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,0 7,5 8,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 7,0 10,0 0,00 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 0,50 0,75 1,00 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до після до експозиції експозиції експозиції пластин пластин пластин 90 ± 3 80 ± 4 245 ± 10 89 ± 2 90 ± 3 240 ± 5 90 ± 3 89 ± 3 245 ± 5 91 ± 2 89 ± 4 245 ± 5 90 ± 2 88 ± 3 245 ± 5 90 ± 3 89 ± 3 245 ± 10 91 ± 2 90 ± 3 240 ± 10 88 ± 3 90 ± 4 245 ± 5 90 ± 3 90 ± 4 240 ± 5 після експозиції пластин 235 ± 10 235 ± 5 240 ± 10 240 ± 5 245 ± 5 240 ± 5 235 ± 5 240 ± 10 235 ± 10 Як видно з таблиці 2, кратність піни середньої кратності, що утворюється з робочого розчину піноутворювача, який не містить діетилентриаміну, суттєво знизилась після експозиції в ньому пластин, виготовлених зі сталі Ст3, мало місце також деяке зниження стійкості піни. У той же час, кратність і стійкість піни, що утворюється з робочих розчинів піноутворювачів, які містять 0,5 - 1,0% діетилентриаміну, до і після експозиції пластин практично однакові. Зменшення вмісту діетилентриаміну у складі піноутворювача менше 0,5% призводить до незначного зниження швидкості корозії сталі і підвищення вогнегасної ефективності піни, що утворюється з його робочих розчинів. Як мінімальний вміст діетилентриаміну у складі піноутворювача прийнято 0,5%, при якому швидкість корозії сталі марки Ст3 мав таке саме значення, як і при більш високому вміст! цієї добавки, а критична інтенсивність, подавання робочого розчину у разі гасіння бензину А-76 піною середньої кратності знижується з (0,034 ± 0,001)дм 3/(м 2×с) (0,0,26 ± 0,001) дм 3/(м 2×с), тобто на 30% (див. табл.3). В таблиці 3 показано вплив діетилентриаміну на тривалість гасіння та критичну інтенсивність подачі в 6% водних (робочих) розчинів піноутворювачів на основі первинних алкілсульфатів амонію фракції С 12-С14 пригасінні бензину А-76 піною середньої кратності. Таблиця 3 Вміст піноутворювачі, мас.% ПАР бутанолу карбаміду Діетилентриаміну води 1 12,5 2 7,5 3 5,0 4 0,00 5 до 100 12,5 7,5 5,0 0,25 до 100 12,5 12,5 12,5 12,5 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 5,0 5,0 0,50 0,62 0,75 1,00 до 100 до 100 до 100 до 100 12,5 7,5 5,0 1,50 до 100 12,5 7,5 5,0 2,00 до 100 12,0 7,0 5,0 0.50 до 100 12,5 7,5 7,0 0,75 до 100 13,0 8,0 1,00 до 100 10,0 Діаметр макетного осередку, см 6 27 28 27 28 29 28 29 30 32 30 32 34 32 34 36 34 36 37 36 37 36 37 30 32 34 36 36 37 Інтенсивність подавання робочого розчину, дм 3/(м 2×с) 7 0,035 0,032 0,035 0,032 0,030 0,032 0,030 0,028 0,025 0,028 0,025 0,023 0,025 0,023 0,020 0,023 0,021 0,018 0,021 0,018 0,021 0,018 0,028 0,025 0,023 0,020 0,021 0,018 Тривалість гасіння, с 8 174 ± 15 не погашено 52 ± 6 104 ± 7 не погашено 67 ± 5 113 ± 6 247 ± 35 не погашено 82 ± 8 204 ± 12 не погашено 142 ± 14 113 ± 8 не погашено 92 ± 6 97 ± 10 не погашено 103 ± 11 не погашено 106 ± 14 не погашено 216 ± 19 не погашено 105 ± 8 не погашено 114 ± 12 не погашено (Критична інтенсивність подавання робочого розчину 9 0,034 ± 0,001 0,031 ± 0,001 0,026 ± 0,001 0,024 ± 0,001 0,021 ± 0,001 0,019 + 0,001 0,019 + 0,001 0,019 + 0,001 0,026 + 0,001 0,021 + 0,001 0,019 + 0,001 Збільшення вмісту діетилентриаміну до значень, що перевищують 1,0, не призводить до подальшого зниження корозійної активності піноутворювача і не викликає подальшого підвищення вогнегасної ефективності піни, що утворюється Із його робочих розчинів, але призводить до зайвих витрат діетилентриаміну та підвищенню вартості піноутворювача. Вміст в піноутворювачі первинних алкілсульфатів амонію фракції С 12-С14 в кількості нижче указаних значень призводить до підвищення критичної Інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача при гасінні піною середньої кратності (тобто до зниження вогнегасної ефективності). Вміст в піноутворювачі первинних алкілсульфатів амонію фракції С 12-С14 в кількості вище указаних значень призводить до підвищення його вартості при незмінній вогнегасній ефективності. Зниження вмісту бутанолу в складі піноутворювача до значень менш указаних призводить до неможливості одержання піни із його робочих розчинів при низьких температурах води. Крім того, при недостачі бутанолу можливо розшарування піноутворювача при знижених температурах. Збільшення концентрації бутанолу вище указаних значень призводить до зменшення стійкості і до зниження вогнегасної ефективності та подорожчання піноутворювача. При вмісті карбаміду нижче указаних значень піноутворювач не відповідав вимогам ДСТУ 3789-98 по температурі застигання. При подальшому збільшенні вмісту карбаміду буде спостерігатися подальше зниження температури застигання, що не є вимогою ДСТУ 3789-98 і призводить до підвищення вартості піноутворювача. Компонентом, вміст якого набагато перевищує вміст інших компонентів, є вода, при переліченні її вказують останньою, а її кількісний вміст указують як "Решта до 100%. Запропонований піноутворювач відрізняється від відомого наявністю нового компоненту – діетилентриаміну, його вміст складає від 0,5 до 1,0%. Для одержання піноутворювача використовують такі компоненти: нормальні первинні алкілсульфати амонію фракції С12-С14 технічні, згідно зі стандартом СS №666141 (Чехія); бутанол технічний, згідно з ТУ 38.103702-90; карбамід технічний, згідно з ТУ 11З-03-04-14-88; діетилентриамін згідно з ТУ 6-09-68-79; воду питну, згідно з ГОСТ 2874-8; В якості прототипу прийнято піноутворювач, який містить такі компоненти, мас.%: нормальні первинні алкілсульфати амонію фракції С 12-С14 – 12 - 1З; бутанол – 7 - 8; карбамід – 5 - 10; гідроксид натрію – 0,05 - 0,10; воду – решта до 100. Запропонований піноутворювач виготовляють таким чином. Змішуються розрахункові кількості водного розчину алкілсульфатів амонію і водного розчину карбаміду з бутанолом та діетилентриаміном, доводячи суміш до однорідного стану. Готовий піноутворювач являє собою однорідну рідину, без розшарування. В таблиці 4 наведені склади відомого піноутворювача "СНІЖОК-І" і запропонованого піноутворювача "СНІЖОК-ІМ" з різним вмістом компонентів. Таблиця 4 Компоненти Нормальні первинні алкілсульфати амонію фракції С 12-С14 Бутанол Карбамід гідроксид Детилентриамін Вода Вміст в складі, мас. % 3 4 1 2 12,0 12,50 13,00 7,00 5,00 0,05 75,95 7,50 7,00 0,07 72,93 8,00 10,00 0,10 68,90 5 6 12,00 12,50 13,00 7,00 5,00 0,50 75,50 7,50 7,00 0,75 72,25 8,00 10,00 1,00 68,00 В таблиці 5 наведені показники якості вищевказаних складів. Таблиця 5 Найменування і показника якості Показники для складу Вимоги ДСТУ 3789-98 запропонованого 5 6 4 5 1 6 відомого 2 7 3 2 8 Однорідна рідина Однорідна рідина без Однорідна рідина без Зовнішній вигляд без розшарування розшарування розшарування Температура -(3,1 ± Не вище -3 -(4,3 ± 0,2) -(6,4 ± 0,2) -(3,1 ± 0,1) -(4,3 ± 0,1) -(6,3 ± 0,2) застигання, °С 0,1) Кратність піни Не менш 70 91 ± 3 90 ± 3 91 ± 3 90 ± 2 91 ± 3 91 ± 2 середньої кратності Показник стійкості Не менш 200 245 ± 10 240 ± 5 245 ± 10 240 ± 5 245 ± 5 240 ± 5 піни середньої кратності t 1/2, с Водневий показник Від 6,5 до 10,0 8,3±0,1 8,7±0,1 8,9±0,1 7.8 ±0,1 водного розчину рн 1 4 3 Критична Інтенсивність подавання робочого розчину при гасінні бензину А-76 піною середньої кратності дм 3/(м 2×с,) Питома витрата робочого розчину піноутворювача на гасіння макетного осередку класу В (бензин А-76) піною середньої кратності при інтенсивності подавання 0,035 дм 3/(м 2×с,) кг/м 2 Середня швидкість корозії сталі Ст3 в піноутворювачі, кг/(м 2×с,) 10-8 Температурний діапазон використання, °С Не регламентується 0,026 + 0,001 0,021+ 0,001 0,019+ 0,001 Не 6,1 ± 0,5 регламентується 2,4 ± 0,2 2,3 ± 0,2 6,1 ± 0,5 6,4 ±0,6 6,0 ± 0,4 Не регламентується 0,080 ± 0,004 0,082 ± 0,003 5,5 ± 0,4 5,3 ± 0,3 5,1 ± 0,4 Від +5 до +50 0,083 ± 0,004 Від +5 до +50 0,034 ± 0,001 Від +5 до +50 Дані таблиці показують, що визначені показники якості всіх складів піноутворювачів відповідають вимогам ДСТ7 3789-98, Критична інтенсивність подавання робочих розчинів запропонованого піноутворювача при гасінні бензину А-76 піною середньої кратності на 30-80% нижче, ніж у прототипа. Питома витрата робочих розчинів запропонованого складу утворювача на гасіння макетного осередку пожежі при інтенсивності подавання 0,035дм 3/(м 2×с,) в 2,7 - 3,6 раза нижче, ніж у прототипа. Швидкість корозії сталі Ст3 в запропонованому піноутворювачі в 66-71 раз нижче, ніж в піноутворювачі, який прийнято за прототип. Використання складу запропонованого піноутворювача, який має більш низьку порівняно з прототипом корозійну активність, дозволить збільшити термін зберігання піноутворювача в ємностях, виго товлених із вуглецевої сталі, а також в ємностях пожежних автомобілів та резервуарах систем пожежегасіння. Крім того, зниження швидкості корозії сталі дає можливість збільшити термін експлуатації ємностей для зберігання піноутворювача та термін експлуатації! те хнічних засобів пожежегасіння. Зниження критичної інтенсивності подавання робочих розчинів запропонованого піноутворювача при гасінні бензину А-76 (дав. табл. 5) дозволить підвищити вогнегасну ефективність піни, що утворюється Із робочих розчинів запропонованого піноутворювача, що дав можливість скоротити тривалість гасіння пожеж (див.табл.3) І питомі витрати робочого розчину піноутворювача на гасіння (див.табл. 5). В таблиці 6 наведені порівняльні дані по вогнегасній ефективності піноутворювачей в воді з різним вмістом мінеральних солей відомого І запропонованого, яка оцінюється по показникам критичної інтенсивності подавання робочого розчину піноутворювача при гасінні бензину А-76 піною середньої кратності. Дія отримання порівняльних даних як річкову воду використовують воду жорсткості 10мг-екв/л,а як показник критичної Інтенсивності подавання запропонованого піноутворювача використаний склад "6" (див. табл.5). Вогневі Іспити проводять в стандартних умовах. Таблиця 6 Піноутворювач Відомий Запропонований Критична інтенсивність подавання 1 кр, дм 3/(м 2×с,) використанням води жорсткості мг-екв/л прісна річкова 5 10 0,034 ± 0,001 0,034 ± 0,001 0,019 + 0,001 0,019 + 0,001 з Дані таблиці 6 свідчать, що запропонований піноутворювач відрізняється по критичній інтенсивності подавання – вогнегасної ефективності від відомого при використанні прісної і річкової води. При цьому вогнегасна ефективність в прісній та річковій воді підвищується більш ніж в 1,8 рази. Перевагою запропонованого винаходу в підвищення вогнегасної ефективності порівняльно з відомим в 1,8 раза та зниження швидкості корозії сталі Ст3 в 66-71 раз, що забезпечує тривале зберігання піноутворювача в металевих ємностях. Додатковою перевагою запропонованого винаходу є використання піноутворювача в стаціонарних системах пожежегасіння, що дав можливість зменшити нормативні інтенсивності подавання робочого розчину при гасінні горючих (легкозаймистих) рідин та знизити необхідний для гасіння запас піноутворювача, тобто знизити витрати на монтаж, оснащення та експлуатацію систем пожежегасіння.